1957—2016年環縣氣候變化趨勢及周期特征分析

李巧霞++張永霞

摘要 利用1957—2016年環縣站常規地面資料，分析該縣溫度、降水及日照的長期氣候變化特征及其周期變化特征。結果表明，溫度的長期變化特征表現為明顯的上升趨勢，氣候傾向率為0.35 ℃/10年；降水則呈現減少的趨勢，氣候傾向率為-7.4 mm/10年；日照時數呈現持平的變化趨勢，氣候傾向率為-0.7 h/10年。從小波分析周期性變化規律來看，環縣氣溫、降水及年日照時數均有一個28～30年的長時間周期，短時間周期各要素隨時間變化較大。根據各要素主周期的變化特征，環縣目前處于降水、溫度和日照時數的減弱期，在未來5年內三者均有所下降，之后將有所上升。

關鍵詞 氣候；變化趨勢；周期特征；小波分析；甘肅環縣；1957—2016年

中圖分類號 P467 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）23-0211-02

20世紀80年代以來，氣候變化及其影響成為全球關注的熱點。IPCC第四次評估報告指出，全球地表溫度在過去100年來升高0.74 ℃，自20世紀90年代以來變暖幅度明顯增加。我國大部分縣市氣溫、降水分別呈明顯升高、減少趨勢[1-5]。目前，研究多著眼于較大區域的氣候變化規律，針對小區域氣候變化的研究還不是很全面和深入，而小區域的氣候變化對該區域內人民生活、農業生產及氣象災害發生、發展都具有重要的作用。環縣地處毛烏素沙漠邊緣的丘陵溝壑區，屬溫和半濕潤溫帶大陸性季風氣候，旱、雹、風、凍、蟲五災俱全，尤以旱災為重。環縣畜牧產業發展壯大，且是主要的糧食和蔬菜生產基地，研究其氣候變化趨勢對當地農業生產合理布局和經濟發展具有重要的現實意義[6]。

利用1957—2016年環縣觀測資料分析該縣的氣候變化，以期對環縣氣候變化趨勢預測及氣象防災減災提供科學參考[7]。環縣位于甘肅省東部、慶陽地區西北部，南北長約127 km，東西寬約124 km。東臨華池縣、陜西定邊縣，南靠慶陽、鎮原縣，西接寧夏固原、同心縣，北連寧夏鹽池縣。全縣總面積3.44萬hm2，耕地0.328萬hm2，總人口35.31萬人。年平均氣溫9.2 ℃，歷史極端最高氣溫38.6 ℃，最低氣溫-25.1 ℃；年平均降水量409.5 mm，最大降水量812.9 mm，最小為258.1 mm；年均日照時數為2 527.0 h，最多（5月）為312.4 h，最少（10月）為9 h；年均無霜期168 d。環縣氣象站是國家基本站，位于城鎮遠郊，觀測環境變化小，能夠反映本地自然環境的演變，可以代表氣候變化的基本事實。

1 資料與方法

資料為1957—2016年環縣國家基本氣象站經過質控的逐月數據，選取逐年平均氣溫、降水量和日照時數等氣象要素原始資料。采用5點滑動平均、線性趨勢擬合方法和小波分析方法，研究環縣氣溫、降水量和日照時數的年際變化趨勢規律、傾向率及其周期性變化特征。

2 年際變化

從圖1可以看出，1957—2016年，環縣平均溫度為8.9 ℃，極大值為10.4 ℃（2006年、2016年），極小值為6.5 ℃（1967年），變化趨勢為較明顯的振蕩上升，氣候傾向率為0.35 ℃/10年；年代際間的變化趨勢及變化幅度有所不同，呈現4個較為明顯的變化區間（上升—下降—振蕩持平—持續上升）。1960—1968年溫度逐年持續回落，變冷趨勢較明顯；從20世紀70年代到90年代初期，表現為振蕩持平略上升；90年代開始至2012年，溫度上升趨勢最為明顯，年平均溫度超過10 ℃的年份均出現在這一時期，其中2006年和2016年達到了10.4 ℃的歷史最高值，該時期增暖最明顯的時期是1992—2007年，其間溫度氣候傾向率達到了0.8 ℃/10年。

從年降水量的變化趨勢可以看出，1957—2016年總體表現為年降水量減少趨勢，與其他研究結論基本一致。環縣年平均降水量為409.5 mm，極大值為812.9 mm（1964年），極小值為258.1 mm（2006年），氣候傾向率為-7.4 mm/10年；年代際間變化趨勢有4個較為明顯的變化階段（增多—減少—增多—減少）。1957—1964年表現為年降水量增多的變化趨勢；之后至80年代中期，表現為持續減少的趨勢，多個年份年降水量只有300 mm左右；自1988年開始，降水量開始突增，但增多的趨勢未維持太久；自1991年開始一直到2016年，年降水量又開始振蕩減少，大部分年份年降水量均在氣候平均值以下，只有個別年份值在500 mm以上，總體維持減少的趨勢。

