1971—2015年玉樹地區氣溫變化特征分析

魏永亮++韓方昕++楊永壽

摘要 為了了解玉樹地區1971—2015年氣溫的變化特征和規律，利用玉樹地區近45年平均氣溫資料，分析了玉樹地區平均氣溫年代際、年際、各季和各月的氣候變化特征，并用小波變換方法分析了年、季平均氣溫的周期變化。結果表明：年平均氣溫呈升高趨勢，其氣候傾向率為0.437 ℃/10年，45年來年平均氣溫升高了2.0 ℃。玉樹地區氣候變化有明顯的季節性變化，春、夏、秋、冬氣溫升溫率分別為0.279、0.397、0.460、0.591 ℃/10年，其中春季的升溫率最小，冬季的升溫率最大。各月平均氣溫均呈升高趨勢，近45年來各月平均氣溫增溫最大的月份是12月，共增溫3.2 ℃，其次是11月；增溫最小的月份是10月，其次是5月。玉樹地區年平均氣溫在1997年發生由低到高的突變，顯著性水平達到了0.01。四季的平均氣溫分別在1994年、1994年、1993年以及2002年發生突變。玉樹地區的年平均氣溫以及四季平均氣溫的主周期為22年左右。

關鍵詞 氣溫；氣候變化；小波變換；青海玉樹；1971—2015年

中圖分類號 P467 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）20-0179-05

Analysis on Change Characteristics of Temperature in Yushu Area from 1971 to 2015

WEI Yong-liang HAN Fang-xin YANG Yong-shou

（Yushu Meteorological Administration in Qinghai Province，Yushu Qinghai 815000）

Abstract Aiming to understand the variation characteristics and regularity of temperature in Yushu area in recent 45 years，the climate change characteristics of decade，annual，seasonal and monthly temperature were analyzed based on the observed data of precipitation during 1971-2015. The periods of annual and seasonal temperature in Yushu area were also analyzed by using the wavelet transform method. The results showed that the annual temperature increased with a tendency of 0.437 ℃/10 a，the increased average temperature was about 2 ℃；in Yushu area，climate change had obvious seasonal variation，the temperature rising rate of spring，summer，autumn and winter were 0.279，0.397，0.460，0.591 ℃/10 a，spring warming rate was the lowest，winter heating rate was the highest. Monthly warming rate was in rising trend，the maximum monthly average increasing temperature appeared in December during the recent 45 years，with a total of raising temperature 3.2 ℃，and the second was in November；the minimum monthly average increasing temperature appeared in October，and the second was in May.Annual average temperature in Yushu area changecl suddenly from low to high in 1997，the significance level reached 0.01. The temperature of spring，summer，autumn and winter changecl suddenly in 1994，1994，1993 and 2002，the annual and seasonal temperature showed a main periodicity of 22 years.

Key words temperature；climate change；wavelet transform；Yushu Qinghai；1971-2015

近年來，全球氣候正經歷一次以變暖為主要特征的顯著變化[1]，區域局地響應逐漸成為研究的熱點問題。丁一匯等[2]對中國近百年來溫度變化的研究結果進行了綜述，王紹武等[3]給出了中國近100年溫度序列，1880—1996年增溫為0.44 ℃/100年，顯著高于過去對中國氣候變暖的估計值0.09 ℃/100年。王遵婭等[4]揭示了近50年來中國氣候變化的一些新特征，近100年來中國氣候變化趨勢與全球總趨勢基本一致，全國氣溫上升了0.4～0.5 ℃，略低于全球平均的0.6 ℃；中國20世紀初為冷期，之后逐步回升，到1940—1949年間達到最暖，之后又迅速變冷，且持續到70年代，然后再次出現了回升。郭志梅等[5]研究表明中國北方地區近50年來氣溫呈十分明顯的增溫態勢，冬季增溫比夏季更加明顯。20世紀80年代中后期氣溫大多發生了一次顯著的變暖突變。唐國利等[6]利用1957—2000年氣溫資料研究發現南京地區的平均溫度有明顯的增溫趨勢，其中冬季的增暖趨勢最大，而夏季呈下降趨勢。在過去的50年中，玉樹地區的氣候發生了顯著的變化，溫度的變化趨勢呈明顯增加趨勢[7]。

在全球變化的大背景下，玉樹地區的氣溫發生了相對應的變化，有必要了解氣溫的變化特征和變化規律，因此筆者選取玉樹地區6個代表站近45年（1971—2015年）的平均氣溫資料進行研究，利用線性傾向估計方法、M-K檢驗[8]，分析了玉樹地區氣候變化特征和變化規律，用小波變換方法[8-11]分析了玉樹地區年際、季節氣溫的周期變化特征。

