什邡50年气温变化特征及回归分析

刘康平, 郑自君

（1.什邡市气象局,四川什邡 618400;2.凉山州气象局,四川西昌 615000）

气候变化是指气候平均状态的巨大改变或者持续较长一段时期（典型的10年或更长）的气候变动。越来越多的研究表明,近一个世纪全球气候正在经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。IPPC的报告指出,全球气温在过去140年中上升了0.4℃到0.8℃,达到1000年的最高值[1]。什邡地处四川盆地西北、龙门山中段、西北接青藏高原东麓,境内地貌多样,山区、丘陵、平原兼而有之,山区约占全市总面积60%。尤其经历了2008年“5.12”汶川特大地震后,有必要对什邡的气温变化趋势做认真细致的研究分析,找出变化趋势、变化规律特征以及突变特点,对什邡灾后恢复重建、生态恢复、气象灾害以及地震遗留的次生灾害的预防等都具有十分重要的作用。

利用什邡市国家一般气象站1959-2008年逐月平均气温、日最高气温、日最低气温、极端最高、最低气温资料,用一元线性回归、Mann-Kendall（M-K）等方法对什邡近50年平均气温的变化趋势及其可能的突变点进行综合分析检验。

1 年均气温变化特征

1.1 年均气温的变化趋势

根据1959-2008年什邡市年平均气温作逐年变化趋势曲线、5年滑动平均曲线、线性拟合趋势线以及年均温度距平,进行气温变化分析,结果如图1所示。

图1 1959-2008年气温变化分析

由图1（a）可以看出在1959-1984年26年间呈振荡下降趋势,而1980年代中后期开始呈上升趋势,近50年来什邡年平均气温整体呈显著上升趋势,气候变化倾向率为0.13℃/10a。从5年滑动平均曲线可以看出,1959-1970年中期属偏暖期,70年代中后期至90年代中期属偏冷期,90年代中后期至2008年属显著偏暖期。由图1（b）可以看出,什邡市50年平均气温经历了“两头高中间低”的变化,其中70年中后期到90年代中后期为持续偏低时期,在1976年最低15.2℃为有记录以来的最低温度,90年代后期开始到目前持续偏高时期,2006、2007年达到了17.4℃为近50年来最高温度。

1.2 气温的变化年代际比较

以1959年、1960-1969年、1970-1979年、1980-1989年、1990-1999年、2000-2008年分别为20世纪50、60、70、80、90年代和21世纪初叶,根据1971-2000年气温标准30年序列整编资料统计出了不同年代年平均气温及距平见表1。

表1 什邡市不同年代平均气温及距平（℃）

统计发现年代平均气温在20世纪80年代有下降趋势,而从90年代气温距平开始呈上升趋势,而21世纪以来有呈明显加快上升的趋势,21世纪已是本气象站有资料以来年平均气温最高的时期,2006年、2007年达到了17.4℃,较1970-2000年标准30年年平均气温15.8℃高出1.6℃。

1.3 四季气温变化年代际比较

四季的划分根据我国天文季节划分标准[2],把3-5月定为春季 ,6-8月定为夏季,9-11月定为秋季,12-2月定为冬季。分别统计各年代四季气温变化情况及变化倾向率,结果见表2。

表2 什邡市四季平均气温（℃）及变化倾向率（℃/10a）

分析表明50年来平均气温在四季均有升温趋势,且存在显著的季节差异,其中秋季最明显（通过α=0.01的F检验）,其次为春季和冬季,夏季升温趋势不明显;而四季平均气温在20世纪80年代（除秋季外）有明显的下降,其中夏季平均气温下降幅度突出达-0.6℃,从90年代以来各季平均气温明显上升,21世纪以来出现加速上升趋势,倾向率秋季的最大为0.21℃/10a、春季次之达0.13℃/10a。

可看出,年平均气温的明显升高是从1990年开始,21世纪以来有加速上升趋势;反映在季节变化上秋季最明显,次之春季和冬季,夏季最不明显。

2 年最高气温、最低气温及年较差的变化趋势

每年平均最高、最低气温值反映一个地区炎热或寒冷状态的指标,其差值即为气温年较差。随着全球气候变暖,气温年较差变化的研究已得到广泛关注。其随年份的变化趋势,见图2。