對日照時數的氣候變化趨勢進行分析，可以看出，相比于溫度明顯增溫的趨勢和降水緩慢減少的趨勢，日照變化幅度不大，總體呈現微弱減少趨勢，氣候變化傾向率為 -0.7 h/10年。環縣平均年日照時數為2 545.6 h，最大值為2 929.6 h（1965年），最小值為1 875.4 h（1989年），這2個極值與降水的相對較少年份和較多年份是相對應的，說明降水和日照存在明顯的負相關關系（相關系數達到-0.3）。1957—2016年，年日照時數經歷了“增多—振蕩減少—持平”3個變化階段。1957年至20世紀60年代中期，日照時數增多明顯；其后至80年代末期，振蕩回落較為明顯；而進入90年代后有比較清楚的增多趨勢。因此，總體在過去60年間基本保持略微減少的趨勢。

3 周期變化

Morlet小波分析具有多時間尺度分辨率分析的特點，優于傳統的Fourier分析，近年來被廣泛應用于多尺度氣候分析研究，并取得了較好的效果。為了研究1957—2016年環縣各氣象要素的周期變化趨勢，對其時間序列的多時間尺度特征，采用基小波Morlet連續復小波變換分析。用Matlab小波分析工具箱進行分析。

3.1 小波實部等值線分析

分析1957—2016年各氣象要素各時間尺度的周期變化特征（圖2）。年降水變化周期在70年代中期之前存在一個5年左右的短時間周期和15年左右的周期，之后至今5年和15年的周期明顯增長，分別達到了6～9年和18～20年，但在整個60年間一直存在一個較為穩定的25～27年的長時間周期，從這幾個周期的能量看（圖3），25～27年的長時間周期能量較強，并且比較穩定，18～20年周期能量也較為穩定，短時間周期的5～9年周期能量較弱且多變，分別有5年和8年的2個能量峰值，這也是和70年代中期的周期突變有關。

1957—2016年，溫度的各時間尺度的周期特征表現為4個較為明顯和穩定的周期，即5～6年、12～13年、22～23年和27～28年周期。各周期在60年間的變化中總體變化較為穩定，但5～6年的短時間周期在進入20世紀90年代以來有周期縮短、能量減弱的趨勢；12～13年周期在80年代后期有略增長的趨勢；其他2個長時間周期表現較為穩定，能量也較強。

1957—2016年，年日照時數的周期變化特征表現為3個周期，即11～12年、22～23年和27～28年周期。11～12年的周期在20世紀90年代之前表現較為明顯和穩定，雖然有縮短的趨勢，但總體表現較強；在90年代之后，該周期突變較為明顯，表現為能量急劇減弱，尤其1990—2000年，基本沒有明顯的周期變化特征。進入21世紀后，出現一個弱能量的5～6年短時間周期，而該短時間周期在1957—1967年間也有所表現。22～23年的周期能量較強，進入90年代后，該周期有逐漸縮短的趨勢。27～28年的長時間周期在60年間總體表現出穩定而能量較強，沒出現明顯的變化。

3.2 主周期變化趨勢分析

對1957—2016年環縣溫度的長期變化過程中28～30年長時間尺度周期進行疊加分析，目前處于該周期的下降時期，估計在未來5年內年平均溫度仍有所下降。5～6年短時間尺度周期變化在環縣降水量長期變化過程中較明顯，對該尺度周期和19年的次周期進行疊加分析，目前為短時間周期的降水減弱期，降水將在未來5年呈減少趨勢，之后有所增多。從長時間尺度28～30年周期的疊加分析環縣日照時數可知，目前為該周期的下降時期，日照時數將在未來5年內略有下降，之后出現10年左右的上升期。

4 結論

（1）1957—2016年，環縣氣溫呈現明顯的上升趨勢，其氣候傾向率為0.35 ℃/10年；降水量與日照時數呈略減少趨勢，其氣候傾向率分別為-7.4 mm/10年和-0.7 h/10年。

（2）從周期性變化規律來看，1957—2016年環縣氣溫、降水及日照時數均有一個28～30年的長時間周期，短時間周期各要素隨時間變化較大。

（3）根據各要素主周期的變化特征，環縣目前處于降水、溫度和日照的減弱期，在未來5年內三者均有所下降，之后將有所上升。

5 參考文獻

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