1961-2010年綏化市溫度和降水變化特征分析

王安娜，高洪蛟，付 雯，呂 爽

（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152000）

1961-2010年綏化市溫度和降水變化特征分析

王安娜，高洪蛟，付 雯，呂 爽

（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152000）

以綏化市測(cè)站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，同時(shí)選取氣溫和降水2個(gè)主要?dú)庀笠刂笜?biāo)，采用線性傾向估計(jì)最小二乘法和滑動(dòng)平均法對(duì)1961-2010年綏化市溫度和降水的變化趨勢(shì)進(jìn)行探討并統(tǒng)計(jì)年代際特征。結(jié)果表明：近50 a來(lái)，綏化市春季、秋季、冬季平均氣溫以及年平均氣溫均呈明顯的增加趨勢(shì)，夏季雖有增溫趨勢(shì)，但不顯著。降水量呈波動(dòng)變化并略有減少。

氣溫；降水量；特征

1 引言

當(dāng)前，氣候變化是全球環(huán)境變化研究的核心問(wèn)題和重要內(nèi)容，氣候變化問(wèn)題不僅是科學(xué)問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題，而且是能源問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[1]。中國(guó)東北地區(qū)地處中高緯度及歐亞大陸東端，是受全球氣候變暖影響最明顯的地區(qū)之一[2]。本文采用線性傾向估計(jì)方法和滑動(dòng)平均法，對(duì)綏化市近50 a來(lái)的氣候變化趨勢(shì)、突變性等變化特征進(jìn)行探討，以期為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源利用提供參考。

2 資料與方法

2.1 資料來(lái)源

利用綏化市氣象站1961-2010年歷年的逐月平均氣溫和降水量，以及各季氣溫和降水量、年降水量和年平均氣溫資料，分別統(tǒng)計(jì)春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12月-翌年2月)及年平均氣溫、降水量。

2.2 研究方法

2.2.1 線性傾向估計(jì)最小二乘法

對(duì)氣象要素資料序列進(jìn)行趨勢(shì)分析時(shí)，一維時(shí)間序列一般采用線性傾向估計(jì)最小二乘法[3-4]。xi為樣本量為n的某一氣候變量；ti為 xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。建立 xi與 ti之間的一元線性回歸：

回歸系數(shù)b的符號(hào)表示氣候變量x的趨勢(shì)傾向。當(dāng)b>0，說(shuō)明x隨時(shí)間t的增加呈上升趨勢(shì)；反之，x呈下降趨勢(shì)。

本研究用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。相關(guān)系數(shù)r表示變量x與時(shí)間t之間線性相關(guān)的密切程度。當(dāng)r>0且b>0時(shí)，說(shuō)明x隨時(shí)間t呈上升趨勢(shì)；當(dāng)r<0且b<0時(shí)，說(shuō)明x隨時(shí)間t呈下降趨勢(shì)。確定顯著性水平a，若 |r|>ra，表明x隨時(shí)間t的變化趨勢(shì)是顯著的，否則表明變化趨勢(shì)不明顯。

2.2.2 滑動(dòng)平均法

滑動(dòng)平均法是一種平滑和濾波的數(shù)據(jù)處理方法，通過(guò)滑動(dòng)平均后，可濾掉數(shù)據(jù)中頻繁的隨機(jī)起伏，顯示出平滑的變化趨勢(shì)。對(duì)各季各要素進(jìn)行5 a滑動(dòng)平均，計(jì)算公式：

式中，n為系列個(gè)數(shù)。

3 結(jié)果分析

3.1 氣溫年和季的變化

3.1.1 年平均氣溫變化

通過(guò)對(duì)綏化市1961-2010年的氣溫資料進(jìn)行分析，50 a來(lái)綏化市平均氣溫呈明顯上升趨勢(shì)，氣溫上升約2.33℃，線性擬合增長(zhǎng)率為0.47℃／10 a。從圖1可看出1961-1988年一直處于偏冷期，1969年達(dá)最低點(diǎn)，1989年后進(jìn)入增暖期，于2007年達(dá)到極大值5.3℃，增暖幅度十分明顯。

采用5 a滑動(dòng)平均，對(duì)年平均氣溫時(shí)間序列進(jìn)行平滑。從圖1可知，1961年至20世紀(jì)80年代中期年平均氣溫呈緩慢波動(dòng)上升趨勢(shì)，80年代末期開(kāi)始?xì)鉁厣仙?0年代初期后上升趨勢(shì)十分顯著。

