1951～2013年昆明市氣溫變化特征分析

郝曉陽(yáng)，葉 文，吳利華

（西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明650224）

1 引言

氣候變化是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)重點(diǎn)研究的領(lǐng)域之一，IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出：全球氣候系統(tǒng)變暖的事實(shí)是毋庸置疑的，全球地表持續(xù)升溫，1880～2012年全球平均溫度已升高0.85℃［0.65～1.06℃］，人類對(duì)氣候系統(tǒng)的影響是明確的［1～3］，同時(shí)氣候變化對(duì)于人類的生存、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)了極其深遠(yuǎn)的影響［4］。氣候變化中氣溫是重要的氣候要素之一，而氣候變化最明顯的特點(diǎn)是氣候變暖。目前，對(duì)于中國(guó)和云南地區(qū)的氣溫變化研究都表明［5，6］，氣溫都在不同程度地上升，近100a來(lái)中國(guó)年平均地表氣溫升高幅度約為0.5～0.8℃［7］，云南近46a來(lái)年平均氣溫升高率為0.17℃／10a［8］。而在氣候變暖的背景下，極端氣溫事件隨之會(huì)進(jìn)一步增加，熱浪發(fā)生頻率增高，持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，冰凍雨雪天氣頻發(fā)，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。

昆明市位于中國(guó)西南云貴高原中部，轄區(qū)總面積21473km2，是云南省省會(huì)，首批中國(guó)歷史文化名城，云南省唯一的特大城市和西南地區(qū)（僅次于成都、重慶）第三大城市，是云南省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、交通中心，西部地區(qū)重要的中心城市和旅游、商貿(mào)城市。昆明素以“春城”而聞名海內(nèi)外，昆明屬低緯度亞熱帶高原山地季風(fēng)氣候，由于受印度洋西南暖濕氣流的影響，日照長(zhǎng)、霜期短，氣候溫和，四季如春，氣候宜人，是理想的旅游度假勝地。氣溫變化對(duì)于昆明市有著十分重要的影響，盡管有部分學(xué)者對(duì)于云南省與昆明市區(qū)的氣溫變化特征有了一定的研究［8～11］，但是對(duì)于昆明市氣溫多角度、長(zhǎng)時(shí)間、深入細(xì)致的研究還沒(méi)有，因此，本文運(yùn)用線性回歸、離差系數(shù)計(jì)算、Mann—Kendall檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)和Morlet小波方法分析昆明市近60a來(lái)逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)，總結(jié)氣溫變化的規(guī)律，為城市氣候預(yù)測(cè)、城市防災(zāi)減災(zāi)等方面提供決策依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中所用數(shù)據(jù)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（網(wǎng)址：http：／／cdc.cma.gov.cn／home.do）昆明站（102°41′E、25°01′N，海拔1892.4m）1951～2013年的逐日氣溫資料進(jìn)行處理與分析，本文所選的昆明站為國(guó)家級(jí)基準(zhǔn)站，自建站以來(lái)從未遷址，數(shù)據(jù)通過(guò)均一性檢驗(yàn)和質(zhì)量控制，準(zhǔn)確翔實(shí)，能夠代表昆明市的氣溫狀況與變化趨勢(shì)。

2.2 處理方法

昆明市近60a平均氣溫在時(shí)間尺度的變化趨勢(shì)利用一元線性回歸方法和多年趨勢(shì)線［12］計(jì)算各年的直線回歸系數(shù)，以此來(lái)研究多年氣溫的變化趨勢(shì)，計(jì)算結(jié)果的顯著性用t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)其置信度，并結(jié)合離差系數(shù)分析（變異分析）［13，14］來(lái)判斷昆明市年平均氣溫波動(dòng)情況；其次對(duì)氣溫進(jìn)行突變分析，文中主要采用 Mann—Kendall法［15，16］，和滑動(dòng)t檢驗(yàn)法［12］，兩種方法相結(jié)合目的是互相檢驗(yàn)，增加突變點(diǎn)的可信度；最后采用Morlet小波分析［17，18］對(duì)降水變化進(jìn)行周期分析，以上方法在相關(guān)研究中已有詳細(xì)論述，在此不再贅述。

3 氣溫變化特征處理結(jié)果與分析

3.1 氣溫的年際和年代際變化

3.1.1 氣溫的年際變化

通過(guò)對(duì)昆明市近60a來(lái)逐年平均氣溫進(jìn)行一元線性回歸分析，得到圖1，如圖所示可得近60a來(lái)，昆明市年平均氣溫呈上升趨勢(shì)，變化傾向率為0.29℃／10a，結(jié)果與何云玲和梅媛媛等人的研究結(jié)果相似［10，11］，高于全國(guó)平均升溫速率0.22℃／10a［19］和云南近46a來(lái)年平均氣溫升高率0.17℃／10a［8］。多年平均氣溫為15.1℃，從1992a開(kāi)始?xì)鉁厣仙厔?shì)明顯，近10a氣溫均超過(guò)平均氣溫，變暖趨勢(shì)顯著。相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)通過(guò)0.001顯著性檢驗(yàn)，氣溫升高趨勢(shì)顯著。昆明市近60a來(lái)逐年平均氣溫離差系數(shù)為0.0499。

