近42年農安縣氣溫變化特征分析

摘要 選取農安縣1980—2021年的氣溫資料，運用趨勢分析法、距平分析、Mann-Kendall 突變檢驗、R/S分析等方法，分析了氣溫的年際變化特征、季節變化特征、年代際變化特征、突變特征，并探討了氣溫變化原因和未來氣溫變化趨勢。

關鍵詞 農安縣；氣溫變化特征；趨勢

中圖分類號：P467 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）05–0052-03

Analysis of Temperature Change Characteristics in Nong’an County in Recent 42 Years

Lyu Shan-shan （Nong’an County Meteorological Bureau， Nong’an， Jilin 130200）

Abstract Based on the temperature data of Nong’an County from 1980 to 2021， the characteristics of interannual change， seasonal change， interdecadal change and abrupt change of temperature are analyzed by means of trend analysis， anomaly analysis， Mann-Kendall mutation test and R/S analysis， and the causes of temperature change and the trend of future temperature change are discussed.

Key words Nong’an County; Temper-ature variation characteristics; Trend

全球氣候變暖主要是由于人類的各種活動導致以CO2為主的溫室氣體增多、溫度上升的現象[1]。近年來，全世界都在密切關注全球氣候變暖等氣候變化問題。國際專家組織統計分析了全球變暖情況，分析結果顯示：從19世紀80年代至2014年，全球氣溫增速約為0.13 ℃/10年，且北半球高緯度地區出現了最高的變熱速率[2]。有研究表明，2025年全球地表平均溫度可能會升高1.0 ℃。21世紀后期全球地表平均溫度可能升高2.0～5.0 ℃[3]。

賀偉等[4]研究發現，近一個世紀以來，我國氣溫以0.08 ℃/10年的速度上升，比同時期的環球變化略高，冬季和春季出現顯著的增溫。2010年，李宗省等[5]發現，近50年以來，我國地表溫度升高了1.1 ℃，上升速度為0.22 ℃/10 年，超過了同期的全球平均升溫速度。除此之外，在這近50年以來，我國四季的平均溫度都呈現了上升的態勢，增溫速度按大小排名為冬gt;春gt;秋gt;夏，分別為0.3、0.24、0.19和0.13 ℃/10年。任國玉等[6]研究發現，自2000年以來，我國氣溫以0.44 ℃/10年的速度上升，2009年升溫最大。除此之外，有學者發現，我國氣候變化存在明顯的地域性差異，西北、東北、華北地區與全國的改變規律比較相似，而華南和西南地區則有所不同[7]。方之芳等[8]對東北地區進行了研究，發現1961—2006 年，吉林、遼寧、黑龍江三省的平均升溫速度為0.36 ℃/10年，其中寒冬的增溫速度最快，其次為春、夏、秋季。同時，吉林、遼寧、黑龍江三省不同地區的氣溫改變情況也有所不同，表現出不同的上升幅度，從小到大分別為遼寧、吉林、黑龍江省。王青霞等[9]利用趨勢分析、因子分析等方法，對青藏高原地區的不同地區進行了氣候變化特征的研究，并發現近40年來該地區的平均氣溫呈總體持續上升的態勢，其中柴達木盆地地區的溫度上升現象顯著，升溫速度達到0.49 ℃/10年，在1987和1998年，各地區的氣溫均發生了從低到高的驟變現象，且在1998年后，溫度升高現象最為顯著。

1 資料與方法

使用的所有氣象數據均來源于吉林省農安縣氣象站的氣候統計資料。選取1980—2021年氣溫數據序列在近 42 年來的對比分析，從統計學的角度來看，該時間序列可以得到更充分可信的結果。四季按氣象方法劃分：春季（3—5 月）夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月）。

運用趨勢分析法、距平分析、Mann-Kendall突變檢驗、R/S分析等方法進行數據分析。

2 氣溫變化特征分析

2.1 氣溫年際變化特征

從1980—2021年農安縣平均氣溫年際變化曲線可以看出，1980—2021年農安縣年平均氣溫略有上升趨勢，線性傾向率為0.058 ℃/10年，近42年的年氣溫平均值為5.5 ℃（圖1）。1998年的年均氣溫值最大，為7.0 ℃；2010年的年均氣溫值最小，只有3.7 ℃。年平均最高溫和最低溫相差3.3 ℃。

