鳳陽暖冬氣候特征分析

關(guān)鍵詞暖冬；冬季氣候變化；Mann-Kendall檢驗;相關(guān)性分析

中圖分類號P467 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1007-7731（2025）17-0109-06

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.17.027

Analysis of warm winter climate characteristics in Fengyang County

YUAN Xuesuo WU JinxiangWANG Gang GUO Yang （Fengyang Meteorological Bureau，F(xiàn)engyang 2331Oo， China）

AbstractThe characteristics of warm winters over the past 67 years in the study area were analyzed based on meteorologicalobservationdatafromtheFengyang National Basic Meteorological StationinAnhui，China，from1957to 2023，including winter average temperature （T） ，average maximum temperature （MTh），and average minimum temperature （MTe）.Methodssuchascorrelationcoeffientanalysis，Mann-Kendalltest，and linear trend estmation were employed.Theresults indicatethatthe winteraverage temperaturesforstrong warm，warm，normal，andcold winter types in the study area were 4.3-4.7°C， 3.2-4.2^°C ， ，and ，respectively. Correlation analysis revealedthatsunshine duration （S）wasnegativelycorelatedwith MTeandprecipitation （R），with correlatin coeffcients of-0.471and-O.647，respectively，while most other climatic elements showed positive correlations.The Mann-Kendalltrend and abrupt change tests demonstrated that from 1957 to 2O23，winter T，MTh，MTe，and R in the studyarea exhibited significant increasing trends，whereas S showed a significant decreasing trend. Except for Th abruptchanges were detected in all other climatic elements.Lineartrend estimation indicated thatthe climatic tendency rates for winter T ， R ，and S were 0.166^°C/10 a， 8.106mm/10 a， and -16.939 h/10 a， respectively. The findings provide a meteorological reference for agricultural production.

Keywords warm winter; winter climate change; Mann-Kendall test; correlation analysis

暖冬是指冬季平均氣溫高于氣候平均值的氣候現(xiàn)象，對農(nóng)業(yè)、生態(tài)以及經(jīng)濟等有直接或間接影響，不同區(qū)域暖冬氣候特征的研究逐漸成為研究人員的關(guān)注熱點。如阮翠冰等利用線性傾向估計、Mann-Kendall突變檢驗和小波分析等方法分析了寧德市暖冬現(xiàn)象特征；王秀萍等采用線性傾向估計、Mann-Kendall突變檢驗、百分位法定義極端事件閾值和合成分析等方法，分析了大連地區(qū)冬季冷暖變化趨勢及異常特征，并探討了冷冬、暖冬年大氣環(huán)流異常成因；普布桑姆等4采用線性傾向估計、相關(guān)系數(shù)分析、Mann-Kendall檢驗等方法，分析了近32a林芝暖冬指數(shù)變化特征及其對冬小麥生育期的影響；謝睿恒等5利用1961—2020年湖南省的冬季逐日氣溫資料，分析了該地區(qū)暖冬事件的氣候特征及成因；紀(jì)詩璇等%分析了廊坊地區(qū)1971—2020年冬季平均氣溫、平均最高氣溫、年平均最低氣溫變化趨勢、冷暖冬事件變化特點，并探究了冬季氣溫變化對流感病傳播的影響。本研究基于鳳陽國家基本氣象站長序列氣象觀測資料，采用相關(guān)系數(shù)分析、線性傾向估計、Mann-Kendall趨勢檢驗和突變檢驗等方法，分析了1957—2023年研究區(qū)暖冬氣候特征，對冬季平均氣溫、降水量、日照時數(shù)等主要氣候要素進行時變特征分析，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、生態(tài)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

1材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣象資料來源于1957—2023年研究區(qū)國家基本氣象站，統(tǒng)計每年冬季主要氣候要素，具體包括：冬季平均氣溫T（12月至次年2月每日平均氣溫的算術(shù)平均值）冬季平均最高氣溫MT（同時段每日最高氣溫的算術(shù)平均值）冬季平均最低氣溫MTe（同時段每日最低氣溫的算術(shù)平均值）冬季極端最高氣溫 Th （同時段每日最高氣溫的最大值）冬季極端最低氣溫 Te （同時段每日最低氣溫的最小值）冬季降水量R（同時段每日降水量的累計值）冬季日照時數(shù)S（同時段每日日照時數(shù)的累計值）。

1.2試驗方法

1.2.1冬季氣候概況及相關(guān)性分析 參照GB/T21983一2020《暖冬等級》，將研究區(qū)冬季劃分為“強暖、偏暖、正常、偏冷\"4種年型（表1），對冬季平均氣溫等7個氣候要素，利用SPSS軟件計算相關(guān)系數(shù)分析氣候要素之間的相關(guān)性，研究其時變特征。

表11957—2023年研區(qū)冬季年型劃分

續(xù)表11957—2023年研究區(qū)冬季年型劃分

續(xù)表11957—2023年研究區(qū)冬季年型劃分

1.2.2趨勢分析 利用Mann-Kendall檢驗法對冬季氣候要素 T，MTh，MTe，Th，Te 進行趨勢分析 [7-8] 。檢驗統(tǒng)計量S計算如式（1），當(dāng)時間序列 Δ_ngt; 10時，統(tǒng)計量 Z 計算如式（2）。

