順德30 a來(lái)氣溫的變化特征及其突變檢驗(yàn)分析

陳惠芳，邢佳歡，招偉文

(廣東省佛山市順德區(qū)氣象局，廣東 順德 528300)

順德30 a來(lái)氣溫的變化特征及其突變檢驗(yàn)分析

陳惠芳，邢佳歡，招偉文

(廣東省佛山市順德區(qū)氣象局，廣東 順德 528300)

利用順德站1984—2013年逐年平均氣溫、最高和最低氣溫資料，分析了順德近30 a來(lái)氣溫的年、季和月際變化趨勢(shì)和特點(diǎn)。結(jié)果表明：順德年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫呈逐年上升趨勢(shì)，增速差異不大；四季氣溫亦呈上升趨勢(shì)，但增速存在著明顯差異，秋季氣溫增速最大，為0.80℃/10 a，夏季最小，相差0.35℃/10 a；7月份平均氣溫的上升速度比1月份的快1倍；平均最高氣溫和平均最低氣溫均越來(lái)越高，且后者增速快于前者；年平均氣溫在1994年后明顯升高，為一突變現(xiàn)象。

氣溫；變化特征；突變檢驗(yàn)；順德

1 引言

氣候系統(tǒng)的變暖是毋庸置疑的。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告(決策者摘要)指出，1998—2012年，每10 a溫度升高0.05(-0.05至+0.15)℃[1]；近50 a，廣東氣溫升高與全球平均水平相當(dāng)，其中珠江三角洲地區(qū)是主要增溫區(qū)域，其次是東南部沿海地區(qū)[2]，劉愛(ài)君分析認(rèn)為近50 a來(lái)廣東氣溫變化趨勢(shì)與全球氣溫同步，持續(xù)升溫始于80年代后期，廣東的升溫速度快于全球，從整體趨勢(shì)看，廣東未來(lái)升溫趨勢(shì)可能還會(huì)高于全球[3]。大氣的變暖已引起全世界的關(guān)注，也已有很多人對(duì)氣溫的變化特征進(jìn)行了研究[4-8]，而位于珠三角群腹地的順德，氣溫又有什么變化特征呢？本文通過(guò)線性趨勢(shì)傾向分析法、t檢驗(yàn)[9]和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法[10]，對(duì)順德的氣溫進(jìn)行研究分析，為順德應(yīng)對(duì)氣候變化，合理規(guī)劃發(fā)展，減少城市化的負(fù)面效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

順德占地806 km2，北鄰佛山、南至中山、東連番禺、西接鶴山，是珠江三角洲平原的中部，地處北回歸線以南。屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，光照充足，雨量充沛，常年溫暖濕潤(rùn)。

2.1 資料來(lái)源

順德站是國(guó)家氣象站，觀測(cè)數(shù)據(jù)可信度高。本文所用的資料為順德站1984—2013年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫的年值、季值和月值。資料由廣東省氣象局提供。

2.2 分析方法及定義

采用線性趨勢(shì)傾向分析法進(jìn)行分析，并利用t檢驗(yàn)對(duì)相關(guān)性進(jìn)行檢驗(yàn)。

定義溫度曲線線性回歸方程的趨勢(shì)線斜率為溫度變化速率，即溫度上升率，單位℃/10a，表示每10 a的溫度變化幅度。

定義月平均最高氣溫減去月平均最低氣溫為月較差氣溫。

季節(jié)采用氣象學(xué)季節(jié)定義，即3—5月、6—8月、9—11月、12—翌年2月分別為春、夏、秋、冬[11]。

利用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)順德逐年平均氣溫進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

3 順德溫度變化總趨勢(shì)

3.1 溫度的年際變化特征

從圖1可見(jiàn)，順德的年平均氣溫、平均最低氣溫和平均最高氣溫均呈上升趨勢(shì)，上升率差異不大，均通過(guò)信度為0.01的t檢驗(yàn)。年平均氣溫增溫速率為0.67℃/10 a，高于同期全球增溫速率0.05℃/10 a[1]和全國(guó)增溫速率0.52℃/10 a[12]，也高于相鄰的南海區(qū)的增溫速率0.47℃/10 a[13]。曲線呈振蕩向上態(tài)勢(shì)，基本是3～4 a出現(xiàn)一個(gè)氣溫峰值，最高在2007年，達(dá)23.8℃。前期10 a變化平穩(wěn)，在21.2～22.7℃之間波動(dòng)變化，均小于歷年平均值22.8℃；中期10 a為明顯增長(zhǎng)期，從1998年躍上23℃后，基本是穩(wěn)定在這個(gè)溫度線以上；后期10 a增速變緩。年最低氣溫比最高氣溫增溫速率要大、增溫明顯，說(shuō)明城市化對(duì)平均最低氣溫的影響較大。

