1982—2013年內(nèi)蒙古春季溫度變化分析

其力木格 吳亞平 白領(lǐng)領(lǐng)

摘 要：內(nèi)蒙古自治區(qū)地處內(nèi)陸，溫帶大陸性氣候較強(qiáng)，同時(shí)也是不同氣候區(qū)的過(guò)渡帶，氣候變化非常敏感。近幾十年來(lái)，內(nèi)蒙古地區(qū)極端天氣事件隨著全球氣候變暖的加快而愈發(fā)頻繁，并且降水和溫度的差異導(dǎo)致春季干旱。為了研究?jī)?nèi)蒙古地區(qū)氣溫變化趨勢(shì)及時(shí)空變化分布，利用內(nèi)蒙古地區(qū)1982—2013年31個(gè)氣象臺(tái)站的氣溫資料，采用線性趨勢(shì)分析，利用IDW空間插值結(jié)合GIS空間分析功能，統(tǒng)計(jì)分析了內(nèi)蒙古近30年的春季溫度變化特征。結(jié)果表明，近30年來(lái)，內(nèi)蒙古地區(qū)春季穩(wěn)定通過(guò)0℃、5℃、7℃的初日具有提前的趨勢(shì)，平均氣溫具有由冷變暖的趨勢(shì)，以0.389/10a的速率呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，有明顯的月季溫度變化差異。

關(guān)鍵詞：內(nèi)蒙古地區(qū);春季氣候變化;時(shí)空變化分布

中圖分類號(hào) P467文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）19-0138-06

Study on the Temperature in Inner Mongolia from 1982 to 2013

Qilimuge et al.

Abstract：The Inner Mongolia autonomous region is located inland，with a temperate continental climate ratio and a transitional zone of different climatic zones，which is very sensitive to climate change. In recent decades，extreme weather events in Inner Mongolia have become more frequent with the acceleration of global warming. The variability of precipitation and temperature of main factors in spring drought has increased significantly. In order to study the temperature variation trend and spatial and temporal variation distribution in Inner Mongolia，Using the temperature data of 31 meteorological stations in Inner Mongolia region in 1982—2013，using linear trend analysis，Use IDW space interpolation combining GIS spatial analysis function of statistical analysis for nearly 30 years of the spring temperature change characteristics of Inner Mongolia。 The results show that in the past 30 years，Inner Mongolia region spring stability through 0 ℃ 、5 ℃，7 ℃ significantly ahead of trends in the early days。 increasing in the rate of 0.0389/a and there is a significant difference in temperature between the months。

Key words：Region of the Inner Mongolia;Climate change in spring;Spatial character

1 引言

現(xiàn)如今，全球氣候變暖問(wèn)題已成為了世界熱議的話題，有很多專家學(xué)者都對(duì)其開(kāi)展了大量的研究。近年來(lái)，針對(duì)不同季節(jié)范圍、不同地域，已開(kāi)展了一系列氣溫變化特征的研究，結(jié)果表明，隨著全球變暖，全球氣溫的變化、氣溫變化規(guī)律有了明顯的地域特征以及季節(jié)性特征。

內(nèi)蒙古地區(qū)位于我國(guó)全球氣候變化最敏感帶地區(qū)附近，為內(nèi)陸干旱、半干旱氣候，從西向東南分別是干旱、半干旱、半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候的過(guò)渡帶，同時(shí)也是內(nèi)流河外流河的分水嶺，是農(nóng)牧交錯(cuò)地帶。該區(qū)屬高原型地貌，生存環(huán)境十分脆弱，近年來(lái)，當(dāng)?shù)赝恋厣郴尸F(xiàn)加劇的趨勢(shì)，草場(chǎng)退化，這與氣候變化以及人類活動(dòng)有著密切的關(guān)系，植被和環(huán)境受氣溫影的響非常明顯。春季升溫快，溫度變化不穩(wěn)定，來(lái)自北方的冷空氣勢(shì)力逐漸減弱，因此內(nèi)蒙古自治區(qū)春季升溫迅速。3—5月份平均溫度逐月上升，春季冷暖溫度的交替活動(dòng)頻繁而形成春季溫度的不穩(wěn)定性。

本研究利用內(nèi)蒙古1982—2013年31個(gè)氣象觀測(cè)站的氣溫?cái)?shù)據(jù)，綜合運(yùn)用ARCGIS和Excel，分析了內(nèi)蒙古地區(qū)1982—2013年春季氣溫變化趨勢(shì)及時(shí)空變化分布，將有助于組織有序的人類活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)、林、牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 材料與方法

2.1 研究?jī)?nèi)容 根據(jù)內(nèi)蒙古地區(qū)1982—2013年的31個(gè)氣象臺(tái)站（如圖1）的氣溫資料，采用線性趨勢(shì)分析，利用IDW空間插值結(jié)合GIS空間分析功能，統(tǒng)計(jì)分析了內(nèi)蒙古近30年的春季溫變化趨勢(shì)及時(shí)空變化分布。