图2 1959-2008年气温变化趋势

从图2（a）可以看出,年平均最高气温在1985年前后的变化趋势有明显的差异,1959-1985年呈下降趋势,从最高21.1℃（1963年）下降到最低19.1℃（1984年）,26年平均值为20.1℃,倾向率达-0.5℃/10a。而1984-2008年呈上升趋势,从最低19.1℃（1984年）上升到最高21.9℃（2006年）,25年平均为20.3℃,倾向率达0.88℃/10a,90年代后期升温有加快趋势。50年来平均最高气温整体呈上升趋势,倾向率为0.11℃/10a。

从图2（b）可以看出,年平均最低气温1986年前后的变化趋势有明显的差异,1959-1986年呈下降趋势,从最高13.4℃（1960年）下降到最低12.2℃（1986年）,28年平均值为12.7℃,倾向率达-0.22℃/10a。而1986年到2008年呈上升趋势,从最低12.2℃（1986年）上升到最高14.2℃（2007年）,23年平均为13.0℃,倾向率为达0.68℃/10a,90年代后期升温呈加快趋势。50年来平均最低气温整体呈上升趋势,倾向率为0.13℃/10a（通过α=0605的F检验）。

从图2（c）可以看出,气温的年较差50年来总体呈微弱下降趋势,主要是年最高气温和最低气温的变化存在不对称性,即年平均最低气温的上升趋势大于年平均最高气温的上升趋势,因而气温年较差有变小趋势。从气温年较差变化趋势和5年滑动平均趋势图可以看出气温年较差从20世纪60年代到70年代初相对较大,70年代中后期到90年代末年较差逐渐变小,21世纪初略有上升。年较差50年来整体呈微弱变小趋势。

通过对四季最高、最低气温以及年较差统计得到各季节（年）的倾向率,见表3。

表3 各季（年）平均最高、最低气温（℃）和及季（年）较差变化的倾向率（℃/10a）

从表3可看出,四季平均最高气温的上升趋势,春季＞秋季＞夏季,冬季呈下降趋势（均未通过α=0.05的F检验）显著性不明显;而四季的平均最低气温均呈上升趋势,冬季＞秋季＞春季＞夏季（其中秋冬季均通过了α=0.01的F检验）,季（年）较差存在明显的季节差异,冬季呈明显变小趋势（通过了α=0.01的F检验）,而春季呈明显变大趋势,夏季和秋季变化不明显。

3 年极端最高、最低气温的变化趋势

进入20世纪90年代以来,伴随全球极端高低温事件的频繁发生,极端高低温事件的对社会和经济的影响已越显突出,因此对温度的研究不仅限于平均状态的变趋势上,要考虑对极端温度的研究。年极端最高、最低气温的年际变化曲线如图3所示。

图3 年极端气温变化趋势

从图3（a）可看出,极端最高气温在1983年前后的变化趋势有显著差异,其前是降温趋势,从最高35.9℃（1966年）降到最低32.3℃（1983年）,26年平均值为34.2℃,倾向率达-0.4℃/10a;其后增温趋势显著,从最低32.3℃（1983年）升到了最高37.6℃（2002年、2006年）,26年平均为34.6℃,倾向率达1.24℃/10a。近50年极端最高整体呈升高趋势,倾向率达0.24℃/10a。从近50年极端最高气温变化趋势图上还可以看出,20世纪50年代末80年代初出现≥35.0℃为较少时期,大约间隔6-7年或4-5年,20世纪80年代初到90年代初为极端最高气温≥35.0℃的未发生时期,90年代中后期到目前出现≥35.0℃的为持续频发期,频率明显加快,说明在全球变暖的背景下我市极端高温事件的小概率事件显著增加,极端最高气温不断刷新,2003年和2006年已达37.6℃。通过近50年资料分析,极端最高气温≥35.0℃的出现时段在5-9月。从极端最高气温的季节变化趋势看,夏、秋季节的倾向率分别为0.25℃/10a和0.31℃/10a,说明在夏、秋季节发生高温天气的几率在增大。

