丽水市四季起始日期的气候演变特征

姜燕敏，吴昊旻，杨爱琴，朱泠霏

（1.南京大学大气科学学院，江苏南京 210093；2.丽水市气象局，浙江丽水 323000）

丽水市四季起始日期的气候演变特征

姜燕敏1，2，吴昊旻1，2，杨爱琴2，朱泠霏2

（1.南京大学大气科学学院，江苏南京 210093；2.丽水市气象局，浙江丽水 323000）

根据丽水市国家气象观测站1953—2010年逐日气温资料，运用趋势分析、Morlet小波变化和Mann-Kendall检验对四季起始日期的气候变化特征、趋势演变规律和突变转折情况进行了研究。结果表明：四季起始日期，春季约在3月中旬，夏季在5月底，秋季在9月下旬，冬季在11月下旬，且春、秋季的长度较短，只有2个月左右，夏、冬季的长度较长，长达4个月。Morlet小波分析四季起始日期的周期变化特征，主要体现在年代际时间尺度上，且各周期强度有所差异，预测春、夏季起始日将按照提前趋势发展，秋、冬季起始日继续延后状态。Mann-Kendall检验得出，春、夏两季起始日期在21世纪初发生由推后转向提前的突变，而秋、冬两季起始日突变点都体现在20世纪60年代。

气候学；四季起始日期；变化趋势

四季更替，影响人们生产生活、动植物的生长、社会环境变化，研究四季更替时间的转变，对合理安排社会劳动，创造财富有积极作用。国内外许多专家学者对季节变化做了相关研究，得出不少有意义的成果，如张世轩等[1-3]研究了气候变暖背景下，四季的变化趋势；张宝堃等[4-8]根据当地气候差异，提出了合适的季节划分标准；郁珍艳等[9-12]分析了四季长度、四季起始日期等季节转换的特征。

丽水市地处浙西南山区，属于中亚热带季风气候，四季分明，温暖湿润。气温的升高影响气候的变化，同时也造成四季转化时间的改变，对经济发展和人民生活造成直接影响。目前，针对该地区季节变化的研究还较少，深入研究丽水市季节起始时间的气候变化特征及演变规律，对合理安排生产生活显得尤为重要。本研究首先按照国家季节划分标准对丽水市近58年的四季起始日进行估算，并在此基础上运用趋势分析[13]研究其气候变化特征，使用Morlet小波变化[14-17]和Mann-Kendall检验[18-20]分析四季起始时间的演变趋势和突变转折，最后，通过周期演变规律预测未来四季起始时间的变化趋势。

1 资料和方法

1.1 资料来源

本研究的数据取自于丽水市国家气象观测站1953—2010年逐日平均气温资料，时间序列长达58 a。

1.2 四季划分标准

采用2010年8月中国气象局通过的《气候季节划分》标准为依据[4]。以5 d滑动平均气温稳定通过10℃初日为入春，稳定通过22℃初日为入夏，稳定通过22℃终日后一天为入秋，稳定通过10℃终日后一天为入冬。

1.3 Morlet小波变化

小波分析主要应用在天气分析、气候变化的研究上，因其在时频域中都具有良好的局部化特征，使其成为分析气候资料周期性及其不均匀性的有力工具，在研究气候变化的多时间尺度结构和突变特征等方面取得了明显的效果[16]。具体公式见文献[14-17]。

1.4 Mann-Kendall检验

Mann-Kendall检验法是一种非参数统计检验方法，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[18-20]。在该检验法中，对于具有n个样本量的时间序列x，构造一正序列UF与逆序列UB。当UF≥（≤）0则表明序列呈上升（下降）趋势，当UF超过临界线时，表明上升（下降）的趋势显著。如果UF和UB曲线出现交点，且交点在临界线之间，这个交点即是突变点，该点对应的时刻就是突变开始的时间[19]。

2 结果与分析

2.1 四季起始日期的气候变化特征分析

从四季起始日的年际变化趋势（图1）可以看出，春、夏季起始日随时间的变化幅度较大，且变化曲线有细微下倾的趋势；而秋、冬季则波动较小，且曲线变化有上扬的特征。从四季起始日期之间的间隔（四季长度）的角度出发，可见春、秋季之间的长度间隔较短，而夏、冬季的长度较长。四季中，最短的季节是1985年的春季，入春时间是4月1日，而在4月30日就入夏，春季长度只有29 d；而最长的季节是1963年的夏季，入夏在5月6日，入秋在10月4日，夏季长度达到151 d，横跨5个月。

