近50年青島地面風速、氣溫的變化周期及突變形勢分析

摘 要：利用來自青島地區近50年的地面觀測資料，對該地區地面風速、氣溫的長期變化趨勢進行分析，主要分析了變化周期、突變現象等。研究發現：（1）青島地區逐年平均的地面風速、氣溫存在多種尺度的顯著性變化周期。氣溫具有顯著的2.1年至2.7年、3.6年至5.3年的變化周期以及32年以上的長周期震蕩；風速存在顯著的2年至4年的變化周期以及16年以上的長周期震蕩。（2）1月、7月的地面氣溫、風速均存在顯著性變化周期。（3）青島地區的地面氣溫在近50年期間存在顯著的突變現象，突變期為1989年；地面風速在近50年期間并不存在顯著的突變形勢。（4）青島地區的地面氣溫在冬季的突變期為1986年，夏季的突變期為20世紀70年代后期和20世紀80年代初期；青島地區的地面風速在冬季不存在顯著的突變現象，夏季的突變期為2003年。

關鍵詞：青島 地面風速 氣溫 變化周期 突變形勢

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0119-06

Periods and Abrupt Phenomenon Analysis of Temperature and Surface Wind Speed in Tsingtao during the Last 50 Years

Ma Ya-wei1 Cong ai-li2 ZHENG Chong-wei3 Tian Yan-yan4

（1.Tsingtao Meteorological Administration，Tsingtao 266003；2.NO.91286 Army of PLA，Tsingtao 266003；

3.NO.92538 Army of PLA，Dalian 116041；4.NO.91379 Army of PLA，Tsingtao 266002）

Abstract：This paper present the vabariation periods and abrupt phenomenon of Tsingtao surface wind speed and temperature were analyzed by using the observed data.Results show that，（1）Tsingtao surface wind speed and temperature have obvious vabariation periods，of about 2.1-2.7 years，3.6-5.3 years and above 32 years in temperature，2-4 years and above 16 years in wind speed.（2）Both temperature and wind speed in January and April have significant vabariation periods.（3）During the last 50 years，annual average temperature in Tsingtao has obvious abrupt phenomenon，and the abrupt time is 1989.But the annual average wind speed in Tsingtao has no abrupt phenomenon.（4）Winter temperature in Tsingtao has significant abrupt phenomenon in 1986，summer temperature in Tsingtao has significant abrupt phenomenon in the later stage of 70 decade and beginning of 80 decade in 20 century. Summer wind speed in Tsingtao has significant abrupt phenomenon in 2003，but no abrupt phenomenon in winter.

Key Words：Tsingtao；Surface wind speed；Temperature；Vabariation periods；Abrupt phenomenon

氣溫、地面風速是重要的兩項氣象要素，對人類的影響很大。全球變暖導致的海平面上升、冰川退化、資源危機、環境危機等現象對人類的生存與可持續發展構成了嚴重威脅，在環境和資源嚴重困擾人類、眾多國家和地區都面臨能源危機的當今世界，全球氣候變化越來越成為關注的焦點[1～4]。IPCC（聯合國政府間氣候變化委員會——Intergovernmental Panel on Climate Change）第四次評估報告[5]指出在1906年至2005年期間全球變暖趨勢為0.074 ℃/10a。廖春花等[6]根據1951年至2007年長沙的月平均氣溫資料，分析了近57年來長沙的氣溫變化特征，發現近57年期間，長沙存在著冷-暖-冷-暖的波動現象，且總體上年平均氣溫呈顯著的上升趨勢，除了8月和9月氣溫呈下降趨勢之外，其余各月都呈升高趨勢，4月和5月升高趨勢最顯著，其次是2月，最高氣溫和最低氣溫也都呈上升趨勢，其中最高氣溫上升趨勢顯著，上升速度也較快。年平均氣溫近期的增溫從1997年開始，明顯偏晚，在21世紀初開始顯著增暖，但沒有發生突變。另外，年平均氣溫變化還存在準4年的周期振蕩。劉志宏等[7]的研究發現大連地區的氣溫存在多種尺度的變化周期，存在明顯的2.13年至2.67年、4年至5.33年的變化周期以及32年以上的長周期震蕩，該地區的地面氣溫還存在明顯的突變，突變期為1988年。本文利用地面觀測資料，采用功率譜、MK檢驗方法，分析了該地區地面風速、氣溫的變化周期、突變形勢，為研究全球氣候變化規律提供參考。