圖1 1984—2013年順德年平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫的年際變化

3.2 溫度的季變化特征

從圖2可見(jiàn)，順德春、夏、秋、冬溫度呈上升趨勢(shì)，增速分別是0.73℃/10 a、0.45℃/10 a、0.80℃/10 a、0.53℃/10 a。春、夏、秋季通過(guò)信度為0.01的t檢驗(yàn)，表明增溫趨勢(shì)明顯；冬季通過(guò)信度為0.05的t檢驗(yàn)，表明增溫趨勢(shì)較明顯。增溫最大在秋季，與廣東省整體情況不一致(廣東最大在冬季為0.25～0.35℃/10 a，且遠(yuǎn)高于其值)；最小在夏季，與廣東省整體情況一致(0.01～0.19℃/10 a，但仍遠(yuǎn)高于其值)[14]。表明順德的增溫速率遠(yuǎn)高于廣東省的平均情況。順德在秋季多數(shù)受反氣旋環(huán)流影響，秋高氣爽，降水顯著下降，日間太陽(yáng)短波輻射增強(qiáng)，建筑物、水泥地面等城市下墊面吸收和儲(chǔ)存的熱量較多，升溫明顯，夜間下墊面向大氣長(zhǎng)波輻射，有效地加熱了近地層大氣，使得氣溫越來(lái)越高；夏季由于持續(xù)受到來(lái)自南海和西太平洋的西南暖濕氣流影響，多云多雨，有效遮擋了太陽(yáng)的短波輻射，另外，夏季風(fēng)較大，也有利于熱的擴(kuò)散，使得氣溫的升高幅度不如其它季節(jié)。

圖2 1984—2013年順德四季年際變化

3.3 溫度的月變化特征

1984—2013年，順德30 a的平均氣溫以7月份的平均氣溫最高，為29.2℃，次高在8月，為29.1℃，僅低0.1℃；以1月份的平均氣溫最低，為14.1℃，次低在2月，為15.7℃。月平均氣溫最高和最低最大相差15.1℃。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，歷年的月平均氣溫雖然以7月份最高，但并不是每一年的7月份平均氣溫均是全年最高的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，30 a中，有12年8月平均氣溫高于7月，占總年份的4成。同樣，也并不是每一年的1月份平均氣溫均是全年最低的，有9 a 2月份平均氣溫低于1月，占總年份的3成。以最冷月(1月)和最熱月(7月)為代表分析(圖略)，得到溫度上升率分別為0.23和0.46℃/10a，表明7月份平均氣溫的上升速度比1月份的快1倍。

表1 1984—2013年逐月平均氣溫、平均最高和平均最低氣溫表

反映一個(gè)地區(qū)的冷熱程度，除了平均溫度外，最高氣溫和最低氣溫也是一個(gè)量度[15]。在最熱月7月中，1984—1995年12 a中平均最高氣溫僅有4 a高于7月平均最高，占33%，最高34.2℃，僅高于平均值0.8℃，而1996—2013年則有13 a平均最高氣溫高于7月平均值，占72%，最高35.4℃，高于平均值6.2℃。說(shuō)明平均最高氣溫越來(lái)越高。同樣，1984—1995年逐年平均最低氣溫低于最冷月1月平均值的有10 a，占8成，最低7.5℃，低于平均值3.9℃，而1996—2013年逐年平均最低氣溫低于最冷月平均值僅有4 a，占2成，最低8.4℃，低于平均值3℃。說(shuō)明平均最低氣溫也越來(lái)越高。從表1可知，最大月較差在7月和12月，為7.2℃，次大月較差在8月和11月。這與7—8月中小尺度熱雷雨天氣有關(guān)，熱雷雨前悶熱高溫，熱雷雨后熱能迅速消耗，氣溫明顯下降，有時(shí)甚至前后可降溫10℃，而11—12月秋高氣爽，白天太陽(yáng)短波輻射強(qiáng)，大氣被明顯加熱，氣溫明顯升高，夜間因晴空，大氣熱量通過(guò)長(zhǎng)波輻射而損失，氣溫明顯下降，致日較差大，最終導(dǎo)致月較差大。最小月較差在4月，為6.2℃，次小月較差在2月和3月，僅小0.1℃，這與2—4月份的低溫陰雨或倒春寒天氣有關(guān)。

4 氣溫突變檢驗(yàn)分析

氣候突變是普遍存在于氣候系統(tǒng)中的一個(gè)重要現(xiàn)象。氣候突變是指氣候要素從一個(gè)平均值狀態(tài)到另一平均值狀態(tài)的急劇變化，即從一種穩(wěn)定態(tài)(或穩(wěn)定的持續(xù)變化趨勢(shì))跳躍式地轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定(或穩(wěn)定的持續(xù)變化趨勢(shì))的現(xiàn)象[16]。從順德1984—2013年溫度的年際變化特征可知，前期10 a變化平穩(wěn)，中期10 a為明顯增長(zhǎng)期，后期10 a增速變緩，這樣的變化趨勢(shì)是否存在著突變呢？下面利用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)順德逐年平均氣溫進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