3.1.2 氣溫線性傾向估計(jì)

圖1 綏化市年平均氣溫趨勢(shì)變化曲線

表1 綏化市年季氣溫線性傾向估計(jì)值

用線性傾向估計(jì)研究氣候變化趨勢(shì)，并用相關(guān)系數(shù)r進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。表1為近50 a來(lái)綏化市各季和年平均氣溫傾向值b和相關(guān)系數(shù)r。

從b值來(lái)看，年和各季均為正值，說(shuō)明年和各季的平均氣溫隨著時(shí)間的增加均呈上升趨勢(shì)，尤以冬季氣溫隨時(shí)間的增加最快。年平均氣溫以0.47℃／10 a的傾向率上升，春季為 0.34 ℃ ／10 a，夏季為 0.22 ℃ ／10 a，秋季為 0.45 ℃ ／10 a，冬季為 0.63 ℃／10 a。 因此，從季節(jié)上說(shuō)，對(duì)年平均氣溫增溫作用最大的是冬季，其次是秋季和春季，最后是夏季。

從r值來(lái)考慮，夏季和秋季平均氣溫未能通過(guò)0.01的信度檢驗(yàn)，冬季通過(guò)0.01的信度檢驗(yàn)，年和秋季平均氣溫通過(guò)0.001的信度檢驗(yàn)。可見(jiàn)年平均氣溫、秋季平均氣溫和冬季平均氣溫的線性增加趨勢(shì)十分顯著，而春季和夏季對(duì)氣溫增溫趨勢(shì)的貢獻(xiàn)不如秋季和冬季顯著。

3.1.3 氣溫年代際變化

表2 綏化市年及四季平均氣溫年代際變化結(jié)果（單位：℃）

為分析氣溫年代際變化特征，對(duì)氣溫資料進(jìn)行了分段統(tǒng)計(jì)。從表2可看出，綏化市平均氣溫呈逐年代上升趨勢(shì)，60年代平均氣溫比氣候值（1961-2010年平均）低0.84℃，到了70年代略有上升，比氣候值低0.65℃，80年代平均氣溫基本接近氣候值，90年代比氣候值高0.51℃，2001-2010年的平均氣溫比60年代高1.84℃，比氣候值高1℃。

為分析氣溫變化的階段性特征，對(duì)各季平均氣溫資料進(jìn)行了分段統(tǒng)計(jì)處理，對(duì)綏化市各季平均氣溫變化的統(tǒng)計(jì)分析可知，各季平均氣溫在1980年之前都處在偏冷期，到了80年代氣溫開(kāi)始上升，之后一直處在偏暖期。60年代和70年代各季節(jié)平均溫度均比氣候值低，80年代溫度略有上升，基本與氣候值持平。從90年代起冬、夏、秋三季的平均氣溫開(kāi)始高于氣候值，90年代分別高出0.69℃、0.56℃、0.1℃。2001-2010年平均氣溫分別高出1.47℃、0.39℃、0.92℃，而春季平均氣溫從80年代起高于氣候值，80年代高出0.17℃、90年代高出0.56℃、2001-2010年高出0.57℃。近50 a來(lái)冬季平均氣溫比60年代上升了2.64℃，春、夏、秋三季分別上升了1.25℃、0.65℃、1.25℃。可見(jiàn)對(duì)于近50 a的增溫，貢獻(xiàn)最大的是冬季。

3.2 降水量年和季的變化

3.2.1 年降水量變化

通過(guò)對(duì)綏化市1961-2010年的降水資料進(jìn)行分析，50 a來(lái)綏化市降水量呈減少趨勢(shì)，50 a降水量約減少了28.5 mm,線性擬合增長(zhǎng)率為-5.7℃／10 a。從圖2可看出，降水基本呈波動(dòng)變化，并略有減少，70年代中期至80年代初期減少最為明顯，80年代中期至90年代中期降水有所增加，并于1994年達(dá)到最大值，為752.8 mm。從1995年開(kāi)始，降水量呈減少趨勢(shì)，1999年達(dá)到極少值，為363.1 mm。

圖2 綏化市年降水量趨勢(shì)變化曲線

采用5 a滑動(dòng)平均，對(duì)年降水量時(shí)間序列進(jìn)行平滑。1961-2010年綏化市降水峰值期出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代中期、70年代初期、80年代中期、90年代中期；60年代后期至70年代初期、70年代中期至80年代初期、90年代末期至今為少雨期。

