河北雄安新區(qū)近50 a氣溫變化特征

馬鳳蓮，劉園園，李春強(qiáng)

(1 河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050021；2 河北雄安新區(qū)氣象局，河北 雄安 071700；3 河北省承德市氣象局，河北 承德 067000；4 河北省氣象科學(xué)研究所，河北 石家莊 050021)

IPCC第5次評(píng)估報(bào)告明確指出1880—2012年，全球海陸表面的平均溫度上升了0.85 ℃，呈顯著升高趨勢(shì)；1951—2012年，全球地表平均溫度平均每10 a上升0.12 ℃，上升速率是1880年以來(lái)溫度上升速率的2倍[1-2]。近年來(lái)，研究人員對(duì)中國(guó)氣溫變化趨勢(shì)特征進(jìn)行了大量研究[3-6],對(duì)中國(guó)地區(qū)近50 a或60 a的氣溫變化研究顯示，我國(guó)氣溫呈明顯上升趨勢(shì)，全國(guó)平均氣溫的變化遞增率為0.25 ℃/10 a，平均升高約1.3 ℃[7-11]。許多研究結(jié)果也指出我國(guó)氣溫變化在不同區(qū)域升溫過(guò)程不同步[12-19]。1960—2013年華北平原年平均氣溫整體呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.23℃/10 a，河北省年平均氣溫增幅為0.30℃/10 a，且河北省也存在不同區(qū)域升溫不同步特征[20-22]。由于我國(guó)不同區(qū)域氣溫的年、季節(jié)變化特征并不相同，并且具有各自的獨(dú)特性。對(duì)區(qū)域性氣溫變化的監(jiān)測(cè)，有利于正確理解和評(píng)估全球變暖的原因和趨勢(shì)[7]。而有關(guān)河北雄安新區(qū)氣溫變化特征的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

氣象與雄安新區(qū)的規(guī)劃建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)、城市安全運(yùn)行息息相關(guān)。在全球氣候變暖背景下，氣象災(zāi)害強(qiáng)度、頻度、影響程度將不斷增大。加之，雄安新區(qū)在建設(shè)、運(yùn)行、發(fā)展階段面臨從農(nóng)村到城市的巨大轉(zhuǎn)變，勢(shì)必導(dǎo)致局地氣候發(fā)生變化，區(qū)域資源承載力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾日益突出，這些對(duì)氣象保障未來(lái)新區(qū)城市安全運(yùn)行提出了更高要求。要實(shí)現(xiàn)雄安新區(qū)的“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展、綠色宜居”理念，氣候分析顯得尤為重要?？茖W(xué)掌握本地氣候特征及各氣象要素的時(shí)間、空間發(fā)展變化規(guī)律，將有利促進(jìn)雄安新區(qū)在自然環(huán)境承載范圍內(nèi)優(yōu)化資源配置，為雄安新區(qū)建設(shè)與規(guī)劃決策提供輔助依據(jù)，實(shí)現(xiàn)雄安新區(qū)和京津冀地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

選取雄安新區(qū)轄區(qū)內(nèi)3個(gè)國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站1969—2018年(50 a)的氣溫觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用線(xiàn)性回歸分析、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)、小波分析等方法，研究雄安新區(qū)年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫以及不同季節(jié)的氣溫變化趨勢(shì)，對(duì)全面認(rèn)識(shí)該區(qū)域氣溫變化特征和探討其與全球氣候變化的聯(lián)系具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

河北雄安新區(qū)位于太行山東麓、冀中平原中部、南拒馬河下游南岸，在大清河水系沖積扇上，屬太行山東麓平原向沖積平原的過(guò)渡帶。全境西北較高，東南略低，自然縱坡千分之一左右，為緩傾平原。雄安新區(qū)規(guī)劃范圍涉及河北省雄縣、容城、安新3縣及周邊部分區(qū)域。雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)以特定區(qū)域?yàn)槠鸩絽^(qū)先行開(kāi)發(fā)，起步區(qū)面積約100 km2，中期發(fā)展區(qū)面積約200 km2，遠(yuǎn)期控制區(qū)面積約2 000 km2[23]。