1 氣溫、風速的變化周期

1.1 逐年平均氣溫、風速的變化周期

將青島地區的地面氣溫、風速分別從1961年至2010年進行逐年平均，然后采用功率譜分析方法，分析近50年期間該地區地面氣溫、風速的變化周期，見圖1，如果譜密度大于紅（白）噪音檢驗標準譜，則表明該周期是顯著的。

通過分析不難發現青島地區的地面氣溫、風速存在多種尺度的顯著性變化周期。氣溫具有顯著的2.1年至2.7年、3.6年至5.3年的變化周期以及32年以上的長周期震蕩，詳見圖3a；風速存在顯著的2～4年的變化周期以及16年以上的長周期震蕩，詳見圖3b。

1.2 不同季節氣溫的變化周期

為了分析不同季節將青島地區地面氣溫的變化周期，本文還將該地區的氣溫進行逐季節平均，采用功率譜分析方法，分析不同季節氣溫的變化周期，見圖2。

冬季（1月為代表，圖2a）：該季節的地面氣溫存在顯著的2.5年至2.7年、3.2年至4.6年的顯著性變化周期，這個顯著性變化周期可能與nino3指數的5年周期存在一定的聯系；夏季（7月為代表，圖2b）：該季節的地面氣溫存在顯著的2.0年至2.3年、3.2年至3.6年的顯著性變化周期。

1.3 不同季節風速的變化周期

將青島地區的地面風速進行逐季節平均，采用功率譜分析方法，分析不同季節地面風速的變化周期，見圖3。

冬季（1月為代表，圖3a）：青島的地面風速存在顯著的2.0年至2.5年、3.2年、6.4年至10.7年的顯著性變化周期；夏季（7月為代表，圖3b）：青島的地面風速存在顯著的2.9年至5.3年的顯著性變化周期，以及32年以上的長周期震蕩。陳紅霞等[8]指出中國近海及臨近海域（15°～25°N，112°～130°E）海浪的年際變化中以5年左右的變化周期最為顯著，這一周期可能受東亞冬季風異常和ENSO循環影響有關；郭艷軍等[9]的研究結果表明，ENSO時間影響到我國冬季風的強弱。結合本文的結果，青島的氣溫、風速都具有顯著的5年左右的變化周期，這一周期可能與ENSO循環有著密切聯系。

2 氣溫、風速的突變檢驗

2.1 逐年平均氣溫、風速的突變形勢

將青島地區的地面氣溫、風速分別從1961年至2010年進行逐年平均，然后利用MK（Mann-Kendall）檢驗方法，分析近50年期間該地區地面氣溫、風速的突變形式，見圖4。

氣溫：由圖4a可見，UF與UB兩條曲線相交于1989年，且交點位于兩條檢驗線（直線A和直線B）之間，表明青島地區的地面氣溫在近50年期間存在顯著的突變現象，突變期為1989年。由UF曲線可以看出，該地區的氣溫在1961年至1972年期間呈震蕩遞減，1972年的氣溫為近50年的波谷，1972年至2010年期間呈顯著的遞增趨勢，尤其是在1994年以后，UF曲線在臨界線以上，即遞增趨勢更為強勁，該地區氣溫的遞增趨勢與全球變暖大背景相吻合。

