內蒙古烏蘭浩特市氣溫降水變化特征分析以1986—2015年為例

吳亞平 張惜偉

摘 要：利用烏蘭浩特氣象站（區站號50838）1986—2015年的日平均氣溫和降水量數據，對研究區氣溫和降水進行趨勢分析、相關性分析、降水距平百分率分析。結果表明，近30a來，研究區年平均氣溫、年平均最高溫、年平均最低溫均處于增溫的趨勢，變化傾向率分別為0.247℃/10a、0.143℃/10a、0.315℃/10a。季節方面來看，春、夏、秋3個季節有升溫的趨勢;其中夏季升溫幅度最大，變化傾向率為0.618℃/10a，而冬季則有降溫的趨勢，變化傾向率為-0.429℃/10a。年際降雨量有下降趨勢，變化傾向率為-31.114mm/10a;干旱年份逐漸增加，30a中有13a為干旱年。季節方面，春季和冬季的年平均降水量有上升趨勢，變化傾向率分別為11.238mm/10a和2.557mm/10a;而夏季和秋季年平均降水量則有下降的趨勢，變化傾向率分別為-42.057mm/10a和-2.852mm/10a。年平均氣溫和降水量之間沒有明顯的相關性。季節方面，夏季和冬季的平均氣溫與降水量在0.01水平上呈負相關關系;在13a干旱季節主要集中在秋季和夏季，其中秋季占31%，夏季占29%，春季和冬季分別占14%、26%。

關鍵詞：氣溫;降水量;相關性;烏蘭浩特

中圖分類號：S161文獻標識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191030061

全球氣候變暖是一種和自然有關的現象，是由于溫室效應不斷積累，導致地氣系統吸收與發射的能量不平衡，能量不斷在地氣系統累積，從而導致溫度上升，造成全球氣候變暖。氣候變化是全球變化的重要組成部分，與人類的生存息息相關。人類只有詳細的了解氣候變化的歷史、幅度、機制，才能更好的預測將來的氣候變化趨勢以及其對人類社會的影響。在全球變暖的背景下，內蒙古地區近幾十年來氣溫增暖特征明顯，并且增暖速率明顯加快。馬柱國、錢維紅等人的研究表明[1-2]：我國增溫的總體趨勢是北方大南方小，這與全球增溫分布一致，其中東北西部及內蒙古的東部增溫幅度最大[3]，增溫率達到0.5℃/10a;在降水量的變化趨勢上，全國總的趨勢是東部減少，西部增加[4]。

目前，有關烏蘭浩特氣候變化已有一些研究，如梁潔、范海嬌等人研究指出烏蘭浩特市近43a（1971—2014年）年均氣溫，四季溫度都呈上升趨勢，其中年均氣溫的增溫速率為0.43℃/10a;年降水量呈減少趨勢，春季和冬季降水量增加，夏季和秋季降水量減少。[5]

本文利用內蒙古烏蘭浩特氣象站1986—2015年的日平均氣溫和降水量數據，對烏蘭浩特氣溫和降水進行趨勢分析、相關性分析、降水距平百分率分析，發現烏蘭浩特氣溫降水變化規律，并結合前人研究成果，對未來的演變趨勢進行預測，對合理利用氣候資源改善當地生態環境，促進農牧業及旅游業的發展具有十分重要的意義。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

烏蘭浩特市位于內蒙古東北部，地理座標為N45°22′～46°18′，E121°51′～122°20′之間（圖1）。處于大興安嶺與松遼平原接合處，屬低山丘陵地貌。東與扎賚特旗、吉林省鎮賚縣相鄰，南與吉林省白城市洮北區、洮南市接壤，西南與吉林省洮南市相連，西、北與科爾沁右翼前旗相鄰，屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候區。南部是以旱地為主的耕地和草地;中北部大多為水田和水澆地;城區為工業和商業集中區。四季分明，冬季漫長寒冷，春季干旱多風，夏季溫熱短促，降水集中，雨熱同季。無霜期較短，日照充足，積溫有效性高，降水量偏少，蒸發量大。年降水量分布沒有明顯的地域特征，年平均降水量為433.4mm，主要集中在6—8月，占年降水量的75%。主要氣象災害有干旱、冰雹、霜凍、大風、洪澇、沙塵暴、寒潮等，其中干旱是影響農牧業最主要的氣象災害。

