近51a漳州市極端最低氣溫變化特征分析

蘇曉玲，龔松柏，郭偉斌，陳雅麗

(福建師范大學地理科學學院，福建 福州 350117)

1 引言

在全球氣候變暖背景下，1901—2012年的100多年間，全球地表溫度升高了0.89℃，升溫幅度約為0.5～0.8℃，比同期全球升溫幅度平均值略高，在20世紀80年代中后期增暖尤其明顯，增溫速率為0.22℃/10 a，明顯高于全球或北半球同期平均增溫速率;過去30 a的氣溫比1850年以來任何時期都要高，本世紀的頭10 a是有史以來最熱的10 a，人類活動是導致全球變暖主要原因［1］，并且變暖趨勢短期內難以逆轉［2］。這是由于該時期中國經濟迅速發展，人類活動加劇、城市化和工業化的快速發展大大改變了氣象站點觀測環境，使觀測數據隨著城市化進程發生了改變。

極端溫度作為極端氣候事件的一種，國內外氣象學者對極端最低氣溫事件進行了許多研究，Karl等研究結果表明，過去幾十年里，極端最低氣溫事件發生的頻率和霜凍日數都呈減少的趨勢［3］;Gruze等研究結果表明，極端最低氣溫天數減少的速率大于極端高溫天數的增加速率［4］;我國年平均日最低氣溫在20世紀70年代初期和80年代中期之后發生了兩次變暖突變，90年代起日最低氣溫開始進入不同程度的迅速升溫階段［5］;1986年以來中國南方冬季整體偏暖，低溫次數呈減少趨勢，但仍有強烈的異常低溫事件出現，如2008年1月的極端最低氣溫雨雪天氣［6］;近50 a福建省冬季氣溫呈上升趨勢，其增暖速度大于年平均氣溫，冬季氣溫變化存在暖月平均氣溫持續上升和冷月平均氣溫下降的兩極分化趨勢［7］。

漳州市位于福建省東南部，東臨臺灣海峽，氣候溫和，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，干濕季分明;東南濱海，西部低溫寒(凍)害較頻繁。又處于閩南經濟發展區，是海峽西岸城市群中的重要組成部分。近年來漳州市城市化速率加快，改變了下墊面的性質和局地大氣成分，使局地氣候發生了改變，漳州市年均溫線性趨勢增加顯著，尤其在20世紀90年代以來增加明顯高于全球變暖趨勢，并且漳州市薌市區又明顯高于其他縣(市)［8］。本文根據漳州1962—2012年冬季(1、2、12月)日最低氣溫的變化，分析漳州市極端最低氣溫的變化特征，以期為本地氣候變化預報、評估、影響和服務提供參考，為農業生產制定合理規劃布局和防災減災提供科學依據。

2 資料與方法

2.1 數據資料

本文采用資料為漳州市10個氣象站點1962—2012年1、2、12月逐日最低氣溫，其中選用漳州站氣溫觀測數值代表中心市區氣溫，其余9個站點距離中心市區較遠，作為受城市化影響小的郊區站，9個站點的平均值作為郊區站的數值。氣象觀測站點信息見表1。

表1 漳州氣象觀測站基本信息(2012年)

2.2 研究方法

本文利用漳州市10個氣象站點1962—2012冬季日最低氣溫、低溫(＜5℃)日數、中心市區站點與郊區站點多年平均極端最低溫，建立各區域樣本值時間序列，采用線性趨勢分析、變異系數分析、距平等統計分析方法，分析近51 a內漳州極端最低氣溫、低溫日數距平和線性傾向率，并對該時段內市區與郊區極端最低氣溫、低溫日數變化特征及差異進行研究。

2.2.1 氣候趨勢分析 氣候傾向率是采用一元線性回歸方程來表示氣象要素趨勢變化，其算法為:設某站某氣象要素時間序列為 y1、y2、y3…yn，可用多項式Yn(t)=a0+a1t1+a2t2…+antn表示，Yn(t)為時刻t的要素值Y(t)的趨勢方程估計量，t為時間序號。氣溫的氣候趨勢用一次直線方程即可滿足［9］，故采用 y(t)=a0+a1t表示，把 a1乘以10稱為氣候變化傾向率，正數表示上升趨勢，負數反之，a1采用最小二乘法確定，見公式(1)，其單位為 ℃/10a。以年度極端最低氣溫超過多年極端最低氣溫平均值1.5個標準差的年份作為偏暖年，少于多年極端最低氣溫平均值1.5個標準差的年份為偏冷年，兩者之間為正常年份［9］。

