连云港市47年气温时空分布特征

孙克渠，张瑞光，许娴，李筠，马培明，黄晨阳

(1.连云港海洋环境监测站，江苏 连云港 222042;2.江苏省连云港气象局，江苏 连云港 2220063.佘山海洋环境监测站，上海 200120;)

近年来，随着科技的迅速发展，人类活动对自然环境的影响也愈发显著，从而引起了气候的异常变化。例如，全球气候变暖，气温升高，进而导致灾害性天气增多，严重影响了人类生活。在对自然环境的研究中，有关气候变暖的研究，特别是对未来气候变化趋势的研究是当今的热点之一。现在的气候研究中，有关全球或者省级范围的比较常见，但是具体到某个市县特有的气候研究方面，就显得比较单薄，甚至是空白。丰富中小地域的气候研究是整个气候研究领域不可或缺的重要组成部分。

连云港地处南北气候过渡带，邻近黄海，气候有其自身的特点，专门针对连云港气候的相关研究不是很多。杨红梅等［1］用趋势系数法和滑动t检验法对连云港气温进行了研究。ZHANG等［2］用Mann-Kendll(M-K)检验法、线性趋势分析、Morlet小波分析等方法，对连云港市日照时数进行了研究。任曙霞等［3］采用线性趋势法和累积距平法对连云港地区的霜冻情况进行了研究。苏瑛等［4］用气候统计学方法对连云港市近50年的暴雨历史特征进行了研究。这些研究从不同方面探讨了连云港地区的气候特点，丰富了连云港地区的气候研究成果，但还不足以完全揭示该地区的气候变化特点，特别是有关气温方面的研究还不够深入。本文综合运用小波理论和M-K等方法对连云港地区的气温进行研究，以利于加深对该地区的气候状况的认识和理解，为进行未来气候变化研究提供科学依据。

1 观测数据

本文为研究连云港市范围内的气温变化规律，选取了能代表该市气温变化的7个地面气象观测站点，从南到北依次为灌南站、燕尾港站、灌云站、连云港站、西连岛站、东海站和赣榆站，利用了自1960—2006年共47年的逐月平均气温资料(其中燕尾港站气温资料为1974—2006年)。

2 连云港市地面气温的特征分析

2.1 年气温基本特征

对连云港市7个地面气象观测站1960—2006年逐年平均气温进行分析，得到该地区气温冷暖状况的年际分布特征。由各站资料可以绘出各站年均气温逐年的变化趋势，由该趋势图(略)可以看出各站的年气温走势基本一致，各个特征值的相位也基本一致。基本特征为该地区年气温从20世纪80年代开始有逐年变暖的趋势，60～70年代年气温基本稳定，见表1。

表1 连云港市各年代平均气温分布表(℃)Table 1 Average air temperature distribution table of Lianyungang city(℃)

从上述的分析中，可以看出赣榆站历年气温在全市是最低的，西连岛站年气温在1998年以前都是最高的(1960及1961年除外)，1998年以后只比连云港站低。这是由于连云港站原位于市郊，随着近几十年城市化的发展，该站周围环境发生了巨大变化，四周房屋林立，其热岛效应日益显著，从而使连云港站年气温的增温趋势更加明显。还可以看到，年气温在空间分布上还呈现南高北低，例如最北面的赣榆站和最南面的灌南站，气温平均相差约为0.4℃;同时也呈现东高西低，例如东面的西连岛站和西面的东海站，气温平均相差约为0.7℃。20世纪80～90年代，连云港地区升温较为显著，全市平均达0.7℃，这与全球升温背景相一致。

表2给出了年气温标准差，可知连云港站和赣榆站年气温波动大，特别是连云港站标准差最大，这是由于该站周围环境变化最大，从市郊变为市区，受人类活动影响最大;其他站的标准差接近，年气温波动程度接近。

表2 连云港市年气温标准差分布表(℃)Table 2 Annual distribution table of air temperature standard deviation in Lianyungang city

2.2 年气温周期分布特征

在周期分析方法中，小波分析具有周期多尺度分析功能［5－11］。为了更好地分析连云港市年气温振荡规律和局部特征，我们选用了Morlet小波分析法对该市年气温进行了分析研究。由于该市各站年气温波动程度和相位基本一致，因此其周期的分布特征也基本一致，这样我们只分析该市年气温均值的周期分布特征，结果见图1。通过分析，我们发现:(1)连云港年均气温存在18～22年、4～6年及2年左右的振荡周期，其中以18～22年周期最为显著;(2)最近10年4～6年周期震荡有所弱化，而随机震荡有所加强。

图1 连云港市年气温序列Morlet小波分析图Fig.1 Morlet wavelet analysis of annual air temperature series of Lianyungang

2.3 年气温突变分布特征

在气候突变检测中经常用到M-K法和累计距平法(CA)［12］，这两种方法各有利弊。气候系统的突变现象首先表示在气温均值上的变化，而近几十年来，全球气候变暖，表现为气温均值不断上移。因此对连云港市年气温进行突变分析，能很好地反映出该地区的气候突变情况。与周期分析同样原因，我们只对该市年气温平均值进行分析。首先是用M-K突变检验法进行检验，结果见图2。