图1 丽水市1953—2010年四季起始日期年际变化趋势

表1给出了四季起始日的气候变化特征，可以看出：春、夏季的最早起始日与最晚的时间差距较大，约2个月左右，而秋、冬季最早起始日与最晚的日期间隔缩短，约1个多月。.从四季的平均起始日期来看，春季开始约在3月中旬，夏季在5月底，秋季为9月下旬，冬季在11月下旬。与阳历划分四季法[9-10]（3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至次年2月为冬季）相比，春、秋季的长度较短，约只有2个月，而夏、冬季的长度则较长，长度约横跨4个月。对四季起始日做一元线性拟合，得到各季开始时间的气候倾向率。其中，春季和夏季的为负，表示春、夏季起始日都有提前趋势，特别是春季，约每10 a提前1.5 d；而秋、冬季起始日的气候倾向率为正，表示季节开始时间向后推迟，尤其是冬季起始日期的延后较明显，气候倾向率达到1.1 d/ 10a，相当于近58 a向后推迟了6.5 d。这与气候变暖大背景下，我国四季开始日期的变化趋势相一致[1-2，12]，只是变化幅度有所差异。按照春、夏季开始时间提前，秋、冬季起始时间延后来看，夏季长度将被拉长，冬季长度将进一步缩短。

表1 1953—2010年丽水四季起始日期气候变化统计

2.2 四季起始日期的小波变化分析

气候变化含有多种时间尺度，在时域中存在着多时间尺度结构和局部化特征。由于气候信号一般是以波状形式变化的，Morlet小波变换系数的变化趋势与气候信号的变化趋势基本一致[15]，因此可以用不同时间尺度下小波系数的变化评估四季起始日的气候变化特征。

起始日的统计，以每年的1月1日为第1天，计算四季起始日距离第一天的长度，按照春夏秋冬的顺序排列。在这基础上，得出四季起始日距平序列的Morlet小波变换系数在时间—频率域中的变化情况（图2），虚线表示季节起始日提前，实线表示起始日延后，等值线越密集，表示信号振荡中心强度越强，周期特征也越明显，其所代表的气候因子振荡也越强；小波系数绝对值越大，表明该时间尺度变化越显著，而正负小波系数的转折点（零等值线）反映了信号的突变点[17]。

春季起始日的周期特征主要体现在20—32 a时间尺度上，分为1953—1965年、1981—1995年的推迟阶段，和1966—1980年、1996—2010年的提前阶段，对应闭合中心的绝对值都达到1以上，振荡较为强烈。而在年际尺度上，1985年前等值线比较稀疏，以5 a周期交替为主；1986年后等值线密集，6 a振荡成为周期变化的主要成分，但闭合中心的绝对值都在1以下，周期特征不明显。

夏季起始日的变化，10～18 a尺度上的周期最为明显，主要表现为“中间强，两头弱”的周期特征。1970—1993年等值线密集，闭合中心的绝对值达到1以上，变化周期约为12 a；而首尾的1953—1969年和1994—2010年，等值线闭合中心的绝对值在0.6～0.8之间，强度稍弱，1970年前，夏季起始日的周期交替以10 a为主，而1993年后起始日提前与推后的交替时间略有拉长，为12 a。

秋季起始日的周期变化特征，从年际尺度上来看，6 a周期较明显，但也只是集中在20世纪70年代中期之前，正负中心有规律地交替出现，而在1978年以后，等值线稀疏，闭合中心绝对值最大也只有0.6，周期性不强。在年代际时间尺度上，周期特征较为强烈，主要表现在1953—1961年的推迟期、1974—1994年的提前期和1995—2010年的推迟期，闭合中心的绝对值分别达到1.2、-1.0和1.2，周期交替时间约为38 a。

冬季起始日的气候变化以16 a以上的周期为主，在20 a时间尺度上，大体分为1953—1961年、1973—1983年和1992—1999年的提前期，1962—1972年、1984—1991年和2000—2010年的推后期。在32 a时间尺度上，分为1953—1972年的延后期、1973—1988年的提前期、1989—2010年的推后期，等值线中心的绝对值在1以上，正负交替转折点则出现在1973年和1989年。