1.2 資料來(lái)源

本研究所用氣象資料來(lái)自河北省氣象信息中心，包括雄安新區(qū)轄區(qū)內(nèi)3個(gè)氣象觀(guān)測(cè)站(容城、安新、雄縣)1969—2018年的氣溫觀(guān)測(cè)資料。雄安新區(qū)年、季平均氣溫均為雄安新區(qū)轄區(qū)內(nèi)3個(gè)氣象觀(guān)測(cè)站氣溫的平均值，年最高、最低氣溫為容城縣氣象觀(guān)測(cè)站的單站觀(guān)測(cè)資料。

1.3 研究方法

采用氣候傾向率法[24]估算各氣候要素的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，即用Xi表示樣本量為n的某氣象變量，用t表示Xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立Xi與t之間的一元線(xiàn)性回歸方程:Xi=ati+b。式中：a為回歸系數(shù)，b為常數(shù)項(xiàng)，a和b用最小二乘法進(jìn)行估計(jì)，以a的10倍作為每10 a氣候傾向率。a<0表示氣候要素隨時(shí)間的增加而減少，a>0則表示氣候要素隨時(shí)間的增加而增加。并采用Pearson相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行變化趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)。

采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)?、季平均氣溫的變化趨?shì)和突變性。Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是樣本可不遵從特定的分布，且可以檢驗(yàn)較寬的范圍，不受個(gè)別異常值的干擾，人為干擾性也比較少，同時(shí)可以明確突變的區(qū)域、突變開(kāi)始的時(shí)間，具有較高的定量化程度[24]。Mann-Kendall突變檢驗(yàn)中，UF為時(shí)間正序統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)，UF>0表示序列呈增大(或增多)趨勢(shì)，UF<0則表示序列呈減小(或減少)趨勢(shì)，當(dāng)超過(guò)臨界線(xiàn)(信度為0.05的顯著性水平臨界線(xiàn)為±1.96)時(shí)，則表示變化趨勢(shì)顯著，UB為時(shí)間逆序統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)，UF、UB曲線(xiàn)在信度線(xiàn)內(nèi)的相交點(diǎn)即為檢驗(yàn)樣本序列可能的突變點(diǎn)[24]。

采用Morlet小波分析法研究年、季平均氣溫的周期變化特征。Morlet小波分析法在時(shí)域、頻域上具有局部辨識(shí)力，可診斷出氣溫序列變化的多層次特征，進(jìn)而得到周期變化在不同時(shí)間尺度上的詳細(xì)信息[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 平均氣溫的時(shí)間變化特征

2.1.1 年平均氣溫 1969—2018年雄安新區(qū)年平均氣溫的時(shí)間序列顯示(圖1a)，近50 a年平均氣溫呈顯著波動(dòng)升高趨勢(shì)，上升趨勢(shì)通過(guò)信度為0.001的顯著水平檢驗(yàn)，上升速率為0.265 ℃/10 a，其上升速率略高于全國(guó)平均氣溫變化速率(0.25 ℃/10 a)，低于河北省平均氣溫變化速率(0.30 ℃/10 a)。雄安新區(qū)多年平均氣溫為12.4 ℃，多年最大值和最小值分別為13.5 ℃(2014年)和10.8 ℃(1969年)，平均氣溫變化幅度為2.7 ℃。

而從不同年代變化來(lái)看，20世紀(jì)70年代、80年代雄安新區(qū)平均氣溫總體偏低，20世紀(jì)90年代及2000年以來(lái)時(shí)段的平均氣溫總體偏高。從年平均氣溫距平序列(圖1b)分析也可以看出，雄安新年平均氣溫在90年代初期前后有較大差異，其中1969—1991年以負(fù)距平為主，23 a中負(fù)距平有19 a，占82.6%，1992—2018年以正距平為主，期間27 a中有21 a為正距平，占77.8%。

2.1.2 季平均氣溫 從不同季節(jié)平均氣溫時(shí)間序列分析(圖2a—圖2d)，1969—2018年雄安新區(qū)春季、夏季、冬季平均氣溫均呈顯著升高態(tài)勢(shì)，其中，冬季平均氣溫升高趨勢(shì)通過(guò)信度水平為0.01的顯著性檢驗(yàn)，春季、夏季上升趨勢(shì)均通過(guò)信度水平為0.001的顯著性檢驗(yàn)，3個(gè)季節(jié)的平均氣溫上升速率分別為0.423 ℃/10 a、0.255 ℃/10 a、0.322 ℃/10 a，春季平均氣溫上升趨勢(shì)最為明顯，冬季和春季平均氣溫上升速率均大于年平均氣溫上升速率，秋季平均氣溫變化較平穩(wěn)，雖也呈上升趨勢(shì)，但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，其氣候傾向率為0.055 ℃/10 a。不同季節(jié)平均氣溫升溫對(duì)年平均氣溫的貢獻(xiàn)由大到小為春季、冬季、夏季、秋季。