式中， sign 為符號函數(shù)。當(dāng) D_i-D_jlt;0_?=0_?gt; 0時， sign（D_i-D_j） 分別取 -1.0，1;Zgt;0 表示增加趨勢， Zlt;0 表示減少趨勢。 Z 的絕對值 ?1.28，?1.64，? 2.32時表示分別通過了信度 90%95%.99% 顯著性檢驗。

1.2.3突變檢驗 利用Mann-Kendall檢驗法對冬季氣候要素 T，MTh，MTe，Th，Te，R，S 進行突變檢驗[7-8]，設(shè)有氣候要素時間序列： Φ_D2，D₃，…，D_n ，構(gòu)造一秩序列 r_i，r_i 表示 D_igt;D_j（1?j?i） 的樣本累積數(shù)S_k ，計算如式（3）。

式中， r_i 表示 Digt;Dj（I?i?j） 的累加數(shù)，當(dāng) D_igt;D_j 時， r_i=1 ；當(dāng) D_i?D_j 時 ξ，r_i=0（j=1，2，…，i） 。

在時間序列隨即獨立假定下，定義統(tǒng)計量列UF_κ，E（S_k），Var（S_k） ，計算如式（4）～（6）。

式中， E（S_k），Var（S_k） 是累積數(shù) S_k 的均值和方差。當(dāng) k=1 時， UF₁=0 。 UF_k 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，給定一顯著水平 α ，得到臨界值 U_α ，如 α=0.05 ，臨界值 U_α= ±1.96 。當(dāng) |UF_k|gt;U_α ，表明序列存在一個明顯的增長或減少趨勢，通過信度檢驗可知其是否具有趨勢。將此方法引用到反序列中，再重復(fù)上述計算過程，并使計算值乘以-1，得到 UB_k 。分析 UF_k 和 UB_k 曲線圖，當(dāng) UF_kgt;0 時，序列呈上升趨勢； UF_klt;0 時，呈下降趨勢，若 UF_k 超過臨界值則說明上升或下降趨勢顯著。當(dāng) UF_k 曲線與 UB_k 曲線出現(xiàn)交點時，且交點在臨界值之間，則突變開始的時間就是交點所對應(yīng)的時間。

1.2.4線性趨向分析 選取對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大的氣候要素 （T，R，S） 作為因變量， （y） 年份記為自變量 （x） 。建立一元線性回歸方程如式（7）。

y=ax+b

式中， Ω_a 為回歸系數(shù)， b 為常數(shù)， a×10 為氣候傾向率。

2 結(jié)果與分析

2.1冬季氣候概況

由表2可知，偏暖年型的 T 在 ，強暖年型的 T 在 4.3～4.7'C ；正常年型的 T 在 2.4～ 3.1^°C ，偏冷年型的 T 在 0.4～2.3°C 。強暖年型中，MTh最高可達(dá) 11.0°C ；偏暖年型中，MTh最高可達(dá)10.0° ；正常年型中，MTh在 ;偏冷年型中，MTh最低為 5.0^°C 。強暖年型中，MTe最高為1.1^°C ；偏暖年型中，MTe最高為 0.1°C ；正常年型中，MTe在 -2.5～0^°C ；偏冷年型中，MTe最低值為-4.1°C 。強暖年型中， Th 最高為 27.1°C ；偏暖年型中， Th 最高為 25.9^°C ；正常年型中， Th 在 15.4～ 24.6°C ；偏冷年型中， Th 最低為 12.8^°C ，最高為24.6°C ，與正常年型最高值持平。強暖年型中， Te 最高為 -5.7° ；偏暖年型中， Te 最高值 -7.3^°C ;正常年型中， Te 在 ；偏冷年型中， Te 最低為 ，此值高于正常年型的最低值 ，這是強冷空氣活動的年際差異所致，因此正常年型也需注意短時間的極端低溫。強暖年型中， R 最高為175.8mm ；偏暖年型中， R 最高為 155.3mm ;正常年型中， R 在 26.4～195.2mm ;偏冷年型中， R 最低為18.5mm ；不同年型 R 的變幅較大，其中正常年型 R 的變幅最大。強暖年型中， s 最大為 529.3h ;偏暖年型中， s 最大為 578.9h ；正常年型中， s 在 212.4～ 643.3h ;偏冷年型中， s 最小為 324.0h ;不同年型 s 的變幅較大，其中正常年型 s 的變幅最大。