1.2 數據來源

本文利用的氣象數據為烏蘭浩特市氣象站（區站號50838）2000—2015年的逐月降水和氣溫記錄。氣象數據來自中國氣象科學數據共享網（http：//data.cma.cn/）。文中所指的平均最高溫、平均最低溫為逐月最高溫、最低溫進行求和，并進行平均的結果。按照北方地區氣候特征及氣象研究特點，四季的劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季。

1.3 分析方法

1.3.1 線性傾向估計

利用樣本容量為n的某一氣候變量yi，用xi表示yi所對應的時間，建立yi與xi之間的一元線性回歸yi=axi+b（i=1，2…，n）。氣候的趨勢變化用一元線性回歸方程來表示，式中xi為年份，a為氣候傾向率，用于定量描述氣候變量隨時間的變化趨勢特征，式中回歸系數a和常數b可以用最小二乘法進行計算。其公式為：

a=n∑xiyi-∑xi∑yin∑xi2-∑xi2[JY]（1）

b=y[TX-]-ax[TX-][JY]（2）

其中y[TX-]=1n∑ni=1yi，x[TX-]=1n∑ni=1xi[JY]（3）

回歸系數a表示氣候變量y的傾向趨勢，a的值為正數，說明隨時間x的增加，氣候變量呈上升趨勢;當a的數值為負值時，則說明隨著時間x的推移，氣候變量呈現下降的趨勢。同時a值的大小還說明了氣候變量y上升和下降的速度。

1.3.2 相關性分析

本文基于SPSS軟件，對變量之間進行相關性分析。相關系數r可說明x與y的相關程度。當相關系數r為正數時，表示x與y之間為正相關，正相關是表示2個要素間呈同方向變化的相關，也就是y值隨x的增加而變大或隨x的減少而變小;負數時，表示x與y之間為負相關，負相關是表示2個要素間呈反方向變化的相關，即y隨x的增大而變小或隨x的減小而變大。相關系數的絕對值|r|越大，表示2個x與y相關程度越密切。當r=1時，為完全正相關;當r=-1時，為完全負相關;r=0時，則完全無關，r值介于-1≤r≤1之間。其公式為：

r=∑xy-∑x∑yn ∑x2-∑x2n∑y2-∑y2n[JY]（4）

1.3.3 降水量距平百分率（pa）

降水距平百分率反映的是，某時段內的降水量相較常年偏多或偏少的標準之一，即某時段內的降水同平均狀態的偏離程度[6]。它可以反映降水異常而引起的干旱。《氣象干旱等級》[7]中規定降水量距平百分率pa的計算公式為：

Pa（%）=p-p[TX-]p[TX-]×100%[JY]（5）

p[TX-]=1n∑ii=1pi[JY]（6）

式中，p-為某段時段內降水量，p[TX-]-為計算某時段同期氣候平均降水量，n-為研究的年數，i=1，2，3，…，n。

1.3.4 干旱等級標準

根據《氣象干旱等級》[7]其旱澇標準（表1）：

2 結果分析

2.1 氣溫變化特征

2.1.1 年際變化特征

烏蘭浩特近30a（1986—2015年）的平均氣溫、平均最高溫、平均最低溫趨勢圖（圖2），可以得出，從1986—2015年烏蘭浩特年平均氣溫呈逐漸升高的趨勢，并于2008年達到最高值7.1℃，比30a平均氣溫（5.749℃）高1.351℃。1988年達到年平均氣溫最低值4.225℃，比30a平均氣溫低1.524℃。最低溫與最高溫之間相差2.875℃。

1986—2015年中烏蘭浩特平均最高溫與最低溫呈現升高的趨勢，于2008年平均最高溫達到最高值13.47℃，1988年平均最低溫達到最小值-1.2℃。30a間平均最高溫的變化幅動較小，其一元線性回歸模型為y=0.0143x-16.752，溫度變化速率為0.143℃/10a，即說明從1986—2015年間增溫0.143℃/10a;而平均最低溫的變化幅動較大，其一元線性回歸模型為y=0.0315x-62.746，溫度變化速率為0.315℃/10a，說明從1986—2015年間增溫0.315℃/10a。