1 資料與方法

1.1 研究資料

本研究選擇了均勻分布在玉樹地區內的6個雨量站作為代表性站點，6個代表性站點分別為玉樹站、囊謙站、雜多站、曲麻萊站、治多站、清水河站。考慮到資料的連續性和完整性，提取站點1971—2015年45年同期日平均氣溫資料作為研究資料。文中所指春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月至次年2月。

1.2 研究方法

研究方法包括線性傾向估計、Mann-Kendall法、滑動T檢驗、小波變換等方法以及其他數理統計方法。采用線性傾向估計對玉樹地區1971—2015年45年的氣溫進行趨勢分析；用Mann-Kendall法和滑動T檢驗檢驗氣溫變量是否表現出明顯的變化趨勢，判斷突變點發生的位置，據此可直觀而準確地確定發生突變的年份；利用小波變換對玉樹地區1971—2015年45年平均氣溫進行細化分析，得到序列在不同時間尺度下的升降交替規律，再利用小波方差確定序列的主周期。

2 結果與分析

2.1 氣溫的氣候變化特征

2.1.1 年代際變化。玉樹地區年代際平均氣溫階段性變化非常明顯（圖1），20世紀70年代至21世紀00年代年均氣溫呈持續增加的趨勢，尤其是進入21世紀之后，年平均氣溫升高趨勢更為顯著。21世紀00年代與2011—2015年年均氣溫一致，均為1.1 ℃，比20世紀70年代、80年代以及90年代年均氣溫分別增加了1.4、1.3、1.0 ℃。分別對6個站的年代際變化進行分析，得到玉樹市年平均氣溫在20世紀70年代至21世紀00年代呈增加趨勢，在00年代年平均氣溫升至最高，為4.6 ℃，00年代至2011—2015年呈降低趨勢；雜多縣的年代際變化趨勢與玉樹地區的變化趨勢一致，均為20世紀70年代至21世紀00年代年均氣溫呈持續增加的趨勢，00年代與2011—2015年年均氣溫一致；囊謙縣、治多縣、曲麻萊縣和稱多清水河的年平均氣溫在20世紀70年代以后呈升高的趨勢。

2.1.2 年際變化。圖2為1971—2015年玉樹地區年平均氣溫的線性變化，可以看出，1971—1997年為年平均氣溫偏低期，其中只有1984年、1988年、1994年、1996年的年平均氣溫高于多年平均值（0.3 ℃）；1998—2015年為年平均氣溫偏高期，其中只有2000年的平均氣溫低于多年平均值。年均氣溫最高為1.9 ℃，在2009年出現，最低為-1.1 ℃，出現在1983年和1997年，兩者相差3.0 ℃。從總的氣候趨勢看，玉樹地區年氣溫呈明顯升高趨勢，其氣候傾向率為0.437 ℃/10年，45年來年平均氣溫升高了2.0 ℃。

分析玉樹地區6個代表站1971—2015年年平均氣溫變化趨勢，得到玉樹地區6個代表站的年平均氣溫均呈升高趨勢，治多縣、曲麻萊縣、囊謙縣、稱多清水河、雜多縣以及玉樹市的傾向率分別為0.468、0.451、0.415、0.461、0.457、0.355 ℃/10年，45年來各縣站年平均氣溫分別升高了2.11、2.03、1.87、2.08、2.06、1.60 ℃；其中治多縣的升高趨勢最大，其次為稱多清水河，然后分別為雜多縣、曲麻萊縣、囊謙縣，玉樹市的升高趨勢最小。

2.1.3 氣溫的季節變化。由表1和圖3可以看出，玉樹地區氣候變化有明顯的季節性變化，春、夏、秋、冬氣溫升溫率分別為0.279、0.397、0.460、0.591 ℃/10年，近45年來各季的平均氣溫分別升高了1.26、1.77、2.07、2.66 ℃，其中春季的升溫率最小，冬季的升溫率最大。

氣溫在各年代間變化也不一致，20世紀70年代和80年代四季的平均氣溫均為偏低期，90年代的增溫主要出現在春季，平均氣溫較70年代和80年代增加了0.6、0.8 ℃。進入21世紀后各季節均在增溫，以冬季增溫最為明顯，平均氣溫比20世紀90年代增加了2.1 ℃，其次是秋季和夏季的增溫，平均氣溫分別較90年代增加了0.8、0.7 ℃，春季的增溫趨勢最小，平均氣溫較90年代增加了0.2 ℃。2011—2015年代春季和夏季的平均氣溫與00年代持平，秋季平均氣溫較00年代升高了0.1 ℃，冬季平均氣溫較00年代降低了0.4 ℃。從總體來看，近45年間秋冬兩季變暖最為明顯，但是各年代間其變化趨勢和變化幅度也不盡一致。進入90年代以后，春季的增加趨勢較為顯著，而進入21世紀之后，冬季的增溫趨勢最為顯著。

