近50年宣城地區氣候變化特征

楊偉 汪大林

摘要利用1961—2010年宣城地區氣象觀測資料，采用線性趨勢、滑動平均和R/S分析等方法，對近50年來宣城地區平均氣溫、降水量和日照時數的變化特征進行分析。結果表明，近50年來宣城地區年平均氣溫逐漸升高，尤其是秋季氣溫異常偏高；年降水量有所增加，日照時數呈現明顯的減少趨勢；年平均氣溫、四季氣溫、夏季降水、秋季降水均存在赫斯特現象，未來的年平均氣溫、四季氣溫和夏、秋季的降水量將繼續保持上升趨勢。

關鍵詞氣溫；降水；日照時數；變化特征；宣城地區

中圖分類號S162文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）17-0159-04

AbstractUsing the meteorological observation data of Xuancheng area from 1961 to 2010， the change of the average temperature， precipitation and sunshine hours in Xuancheng area was analyzed by linear trend， sliding average and R/S analysis. The results showed that the annual average temperature in Xuancheng area had been increasing in recent 50 years， especially in autumn.Annual precipitation had increased， sunshine hours showed a significant reduction trend.Annual average temperature， four seasons temperature， summer precipitation and autumn precipitation were Hurst phenomenon，the annual average temperature， seasonal temperature，summer precipitation and autumn precipitation will continue to maintain an upward trend in the future.

Key wordsTemperature；Precipitation；Sunshine hours；Change characteristics；Xuancheng area

作者簡介楊偉（1989—），男，江蘇南京人，助理工程師，從事氣象防災減災研究。

收稿日期2017-04-12

氣候變化是指某一地區氣候平均狀態的巨大改變或持續較長一段時間（30年或更長的時間）的氣候變動[1]。自20世紀80年代以來，氣候變化成為全球關注的十大熱點問題之一。林學椿等[2]研究指出，我國年平均氣溫以0.04 ℃/10 a的速率上升，年降水量以12.66 mm/10 a的速度減少。近年來，氣象要素無論在時間上、空間上都發生了很大的變化[3-4]，然而這種變化與各地氣候變化的趨勢并不完全一致，氣候變化存在著一定的地域性。宣城市位于安徽省東南部，地處皖南山區。筆者利用線性趨勢、滑動平均等方法，對1961—2010年宣城地區各季及年的平均氣溫、降水和日照變化進行統計分析，并用重標極差分析法（R/S方法）對其趨勢的持續性進行了預測，以提高對宣城地區氣溫和降水的預報水平，為農業的防災減災、農業規劃等提供科學依據。

1資料與方法

1.1資料選取

所用資料為宣城地區7個縣市站點（宣州、郎溪、廣德、涇縣、寧國、旌德和績溪）1961—2010年的各月平均氣溫、月降水量等氣候資料，根據以上資料對宣城地區的氣候變化特點進行統計分析。

1.2分析方法

1.2.1R/S分析法。

R/S分析法（Rescaled range analysis）是赫斯特（Hurst）在研究尼羅河水文資料時提出的一種能夠定量揭示時間序列變化的趨勢性成分及其強度的有效方法，后來Mandelbrot等[5-6]對該方法進行了補充和完善。其主要原理是：設{ε（t）}∞t-1為一時間序列，該序列在以t為零點、τ為間隔的區間（t+1，t+τ）內的平均值〈ε〉r=1τru=1ε（t+u），而X（t，τ，s）=τ[ε（t+u）-〈ε〉r]，其中s=1，2，3，…，τ為時間序列在（t+1，t+s）內偏離平均值的累積。R（t，τ）=max1≤s≤τ{X（t，τ，s）}-min1≤s≤τ{X（t，τ，s）}為（t+1，t+τ）內時間序列的離均累積變幅，而此段內的方差滿足S2（t，τ）=1ττu=1[ε（t+u）〈ε〉r]2，則比值R（t，τ）/S（t，τ）反映了此隨機序列在不同起點、不同尺度τ的相對離均累積變幅。可以證明R（t，τ）/S（t，τ）=R（τ）/S（τ）僅僅是τ的函數，與起點t無關。若存在R（τ）/S（τ）∝τH，則說明該時間序列存在赫斯特現象。其中0