从图3（b）近50年极端最低气温变化趋势图上可以看出,最低气温近50年极端最高整体呈升高趋势,倾向率达0.19℃/10a。20世纪50年代末到70年代中期因平均气温相对较高因此出现极端最低气温≤-4.0℃的时间较少,70年代后期到80年代中期气温较低出现极端最低气温≤-4.0℃的时间较多,80年代后期到目前特别是进入90年代以来随着气温的显著升高出现极端最低气温≤-4.0℃的时间显著减少。从极端最低气温季节变化资料分析来看,冬季的倾向率为0.19℃/10a,在4个季节中最大,说明在冬季发生低温天气的几率在减弱。

4 气温变化趋势的突变分析

M-K是一种非参数统计检验方法[3]。其优点是不需要样本遵从一定的分布,也不受少数异常值的干扰,计算比较简便,不需要设置人为突变点,可以明确突变开始时间和突变区域。

图4给出了年、季节、年极端气温序列的M-K检验结果。

图4 1959-2008年M-K检验

通过用M-K方法对气温序列进行突变检验,发现什邡年平均气温在21世纪初期（2003年）以及四季中秋季和冬季在1998年发生突变,均有明显变暖突变,这与潘建华应用M-K方法得出的“四川盆地秋季、冬季和全年平均气温在20世纪90年代后期趋于上升,有明显的变暖气候突变”[4]基本一致,但年平均气温的突变在2003年落后了5年左右,其他季节突变不明显。对极端最高、最低温度突变分析均有明显变暖的气候突变,分别出现在2000 年 、1992年 。

从气温序列的累计距平分析中发现,年平均气温 、年平均最高气温 、年平均最低气温、四季平均气温（夏季除外）均从90年代中后期开始出现明显的上升趋势,21世纪初出现加速上升趋势。

5 结论

（1）年平均气温以0.13℃/10a的趋势变暖,50年平均上升了0.6℃到0.7℃,其中四季存在显著差异,秋季变暖趋势最明显达0.21℃/10a,春季次之为0.13℃/10a,冬季为0.11℃/10a,夏季最不明显。

（2）年平均最高气温、最低气温均呈上升趋势,但年平均最低气温的上升趋势大于年平均最高气温的上升趋势,倾向率分别为0.11℃/10a、0.13℃/10a,在季节上除年平均最高气温冬季是成微弱下降外,其他季节的年平均最高气温、年平均最低气温、年平均气温均成上升趋势。由于最高气温和最低气温的变化存在不对称性,即年平均最低气温的上升趋势大于年平均最高气温的上升趋势,因而气温年较差有微弱变小趋势。

（3）随着全球变暖趋势的加快,极端最高、最低气温整体均呈升高趋势,倾向率分别达0.24℃/10a 0.19℃/10a。极端最高气温≥35.0℃的出现时段在5-9月。从极端最高气温的季节变化趋势来看,夏、秋季节的倾向率分别为0.25℃/10a和0.31℃/10a,说明在夏、秋季节发生高温天气的几率在增大。从极端最低气温季节变化来看,冬季的倾向率为0.19℃/10a,在4个季节中最大,说明在冬季发生低温天气的几率在减弱。特别是进入90年代以来最为明显。

（4）通过M-K检验结合累计距平分析,得出年平均气温在21世纪初期以及四季中秋季和冬季在1998年发生了突变,均有明显变暖突变,而极端最高、最低温度均有明显变暖的气候突变分别出现在2000年、1992年。

[1] IPCC report Climate Change 2001:The Scientific Basis[R].Cambridge:CambridgeUniversity Press,2001:140-165.

[2] 高国栋,陆渝蓉.气候学[M].北京:气象出版社,1990:238.

[3] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京:气象出版社,1999:69-72.

[4] 潘建华.四川盆地气温的时空分布变化分析[J].四川气象,2006,（2）.