3.2.2 降水量線性傾向估計(jì)

如表3所示，除年、夏季及秋季外，春季和冬季的降水量b值均為正值，說(shuō)明冬季和春季的降水量均隨時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì)，年、夏季及秋季降水量均隨時(shí)間的增加呈下降趨勢(shì)。其中年降水量以5.7 mm／10 a的傾向率降低，夏季和秋季分別以2.89 mm／10 a和2.01 mm／10 a的傾向率降低，春季和冬季分別以6.59 mm／10 a、3.18 mm／10 a的傾向率增加。因此，從季節(jié)上說(shuō)，對(duì)年降水量的增加作用最大的是春季和冬季。由相關(guān)系數(shù)r值可知，除冬季通過(guò)0.01的信度檢驗(yàn)外，其他均未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。可見(jiàn)，冬季降水量的線性增加趨勢(shì)相對(duì)較為顯著，而年和其它季節(jié)降水量的增加趨勢(shì)不顯著。

3.2.3 降水量年代際變化

表3 綏化市年季降水量線性傾向估計(jì)值

為分析降水的年代際變化特征，對(duì)降水資料進(jìn)行了分段統(tǒng)計(jì)。從表4可看出，降水的年際變化和氣溫的逐年上升趨勢(shì)不同，降水量階段性變化呈現(xiàn)出多水、少水交替出現(xiàn)的特點(diǎn)。60年代和70年代降水量均低于氣候值（1961-2010年平均），分別低出10.03 mm和46.61 mm。從80年代起高于氣候值，80年代高出3.07 mm，90年代高出4.33 mm，2001-2010年的平均降水量比氣候值高出 49.54 mm。

從綏化市各季降水量變化分析，降水具有明顯的季節(jié)變化特征，冬季的降水量在60和70年代都處于少水階段，80年代后高于氣候值，開(kāi)始轉(zhuǎn)為多水階段。而其他三季的降水量呈現(xiàn)多少交替的變化特征，其中，夏季和秋季的變化趨勢(shì)類似，60、80、90年代夏季和秋季降水量高于氣候值，70年代只有秋季降水量高于氣候值，2001-2010年只有春季降水量高于氣候值。可見(jiàn)50 a只有冬季的降水量呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，其他三季均屬波動(dòng)趨勢(shì)。

表4 綏化市年及四季降水量年代際變化結(jié)果（單位：mm）

4 結(jié)論

（1）近50 a綏化市年和各季平均氣溫均呈增加趨勢(shì)，夏季增暖趨勢(shì)相對(duì)不顯著。

（2）綏化市近50 a降水量總體呈波動(dòng)趨勢(shì)并略有減少。冬季和春季降水呈增加趨勢(shì)，年、夏季及秋季呈下降趨勢(shì)。

（3）綏化市年和各季平均氣溫均在20世紀(jì)80年代末發(fā)生了突變，20世紀(jì)80年代以來(lái)綏化市進(jìn)入了相對(duì)明顯的暖期。年和各季降水量沒(méi)有明顯突變。

[1]秦大河，丁一匯，張錦，等.氣候系統(tǒng)的演變及其預(yù)測(cè)[M].北京：氣象出版社，2003.

[2]秦大河，陳振林，羅勇，等.氣候變化科學(xué)的最新認(rèn)知[J].氣候變化研究進(jìn)展，2007，3(2)：63—73.

[3]徐宗學(xué)，隋彩虹.黃河流域平均氣溫變化趨勢(shì)分析[J].氣象，2005，31(11)：7—16.

[4]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，1999：37—40.

Analysis of characteristics of temperature and precipitation from 1961 to 2010 in Suihua city

WANG An-na,GAO Hong-jiao,FU Wen,LU Shuang
(Suihua meteorological service,Heilongjiang Suihua 152000)

The data of temperature and precipitation from Suihua weather station was selected as the main factors,and the variation trend and the interdecadal change characteristics of these two factors from 1961 to 2010 was analyzed by the least square method and moving average method.The results showed that the average temperature of spring,autumn and winter in Suihua city increased clearly,also in the summer,but not clearly，the precipitation decreased slightly with fluctuation.

Temperature;Precipitation;Characteristics

P42

A

1002-252X(2012)02-0005-03

2012-2-1

王安娜（1977-），女，黑龍江省綏化市人，成都信息工程大學(xué)，本科生，工程師.