圖1 1969—2018年雄安新區(qū)年平均氣溫(a)、平均氣溫距平(b)變化趨勢(shì)Figure 1 The changes of annual mean temperature(a)and annual mean temperature anomaly(b)in Xiong’an New Area from 1969 to 2018

圖2 1969—2018年雄安新區(qū)季節(jié)平均氣溫變化(a春季；b夏季；c秋季；d冬季)Figure 2 Changes of seasonal mean temperature in Xiong’an New Area from 1969 to 2018 (a spring; b summer; c autumn; d winter)

從各季節(jié)不同年代的平均氣溫統(tǒng)計(jì)值來(lái)看，春季平均氣溫于2000年以來(lái)達(dá)到最高，為14.5 ℃，較20世紀(jì)70年代高1.4 ℃，較近50 a平均值高0.7 ℃；夏季平均氣溫于2010年代達(dá)到最高，為26.2 ℃，較20世紀(jì)70年代高1.1 ℃，較近50 a平均值高0.6 ℃；秋季平均氣溫的各年代值變化幅度較小，僅20世紀(jì)90年代高于近50 a平均值0.2 ℃，其他年代則略低于或接近于近50 a平均值；1990年代冬季平均氣溫最高，達(dá)-1.6 ℃，較1970年代高1.4 ℃，較近50 a平均值高0.9 ℃，2010年代冬季平均氣溫與近50 a平均值接近。

總體來(lái)看，春季、夏季平均氣溫呈年代遞增趨勢(shì)，2010年代氣溫最高，而20世紀(jì)90年代秋季、冬季平均氣溫分別高于其他年代。

2.1.3 年平均最高、最低氣溫 1969—2018年雄安新區(qū)年平均最高氣溫(圖3a)、年平均最低氣溫(圖3b)均呈波動(dòng)升高趨勢(shì)，氣候傾向率分別為0.238 ℃/10 a和0.422 ℃/10 a，年平均最高氣溫和年平均最低氣溫的氣候變化趨勢(shì)均通過(guò)信度水平為0.001的顯著檢驗(yàn)。近50 a多年平均最高氣溫、最低氣溫分別為18.6 ℃、7.2 ℃。

綜上分析，雄安新區(qū)近50 a平均最低氣溫升溫速率遠(yuǎn)大于平均最高氣溫，平均最高氣溫的升溫速率略低于年平均氣溫升溫速率，平均最低氣溫升溫趨勢(shì)顯著，且對(duì)年平均氣溫升溫速率貢獻(xiàn)大于平均最高氣溫。

圖3 1969—2018年雄安新區(qū)年平均最高氣溫(a)、最低氣溫(b)變化趨勢(shì)Figure 3 Changes of annual mean maximum temperature(a)and annual mean minimum temperature(b)in Xiong’an New Area from 1969 to 2018

2.1.4 季平均最高、最低氣溫 從不同季節(jié)平均最高、平均最低氣溫時(shí)間序列分析(表1)，1969—2018年雄安新區(qū)各季節(jié)平均最高氣溫、平均最低氣溫均呈波動(dòng)升高趨勢(shì)。其中，春季、夏季平均最高氣溫的升溫趨勢(shì)通過(guò)信度水平為0.001和0.01的顯著性檢驗(yàn)，近50 a平均最高氣溫的升溫幅度由大到小為春季、夏季、冬季、秋季，春季最高氣溫氣候傾向率較年平均最高氣溫高0.153 ℃/10 a，其他季節(jié)均低于年平均最高氣溫。春季、夏季平均最低氣溫上升趨勢(shì)均通過(guò)信度水平為0.001的顯著性檢驗(yàn)，秋季、冬季平均最低氣溫的升溫趨勢(shì)通過(guò)信度水平為0.01的顯著性檢驗(yàn)。近50 a平均最低氣溫的升溫幅度由大到小為春季、冬季、夏季、秋季，春季平均最低氣溫氣候傾向率較年平均最低氣溫高0.117 ℃/10 a ，其他季節(jié)均低于年平均最低氣溫。