2.2.2 變異系數分析 變異系數Cv是表示標準差S相對于平均數大小的相對量，可描述氣象要素不同年代的相對變化，通過對比不同年代變異系數，可分析不同要素變化幅度及其變化的穩定性，Cv越小，表示該要素在統計時段變化差異越小、越穩定，見公式(2)。

2.2.3 距平 距平指一組觀測數據中某個數據xi相對于的差值，常用于其變量偏離正常情況的量，距平值能夠確定某個時段或時次的氣象觀測數據，分正距平和負距平。距平值高說明某個觀測數值與平均值的差值大，即相應時間段內觀測數值相對于平均值出現了異常。

3 結果分析

3.1 極端最低氣溫時間變化規律分析

3.1.1 極端最低氣溫趨勢分析 據圖1，1962—2012年間，2012年全市平均極端最低氣溫最高值為6.72 ℃，最低值出現在1963年，為 -0.62 ℃，1967 年-0.59℃次之，1999年12月下旬有強冷空氣入侵，當年極端最低氣溫也較低。采用一元線性方程對全市歷年來平均極端最低氣溫進行擬合，擬合方程為 y=0.039 7 t+1.472 6，即近 51 a 來漳州市冬季平均極端最低氣溫以0.397℃/10 a(通過0.05信度檢驗)線性傾向率增加。

圖1 漳州多年極端最低氣溫變化曲線

3.1.2 極端最低氣溫的年代際變化趨勢分析 根據2.2.1小節氣候趨勢分析，得知偏冷年為1963、1967、1999 年，共 3 a，偏暖年為 1964、1968、1972、1980、1983、1987—1990、1996—1998、2001—2003、2006—2008、2012年，共 19 a。可見偏冷年主要在20世紀60年代，偏暖年主要出現在20世紀80年代后。據表2，年平均極端最低氣溫在20世紀60年代最低。而后由于改革開放以來漳州城市化的發展，年平均極端最低氣溫有所上升。各個年代際氣候傾向率差異明顯，20世紀氣候傾向率均較大，20世紀80年代漳州城市發展迅速，對應的氣候傾向率最大，即該時段年極端最低氣溫增加最快，為2.715℃/10 a;20世紀90年代有所減緩，21世紀以來氣候傾向率最小為0.006℃/10 a，氣候變化趨勢不明顯，基本屬于偏暖期。從變異系數來看，5個時間段內的變異系數相差不大，并且數值都較大，其中20世紀70年代變異系數最小，即大部分時間段內極端最低氣溫變化都比較穩定;20世紀90年代變異系數最大，因為該時段內氣溫起伏變化劇烈，尤其是1999年12月下旬強冷空氣對當年冬季氣溫影響甚大;21世紀以來，雖氣候傾向率最小，但氣溫變異系數較大，說明有個別極端最低氣溫變化劇烈，如2008年1月極端氣溫變化劇烈。

表2 漳州市極端最低氣溫平均值、氣候傾向率與變異系數

3.1.3 極端最低氣溫日數趨勢分析 漳州市屬南亞熱帶海洋性季風氣候，冬季平均溫度≥0℃，雖西北部低溫災害頻發，但漳州市冬季極端最低氣溫＜0℃的日數并不多，對漳州地區種植熱帶、亞熱帶作物而言，＜5℃的低溫天氣足以使其遭受不同程度的寒害影響。1962—2012年間極端最低氣溫(＜5℃)日數以-1.6 d/10 a(通過0.05信度檢驗)的氣候傾向率減少，1963年低溫日數最多(30 d)，2012年最少(0 d)見圖2，多年低溫日數平均值為7.5 d。低溫日數在1978年以前多為正距平，在1978年以后負距平較多，只有個別年份出現正距平，1997年以來都為負距平。

圖2 1962—2012年漳州低溫日數距平

3.2 極端最低氣溫對城市化的響應過程

3.2.1 市區與郊區極端最低氣溫 1962—2012年，漳州市區和郊區兩地最低氣溫曲線走勢基本一致，市區極端最低氣溫以0.546℃/10 a(通過0.05信度檢驗)氣候傾向率增加，郊區以0.381℃/10 a氣候傾向率增加，市區最低氣溫增加速率略高于郊區增加速率。市區極端最低氣溫在該時期以2012年最高(6.9 ℃)，1998年次之(6.5 ℃)，1967 年最低(-1.7 ℃);郊區則以 2012年最高(6.7 ℃)，1963年最低(-0.73℃)。從20世紀70年代起郊區最低氣溫略低于市區最低氣溫，本世紀來市區與郊區極端最低氣溫增加趨勢相似，整體上郊區最低氣溫小于市區最低氣溫，但差別不大。