图2 丽水市1953—2010年四季起始日期的Morlet小波变换

根据四季起始日的周期演变规律预测未来发展趋势。图2a中，春季起始日在20～32 a尺度上存在较强周期振荡，2010年时虚线还没有闭合，说明2010年后的一段时间春季起始日仍将延续提早趋势。图2b显示，夏季起始日的周期性在10～18 a尺度上最明显，而在末尾时虚线接近尾声，由此推测夏季起始日的提前状态还要持续一段时候后，继而转为延后。图2c表明，秋季在年际和年代际尺度上都表现为实线还没有闭合的状态，由此看出秋季起始日的延后仍将继续，但持续时间不长。图2d看出，冬季在16 a周期尺度上，实线闭合即将结束，说明冬季起始日的推后现象还将持续一段时间，再转为提前。而在32 a时间尺度上，正值区域仍在延续，表明冬季延后现象仍处于发展状态。由此可以总结出，春、夏季起始日近几年的发展趋势是提前，而秋、冬季起始日的变化将继续按照延后状态发展。

2.3 四季起始日期的Mann-Kendall检验

为了进一步验证丽水市四季起始时间的变化趋势和突变特征，利用Mann-Kendall检验，对四季起始日期做检验分析，给定显著性水平α通过0.05，即u0.05=±1.96。

就四季起始日期的提前与推迟来看，四季在不同时段差异较大。春季起始日变化主要分为4阶段，1953—1971和1985—2001年的推迟阶段，1972—1984和2002—2010年的提前时段。夏季起始日变化以延后为主，其中1961—1962年起始日推迟较为强烈，突破95%置信度检验，只是随着时间的推移，起始日推迟幅度有所减轻，直至2008年UF曲线处于零线以下，转为提前趋势。秋季起始日主要分为3部分，20世纪70年代中期之前，秋季开始时间主要表现为推迟；70年代中期之后一直到90年代末转为提前趋势，其中只有1986年的提前态势超过95%的置信度检验线，直到21世纪初又再次转为推后的势头。冬季起始日变化，以推迟的趋势为主，只在1953—1955和1976—1987年表现为提前，其它时间都为延后，特别是2004年以后，冬季开始时间的推迟现象明显，突破95%置信度检验。

就四季开始时间的突变情况而言，春、夏两季较为相似，秋、冬两季也存在相似点。春、夏季的突变点主要体现在21世纪初，但具体时间又有所差异，春季具体表现在2000年，夏季在2007、2008和2010年，且都是由推后向提前趋势转变。而秋、冬季的突变情况，都在60年代前后有所体现，主要是受起始日期提前与推后反复波动的影响，具体时间秋季出现在1958、1961和1965年，冬季则表现为1961和1963年；除此之外，秋季起始日突变还表现在21世纪初的2002、2004和2006年，冬季起始日在1988年也有所体现，都是起始日由提前转为延后过程中的突变。

3 结论与讨论

（1）丽水市1953—2010年四季起始日的年际变化，春、夏季变化幅度较大，秋、冬季变化平缓。平均起始日期，春季约在3月中旬，夏季在5月底，秋季在9月下旬，冬季在11月下旬。在四季持续时间上，春、秋季的长度较短，约2个月，而夏、冬季的长度较长，横跨4个月。近58 a来，四季起始日的变化趋势，春、夏季表现为提前，秋、冬季表现为推迟。本研究结论符合中国四季变化总趋势，如郁珍艳等[2]在研究气候变暖背景下我国四季开始时间的变化特征中指出，四季开始日期在全国范围内主要表现为春季、夏季提早，秋季、冬季推迟的变化趋势。但丽水处于中国东部，浙江西南面，属于中亚热带季风气候，四季变化与中国西北部的新疆等地还是具有一定差异，如李如琦等[21]在分析新疆哈密近54 a四季变化时提出，在时间跨度上，夏季和冬季明显要比春季和秋季大，夏季最长，秋季最短，这与本研究结论一致；但新疆哈密春季时间跨度的最大偏差最大，冬季时间跨度出现异常的概率最小，这与丽水四季变化幅度既存在共同点，又存在差异，如春、冬季变化幅度相似，但夏、秋季又有所不同；从长期趋势上来看，新疆哈密的春季、秋季逐渐延长，冬季明显缩短，夏季变化不大，但在整体上前移，这与丽水冬季长度缩短趋势相一致，夏季则完全相反，地域差异是造成这种差异的主要原因。