綜上分析，近50 a雄安新區(qū)各季節(jié)的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫均表現(xiàn)為春季升溫幅度最大，秋季升溫幅度最小，此結(jié)果與全國(guó)平均氣溫的季節(jié)變化有所不同。

表1 1969—2018年各季節(jié)平均最高、最低氣溫氣候傾向率及顯著性檢驗(yàn)Table 1 Climate tendency rate and significance test of mean maximum and mean minimum temperature in each season of 1969-2018

將近50 a雄安新區(qū)年、季平均氣溫的變化趨勢(shì)與全國(guó)、河北省、京津等不同區(qū)域的變化趨勢(shì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雄安新區(qū)年平均氣溫上升速率低于河北省、京津地區(qū)平均氣溫變化速率，略高于全國(guó)平均氣溫變化速率(表2)。春季、夏季比全國(guó)平均增溫速率分別高出0.14 ℃/10 a和0.10 ℃/10 a，冬季平均氣溫增溫速率則接近全國(guó)，秋季平均氣溫增溫速率較全國(guó)低0.14 ℃/10 a。近50 a雄安新區(qū)各季節(jié)的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫均表現(xiàn)為春季升溫幅度最大，秋季升溫幅度最小，此結(jié)果與京津地區(qū)結(jié)果一致，不同于全國(guó)平均和河北省平均狀況，河北省與全國(guó)均表現(xiàn)為冬季平均氣溫的升溫幅度最大，且冬季>春季>秋季>夏季，由此基本反映出雄安新區(qū)氣溫變化的局地性特征，但也存在因研究時(shí)段不同致使可比性欠妥問(wèn)題，同時(shí)，本研究尚未對(duì)雄安新區(qū)氣溫變化原因進(jìn)行具體分析，有待今后進(jìn)進(jìn)一步分析和驗(yàn)證。

表2 近50 a雄安新區(qū)與不同區(qū)域年平均氣溫變化速率對(duì)比(℃/10 a)Table 2 Comparison of annual mean temperature change rate between Xiong’an New Area and different areas in recent 50 years

2.2 氣溫的突變性檢驗(yàn)

2.2.1 年平均氣溫 1969—2018年雄安新區(qū)年平均氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。由UF曲線(xiàn)來(lái)看，雄安新區(qū)近50 a平均氣溫一直處于增暖的趨勢(shì)，自20世紀(jì)90年代開(kāi)始這種增暖趨勢(shì)大大超過(guò)顯著水平0.05的臨界線(xiàn)(u0.05=1.96)，甚至超過(guò)0.001顯著水平，表明雄安新區(qū)年平均氣溫上升趨勢(shì)是十分顯著的。根據(jù)UF和UB曲線(xiàn)交點(diǎn)的位置，確定雄安新區(qū)年平均氣溫20世紀(jì)90年代的顯著增暖是一突變現(xiàn)象，突變點(diǎn)為1987年。

圖4 1969-2018年雄安新區(qū)年平均氣溫曼—肯德?tīng)柦y(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)(直虛線(xiàn)為a=0.05顯著性水平臨界線(xiàn))Figure 4 The Mann-Kendall statistic curve of annual mean temperature in Xiong’an New Area from 1969 to 2018(The straight dotted line was a 0.05 significant horizontal critical line)

2.2.2 季平均氣溫 春季平均氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)顯示(圖5a)，自20世紀(jì)70年代以來(lái)春季平均氣溫呈持續(xù)增暖趨勢(shì)，其中1972—1977、1998—2018年增暖趨勢(shì)顯著，UF和UB曲線(xiàn)在臨界線(xiàn)內(nèi)相交于1993年，由此判定20世紀(jì)90年代以來(lái)春季平均氣溫的增暖趨勢(shì)屬于突變現(xiàn)象；夏季平均氣溫自20世紀(jì)70年代以來(lái)是一直呈增暖趨勢(shì)(圖5b)，2000—2018年增暖趨勢(shì)顯著，1991年為夏季平均氣溫增暖趨勢(shì)的突變點(diǎn)；秋季平均氣溫雖呈增暖趨勢(shì)，但不屬于突變現(xiàn)象(圖5c)；冬季平均氣溫自20世紀(jì)70年代以來(lái)呈持續(xù)增暖趨勢(shì)(圖5d)，其中1975—1980年、1989—2018年增暖趨勢(shì)顯著，根據(jù)UF和UB曲線(xiàn)交點(diǎn)的位置，雄安新區(qū)冬季平均氣溫20世紀(jì)70年代以來(lái)的顯著增暖屬于突變現(xiàn)象，突變點(diǎn)為1973年。