H=0.5，表明各時間序列各量之間是完全獨立的，氣候變化是隨機性的；

0.5

1.2.2信噪比。

氣溫突變分析采用信噪比方法[7]，首先根據累積距平曲線的極低值找出可能發生突變的年份，為檢驗這些轉折點是否存在突變，計算轉折年相鄰氣候段的序列平均值之差|y1-y2|與標準差之和（x1+x2）的比值記為S/N，稱為信噪比。規定如果S/N>1時，則可以認為時間序列在該年發生了氣候突變，否則，可認為是一次轉折。

1.2.3趨勢系數、相關系數和線性傾向估計。

采用一元線性回歸方程來描述氣溫、降水的變化趨勢，即y=a+bt。式中，b為回歸系數（即傾向值），a為回歸常數。a和b可以用最小二乘法估計。回歸系數b值的符號表示氣候變量的趨勢傾向。b>0時，說明隨時間t的增加，y呈上升趨勢；b<0時，說明隨時間t的增加，y呈下降趨勢。b的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的傾向程度。

在分析溫度變化的擬合值和觀測值的相關性時，所用相關系數計算式為：

式中，r為相關系數，x和y為樣本變量，和為樣本平均值。

2結果與分析

2.1氣溫變化特征

2.1.1年平均氣溫。

從圖1可看出，1961—2010年宣城地區年平均氣溫呈峰谷波動形逐漸上升趨勢，大致可分為2個時期：第1個時期（1965—1993年）為偏冷期，平均值為15.5 ℃，低于歷年平均值（15.8 ℃）0.3 ℃；第2個時期（1994—2008年）為偏暖期，平均值為16.4 ℃，高于歷年平均值0.6 ℃。第2個時期宣城地區氣溫基本呈穩定的上升趨勢；而第1個時期偏冷期氣溫變化幅度較大，1978—1979年呈微弱回升趨勢，但回升幅度較小，總體上該時段仍處于偏冷期，是偏冷期中的相對暖期。20世紀90年代中期氣溫開始明顯上升，2007年是有觀測記錄以來最暖的一年（年均溫達17.2 ℃，氣溫距平1.3 ℃），而最冷年是1980年（距平為-0.8 ℃），兩者之差為2.1 ℃。近50年宣城地區增溫速率為0.1 ℃/a，年平均氣溫在近50年的前半段（1961—1990年）偏低，后20年（1991—2010年）氣溫呈明顯上升趨勢。從氣溫變率看，20世紀60年代后期—70年代中期、90年代后期至今宣城地區年平均氣溫變率小，同時氣溫變化還存在著一個20年左右的振蕩周期。

從圖2可以看出，1993年宣城地區氣溫累計距平發生了變化。根據信噪比計算方法，1961—1992年平均氣溫為15.6 ℃，標準差為0.33，1994—2008年平均氣溫為16.4 ℃，標準差為0.44，計算得到信噪比為0.997<1，可以認為1993年是近50年宣城地區氣溫的一個轉折年。

2.1.2季、月平均氣溫。

從表1可以看出，1961—2010年宣城地區平均氣溫在各個季節均有增高趨勢，從相關系數（r）考慮，夏季平均氣溫未通過顯著性檢驗，春、秋、冬季均通過顯著性檢驗，特別是秋、冬兩季平均氣溫超過0.001的信度檢驗。可見，秋、冬季平均氣溫的線性增加趨勢最為顯著，其次是春季，夏季平均氣溫僅有弱增溫傾向。

近50年宣城地區月平均氣溫傾向率b<0的月份有7、8和11月，其余的月份均是b>0。表明1961—2010年宣城地區7、8和11月平均氣溫呈降低趨勢，其余月份平均氣溫均呈增高趨勢。

2.1.3年極端氣溫。

從圖3可以看出，近50年宣城地區極端最低氣溫有顯著的增加趨勢，而極端最高氣溫的增加趨勢不明顯，這會導致宣城地區氣溫的年極差值越來越小。

2.2降水量變化特征

從圖4可看出，近50年來宣城地區年降水量經歷了低—高—低的變化趨勢，類似正弦波的變化過程，特別在20世紀70年代前期—80年代中期波動幅度相對較大，而90年代中期—2000年波動最大，表明該地區降水狀況變化較大。1961年以來宣城地區降水量有增加趨勢，但程度不大，變化十分緩慢，增加傾向率為0.207 3 mm/a（通過005的顯著性檢驗）。近50年宣城地區降水量年際間波動很大，且很不均勻；最多年降水量2 308.2 mm（1983年），是多年平均降水量（1 530.8 mm）的1.51倍，而最少年降水量984.7 mm（2006年），是多年平均降水量的64.33%，表明宣城地區極易出現大澇大旱等自然災害。