2.2 研究區(qū)概況

2.2.1 地理位置 內(nèi)蒙古自治區(qū)地處中國(guó)北部，歐亞大陸內(nèi)部，南至37°30′，北至53°20′，南北最長(zhǎng)直線距離1700km，間隔16°，西至97°13′，東至126°02′，東西最長(zhǎng)距離2400km，間隔29°。內(nèi)蒙古是1個(gè)以高原為主的地區(qū)，有著環(huán)帶狀平面格局，地勢(shì)高差呈“屋脊”狀，統(tǒng)稱內(nèi)蒙古高原。

2.2.2 自然環(huán)境 內(nèi)蒙古自治區(qū)地域廣闊，處于緯度較高地區(qū)。地理緯度決定了內(nèi)蒙古自治區(qū)屬于溫帶氣候，但是東西延伸長(zhǎng)，自然景觀東西差異大，熱量、干濕度及降水量極不平衡。緯度和海拔決定著氣溫、溫帶，距離海洋的遠(yuǎn)近和地貌結(jié)構(gòu)能夠影響降水和干濕度地區(qū)的差別，因此，內(nèi)蒙古自治區(qū)的氣候特點(diǎn)是以中溫帶半干旱與干旱為主。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源 本研究所用的氣象數(shù)據(jù)為1982—2013年期間內(nèi)蒙古地區(qū)31個(gè)氣象站點(diǎn)的氣溫資料。氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//cdc.cma.gov.cn/home.de）。

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

2.4.1 線性傾向估計(jì) 線性傾向估計(jì)為研究近32年氣溫變化趨勢(shì)，對(duì)氣象數(shù)據(jù)和年份進(jìn)行線性回歸，計(jì)算其擬合斜率b和相關(guān)系數(shù)R。如果斜率大于0，說(shuō)明氣象要素變化趨于上升趨勢(shì)，反之，則說(shuō)明氣象要素變化趨于下降。如果R值通過(guò)0.01的顯著性水平（P<0.01），則認(rèn)為氣象要素呈顯著增加或顯著下降趨勢(shì)。計(jì)算公式如下：

b=[i=1nxiti-i=1nxi/（ni=1nti）i=1nt2i-（i=1nti）2/n] （1）

R[=i=1ntzi]-[1n（i=1nti）z/i=1ntzi]-[1n（i=1nti）z] （2）

其中：b為斜率;[xi]為第i年的氣溫;[ti]為第i年份，在1982—2013年間取值;n為研究時(shí)間段，取32。

2.4.2 滑動(dòng)平均 通過(guò)滑動(dòng)平均，將所有異常值做算術(shù)平均來(lái)確定變化趨勢(shì)。經(jīng)滑動(dòng)平均后，序列中短于滑動(dòng)長(zhǎng)度的周期大大削弱，呈現(xiàn)出變化趨勢(shì)。對(duì)樣本量為n的序列x，其滑動(dòng)平均序列表示為：

[∧xi=j=1kxi+j+1 ]（j=1，2，…，n-k+1） （3）

其中：k為滑動(dòng)長(zhǎng)度。

2.4.3 累積距平 累積距平是一種常用的、由曲線直觀判斷變化趨勢(shì)的方法。從曲線明顯的上下起伏，可以判斷其長(zhǎng)期顯著的演變趨勢(shì)及持續(xù)性變化，甚至可以診斷發(fā)生突變的大致時(shí)間。對(duì)于序列x，其某一時(shí)刻t的累積距平表示為：

[ ∧ xi=i=1nxi ?]-[-x]（t=1，2，…n） （4）

其中：[-x=i=1nxi]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同臨界溫度到來(lái)的時(shí)間變化 春季日平均溫度穩(wěn)定通過(guò)0℃，標(biāo)志著冰雪開(kāi)始融化，土壤開(kāi)始解凍，牧草萌動(dòng)，可以開(kāi)始田間工作。因此，通過(guò)大于0℃來(lái)計(jì)算作物生長(zhǎng)期和總積溫，能較正確的反映全部農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)季節(jié)和地區(qū)的熱量資源。從圖2可以看出，線性波動(dòng)變化小，變化趨勢(shì)比較平緩，以-0.924/10a的速率增長(zhǎng)。因此，內(nèi)蒙古地區(qū)1982—2013年春季平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)0℃的日期隨著時(shí)間呈遞減的趨勢(shì)，穩(wěn)定通過(guò)0℃的日期整體提前。最早穩(wěn)定通過(guò)0℃的年份是2008年，最晚穩(wěn)定通過(guò)0℃的年份是1987年。最早穩(wěn)定通過(guò)0℃與最晚穩(wěn)定通過(guò)0℃的日數(shù)相差9d。1982—1987年到來(lái)日數(shù)有推遲現(xiàn)象，1988—2013年到來(lái)日數(shù)有明顯的提前現(xiàn)象。這一現(xiàn)象正好符合中高緯度地區(qū)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始受全球氣候變暖影響而引起的氣溫上升現(xiàn)象。但在2010穩(wěn)定通過(guò)0℃的日期又推遲了1次，說(shuō)明隨著到來(lái)日期的提前也有突變事件的發(fā)生。