圖1 昆明市平均氣溫變化趨勢(shì)線

3.1.2 氣溫的年代際變化

盡管昆明市近60a來(lái)氣溫變化總趨勢(shì)是上升的，但是在不同年代，氣溫變化又各有差異。由表1可得，20世紀(jì)50年代到80年代，距平均氣溫變化不大，略低于平均氣溫范圍內(nèi)波動(dòng)，年際距平氣溫均為負(fù)數(shù)；但在氣溫變化傾向率方面（表2）1950s和1960s為負(fù)數(shù)，表明這兩個(gè)年代氣溫有略微下降趨勢(shì)；1970s和1980s氣溫變化傾向率為正值，表明這兩個(gè)年代有增溫的趨勢(shì)。自從進(jìn)入90年代開(kāi)始，平均氣溫已大于多年平均氣溫（15.1℃），且距平均氣溫在逐漸增大，增溫趨勢(shì)明顯（表1）；氣溫變化傾向率（表2）1990s至今均為正值，表明近23a來(lái)氣溫持續(xù)上升，1990s的升溫速率最大，表明這一時(shí)期為近60a來(lái)昆明市增溫最快的10年。通過(guò)計(jì)算得到的各年代際離差系數(shù)（表2），表明1990s離差系數(shù)最大，為0.0428，為氣溫波動(dòng)最大的10年，其次為2010～2013年，離差系數(shù)為0.0313。

表1 昆明市年平均氣溫距平的年代際變化

表2 昆明市平均氣溫年代際變化傾向率和離差系數(shù)

4 氣溫突變分析

利用Mann—Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)昆明市近60a逐年平均氣溫進(jìn)行分析得到圖2，圖2為昆明站平均氣溫的Mann－Kendall曲線圖，觀察UF曲線表明：平均氣溫正序列UF曲線在與反向序列UB曲線相交之前大部分處于0.05顯著性水平信度線以內(nèi)，但1954～1956、1971、1972、1974～1980年超出了置信水平線，1956～1978年UF曲線呈下降趨勢(shì)，表明昆明市在此時(shí)段年平均氣溫逐漸降低；自1978年以來(lái)UF曲線呈上升趨勢(shì)，表明昆明市年平均氣溫逐漸升高，UF曲線在1996年超出信度線，表明氣溫突變趨勢(shì)顯著。UF與UB曲線交于1993年，根據(jù) Mann—Kendall突變檢驗(yàn)法可得突變時(shí)間點(diǎn)為1993年，再結(jié)合滑動(dòng)t檢驗(yàn)法（圖3）對(duì)該序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)，1993年通過(guò)了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，兩者結(jié)合說(shuō)明昆明市氣溫突變年為1993年，是氣溫上升的開(kāi)始，1971～1980和1996～2013是兩段突變時(shí)間區(qū)域，分別是昆明市近60a來(lái)冷期和暖期時(shí)段，此結(jié)論與何云玲等人［10］做出的結(jié)論部分類似有所差異，但早于云南省氣溫突變年份1995年［8］。

圖2 昆明市平均氣溫的Mann—Kendall曲線

圖3 昆明市平均氣溫等級(jí)滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量曲線

5 氣溫的周期分析

通過(guò)Morlet小波分析法得到圖4昆明市近60a來(lái)平均氣溫序列的圖，結(jié)果表明：昆明市平均氣溫變化存在3～12a，13～22a，23～32a的周期，其中3～12a周期在20世紀(jì)70年代之前不連續(xù)不明顯，70年代至今連續(xù)出現(xiàn)；13～22a周期20世紀(jì)60～70年代出現(xiàn)冷－暖交替準(zhǔn)一次振蕩，70～90年代之間周期不明顯，2000a之間又出現(xiàn)了冷－暖交替準(zhǔn)一次振蕩；23～32a周期明顯且貫穿始終，出現(xiàn)冷－暖交替準(zhǔn)三次振蕩。近年來(lái)，昆明市處在平均氣溫增加的暖期，是氣溫升高的周期。有研究表明［20］，35a左右的周期為南方濤動(dòng)或沃克環(huán)流周期，因此結(jié)合昆明市氣溫周期分析可知，昆明市氣溫周期多受南方濤動(dòng)或沃克環(huán)流活動(dòng)影響。

圖4 昆明市1951～2013年氣溫序列周期變化小波分析

6 結(jié)論

（1）近60a來(lái)昆明市年平均氣溫呈上升趨勢(shì)，多年平均氣溫為15.1℃，變化傾向率為0.29 mm／10a，高于全國(guó)平均升溫速率0.22℃／10a和云南近46年來(lái)年平均氣溫升高率0.17℃／10a。

（2）近60a來(lái)昆明市年平均氣溫在年代際變化上有所差別但趨勢(shì)明顯，20世紀(jì)50年代到80年代，平均氣溫變化不大，略低于平均氣溫范圍內(nèi)波動(dòng)；自從進(jìn)入90年代開(kāi)始，平均氣溫均大于多年平均氣溫，且距平均氣溫在逐漸增大，平均溫度逐年增大，增溫趨勢(shì)明顯。各年代際離差系數(shù)中1990s離差系數(shù)最大，為氣溫波動(dòng)最大的10年。

（3）通過(guò)Mann—Kendall法與滑動(dòng)t檢驗(yàn)法相結(jié)合得到昆明市平均氣溫突變年為1993年，是氣溫上升的開(kāi)始，1971～1980年和1996～2013年是兩段突變時(shí)間區(qū)域，分別是昆明市近60a來(lái)冷期和暖氣時(shí)段。

（4）分析昆明市近60a來(lái)平均氣溫序列的 Morlet小波分析圖，得到昆明市平均氣溫變化存在3～12a，13～22a，23～32a的周期，期中23～32a的周期貫穿整個(gè)歷史時(shí)期，此周期多受南方濤動(dòng)或沃克環(huán)流活動(dòng)影響。

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