對1980—2021年農安縣的年均氣溫進行線性趨勢分析，可以明顯看到年均氣溫整體呈上升趨勢。20世紀80年代波動幅度呈現先升后降，最低值出現在1980年，只有4.4 ℃；最高值出現在1988年，達到6.0 ℃，最高與最低值差值1.6 ℃；20世紀90年代年均氣溫有較大波動，呈現“下降—上升—下降—上升”特征。1998年年均氣溫7.0 ℃，是最高值；1999年為4.7 ℃，是最低值，兩者相差2.3 ℃，明顯高于20世紀80年代的高低溫差值；21世紀00年代的年均氣溫整體波動不大，最高值出現在2001年，為6.9 ℃，最低值出現在2009年，為4.2 ℃，最高值與最低值相差2.7 ℃；21世紀10年代的年均氣溫整體呈上升趨勢，最低值出現在2010年，只有3.7 ℃；最高值出現在2018年，為6.4 ℃，二者相差2.7 ℃。由此可見，年均氣溫波動最大的年代是20世紀90年代。

2.2 氣溫季節變化特征

對1980—2021年農安縣的春、夏、秋和冬季平均氣溫進行平均值和線性趨勢的分析（表 1）。近42年內，春季平均氣溫整體呈上升趨勢，趨勢傾向率為0.363 ℃/10年，平均值是7.3 ℃，最高值出現在1998年，為10.1 ℃；最低值出現在2010年，為4.0 ℃，最高值與最低值相差6.1 ℃。夏季平均氣溫呈上升趨勢，趨勢傾向率為0.179 ℃/10年，平均值為22.1 ℃，最高值出現在2000年，為23.9 ℃；最低值出現在1983年，只有20.7 ℃，最高值與最低值相差3.2 ℃。秋季氣溫整體也呈現上升趨勢，趨勢傾向率為0.054 ℃/10年，平均值是6.0 ℃， 最高值出現在1990年，為8.1 ℃；最低值出現在2002年，僅有3.6 ℃，最高值與最低值相差4.5 ℃。冬季平均溫度整體呈下降趨勢，趨勢傾向率為-0.466 ℃/10年，平均值為-13.9 ℃，最高值出現在2006年，為-10.2 ℃；最低值出現在2012年，為-19.6 ℃，最高值與最低值相差9.4 ℃。由此可見，近42年內冬季的氣溫波動幅度最為顯著。

2.3 氣溫年代際變化特征

將農安縣1980—2021年的平均氣溫按照年代劃分統計可知，年均氣溫在20世紀80年代較低，為5.2 ℃；20世紀90年代為5.99 ℃，21世紀00年代為5.4 ℃，21世紀10年代也為5.4 ℃，兩者幾近相同。

農安縣1980—2021年春季的平均氣溫是7.3 ℃，其中，20世紀80年代春季氣溫的平均值為6.5 ℃，20世紀90 年代春季氣溫的平均值為7.4 ℃；21世紀00年代春季氣溫的平均值為7.7 ℃；21世紀10～20年代初，春季氣溫的平均值為7.5 ℃。由此可知，近42年，20年代80年代的春季平均氣溫最低，21世紀00年代的春季平均溫度最高。

農安縣1980—2021年夏季的平均氣溫是22.1 ℃，其中，20世紀80年代夏季氣溫的平均值為21.7 ℃；20世紀90年代夏季氣溫的平均值為22.2 ℃；21世紀00年代夏季氣溫的平均值為22.1 ℃；21世紀10年代至21世紀20年代初，夏季氣溫的平均值為22.4 ℃。由此可知，近42年，20年代80年代的夏季平均氣溫最低，21世紀10年代至21世紀20年代初的夏季平均溫度最高。

農安縣1980—2021年秋季的平均氣溫是6.0 ℃，其中，20世紀80年代秋季氣溫的平均值為5.6 ℃；20世紀90年代秋季氣溫的平均值為6.5 ℃；21世紀00年代秋季氣溫的平均值為6.03 ℃；21世紀10年代至21世紀20年代初，秋季氣溫的平均值約為5.97 ℃。由此可知，近42年，20年代80年代的秋季平均氣溫最低，20世紀90年代秋季平均溫度最高。

農安縣1980—2021年冬季的平均氣溫是-13.9 ℃，其中，20世紀80年代冬季氣溫的平均值為-13.6 ℃；20世紀90年代冬季氣溫的平均值為-12.4 ℃；21世紀00年代冬季氣溫的平均值為-14.5 ℃；21世紀10年代至21世紀20年代初，冬季氣溫的平均值約為-14.9 ℃。由此可知，近 42 年，21世紀10年代至21世紀20年代初冬季平均氣溫最低，20世紀90年代冬季平均溫度最高。

2.4 氣溫突變特征

對農安縣1980—2021年氣溫的年均值進行距平和累積距平的分析，20世紀80年代氣溫較低，距平值基本為負，曲線一直向下滑動，至20世紀90年代，曲線一直向上滑升至1999年前后，中間雖然偶爾出現小的下滑，但上升趨勢不受影響，說明該段時間平均氣溫較高。2000—2009年，氣溫上下波動，至2013年，年均氣溫大幅降低，曲線直線下滑，而2014—2021年開始回暖，年均氣溫升高。