從圖5可看出，1961—2010年宣城各縣市年降水量存在一定的差異。其中以績溪的年降水量最多，為1 570.7 mm，而年降水量最少的是郎溪，為1 207.7 mm，兩者相差363.0 mm。近50年整個宣城地區降水量空間分布比較均勻，南部的縣市年降水量比北部的縣市降水量多，對于皖南山區且集水面積較小的區域來說，區域內各地的氣候差異和地形作用所引起的降水分布不均勻對年降水量的影響很明顯。

從圖6可看出，1961—2010年宣城地區降水量月分布存在著很明顯的差異，汛期（4—8月）的降水量（868.0 mm）占全年降水量（1 418.0 mm）的61.2%，其中6月份的降水量最多，達247.1 mm，占全年降水量的17.4%，表明6月份是汛期雨水最多、最容易發生大面積山洪澇漬的月份。

2.3氣溫、降水變化趨勢R/S分析

由表2可知，各要素中

有氣溫指數、夏季降水、秋季降水的H值大于0.5，說明年平均氣溫、四季氣溫、夏季降水、秋季降水均存在赫斯特現象，且具有狀態持續性，也就是說近50年宣城地區全年平均氣溫、四季氣溫、夏季降水、秋季降水均將延續過去的趨勢，即未來的年平均氣溫、四季氣溫和夏、秋季的降水量將繼續保持上升勢頭；其中秋季氣溫的H值最大（0.683 1），預示未來秋季氣溫的增暖趨勢將比過去其他季節的平均氣溫更為明顯；同理未來年和春季、冬季的降水將與過去的變化趨勢相反，即宣城地區未來的年、春季、冬季的降水趨勢也是減少的；其中降水的夏季H值最大，預示未來夏季雨水增多的趨勢將比其他季節以及全年的更為顯著。

2.4日照時數變化特征

2.4.1年變化。

從圖7可以看出，近50年宣城地區日照時數下降趨勢明顯，1980年前后發生躍變，日照時數距平值從1979 年的317.9 mm 躍降到1980年的-34.8 mm；正距平幾乎集中在1980 年以前，負距平出現在1980 年之后。從逐年氣候變化上看，日照時數減少幅度為10.217 h/a，整體呈現明顯的下降趨勢。

2.4.2季變化。

由表3可知，近50年宣城地區春季、夏季、秋季和冬季的最多日照時數均出現在20世紀60年代，；4個季節在60—90年代均發生明顯減少，減少最大幅度是冬季，2001—2010年的年日照時數相對于60年代減少了155.1 h，降幅達34.4%，而春、夏和秋季的降幅分別為5.2%、27.1%和13.7%。

2.4.3月變化。由表4可知，近50年宣城地區不同年代各個月份日照變化情況：2、3、6和7月的日照時數從20世紀60年代一直到90年代依次減少，而21世紀以來在低位振蕩，略有增加。1和8月的日照時數從60年代開始一直持續減少。

3結論

（1）近50年來宣城地區的年平均氣溫、秋季平均氣溫呈明顯上升趨勢，夏季平均氣溫僅有弱增溫傾向，極端最低氣溫有顯著的增加趨勢，極端最高氣溫的增加趨勢不明顯；平均氣溫、四季氣溫均存在赫斯特現象；1993年是氣溫轉折年；7、8和11月平均氣溫呈降低趨勢，其余月份均呈增高趨勢。

（2）1961年以來宣城地區的降水量有增加趨勢，但程度不大，變化十分緩慢，增加傾向率為0.207 3 mm/a，年降水量存在一定的差異，月降水量的分布存在很明顯的差異，汛期（4—8月份）的降水量占全年降水量的61.2%。宣城地區未來的年、春季、冬季的降水趨勢也是減少的，而夏季雨水增多的趨勢將比其他季節以及全年的更為顯著。

（3）近50年宣城地區年日照時數下降趨勢明顯，減少幅度為10.217 h/a，減少最大幅度是冬季，降幅達34.4%，2、3、6和7月的日照時數從20世紀60年代一直到90年代依次減少。

參考文獻

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