1961—2019年開平市四季長度的變化特征

劉儉彤，郭柏成，王成

（開平市氣象局，廣東開平 529300）

在全球氣候變暖的背景下，氣溫的逐漸升高直接影響氣候的變化，季節(jié)的更替時(shí)間、長度變化等也會受到影響［1－2］。郁珍艷等［3］指出我國大部分地區(qū)的夏季起始時(shí)間提前，夏季長度有延長的趨勢，其余季節(jié)則表現(xiàn)為縮短。還有學(xué)者指出我國東部地區(qū)氣溫的變化與4季長度的調(diào)整有密切聯(lián)系，其中對夏季長度的影響最為顯著［4］。

由于我國地域遼闊，4季的劃分要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況而定，不能籠統(tǒng)地以3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月—次年2月為冬季。開平市位于副熱帶地區(qū)，使用氣候?qū)W季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)能較好地反映開平的4季變化［5－6］，本研究以5 d滑動平均氣溫來代替日平均氣溫，既能克服使用傳統(tǒng)平均氣溫劃分上的不足，又更加嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)，為日后本地的氣候預(yù)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、旅游發(fā)展等提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料及四季劃分標(biāo)準(zhǔn)

本研究采用開平國家氣象站1961—2019年的逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)。

本研究根據(jù)2012年中國氣象局通過的《氣候季節(jié)劃分》標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)來劃分季節(jié)。該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定冬季和春季的溫度界限為10℃，夏季和秋季為22℃。采用5 d滑動平均來進(jìn)行4季劃分，以5 d為步長來計(jì)算滑動平均氣溫，然后確定一個(gè)5 d滑動平均氣溫能通過溫度界限的日期，并且從該日期起連續(xù)5 d的滑動平均氣溫都能通過臨界值，則該日期為季節(jié)的起始日期［7－8］，季節(jié)長度為2個(gè)相鄰季節(jié)間的時(shí)長。

1.2 分析方法

將5 d滑動平均氣溫?cái)?shù)據(jù)按季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)分為春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)，然后統(tǒng)計(jì)逐年的4季長度，最后再通過氣候傾向率、統(tǒng)計(jì)分析、突變檢驗(yàn)等方法［9－10］對開平市4季長度變化和突變轉(zhuǎn)折進(jìn)行分析。

2 四季長度的年變化特征

從開平市4季長度統(tǒng)計(jì)表（表1）可知，一年4季中，夏季的平均長度約占全年的大半時(shí)間（約57.5%），近59年來開平夏季的最長天數(shù)可達(dá)248 d，即占全年的67.9%；春秋兩季的平均長度接近，春季略短；冬季的平均長度最短，僅有4 d，甚至大多數(shù)年份不存在冬季，即無冬。開平市4季的年變化幅度較大，其中春季的最長天數(shù)118 d（出現(xiàn)于1976年）是最短天數(shù)（21 d，出現(xiàn)于2018年）的5.6倍，秋季的最長天數(shù)110 d（出現(xiàn)于1981年）是最短天數(shù)（43 d，出現(xiàn)于1975年）的2倍多。從入季的平均時(shí)間來看，開平市的春季一般出現(xiàn)在1月下旬至2月上旬、夏季是4月上旬、秋季是11月上旬、冬季則出現(xiàn)在次年1月下旬。

表1 1961—2019年開平市四季長度統(tǒng)計(jì)

對4季長度作一元線性擬合，得出除了夏季長度是明顯增長的趨勢外，其他季節(jié)都表現(xiàn)為縮短，秋季減少得最為明顯，以每10年縮短2.5 d的速度變短。從顯著性檢驗(yàn)來看，只有春季的長度變化沒有通過檢驗(yàn)，秋、冬季的氣候傾向率都通過95%顯著性檢驗(yàn)，夏季更是通過99%顯著性檢驗(yàn)。

3 四季長度的突變分析

對開平市4季長度采用M－K檢驗(yàn)法來分析突變（圖1），由圖1可以看出，開平市的春季長度總體上表現(xiàn)為縮短的趨勢，除了1962、1966和1968年出現(xiàn)小幅增長外，其余年份都表現(xiàn)為縮短。從突變情況來看，在1963—1983、1996—2013年這2個(gè)時(shí)間段里，兩條曲線存在不止一個(gè)交點(diǎn)，根據(jù)魏鳳英［11］對M－K檢驗(yàn)法的研究，認(rèn)為并不是所有的交點(diǎn)都是突變點(diǎn)，這些交點(diǎn)的周圍有小波動，突變情況不明顯，因此春季的長度變化沒有突變點(diǎn)。