從圖3a可以看到，1971—1990年為氣溫偏低期，其中只有1972年、1979年、1984年的平均氣溫高于多年平均值（0.8 ℃）；1991—2002年為平均氣溫持平期，在多年平均值上下波動；2003—2015年為氣溫偏高期，氣溫均高于多年平均值。春季最高平均氣溫為2.7 ℃，在1999年出現；最低平均氣溫為-0.7 ℃，出現在1990年，兩者相差3.4 ℃。

從圖3b可以看到，1971—1997年為氣溫偏低期，其中只有1972年、1979年、1988年、1989年、1991年、1995年以及1996年的平均氣溫高于多年平均值（9.6 ℃）；1998—2015年為氣溫偏高期，其中只有2015年的氣溫低于多年平均值。夏季最高平均氣溫為11.3 ℃，在2010年出現；最低平均氣溫為7.8 ℃，出現在1976年，兩者相差3.5 ℃。

從圖3c可以看到，1971—1987年為氣溫偏低期，其中只有1974年、1975年的平均氣溫高于多年平均值（0.5 ℃）；1988—2002年為平均氣溫持平期，在均值上下波動；2003—2015年為氣溫偏高期，氣溫均高于多年平均值。秋季最高平均氣溫為2.4 ℃，在2015年出現；最低平均氣溫為-2.1 ℃，出現在1972年，兩者相差4.5 ℃。

從圖3d可以看到，1971—2000年為氣溫偏低期，其中只有1987年、1994年、1999年的平均氣溫高于多年平均值（-9.7 ℃）；2001—2015年為平均氣溫偏高期，氣溫均高于多年平均值。冬季最高平均氣溫為-6.9 ℃，在2006年出現；平均最低氣溫為-12.2 ℃，出現在1983年，兩者相差5.3 ℃。

2.1.4 氣溫的月變化。表2為玉樹地區1971—2015年各年代各月氣溫距平變化及變化傾向率。從表2可以看出，20世紀70年代和80年代各月平均氣溫均為負距平；90年代3—7月以及11月的平均氣溫為正距平，其余均為負距平；00年代和2011—2015年代各月的平均氣溫均為正距平。說明玉樹地區3—7月以及11月自20世紀90年代以來氣溫持續升高，其余月份自進入21世紀氣溫持續升高。

從氣候變化趨勢看，玉樹地區各月（1—12月）降水量氣候傾向率分別為0.505、0.595、0.293、0.298、0.280、0.374、0.466、0.351、0.487、0.203、0.691、0.706 ℃/10年，玉樹地區各月氣溫均呈升高趨勢，近45年來各月平均氣溫增溫最大的月份是12月，共增溫3.2 ℃，其次是11月；增溫最小的月份是10月，其次是5月。

2.2 突變檢驗

2.2.1 年平均氣溫的突變檢驗。圖4為玉樹地區年平均氣溫突變的Mann-Kendall檢驗，從圖4中的UF曲線可以得到，自20世紀70年代后期以來，玉樹地區年平均氣溫有一明顯的上升趨勢，這種上升趨勢在90年代中期超過了顯著性水平臨界線0.05，21世紀之后遠遠超過了顯著性水平臨界線0.001。從圖中還可以看到，正序列曲線UF和反序列曲線UB 2條曲線在1997年相交，說明玉樹地區年平均氣溫在20時間90年代后期的上升趨勢是一突變現象，并且是在1997年開始的。利用滑動t檢驗的結果與Mann-Kendall檢驗結果一致，結果顯示玉樹地區年平均氣溫是1997年發生突變的，顯著性水平達到了0.01。

2.2.2 季節平均氣溫的突變檢驗。從圖5中的UF曲線可以得到，自20世紀70年代后期以來，玉樹地區各季的平均氣溫均有一明顯的上升趨勢，夏季和秋季的上升趨勢在90年代中期超過了顯著性水平臨界線0.05，21世紀00年代中期以后遠遠超過了顯著性水平臨界線0.001；春季和冬季的上升趨勢在21世紀00年代中期超過了顯著性水平臨界線0.05。從圖中還可以看到，各季的正序列曲線UF和反序列曲線UB 2條曲線分別在1994—2000年、1994年、1993年以及在2002年相交，再利用滑動t檢驗對上述的檢驗結果進行檢驗，春季平均氣溫的t統計值極大值出現在1994年，說明玉樹地區春季在21世紀90年代中期的上升趨勢是一突變現象，并且是在1994年開始的。夏、秋、冬季的滑動t檢驗的結果與Mann-Kendall檢驗結果一致。