對農安縣的年均氣溫進行Mann-Kendall突變檢驗，2009年之前，UF曲線整體先升后降，而UB曲線是先降后升，在2007年UF曲線和UB曲線相交，在2009年UB曲線超過了臨界線，這2個條件表明農安縣的年平均氣溫在2007年發生過突變現象。雖然在2007年后UF與UB曲線也相交過，但是在交點后兩曲線都沒有超出過臨界線，即表明1980—2021年農安縣的年平均氣溫只在2007年發生過突變。

對農安縣1980—2021年春、夏、秋、冬季的氣溫進行距平和累積距平的分析，從春季分析可知，累積距平在2002年之前一直為負數，也就表明 1980—2002年氣溫距平大多小于平均距平值，也說明2002年之前氣溫整體低于平均值。而在2002—2010年累積距平值有較為明顯的上下波動，但均為正數。從2011—2021年，累積距平先減小后增大，但均為負數。從夏季來看，累積距平曲線先波動下降，而后曲折上升，2000年之前基本為負數，2000—2021年雖然也是波動起伏不斷，但基本上正值偏多。從秋季來看，先期也是累積距平為負數，直到1995年前后累積距平開始逐漸增加為正值，而后也是波動起伏，整體上正值。而冬季與其他3個季節截然不同，20世紀80年代上下波動較大，正負基本持平。從20世紀90年代到2013年，累積距平先升后降，波動明顯，全部為正數，2014—2021年降為負數。

采用Mann-Kendall突變檢驗方法檢驗農安縣1980—2021年春、夏、秋、冬季的平均氣溫的突變情況。可知1988年春季平均氣溫UF和UB曲線在臨界線內相交，之后UF和UB曲線超過臨界線。表明農安縣春季平均氣溫在1988年發生突變。夏季平均氣溫UF與UB曲線在1993年相交，2000年超過臨界線，由此判斷夏季平均氣溫突變年為1993年。農安縣秋季平均氣溫UF和UB曲線1982年臨界線內相交，而后超出臨界線，由此可以判斷突變年份是1982年。冬季平均氣溫UF和 UB曲線分別在2003、2005和2007年相交于臨界線內，2007年后超出臨界線，由此表明農安縣冬季平均氣溫在2007年發生過突變現象。

2.5 氣溫變化原因簡要分析

溫度的顯著升高主要由人為活動（包括化石燃料燃燒及毀林）排放的溫室氣體濃度增加所導致[10]。隨著科技的進步，人類對氣候系統的影響不斷增強，已成為擾動氣候系統的一個重要因素。尤其是工業革命以來，人類燃燒大量的化石燃料，向大氣排放越來越多的CO₂，工業革命前的CO₂濃度大約為280 mg/kg，2021年的CO₂濃度是417 mg/kg，增加了49%，這是導致近百年全球變暖的主要因素，也是國際社會呼吁減排和增匯、減緩全球變暖的重要原因[11]。

除了人為原因外，自然原因也是影響溫度顯著升高的重要因素。目前，地球正處于2個冰期之間的比較溫暖的間冰期，此時高緯度地區的大冰蓋面積縮小，中、低緯度山岳冰川大規模后退，高山雪線大幅度升高，冰緣作用衰退，全球自然地理帶向兩極方向推移，世界海平面上升[12]。

2.6 未來趨勢分析

利用重標極差R/S（Rescaled Range Analysis）分析方法應用于時間序列的特性分析，最大的優點是不用假定R/S測定的時間序列的分布特征，即無論時間序列是正態分布還是非正態分布，R/S的分析結果都是穩定且不受影響的[13]。

根據R/S分析方法，利用農安縣 1980—2021年的年、春、夏、秋、冬季平均氣溫，計算得出季節和年平均序列的Hurst指數。根據分析結果，四季的平均氣溫和年平均氣溫的Hurst指數均大于0.5，說明農安縣未來將是升溫的趨勢。春季和冬季的增溫趨勢最強（持續性強度：很強），其次是年平均氣溫（持續性強度：強），最后是夏季和秋季（持續性強度：較弱）。

3 小結

（1）近42年來，農安縣年平均氣溫略上升，上升速率為0.058 ℃/10年。

（2）春、夏、秋季的平均氣溫均呈現上升趨勢，其上升速率分別約為0.363、0.179和0.054 ℃/10年，而冬季氣溫呈現略微下降的趨勢，下降速率約為-0.466 ℃/10年，出現了冬天越來越冷的現象。

（3）2007年年平均氣溫變化劇烈，出現了突變。春季增溫十分顯著且發生了明顯突變，突變年為1988年；夏季平均氣溫在1993年發生了突變；秋季平均氣溫突變年為1982年；冬季平均氣溫顯著增高，2007年是顯著的突變點。

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責任編輯：黃艷飛