圖1 1961—2019年開平市4季長度的M－K檢驗(yàn)曲線

夏季長度則有延長的趨勢，只在20世紀(jì)60年代初有短暫的縮短，然后小幅地延長，并且在20世紀(jì)80年代末延長明顯，因此1987年是夏季長度由緩慢延長轉(zhuǎn)為明顯延長的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。另外，夏季長度在1997年后的增長趨勢最為明顯，突破了檢驗(yàn)線。

秋季長度變化可分為2個(gè)階段：1962—1983年長度變化不穩(wěn)定，以小波動為主；1983年后轉(zhuǎn)為一致的縮短，且變化曲線在21世紀(jì)初突破了檢驗(yàn)線。因此開平市的秋季長度在20世紀(jì)80年代初存在突變點(diǎn)。

冬季長度整體上表現(xiàn)為縮短，并且UF曲線在20世紀(jì)80年代中期就突破了檢驗(yàn)線，冬季長度縮短顯著，但是其UF和UB曲線不存在交點(diǎn)。

4 年平均氣溫對四季長度的影響

4.1 年變化

從平均氣溫的逐年變化曲線（圖2）來看，開平市的年平均氣溫在1976年出現(xiàn)最低值（21.32℃），其次在1984年出現(xiàn)次低值，之后開平市的年平均氣溫基本維持在22℃或以上，并且在2007年出現(xiàn)峰值23.67℃，氣溫總體上呈逐漸升高的趨勢。從線性擬合可知，年平均氣溫的氣候傾向率與夏季長度的氣候傾向率都為正值，年平均氣溫以0.027℃／年的速度升高。

圖2 1961—2019年開平市年平均氣溫變化曲線

4.2 突變檢驗(yàn)

對年平均氣溫作突變分析，從圖3可以看出，年平均氣溫和夏季長度的檢驗(yàn)曲線相似，都表現(xiàn)為前期有小幅回落，后期轉(zhuǎn)為顯著增加。年平均氣溫在1962—1988年有輕微波動，期間曾出現(xiàn)短期的低溫，在20世紀(jì)80年代末開始升溫明顯，還突破了檢驗(yàn)線，且與逆序列曲線存在交點(diǎn)，因此20世紀(jì)80年代末是年平均氣溫由小幅波動轉(zhuǎn)為急劇升溫的突變點(diǎn)，與夏季長度的突變情況一致。

圖3 1961—2019年開平市年平均氣溫的M－K檢驗(yàn)曲線

對年平均氣溫和4季長度作相關(guān)性分析，得出相關(guān)系數(shù)，只有夏季表現(xiàn)為正相關(guān)，其余均為負(fù)相關(guān)，具體為春季r＝－0.10、夏季r＝0.76、秋季r＝－0.27、冬季r＝－0.22。對其相關(guān)系數(shù)作檢驗(yàn)得出，夏季長度通過了0.01顯著性水平檢驗(yàn)、秋季則通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)?？梢姡募鹃L度對氣候變暖的響應(yīng)最強(qiáng)，秋季次之，說明平均氣溫每10年上升0.27℃，夏季將延長5.42 d。

5 結(jié)論

1）4季中，開平市夏季的平均長度最長，約占全年的57.5%；春秋2季的平均長度接近；冬季最短，大多數(shù)年份不存在冬季。4季長度的氣候變化中，除了夏季長度有明顯延長的趨勢外，其他季節(jié)都表現(xiàn)為縮短，秋季縮短得最為明顯。

2）由M－K檢驗(yàn)可得，開平市春季和冬季的長度變化沒有發(fā)生突變，而夏季和秋季長度的突變節(jié)點(diǎn)接近，說明夏季在延長的時(shí)候，秋季表現(xiàn)為縮短。

3）開平市年平均氣溫呈升溫趨勢，預(yù)計(jì)每10年上升0.27℃。M－K檢驗(yàn)法得出年平均氣溫在20世紀(jì)80年代末發(fā)生突變，由小幅變溫轉(zhuǎn)為急劇升溫，21世紀(jì)初的增溫最為顯著。

4）氣溫對4季長度的變化有較大的影響，夏季長度的響應(yīng)最為強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)在夏季長度和年平均氣溫具有顯著的正相關(guān)性，且兩者的突變情況一致。