（2）四季起始日期的周期变化特征，主要体现在年代际时间尺度上，具体为：春季起始日以20～32 a周期为主，夏季在10～18 a的周期特征最明显，秋季的周期交替时间约为38 a，冬季主要表现在16 a以上的时间尺度上。且以四季起始日的周期发展规律，预测未来一段时间春、夏季起始日将按照提前趋势发展，秋、冬季起始日继续延后的发展状态。郁珍艳等[12]在研究气温突变对我国四季开始日期的影响中指出，我国四季开始日期的变化与温度的变化较一致，全国平均四季开始日期均存在20 a左右的周期特征，小尺度的周期特征表现得并不是很明显。本研究四季起始日期的周期变化也主要体现在年代际尺度上，但不同季节还存在差异。

（3）用Mann-Kendall检验方法验证丽水市四季起始时间的变化趋势和突变特征，表明：春、秋、冬季起始日提前与延后趋势交替出现，夏季在全时域以延后趋势为主，且逐渐转向提前。四季开始时间的突变情况，春、夏两季较为相似，主要体现在21世纪初，都是由推后向提前趋势的转变；秋、冬两季起始时间突变均在20世纪60年代前后有所体现，不同点是秋季起始日突变还表现在21世纪初，冬季则在80年代末。张世轩等[1]指出全球变暖情况下中国季节的变化存在一定的差异，中国大部分地区冬季起始时间变化最为明显，同一季节不同区域的响应也不同，就全国而言，北方比南方的响应更明显，而以新疆为代表的西北地区变化最为明显。文献[2]中也提到我国平均四季开始日期的年代际变化在20世纪并不是很明显，而在显著增温的21世纪初最为明显，这种趋势在空间分布上有所差异。东北最北部、华南最南部以及新疆局部区域春季推迟[21]，青海东部以及内蒙古最北部的小范围地区夏季推迟，华南及西南局部地区冬季提早。但年代际变化特征存在区域性差异，高原地区20世纪80年代和90年代春季提早，冬季推迟。而在21世纪初春季、冬季均推迟，但冬季的变化比春季明显得多。华南南部地区春季推迟、冬季提早。西南地区在21世纪初春季、夏季明显提早，秋季、冬季推迟，但之前这种趋势并不明显。且文献[9]在我国四季长度变化的研究中提到了四季更替发生改变的主要原因，即我国年平均气温的明显上升，对四季长度的变化有较大的影响。

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The Variation Characteristics of Seasons Start Dates in Lishui

JIANG Yanmin1，2，WU Haomin1，2，YANG Aiqin2，ZHU Lingfei2
（1.College of Atmospheric Science，Nanjing University，Nanjing 210093，China；2.Lishui Meteorological Bureau，Lishui 323000，China）

Based on the daily temperature data supplied by Lishui National Meteorological Observatory from 1953 to 2010,the trend analysis,Morlet wavelet transform and Mann-Kendall test were used to analyze the climate variation,time-frequency characteristics and abrupt change of seasons start dates.The results showed as follows.Spring started at mid-March,summer started at the end of May,autumn at late September and winter at late November.The length of spring and autumn were shorter,only two months,the length of summer and winter were longer,about four months.There were different periodic oscillations mainly on decadal scales and cycles varied in intensity.The trends of seasons start dates presented that springs and summers started earlier,and autumns and winters started later.The result of Mann-Kendall test showed that spring and summer start dates became earlier because of the abrupt change in the early 21th century,while autumn and winter start dates had the mutation in the 1960s.

climatology；season start dates；change tendency

P468

B

1002-0799（2013）06-0058-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2013.06.009

2012-06-06；

2012-06-26

丽水市社会科学研究课题（LC201202）和丽水市科技计划项目（2010JYZB10）共同资助。

姜燕敏（1984-），女，工程师，主要从事应用气象和气象服务等相关工作。E-mail：ziyajiang1984@gmail.com