2.2.3 月平均氣溫的突變檢驗。利用M-K檢驗和滑動t檢驗對玉樹地區各月的平均氣溫進行檢驗得到，1—9月以及11月和12月存在明顯的突變點，均通過了顯著性水平0.05的檢驗，其中5月、6月以及12月的通過了顯著性水平0.01的檢驗，7月、8月、9月以及11月的通過了顯著性水平0.001的檢驗；10月突變不明顯，沒有通過0.05的顯著性水平檢驗。

2.3 年以及各季平均氣溫的周期變化特征

用小波變換方法對45年來玉樹地區年平均氣溫（圖6）進行了分析，玉樹地區年平均氣溫時間序列在近45年變化過程中存在22年左右尺度的周期，在22年左右長的時間尺度變化層次上，年平均氣溫發生了由氣溫偏低到偏高的變化過程，突變的時間約為1997年左右。玉樹地區年平均氣溫的小波系數方差存在1個極大值，對應的時間尺度是22年，說明22年左右周期是年平均氣溫的主周期。

用小波變換方法對45年來玉樹地區四季的平均氣溫進行了分析，玉樹地區春季平均氣溫時間序列在近45年變化過程中存在多時間尺度特征，研究期內玉樹地區氣溫存在3年以及22年左右尺度的周期，在3年左右長的時間尺度變化層次上，氣溫發生了由偏高→偏低→……6次交替循環過程；在22年左右長的時間尺度變化層次上，平均氣溫發生了由氣溫偏低到偏高的變化過程，突變的時間在1995年左右。玉樹地區春季平均氣溫的小波系數方差存在2個極大值，對應的時間尺度是3年和22年，其中第一峰值為22年，說明22年左右周期是春季平均氣溫的主周期。玉樹地區夏季平均氣溫時間序列在近45年變化過程中存在多時間尺度特征，研究期內玉樹地區氣溫存在5年以及22年左右尺度的周期，在5年左右長的時間尺度變化層次上，氣溫發生了由偏高→偏低→……6次交替循環過程；在22年左右長的時間尺度變化層次上，平均氣溫發生了由氣溫偏低到偏高的變化過程，突變的時間在1994年左右。玉樹地區春季平均氣溫的小波系數方差存在2個極大值，對應的時間尺度是5年和22年，其中第一峰值為22年，說明22年左右周期是夏季平均氣溫的主周期。玉樹地區秋季平均氣溫時間序列在近45年變化過程中存在多時間尺度特征，研究期內玉樹地區氣溫存在2年以及22年左右尺度的周期，在2年左右長的時間尺度變化層次上，氣溫發生了由偏低→偏高→……14次交替循環過程；在22年左右長的時間尺度變化層次上，平均氣溫發生了由氣溫偏低到偏高的變化過程，突變的時間在1995年左右。玉樹地區秋季平均氣溫的小波系數方差存在2個極大值，對應的時間尺度是2年和22年，其中第一峰值為22年，說明22年左右周期是秋季平均氣溫的主周期。

玉樹地區冬季平均氣溫時間序列在近45年變化過程中存在多時間尺度特征，研究期內玉樹地區氣溫存在4年以及22年左右尺度的周期，在4年左右的時間尺度變化層次上，氣溫發生了由偏低→偏高→……5次交替循環過程；在22年左右長的時間尺度變化層次上，平均氣溫發生了由氣溫偏低到偏高的變化過程，突變的時間在1995年左右。玉樹地區秋季平均氣溫的小波系數方差存在2個極大值，對應的時間尺度是4年和22年，其中第一峰值為22年，說明22年左右周期是秋季平均氣溫的主周期。

3 結論與討論

（1）玉樹地區年代際平均氣溫階段性變化非常明顯，20世紀70年代至21世紀00年代年均氣溫呈持續增加的趨勢，尤其是進入21世紀之后，年平均氣溫升高趨勢更為顯著。年平均氣溫最高為1.9 ℃，在2009年出現，最低為-1.1 ℃，出現在1983年和1997年，兩者相差3.0 ℃。玉樹地區年氣溫呈明顯升高趨勢，其氣候傾向率為0.437 ℃/10年，45年來年平均氣溫升高了2.0 ℃。

（2）玉樹地區氣候變化有明顯的季節性變化，春夏秋冬氣溫升溫率分別為0.279、0.397、0.460、0.591 ℃/10年，近45年來各季的平均氣溫分別升高了1.26、1.77、2.07、2.66 ℃，其中春季的升溫率最小，冬季的升溫率最大。玉樹地區各月平均氣溫均呈升高趨勢，近45年來各月平均氣溫增溫最大的月份是12月，共增溫3.2 ℃，其次是11月；增溫最小的月份是10月，其次是5月。

（3）玉樹地區年平均氣溫是1997年發生突變的，顯著性水平達到了0.01。玉樹地區四季的平均氣溫分別是1994年、1994年、1993年以及在2002年發生突變的。玉樹地區的年平均氣溫以及四季平均氣溫的主周期是22年左右的周期。

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