春季日平均溫度穩(wěn)定通過(guò)5℃時(shí)早春作物開(kāi)始播種，多數(shù)樹(shù)木開(kāi)始生長(zhǎng)，大于5℃的時(shí)期是植物的生長(zhǎng)期。從圖3可以看出，線性波動(dòng)變化較大，以-1.138/10a的速率在增長(zhǎng)。因此，內(nèi)蒙古地區(qū)1982—2013年春季平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期隨著時(shí)間呈遞減的趨勢(shì)，穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期有整體提前的現(xiàn)象。1982—1987年穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期有推遲現(xiàn)象，1988—2013年具有提前的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間正好符合全球變暖開(kāi)始影響內(nèi)蒙古地區(qū)的時(shí)間。在2010年出現(xiàn)推遲現(xiàn)象。最早穩(wěn)定通過(guò)5℃的年份是1998年，最晚穩(wěn)定通過(guò)5℃的年份是2010年。最早穩(wěn)定通過(guò)5℃與最晚穩(wěn)定通過(guò)5℃的日數(shù)相差21d。

春季日平均溫度穩(wěn)定通過(guò)7℃時(shí)植物生長(zhǎng)最旺的時(shí)期。從圖4可以看出，線性變化較大，以-1.752/10a的速率在增長(zhǎng)。因此，內(nèi)蒙古地區(qū)1982—2013年春季平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)7℃的日期隨著時(shí)間呈遞減的趨勢(shì)。穩(wěn)定通過(guò)7℃的日期提前。1982—1987年穩(wěn)定通過(guò)7℃的日數(shù)變化不大，但1988—2013年到來(lái)日期明顯提前。這一現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間正好符合全球變暖開(kāi)始影響內(nèi)蒙古地區(qū)的時(shí)間。在2010年出現(xiàn)推遲現(xiàn)象。最早穩(wěn)定通過(guò)7℃的年份是1998年，最晚穩(wěn)定通過(guò)7℃的年份是1982年。最早穩(wěn)定通過(guò)7℃與最晚穩(wěn)定通過(guò)7℃的日數(shù)相差22d。

3.2 不同臨界溫度到來(lái)時(shí)間的空間變化 圖5是內(nèi)蒙古地區(qū)穩(wěn)定通過(guò)0℃日期的空間分布狀況。利用滑動(dòng)平均法來(lái)計(jì)算出穩(wěn)定通過(guò)界限溫度0℃的到來(lái)日數(shù)，在春季升溫的季節(jié)里，第1個(gè)大于或等于0℃的滑動(dòng)平均氣溫中，第1個(gè)平均氣溫大于或等于0℃的日期為穩(wěn)定通過(guò)0℃的日期。由圖5可知，研究區(qū)穩(wěn)定通過(guò)0℃的日期有提前現(xiàn)象，但由于地理位置、地形條件、海拔高程以及環(huán)流強(qiáng)度的不同而存在著區(qū)域差異。穩(wěn)定通過(guò)0℃的日期在西部地區(qū)的到來(lái)時(shí)間比東部要早。在西部地區(qū)穩(wěn)定通過(guò)0℃到來(lái)日數(shù)在71～85d，中部在85～98d，東部在98～112d。東部與西部最早穩(wěn)定通過(guò)0℃的日數(shù)相差27d，西部地區(qū)穩(wěn)定通過(guò)0℃的日期明顯早于東部地區(qū)的。但由于下載的氣象數(shù)據(jù)有些站點(diǎn)的數(shù)據(jù)缺失在通遼與赤峰一帶站點(diǎn)的數(shù)量較少，分布不均勻，空間分布格局不太準(zhǔn)確而導(dǎo)致到來(lái)日數(shù)提前。

圖6是內(nèi)蒙古地區(qū)穩(wěn)定通過(guò)5℃日期的空間分布狀況。利用滑動(dòng)平均法來(lái)計(jì)算出穩(wěn)定通過(guò)界限溫度5℃的到來(lái)日數(shù)，在春季升溫的季節(jié)里，第1個(gè)大于或等于5℃的滑動(dòng)平均氣溫中，第1個(gè)日平均氣溫大于或等于5℃的日期為穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期。從圖6可以看出，研究區(qū)穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期有提前現(xiàn)象，但由于地理位置、地形條件、海拔高程以及環(huán)流強(qiáng)度的不同而存在著區(qū)域差異。穩(wěn)定通過(guò)5℃的日期在西部地區(qū)的到來(lái)時(shí)間比東部要早。西部地區(qū)穩(wěn)定通過(guò)5℃到來(lái)日數(shù)在88～101d，中部在101～115d，東部在115～128d。東部與西部最早穩(wěn)定通過(guò)5℃的日數(shù)相差27d。但由于下載的氣象數(shù)據(jù)有些站點(diǎn)的數(shù)據(jù)缺失在通遼與赤峰一帶站點(diǎn)的數(shù)量比較少，分布不均勻，因此空間分布格局不太準(zhǔn)確而導(dǎo)致到來(lái)日數(shù)提前。