图2 连云港市年气温距平及M-K突变检验图Fig.2 Lianyungang annual air temperature departure value and M-K mutation test

图3 连云港市年气温距平及累积距平曲线图Fig.3 Lianyungang annual temperature departure value and accumulative anomaly curve

图2中的C1、C2为M-K检验法中的统计量随时间的变化曲线，清晰地显示出近40年来连云港地区的年气温具有显著的增暖趋势。曲线C1和C2的交叉点位于信度线之内的1990年和1993年，而CA法结果(图3)显示，在1993年为最低转折点，两种方法综合可以判断1993年为年气温序列的突变点。通过该突变点，即1993年，连云港年气温由冷转暖。

2.4 季节分布基本特征

气温的季节分布是气温研究的重要部分，季节的分布特征是气温内部结构的表现。由各站资料绘制的各站各季平均气温历年走势图(略)可以看出，在相同的季节里各站气温走势基本一致，波动方向保持同步，这就表明有相同的周期结构。由于周围环境的不同，使各站在每季的气温变化各有不同。西连岛站周围为水体，在气温变化上比较滞后，秋冬季因为水温高于气温，使得西连岛站气温最高;反之，春夏季西连岛站气温又最低。

由资料计算得出的各站各个季节气温的标准差见表3，可以看出冬季各站气温变动差异要大于其他季节，春夏秋三季气温变动差异比较接近。而在地理分布上以连云港站气温变动为最大，这与本文2.1中分析结果一样，其原因也一样，即城市化带来的效应。

表3 连云港市各站季节气温标准差(℃)Table 3 Standard deviation of air temperature of each season in Lianyungang city(℃)

2.5 季节分布周期特征

由于各站在同季中气温变动趋势和相位很接近，因此主要在每一季中以全市的平均气温为分析对象来探讨该地区各站在各个季节中气温的周期分布特征，见图4～7。

图4 连云港市春季气温小波分析图Fig.4 Wavelet analysis of Lianyungang spring air temperature

图5 连云港市夏季气温小波分析图Fig.5 Wavelet analysis of Lianyungang summer air temperature

由图中可以看出:(1)春季气温21年和6年左右周期震荡明显，贯穿整个时间段;4年周期存在于1978－1994年期间;还有11年左右的周期出现在1975年，并一直持续到现在，只是强度较弱。(2)夏季气温15年、6年和2年周期震荡明显，贯穿整个时间段;10年周期出现于1980年，并一直持续到现在，力度较弱。(3)秋季气温21年和5～6年周期明显，贯穿整个时间段。(4)冬季气温20－21年周期最为明显，贯穿整个时间段;12年周期出现于1988年，并持续到现在;6～7年周期存在于1960—1980年;3年周期存在于1995—2003年，力度很弱。

图6 连云港市秋季气温小波分析图Fig.6 Wavelet analysis of Lianyungang autumn air temperature

图7 连云港市冬季气温小波分析图Fig.7 Wavelet analysis of Lianyungang winter air temperature

2.6 季节分布的突变分析

同样，用M-K法和CA法分析连云港地区各季气温序列(图略)，得出春季气温的突变点在1996年，夏季气温没有突变，秋季气温的突变点在1996年，冬季气温的突变在1986年。这说明现在的气候变暖主要表现在春秋冬季平均气温的升高，而夏季平均气温没有什么变化。

也可以计算出连云港市各季的气候倾向率，见表4。冬季气候倾向率最大，达0.42，即平均每10年，冬季气温上升了0.42℃，春秋季次之，而夏季气候倾向率为－0.01，这样的数值考虑到误差，可以忽略不计。那么，如同上一节分析的那样，连云港地区近几十年来的气候变暖主要表现在冬季升温上面，春秋季也有所贡献，而夏季对气候变暖没有贡献。

表4 连云港市四季气候倾向率Table 4 Seasonal climate tendency of Lianyungang city

3 结论

在近几十年全球气候变暖的背景下，连云港市的气候变化也与此相一致，通过以上对连云港市区域内的各气象站气温资料的分析，得出了连云港地区气候变暖的具体时空分步特征。主要结论如下:

(1)年气温从20世纪80年代开始有逐年变暖的趋势，60～70年代年气温基本稳定;年气温在空间分布上呈现南高北低，东高西低;年平均气温存在18～22年、4～6年及2年左右的振荡周期，其中以18～22年为周期最为显著;1993年为年气温序列的突变点。

(2)在相同的季节里各站气温走势基本一致，波动方向保持同步，冬秋季西连岛气温最高，春夏季西连岛气温又最低。

(3)春季气温有21年和6年的周期;夏季气温有15年、6年和2年的周期;秋季气温有21年和5～6年的周期;冬季气温有20～21年的周期，该周均最为明显，贯穿整个时间段。

(4)春季气温的突变点在1996年，夏季气温没有突变，秋季气温的突变点在1996年，冬季气温的突变在1986年。在气候变暖的贡献上，冬季最大，春秋季次之，而夏季对增温没有贡献和影响。

［1］杨红梅，王桂臣，曹开文.连云港市近50年气候变化特征初步分析［J］.科技信息，2010(5):34，395.

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