2.1.2 季節變化特征

通過對烏蘭浩特1986—2015年各季節平均溫度、平均最高溫、平均最低溫進行趨勢分析（圖3），結果表明，烏蘭浩特1986—2015年30a以來，春、夏、秋3個季節的平均溫度、平均最高溫、平均最低溫呈上升趨勢，而冬季則呈下降趨勢。烏蘭浩特30a的春季平均氣溫為7.2463℃，夏季為22.149℃，秋季為5.829℃，冬季為-12.219℃。變化趨勢方面（表3），春季的平均氣溫變化傾向率為0.313℃/10a，夏季的平均氣溫變化傾向率為0.618℃/10a，秋季的平均氣溫變化傾向率為0.435℃/10a，冬季的平均氣溫變化傾向率為-0.429℃/10a。由此可見，春季的上升幅度最小，夏季的上升幅度最大，冬季則呈下降趨勢。

2.2 降水量變化特征

2.2.1 年際變化特征

根據烏蘭浩特1986—2015年的降水資料進行趨勢分析，并計算出一元線性回歸模型（圖4），結果顯示，在降水量方面，烏蘭浩特1986—2015年30a年均降雨量為434.153mm，最大年降雨量為1998年的822.4mm，最小年降雨量為2004年的157mm，最大降雨量與最小降雨量相差5倍多。30a間年均降水量有減少的趨勢，趨勢系數為-31.114mm/10a。烏蘭浩特屬中溫帶半干旱季風氣候，30a間超過400mm的年份有16a。

2.2.2 季節變化特征

通過對烏蘭浩特四季降水量進行線性擬合（圖5），發現春季和冬季變化有上升的趨勢，春季的上升傾向率為11.238mm/10a，冬季的上升傾向率為2.557mm/10a。夏季和秋季均呈下降趨勢，夏季下降傾向率為-42.057mm/10a，秋季下降傾向率為-2.852mm/10a，其中夏季降水量下降趨勢最顯著。

1986—2015年的30a間，春季平均降水量為 57.353mm，夏季平均降水量為318.366mm，秋季平均降水量為50.9966mm，冬季平均降水量為7.4366mm。春季降水量于2010年達到最高值139.6mm，2004年達到最低值5.2mm;夏季降水量在1998年達到最高值672.3mm，2004年為最低值116.8mm;秋季降水量于2012年達到最高值128.3mm，2007年為最低值16.8mm;冬季降水量于2012年達到最高值22.7mm，1996和2011達到最低值，分別為0.6mm，0.7mm。

經過對30a來烏蘭浩特季節降水量統計，發現研究區內降水主要集中在夏、春、秋3個季節，春季平均降水量為57.353mm，夏季平均降水量為318.366mm，秋季平均降水量為50.996mm，冬季平均降水量為7.436mm。對全年降雨量貢獻最大的是夏季，占到全年降雨量的73%，其次是春季和秋季，分別占全年降雨量的13%和12%，冬季降雨稀少，只占全年降雨量的2%。

2.3 干旱時間特征變化

2.3.1 年尺度干旱特征

利用降水距平百分率計算烏蘭浩特1986—2015年降水距平百分率（圖6）。可以看出烏蘭浩特1986—2015年間的年降水距平百分率有減少的趨勢。1989年、1992年、1995—1997年、1999年、2000—2004年、2006—2009年、2011年降水距平百分率為負值，并根據干旱等級劃分標準（表1），1989、1992、1997、1999、2000、2001、2002、2004、2006、2007、2008、2009、2011年出現干旱（表7），其中2001、2004年達到特旱等級，這與烏蘭浩特實際干旱情況吻合。2001年和2004年的特旱使烏蘭浩特農業生產遭到了巨大損失。[8]

烏蘭浩特屬于對氣候變化反映敏感的脆弱區，抵御各種自然災害的能力較弱，農業生產的不穩定性很大，因此農業收成的好壞很大程度上取決于自然降水量的多少及其時空分布[8]。降水量多的年份，農業獲得豐收;干旱少雨季節，農業欠收。[8]

2.3.2 季節尺度干旱特征

根據降水量距平百分率公式，計算1986—2015年烏蘭浩特各季節的降水距平百分率。利用表1干旱等級劃分得到表5。由表5可以看出，[JP2]發生輕旱的年份為1992年、2002年、2004年、2006—2009年、2011年。發生中旱的年份為1989年、1999年、2000年，于1997年發生重旱，2001年和2004年發生特旱。季節方面來看，在13a里（表4）干旱季節主要集中在秋季和夏季，其中秋季在干旱的13a里占31%，夏季占29%，