綜上所述，近50 a，雄安新區(qū)年、季平均氣溫均呈增暖趨勢(shì)，其中，年、冬季、春季、夏季平均氣溫增暖趨勢(shì)均存在突變現(xiàn)象，20世紀(jì)90年代開(kāi)始，增暖趨勢(shì)更為顯著。

2.2.3 最高、最低氣溫 近50 a雄安新區(qū)年平均最高氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)顯示(圖6a)，UF曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)與年平均氣溫有所不同，20世紀(jì)90年代以前UF<0，表現(xiàn)出降溫趨勢(shì)，1990—2018年UF>0，自2013年開(kāi)始，UF值超過(guò)顯著水平0.05的臨界線(xiàn)(u0.05=1.96)，表現(xiàn)出顯著增暖趨勢(shì)。在臨界區(qū)內(nèi)UF和UB曲線(xiàn)僅相交于1990年，由此判定近50 a雄安新區(qū)年平均最高氣溫顯著增溫存在突變現(xiàn)象，突變點(diǎn)為1990年。

年平均最低氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)變化趨勢(shì)與年平均氣溫變化相似(圖6b)，近50 a年平均最低氣溫一直處于增暖的趨勢(shì)，且自1973年開(kāi)始UF值超過(guò)顯著水平0.05的臨界線(xiàn)，表明雄安新區(qū)年平均最低氣溫上升趨勢(shì)是十分顯著的。但是，在臨界區(qū)內(nèi)UF和UB曲線(xiàn)并無(wú)交叉點(diǎn)，說(shuō)明近50 a雄安新區(qū)年平均最低氣溫的增溫趨勢(shì)不存在突變現(xiàn)象。

圖5 1969-2018年雄安新區(qū)季節(jié)平均氣溫曼—肯德?tīng)柦y(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)(a春季；b夏季；c秋季；d冬季，直虛線(xiàn)為a=0.05顯著性水平臨界線(xiàn))Figure 5 The Mann-Kendall statistic curve of seasonal mean temperature in Xiong’an New Area from 1969 to 2018(a spring; b summer; c autumn; d winter. The straight dotted line was a 0.05 significant horizontal critical line)

圖6 1969-2018年雄安新區(qū)年平均最高氣溫(a)、年平均最低氣溫(b)曼—肯德?tīng)柦y(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)Figure 6 The Mann-Kendall statistic curve of annual mean maximum temperature (a) and annual mean minimum temperature (b) in Xiong’an New Area from 1969 to 2018

繼而對(duì)各季節(jié)的平均最高氣溫、平均最低氣溫進(jìn)行Mann-Kendall突變性檢驗(yàn)，4個(gè)季節(jié)的平均最高氣溫UF>0的起始年份為20世紀(jì)80年代年初或80年代后期，且0.05顯著水平臨界區(qū)內(nèi)UF與UB曲線(xiàn)有多個(gè)交點(diǎn)，表現(xiàn)出4個(gè)季節(jié)的平均最高氣溫均自20世紀(jì)80年代開(kāi)始呈現(xiàn)升溫趨勢(shì)，但均不存在突變現(xiàn)象；4個(gè)季節(jié)的平均最低氣溫UF>0的起始年份為20世紀(jì)70年代年初或70年代后期，冬季、春季、夏季、秋季UF值分別于1988年、1981年、1994年、1993年超出臨界線(xiàn)，且0.05顯著水平臨界區(qū)內(nèi)UF與UB曲線(xiàn)有多個(gè)或沒(méi)有交叉點(diǎn)，由此判定，4個(gè)季節(jié)平均最低氣溫自20世紀(jì)70年代初期或70年代末期開(kāi)始呈現(xiàn)升溫趨勢(shì)，且春季平均最低氣溫于1981年開(kāi)始呈現(xiàn)顯著升溫趨勢(shì)，其他3個(gè)季節(jié)則于80年代末期或90年代初期呈現(xiàn)顯著升溫趨勢(shì)，但各季節(jié)的升溫趨勢(shì)均不存在突變現(xiàn)象。