風速：由圖4b可見，UF、UB兩條曲線雖然相交，但交點并不位于兩條臨界線之間，說明該地區的地面風速在近50年期間并不存在顯著的突變形勢。由UF曲線的走勢可以看出，青島地區的風速在1961年至1967年期間呈遞減趨勢，1967年至1973年期間呈遞增趨勢，1973年至1991年期間走勢相對平緩，1991年至2010年期間的地面風速迅速遞減。

2.2 不同季節氣溫的突變形勢

為了分析不同季節的突變形勢，本文還將青島地區的地面氣溫從1961年至2010年進行逐季節平均，然后利用MK檢驗方法，分析近50年期間該地區地面氣溫在不同季節的突變形式，見圖5。

冬季（1月為代表）：由圖5a可見，UF與UB兩條曲線相交于1986年，且交點位于兩條檢驗線之間，表明青島地區的地面氣溫在冬季存在顯著的突變現象，突變期為1986年。由UF曲線可以看出，該地區的氣溫在夏季整體呈緩慢的波動狀遞增。在近50年期間，青島冬季的氣溫存在兩個比較明顯的波谷：1963年和1970年，1971年年之后表現出較為明顯的遞增趨勢。

夏季（7月為代表）：由圖5b可見，UF、UB兩條曲線相交于1978年、1981年、1984年，且交點位于兩條臨界線之間，說明該地區的氣溫在近50年期間的夏季存在顯著的突變形勢，突變期為20世紀70年代后期和80年代初期。由UF曲線的走勢可以看出，青島地區的氣溫在1961年至1967年期間劇烈遞增，1970年至2010年期間呈緩慢的遞增趨勢。

2.3 不同季節風速的突變形勢

還將青島地區的地面風速從1961-2010年進行逐季節平均，然后利用MK檢驗方法，分析近50年期間該地區地面風速在不同季節的突變形式，見圖6。

冬季（1月為代表）：由圖6a可見，UF與UB兩條曲線相交于1991年，但交點并不位于兩條檢驗線之間，表明青島地區的地面風速在冬季不存在顯著的突變現象。由UF曲線可以看出，該地區的風速在近50年期間的夏季表現出顯著的遞減趨勢。

夏季（7月為代表）：由圖6b可見，UF、UB兩條曲線相交于2003年，且交點位于兩條臨界線之間，說明該地區的風速在近50年期間的夏季存在顯著的突變形勢，突變期為2003年。由UF曲線的走勢可以看出，在1961年至1967年期間，風速表現出遞減趨勢，1967年至1976年期間表現出遞增趨勢，1976年至1991年期間的變化趨勢較為平緩，1991年至2010年期間表現出劇烈的遞減趨勢，詳見圖6b。

3 結論

（1）青島地區的地面氣溫、風速存在多種尺度的顯著性變化周期。氣溫具有顯著的2.1年至2.7年、3.6年至5.3年的變化周期以及32年以上的長周期震蕩；風速存在顯著的2年至4年的變化周期以及16年以上的長周期震蕩。

（2）1月的地面氣溫存在顯著的2.5年至2.7年、3.2年至4.6年的顯著性變化周期；7月的地面氣溫存在顯著的2.0年至2.3年、3.2年至3.6年的顯著性變化周期。1月的地面風速存在顯著的2.0年至2.5年、3.2年、6.4年至10.7年的顯著性變化周期；7月的地面風速存在顯著的2.9年至5.3年的顯著性變化周期，以及32年以上的長周期震蕩。

（3）青島地區的地面氣溫在近50年期間存在顯著的突變現象，突變期為1989年；地面風速在近50年期間并不存在顯著的突變形勢。

（4）青島地區的地面氣溫在冬季存在顯著的突變現象，突變期為1986年；該地區的氣溫在近50年期間的夏季存在顯著的突變形勢，突變期為20世紀70年代后期和20世紀80年代初期。青島地區的地面風速在冬季不存在顯著的突變現象；該地區的風速在近50年期間的夏季存在顯著的突變形勢，突變期為2003年。

參考文獻

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