春季和冬季分別占14%、26%。

2.4 氣溫與降水量的相關性分析

2.4.1 年平均氣溫與年降水量的相關性

通過對烏蘭浩特近30a（1986—2015年）的年平均氣溫和降水量的相關性分析（表5）可知，烏蘭浩特年平均氣溫和降水量之間沒有明顯的相關性。即表示，氣溫與降水量增加趨勢的關系很復雜，除氣溫以外降水量還受地理環境、下墊面、海拔等因素的影響。

2.4.2 季平均氣溫與季降水量的相關性

通過對烏蘭浩特近30a（1986—2015年）的各季平均氣溫與降水量的相關性分析，與其它季節相比，夏季氣溫與夏季降水量的相關系數為r=-0.489，在0.01水平上呈負相關關系，表示隨著夏季氣溫的增高，夏季降水量逐漸減少;冬季氣溫與冬季降水量的相關系數為r=-0.552，在0.01水平上呈負相關關系，說明隨著冬季氣溫的減少，冬季降水量在逐漸增多。

3 討論

研究區近30a的氣溫總體呈上升趨勢，年際平均氣溫變化速率為0.247℃/10a，蔣春宇，張圣微[9]等人在40～50a的較大時間尺度上的研究表明，內蒙古全區氣溫增溫速率為0.41℃/10a，內蒙古東部地區氣溫上升速率為0.36℃/10a。因此，本文結果與前人研究結果基本吻合。降水量方面年均降水量有減少的趨勢，趨勢系數為-31.114mm/10a，這與前人研究的內蒙古全區30a（1981—2010年）的年降水變化趨勢系數-30.8mm/10a[10]基本一致。

在氣溫與降水量的相關性中，降水量除了受氣溫方面的影響外，還包括地形、植被、人類活動等等。對氣溫和降水量的變化趨勢的原因，因受數據所限，未對此作深入探討。

4 結論

本文利用內蒙古烏蘭浩特氣象站（區站號50838）1986—2015年的日平均氣溫和降水量數據，對烏蘭浩特近30a的氣溫和降水的變化趨勢進行分析。運用線性傾向估計、相關性分析、降水距平百分率分析等方法得出以下結論。

4.1 氣溫方面

平均氣溫、年平均最高溫、年平均最低溫均處于增溫的趨勢，變化傾向率分別為0.247℃/10a、0.143℃/10a、0.315℃/10a。極端天氣方面來看，極端最高溫與極端最低溫均有上升的趨勢;其中極端最高溫的變化幅度最大，達到了0.835℃/10a，極端最低溫的變化傾向率為0.445℃/10a。季節方面來看，春、夏、秋3個季節有升溫的趨勢;其中夏季升溫幅度最大，變化傾向率為0.618℃/10a，春季和秋季變化傾向率分別為0.313℃/10a、0.435℃/10a，而冬季則有降溫的趨勢，變化傾向率為-0.429℃/10a。

4.2 降水方面

年際降雨量有下降趨勢，變化傾向率為-31.114mm/10a。烏蘭浩特1986—2015年間干旱年份逐漸增加，30a中有13a為干旱年，其中2001、2004年達到特旱等級。季節方面來看，春季和冬季的年平均降水量有上升趨勢，變化傾向率為分別為11.238mm/10a和2.557mm/10a。而夏季和秋季年平均降水量則有下降的趨勢，變化傾向率分別為-42.057mm/10a和-2.852mm/10a。在13a干旱季節主要集中在秋季和夏季，其中秋季占31%，夏季占29%，春季和冬季分別占14%、26%。

4.3 年平均氣溫和降水量之間沒有明顯的相關性

季節方面來看夏季平均氣溫與夏季降水量在0.01水平上呈負相關關系，相關系數為r= -0.489;冬季的平均氣溫與降水量在0.01水平上呈負相關關系，相關系數為r=-0.552。

參考文獻

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[10]包剛，吳瓊，阿拉騰圖雅，等.內蒙古地區近50年氣溫時空變化研究[J]. 內蒙古師范大學學報（自然科學版），2012，41（6）：668-674.

作者簡介：

吳亞平（1997-），女，在讀碩士研究生。研究方向：土地資源可持續利用;

張惜偉（1980-），女，博士，副教授。研究方向：土地資源利用與評價。