圖3 漳州市區與郊區極端最低氣溫分布

3.2.2 市區與郊區極端最低氣溫差值變化1962—2012年，漳州市區與郊區極端最低氣溫差值呈增加趨勢，以0.165℃/10 a線性傾向率增加，市區與郊區多年平均極端最低氣溫差值為0.23℃。市區年平均極端最低氣溫21世紀以來最高，為3.72℃;郊區年平均極端最低氣溫除20世紀60年代外均比市區低，21世紀以來最高，為3.17℃，市區與郊區年平均極端最低氣溫表明20世紀80年代與21世紀以來都處于偏暖期。從氣候傾向率來看，市區與郊區在20世紀80年代極端最低氣溫變化最快，20世紀90年代次之，21世紀以來增長速度最小。變異系數反應了極端最低氣溫變化程度劇烈與否，市區與郊區變異系數20世紀60年代與21世紀都比較大，且21世紀以來的氣候傾向率是最小的，說明在兩個時段內極端氣候出現使氣溫變化都較劇烈。

表3 漳州市區與郊區極端最低氣溫平均值、氣候傾向率與變異系數

圖4 漳州市區與郊區極端最低氣溫差值

3.2.3 市區與郊區極端最低氣溫日數變化1962—2012年，漳州市區與郊區極端最低氣溫(＜5℃)日數均呈降低趨勢(圖5)，市區極端最低氣溫日數減少較多，郊區減少較少，市區與郊區極端最低氣溫日數平均差值為5 d;20世紀60—70年代初市區與郊區極端最低氣溫日數相差不大，走勢基本一致，郊區低溫日數自1972年以來都比市區低溫日數多，且1981年以來尤為明顯。1981年以來市區極端最低氣溫日數大部分均小于平均值(6.20 d)，部分出現極端低溫(1984、1993、1995年)＞1℃，市區極端最低氣溫日數距平以-2.427 d/10 a的氣候傾向率減小;郊區極端最低氣溫日數自1986年以來，大部分均小于平均值(7.64 d)，個別年份(1993、1995年)＞1℃，郊區極端最低氣溫日數距平以-1.509 d/10 a的氣候傾向率減小，市區極端最低氣溫日數距平減小幅度明顯比郊區大。該時段市區極端最低氣溫日數1963年最多(28 d)，1998年和2012年郊區低溫日數最少(0 d);郊區與市區極端最低氣溫日數分布相似，1963年最多(平均30.33 d)，2012年郊區低溫日數最少(平均為0.11 d)，1998年次之(平均0.89 d)。

圖5 漳州市區與郊區極端最低氣溫日數分布

4 結論與討論

①近51 a來，漳州市多年冬季平均極端最低氣溫為2.5℃，每10 a約增加0.397℃;20世紀80年代年極端最低氣溫上升最快，90年代極端最低氣溫變化幅度大，21世紀以來趨于穩定，但有個別極端最低氣溫變化劇烈，表明現階段處于偏暖期;80年代極端最低氣溫以0.440 7℃/10 a增長，漳州市極端最低氣溫變化趨勢與華南地區變化特征較一致［10］。

②1962—2012年，漳州市區、郊區極端最低氣溫顯著增加，具有明顯的階段性，二者變化趨勢與全球變暖是一致的，但增加幅度較小，低于全球和全國平均變暖趨勢。近51 a來，市區與郊區極端最低氣溫變化趨勢整體相似，但市區極端最低氣溫變化更明顯，這與其他城市的城區與郊區極端最低氣溫的研究結果相似［11-13］。漳州市在20世紀80年代來發展較快，但與全國、福建省部分地區發展速度相比稍弱，其原因可能是漳州市城市化發展進程的影響。而影響地區極端氣候變化的因素十分復雜，其中人類活動可能是首要因素。

③漳州市區與郊區極端最低氣溫(＜5℃)日數平均差值為5 d，郊區低溫日數自1972年以來均比市區低溫日數多。市區與郊區極端最低氣溫日數年際分布相似，漳州市區低溫日數減少趨勢比郊區明顯，20世紀80年代以來尤為明顯。這種差異可能與漳州城市化進程有一定對應關系，但漳州市極端最低氣溫不同時間尺度內的不均勻變化特征是否與太平洋、印度洋海溫、ENSO事件、太陽黑子活動等氣候影響因子有關尚未有明確結論，這有待今后深入研究與分析。

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