表2研究區(qū)冬季氣候概況

2.2 相關(guān)性分析

由表3可知，T與 MTh，MTe，Th，Te 的相關(guān)性在0.01水平具有統(tǒng)計學(xué)意義，其中，T與MTe相關(guān)系數(shù)最大，為 0.850;MTh 與 MTe，Th，Te 的相關(guān)性在0.01水平具有統(tǒng)計學(xué)意義，與 s 的相關(guān)性在0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義，其中，MTh與Th相關(guān)系數(shù)最大，為0.485；MTe與 Te，R，S 的相關(guān)性在0.01水平具有統(tǒng)計學(xué)意義，其中，MTe與 R 相關(guān)系數(shù)最大，為 0.508：R 與S的相關(guān)系數(shù)為-0.647，在0.01水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。說明研究區(qū)冬季主要氣候要素之間存在一定的相關(guān)性。

表3研究區(qū)冬季氣候要素之間的相關(guān)性

注：**和*分別表示相關(guān)性在0.01和0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.3 趨勢分析

由表4可知，1957—2023年，研究區(qū)冬季氣候要素 T，MTh，MTe，Th，Te，R 呈上升趨勢，S呈下降趨勢。其中 T，MTh，S 的變化趨勢在0.01水平具有統(tǒng)計學(xué)意義， MTe，R 上升趨勢在0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。這種氣候變化可能與溫室氣體濃度增加有關(guān)。

表4研究區(qū)冬季氣候要素Mann-Kendall趨勢分析

注：**和*分別表示變化趨勢在0.01和0.05水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.4 突變檢驗

由表5可知，1957—2023年，研究區(qū)冬季氣候要素 T，MTh，MTe，Te，R，S 的變化趨勢均存在一定突變現(xiàn)象。其中，S始終為下降趨勢，其余要素突變前多為下降或持平趨勢；突變后各要素的上升趨勢逐漸明顯； Th 未發(fā)生突變。其中，光、溫、水通常被認(rèn)為是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本氣候要素，故以圖1更直觀、全面地展示 T，R，S 的突變檢驗過程，其余要素的檢驗圖省略。

表5研究區(qū)冬季氣候要素Mann-Kendall突變檢驗

圖11957—2023年研究區(qū)氣候要素Mann-Kendall突變檢驗

2.5 線性傾向分析

由圖2可知，1957—2023年，研究區(qū)冬季平均氣溫氣候傾向率為 0.166^°C/10a，T 與時間的相關(guān)系數(shù)為0.342（由圖中 R² 值開平方求得，下同），通過信度為 99% 的顯著性檢驗；與表4中Mann-Kendall趨勢檢驗結(jié)果相一致；研究區(qū)冬季降水量氣候傾向率為 8.106mm/10a，R 與時間的相關(guān)系數(shù)為0.365，通過信度為 99% 的顯著性檢驗，與表4中Mann-Kendall趨勢檢驗結(jié)果基本一致，信度更高；研究區(qū)冬季日照時數(shù)氣候傾向率為 -16.939h/10a，S 與時間的相關(guān)系數(shù)為-0.417，通過信度為 99% 的顯著性檢驗，與表4中Mann-Kendall趨勢檢驗結(jié)果完全一致。

圖21957一2023年研究區(qū)氣候變化趨勢

3結(jié)論

本研究利用研究區(qū)1957—2023年的冬季平均氣溫 T， 冬季平均最高氣溫MTh等氣候資料，參照GB/T21983—2020《暖冬等級》，利用Mann-Kendall法進行趨勢分析和突變檢驗，對氣候變化特征進行分析，得出以下結(jié)論。

（1）研究區(qū)冬季強暖年型的 T 在 4.3～4.7'C ；偏暖年型的 T 在 3.2～4.1'C ；正常年型的 T 在 2.4～ 3.1^°C ;偏冷年型的 T 在 0.4～2.3°C 。在強暖、偏暖年型中MTh最高分別為11.0和 10.0°C;MTe 最高分別為1.1和 0.1°C 。研究區(qū)冬季冷空氣活動頻繁，不同年型均需關(guān)注 -10^°C 以下的極端最低氣溫，做好防寒保暖工作。

（2）研究區(qū)冬季 T 與 MTh，MTe，Th，Te 呈正相關(guān)，與 R，S 相關(guān)性無統(tǒng)計學(xué)意義；MTh與 s 呈正相關(guān)；MTe與 R 呈正相關(guān)，與 s 呈負(fù)相關(guān)； R 與 s 呈負(fù)相關(guān)。說明各氣候要素之間有一定的相關(guān)性，可以互相影響。

（3）1953—2023年，研究區(qū)冬季 T，MTh，MTe 、Th，Te，R 總體均呈現(xiàn)上升趨勢， s 呈現(xiàn)下降趨勢；其中 T，R 和 s 的傾向率分別為 0.166^°C/10： 小8.106mm/10 a和 -16.939h/10a;T.MTh.MTe.Te.R 的時間序列均存在突變點，突變點之后的上升趨勢逐漸明顯； s 也存在突變，但始終是下降趨勢。

本研究揭示了研究區(qū)近67年冬季4種年型主要氣候要素的基本情況及其相互關(guān)系，有助于對冬季光、溫、水等氣候要素配置情況的總體把握，為農(nóng)業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域研究提供氣候參考。

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（責(zé)任編輯：胡立萍）