2.3 氣溫的周期變化特征

2.3.1 年平均氣溫 雄安新區(qū)年平均氣溫存在3個(gè)明顯的特征時(shí)間尺度周期變化，分別是8 a、13 a、19 a。其中在20世紀(jì)70年代至90年代末以8 a周期振蕩為主，13 a特征尺度信號(hào)振蕩最劇烈，振蕩周期貫穿于整個(gè)研究時(shí)段，19 a尺度振蕩周期貫穿整個(gè)研究時(shí)段，表現(xiàn)出“冷-暖-冷-暖-冷-暖”3個(gè)完整的震蕩周期(圖7)。

圖7 1969—2018年雄安新區(qū)年平均氣溫小波變換系數(shù)及方差Figure 7 The wavelet transform coefficient and variance of annual mean temperature in Xiong’an New Area from 1969 to 2018

2.3.2 季平均氣溫 春季平均氣溫的Morlet小波分析結(jié)果顯示(圖8 a)，雄安新區(qū)近50 a春季平均氣溫存在3個(gè)明顯的特征時(shí)間尺度，分別是4～5 a、7～8 a、18～19 a。其中4～5 a周期在2000年以前表現(xiàn)較強(qiáng)，7～8 a周期貫穿整個(gè)研究時(shí)段，18～19 a特征尺度震蕩最強(qiáng)；夏季平均氣溫存在3個(gè)明顯的特征時(shí)間尺度(圖8 b)，分別是3 a、9 a、17 a左右。其中3 a周期在2000年以前表現(xiàn)較強(qiáng)，9 a、17 a左右周期貫穿整個(gè)研究時(shí)段，周期振蕩相對(duì)穩(wěn)定，且17 a左右特征尺度呈現(xiàn)比較強(qiáng)烈的震蕩；秋季平均氣溫存在2個(gè)明顯的特征時(shí)間尺度(圖8 c)，分別是6 a和8～9 a。其中6 a在2000年以前呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的周期振蕩，8～9 a特征尺度在2000以后震蕩強(qiáng)烈；冬季平均氣溫10 a以下小尺度周期振蕩不明顯(圖8 d)，13～14 a周期貫穿整個(gè)研究時(shí)段，且震蕩信號(hào)較強(qiáng)。

圖8 1969—2018年雄安新區(qū)季節(jié)平均氣溫小波變換系數(shù)及方差(a春季；b夏季；c秋季；d冬季)Figure 8 The wavelet transform coefficient and variance of seasonal mean temperature in Xiong’an New Area from 1969 to 2018(a spring;b summer;c autumn;d winter)

2.3.3 年平均最高、最低氣溫 從年平均最高氣溫小波變換系數(shù)及方差分析(圖9a)，年平均最高氣溫存在8 a、11 a、19 a周期震蕩，其中20世紀(jì)90年代以前以8 a周期震蕩為主，2000年以來(lái)以11 a周期震蕩為主。在整個(gè)時(shí)間序列中，19 a周期尺度表現(xiàn)出“冷-暖-冷-暖-冷-暖”3個(gè)完整周期震蕩。

年平均最低氣溫的小波變換系數(shù)及方差顯示(圖9b)，13 a、19—20 a特征尺度周期震蕩貫穿整個(gè)研究時(shí)段，且震蕩信號(hào)較強(qiáng)。同年平均最高氣溫一致表現(xiàn)出“冷-暖-冷-暖-冷-暖”3個(gè)完整周期震蕩。

圖9 1969—2018年雄安新區(qū)年平均最高氣溫(a)、年平均最低氣溫(b)小波變換系數(shù)及方差Figure 9 The wavelet transform coefficient and variance of annual mean maximum temperature(a)and annual mean minimum temperature (b)in Xiong’an New Area from 1969 to 2018

綜上小波變換系數(shù)及方差分析，年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫均顯示18—20 a尺度周期震蕩尤為顯著，且自2013年以來(lái)雄安新區(qū)氣溫處于暖周期。