圖3 1984—2013年逐年平均氣溫突變檢驗(yàn)M-K曲線

圖3為順德1984—2013年逐年平均氣溫突變檢驗(yàn)M-K曲線圖，UF為順序時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)曲線，UB為逆序時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)曲線。可見(jiàn)，UF>0，表明逐年平均氣溫呈上升趨勢(shì)。UF和UB兩條曲線在顯著性水平為0.05的信度線出現(xiàn)了交點(diǎn)，交點(diǎn)在1994年，也即在1994年氣溫發(fā)生了突變。交點(diǎn)前UF曲線除1987年和1991年2次超過(guò)顯著性水平的信度線外，其余年份均在信度線以下，曲線呈振蕩變化，與前期10 a氣溫變化平穩(wěn)相一致；交點(diǎn)后UF曲線均超過(guò)信度線，尤其是1996年開(kāi)始顯著上升，與中期10 a氣溫為明顯增長(zhǎng)期相一致；2007年后UF曲線上升變緩，與后期10 a氣溫增速變緩基本一致。

5 結(jié)論

分析結(jié)果表明，順德近30 a來(lái)：

①年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫呈逐年上升趨勢(shì)，增速差異不大，均通過(guò)信度為0.01的t檢驗(yàn)，且上升速度高于全球及全國(guó)。年平均最低氣溫增溫速率稍大，年平均最高氣溫增溫速率稍小，城市化對(duì)年平均最低氣溫影響最大，對(duì)年平均最高氣溫影響最小。

②四季氣溫呈上升趨勢(shì)，且增速存在著明顯差異。秋季增速最大，夏季最小，增溫速率遠(yuǎn)高于廣東省的平均情況。

③最冷月(1月)和最熱月(7月)溫度上升率分別為0.23℃/10 a和0.46℃/10 a，表明7月份平均氣溫的上升速度比1月份的快1倍。平均最高氣溫和平均最低氣溫都越來(lái)越高，且平均最低氣溫增速更大。

④在突變檢驗(yàn)中，UF和UB兩條曲線交于1994年，年平均氣溫在1994年后明顯升高，為一突變現(xiàn)象。

[1] IPCC第五次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告：氣候變化，自然科學(xué)基礎(chǔ)—決策者摘要[R].IPCC，瑞士日內(nèi)瓦.2013(3).

[2] 廣東省氣候變化評(píng)估報(bào)告編制課題組.廣東氣候變化評(píng)估報(bào)告(節(jié)選)[J].廣東氣象，2007，29(3)：1-14.

[3] 劉愛(ài)君.廣東近半個(gè)世紀(jì)的氣溫變化趨勢(shì)[J].廣東氣象，2003(4)：11-13.

[4] 梅媛媛，李毅，龍榮華.昆明地區(qū)近40 a氣溫變化特征及其突變檢驗(yàn)[J].貴州氣象，2013，37(2)：1-5.

[5] 羅乃興，曾莉萍，黃世芹，等.貴陽(yáng)市氣候變化及其近20 a氣溫演變特征[J].貴州氣象，2013，37(1)：11-14.

[6] 陳麗英，李春鑾，吳刊悌，等.海口市近61 a夏季氣溫變化特征[J].貴州氣象，2012，36(3)：15-18.

[7] 龍先菊，張淑瑩，羅巧梅，等.黔東南州近40 a來(lái)氣溫變化特征分析[J].貴州氣象，2009，33(1)：14-16.

[8] 嚴(yán)小冬，金建德，雷云，等.貴州近50 a氣溫時(shí)空分布特征分析[J].貴州氣象，2005，29(2)：6-9.

[9] 黃嘉佑.氣象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法[M].北京：氣象出版社，2007.

[10] 魏風(fēng)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，2007.

[11] 陸忠漢，陸長(zhǎng)榮，王婉馨.實(shí)用氣象手冊(cè)[M].上海重大辭書(shū)出版社，1984.

[12] 陳志芳，黃姚欽，陳創(chuàng)買(mǎi)，等.近半個(gè)世紀(jì)佛山氣溫變化的研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(42)：164.

[13] 封靜，潘安定，李冰.珠三角地區(qū)近40 a的氣溫變化特征分析[J].熱帶農(nóng)業(yè)工程，2011，35(5)：60-64.

[14] 黃珍珠，秦鵬，胡婭，等.48 a來(lái)廣東省不同區(qū)域的溫度變化特征[J].廣東氣象，2008，30(3)：1-3.

2015-04-28

陳惠芳(1962—)，女，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)服務(wù)和測(cè)報(bào)工作。

廣東省佛山市氣象局科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目。

1003-6598(2015)04-0041-03

P423.3

B