中國東北近60年氣溫時間變化的研究

朱靈珊

自1980年來，對全球氣候變化的預測一直是人類的熱門話題之一。最近的氣候異?，F象，由于對世界上許多國家在農業、工業等方面造成嚴重影響，而成為世界上公認的問題。IPCC提交的第4次評估報告顯示，全球地表溫度一直呈上升趨勢［1］。從1956年到2005年，氣候變暖速率為(0.13±0.03)℃/10年，相當于1906至2005年的兩倍。最近54年(1951－2004年)，約0.25℃/10年的中國區域增溫率，與氣候變暖在同一時期全球或半球相比，平均增長率變高，其中東北地區最顯著［2－3］。東北地區近年來降水量和生長季降水量均呈減少趨勢，其中地區和季節差異性顯著［4］。作為世界三大黑土帶的東北地區，糧食產量占全國總產量的三分之一，是中國重要的商品糧基地。因此，深入分析氣候變化和研究其對農業的影響，對中國糧食市場的穩定是非常重要的，也在農業防災減災具有重要意義。

1 研究方法

1.1 資料來源

本文的數據是由國家氣象局提供的東北地區1953－2012年間96個站點逐日氣溫和降水的觀測數據，包括逐日平均氣溫和逐日降水量(圖1)。

1.2 研究方法

1.2.1 一元線性趨勢分析

氣候變化的趨勢，一般采用一元線性回歸模型的描述［5］，即:

式中，y為氣候要素，x為時間序列(本文中為1953－2012年)，b為線性趨勢項，即為每個氣候傾向率，用于定量分析氣候要素變化的線性趨勢。

1.2.2 累積距平分析

累計距平是一種由曲線氣候變化的趨勢直觀判斷的方法［5］。在某一時刻的氣候序列，累積距平可表示為:

圖1 東北地區氣候站點分布圖

將各時刻的累積距平值全部算出，繪出累積距平曲線進行趨勢分析。

1.2.3 小波分析法

利用小波分析對東北地區站點的氣溫和降水量變化周期進行分析。其中各個站點多年平均氣溫和降水量與整個區域有很強的相關性，且統計數據年代較長，所有可用站點的研究結果代表整個東北地區的情況［6］。

小波變換:設為滿足下列條件的任意函數，

式(5)是式(4)的一種類型的頻譜，根據信號類型的小波(5)變換是:

式(6)為時間參數，稱為平移因子，反映有關時間上的位移。本文以墨西哥帽狀小波形式(Marr)為母小波函數，表達式為:

在實數域，式(6)的離散表達式:

式(8)為采樣間隔，N為樣本大小。在本研究中，式(7)與用于計算的式(8)取同樣的尺度因子。由式(8)，小振幅的參數和變更，通過小波變換，該序列為一維的要素序列和作為坐標的二維圖像，通過對二維圖像進行分析可以得到關于元素的區域特性。

2 數據分析

2.1 東北地區氣溫的年際變化

東北地區1953－2012年年平均溫度在3.97～5.92℃之間，年平均氣溫在波動中逐漸上升，氣候傾向率分析為0.15℃/10a。東北地區四季平均氣溫均呈現增高的趨勢，春季增溫幅度最大，為0.31℃/10a;夏季增溫幅度次之，為0.25℃/10a;秋季增溫幅度為0.09℃/10a;冬季增溫幅度最小，為0.04℃/10a(圖2)。

2.2 東北地區氣溫的年代際變化

1973－1982年間，春季、秋季和冬季均溫開始變暖。1983－1992年間，夏季均溫開始變暖。由此得知，季節性溫度的年代際轉變也呈現出了統一的變暖趨向。1973－1982年間，東北地區氣溫年代際變化開始變暖。氣溫隨年代逐年升高，幅度逐年增大。雖然1953－1962年和1963－1972年氣溫偏冷，但總體呈現上升趨向(表1)。

表1 東北地區年、季節溫度距平年代際變化 ℃

夏－0.26 －0.29 －0.99 0.42 0.53 0.61秋－0.17 －0.07 0.05 0.48 0.97 1.05冬－0.66 －0.04 0.18 0.49 0.26 0.89

圖2 東北地區氣溫的年、季節變化圖

2.3 東北地區氣候變化對農業的影響

氣候變化將對農業產生重要影響，改變東北地區的作物種植結構。玉米、小麥、水稻等作物在黑龍江省的高產中心將發生移動，大大提高了單位面積的產量［7］。

由于氣候的變化，使研究氣候變化的事實具有不確定性、區域差異性。通過著眼于部分地區空間尺度的局限性等研究，將明顯有利于減少這些研究上的不確定性。在東北農業生產過程中，根據時空變化特征、農業的影響氣候變化和變化規律等進行更深層次的研究，對評價農業氣候影響是非常有意義的。

氣候變化對農業的影響是不確定的，但事實證明，由于氣候的變化，我國農業發展已經受到了影響。為了確保未來的糧食安全，學習對策和適應技術是十分必要的。適應技術可以分為以下兩個方面:一方面，對于因為氣候變化對作物產量增減變化而產生的，相關決策機構的人民政府應當開展積極的宣傳和引導，有計劃地進行農業結構調整，以實現潛在利益和減少損失，提高適應能力。另一方面，在氣候變化面前，農民和農村社區應該有意識地調整種植制度，調整管理措施，調整農業結構，完善農業設備，發展生物技術。

3 結論

利用小波分析的方法，通過對中國東北的近60年的溫度分布和變化特征分析，可以得到如下結論。

(1)1953年以來，東北地區年平均氣溫一次線性擬合的氣溫傾向率為0.15℃/10a，從20世紀90年代起平均值超出了約50年的年平均氣溫值。20世紀50－80年代中后期是冷期，大多數是負距平。20世紀90年代和21世紀初是暖期，大多數呈現正距平。

(2)根據小波系數的時間尺度的變化趨勢，得到了最近的東北地區溫度有下降趨勢的結論。(3)調整種植制度，調整管理措施，調整農業結構，完善農業設備，發展生物技術，趨利避害。

［1］Solomon S.Climate Change2007:The scientific basis∥ Contribution of Working Group Ito the Forth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge and New York:Cambridge University Press，2007.

［2］Chen L X，Zhou X J，Li W L，et al.Characteristics of the climate change and its formation mechanism in China in last 80 years［J］.Acta Meteorologica Sinica，2004，62(5):634－646.

［3］Lin X C，Yu SQ，Tang GL.Series of average air temperature over China for the last 100－year speriod［J］.Scientia Atospherica Sinica，1995，19(5):525－534.

［4］付長超，劉吉平，劉志明.近60年東北地區氣候變化時空分異規律的研究［J］.干旱區資源與環境，2009，23(12):60－65.

［5］賀偉，布仁倉，熊在平，等.1961－2005年東北地區氣溫和降水變化趨勢［N］.生態學報，2013，33(2):519－531.

［6］吉奇，宋冀風，劉輝.近50年東北地區溫度降水變化特征分析［J］.氣象與環境學報，2006，22(5):1－5.

［7］孫芳.農業適應氣候變化能力研究－種植結構與技術方向［D］.北京:中國農業科學研究院農業環境與可持續發展研究所，2008.