3 結(jié)論與討論

(1)近50 a，雄安新區(qū)年平均氣溫呈顯著波動(dòng)升高態(tài)勢(shì)，上升速率為0.265 ℃/10 a，其上升速率略高于全國(guó)平均氣溫變化速率。20世紀(jì)70年代、80年代雄安新區(qū)平均氣溫總體偏低，而20世紀(jì)90年代及2000年以來(lái)時(shí)段的平均氣溫總體偏高。冬季、春季、夏季平均氣溫均呈顯著升高態(tài)勢(shì)，秋季平均氣溫變化較平穩(wěn)。不同季節(jié)平均氣溫升溫對(duì)年平均氣溫的貢獻(xiàn)由大到小為春季、冬季、夏季、秋季。

(2)平均最高、最低氣溫均呈波動(dòng)升高趨勢(shì)，氣候傾向率分別為0.238 ℃/10 a、0.422 ℃/10 a，平均最低氣溫升溫趨勢(shì)顯著，且對(duì)年平均氣溫升溫速率貢獻(xiàn)大于平均最高氣溫。各季節(jié)平均最高氣溫、平均最低氣溫均呈波動(dòng)升高趨勢(shì)。平均最高氣溫的升溫幅度由大到小為春季、夏季、冬季、秋季，平均最低氣溫的升溫幅度由大到小為春季、冬季、夏季、秋季。

(3)雄安新區(qū)年、冬季、春季、夏季平均氣溫增暖趨勢(shì)均存在突變現(xiàn)象，年平均氣溫顯著增暖起始于1987年；冬季平均氣溫于1975—1980年、1989—2018年增暖趨勢(shì)顯著。春季、夏季平均氣溫增暖趨勢(shì)始于20世紀(jì)90年代初。年平均最高氣溫自90年代開(kāi)始呈現(xiàn)持續(xù)增暖趨勢(shì)，突變點(diǎn)為1990年，2013年開(kāi)始呈現(xiàn)顯著增暖趨勢(shì)；年平均最低氣溫自70年代初即表現(xiàn)為顯著持續(xù)增暖趨勢(shì)，但其增溫趨勢(shì)不屬于突變現(xiàn)象。各季節(jié)的平均最高氣溫均自20世紀(jì)80年代開(kāi)始呈現(xiàn)升溫趨勢(shì)，但均不存在突變現(xiàn)象；各季節(jié)平均最低氣溫自20世紀(jì)70年代初期或70年代末期開(kāi)始呈現(xiàn)升溫趨勢(shì)，且春季平均最低氣溫于1981年開(kāi)始呈現(xiàn)顯著升溫趨勢(shì)，其他3個(gè)季節(jié)則于80年代末期或90年代初期呈現(xiàn)顯著升溫趨勢(shì)，但各季節(jié)的升溫趨勢(shì)均不存在突變現(xiàn)象。

(4)雄安新區(qū)年平均氣溫存在3個(gè)明顯的特征時(shí)間尺度的周期振蕩，13 a特征尺度信號(hào)振蕩最劇烈，各季節(jié)平均氣溫10 a以下的特征時(shí)間尺度周期振蕩明顯。近50 a，年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫在19 a特征時(shí)間尺度上均表現(xiàn)出“冷-暖-冷-暖-冷-暖”3個(gè)完整的震蕩周期，且自2013年以來(lái)處于“暖期”。

(5)雄安新區(qū)遠(yuǎn)期控制區(qū)面積約2 000 km2，利用該區(qū)域內(nèi)3個(gè)氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行氣溫的時(shí)間序列分析，雖然具有較強(qiáng)的代表性，能夠反映出雄安新區(qū)近50 a氣溫變化的基本特征，但是研究結(jié)果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足“生態(tài)雄安”發(fā)展的需求。利用本區(qū)域內(nèi)的氣象臺(tái)站及周邊臺(tái)站歷史數(shù)據(jù)和多源遙感遙測(cè)信息，重建雄安新區(qū)及白洋淀流域近100 a氣候數(shù)據(jù)集，建立基于風(fēng)險(xiǎn)的氣候變化和極端天氣氣候事件對(duì)雄安新區(qū)生產(chǎn)、生活和生態(tài)影響的定量化評(píng)估模型是我們的研究方向。