近60年来太原市气温变化周期性分析

王电龙

（山西省水利建设开发中心）

近60年来，太原地区的气温显著升高，从20世纪50年代的年均气温9℃升高到2010-2011年的11.4℃。气温升高，对水循环系统影响明显：一方面导致地面蒸发量升高，灌溉需水量增大；另一方面与降水量增减联系密切。因此，研究近60年来太原地区的气温变化规律，可为进一步了解该区的水循环演变规律奠定基础。

本项研究采用小波变换法，分析了近60年来太原地区的气温变化规律，着重研究气温总体变化趋势与周期变化特点，旨在为我省目前正在开展的汾河流域生态修复规划及水循环演变规律提供一定的理论支持。

1 研究区概况

太原地区位于汾河河谷平原上，总面积1 460.2 km2，境内主要河流为汾河。气候区划属于暖温带大陆性季风气候区，年日照时数2 360-2 796 h；多年平均降水量436.9 mm，多集中在6-9月，占全年总量的60%以上；多年平均气温9.9℃，其中，1-3月份-1.23℃，4-6月份 17.31℃，7-9月份20.75℃，10-12月份2.77℃。

2 研究方法与数据来源

研究所用的1951-2010年太原市逐月气温数据，来自中国气象科学数据共享服务网。采用小波变换法对研究区1-3月、4-6月、7-9月、10-12月及全年的平均气温数据进行分析。首先，采用Morlet小波函数对气温数据进行1-60年尺度连续小波变换，得到小波变换系数图及小波方差图，研判气温演变周期；然后，根据主周期尺度上小波系数变化趋势，划分气温变化高温及低温周期。

3 研究结果

3.1 1-3月气温演变规律

由图1（a）可以看出，近60年来，研究区1-3月份平均气温序列在4年、12年和27年左右尺度震荡强烈，经历了高温周期（实线）到低温周期（虚线）的往复变化过程。结合小波方差图1（b）可以看出，小波方差在27年尺度上，能量最高，峰值最大，说明在27年尺度上为主周期，12年和4年为次周期。从主周期尺度上的小波系数图1（c）可以看出，1951-1962年为一个不完整的低温周期（负值），1963-1978年为一个完整高温周期（正值），1979-1994年为一个完整低温周期，1995-2010年为一个不完整高温周期。

3.2 4-6月气温演变规律

由图2（a）可以看出，近60年来，研究区4-6月份平均气温序列在5年、10年和27年左右尺度震荡强烈。结合小波方差图2（b）可以看出，小波方差在27年尺度上，能量最高，峰值最大，说明在27年尺度上为主周期，10年和5年为次周期。与1-3月份气温序列变化周期基本一致。从主周期尺度上的小波系数图2（c）可以看出，1951-1962年为一个不完整低温周期（负值），1963-1979年为一个完整高温周期（正值），1980-1996年为一个完整低温周期，1997-2010年为一个不完整高温周期。

图1 1-3月平均气温小波变换图

图2 4-6月平均气温小波变换图

3.3 7-9月气温演变规律

结合图3（a，b）可以看出，近60年来，研究区7-9月份平均气温序列在7年尺度上震荡强烈，且小波方差形成峰值，说明气温序列存在7年左右的周期变化。同时，可以看出小波系数在50年以上大尺度上没有闭合，小波方差也没有达到峰值，说明气温序列存在50年以上的大尺度周期。图3（c）为小波系数在7年尺度上的变化规律，可以判断，1951-1954年为一个不完整低温周期（负值），1955-1958年为一个完整高温周期（正值），1959-1961年为一个完整低温周期，1962-1966年为一个完整高温周期，1967-1971年为一个完整低温周期，1972-1976为一个完整高温周期，1977-1980年为一个完整的低温周期，1981-1983年为一个完整的高温周期，1984-1988年为一个完整的低温周期，1989-1992年为一个完整的高温周期，1993-1996年为一个完整低温周期，1997-2001年为一个完整高温周期，2002-2005为一个完整低温周期，2006-2010为一个不完整低温周期。

图3 7-9月平均气温小波变换图

3.4 10-12月气温演变规律

由图 4（a，b）可以看出，近 60 年来，研究区 10-12月份平均气温序列存在8年、13年左右的演化周期，同时还存在超过55年尺度的大周期。由图4（c）气温序列在13年周期尺度上小波系数图变化规律可以判断，1951-1957年为一个不完整低温周期（负值），1958-1966年为一个完整高温周期（正值），1967-1974年为一个完整低温周期，1975-1982年为一个完整高温周期，1983-1991年为一个完整低温周期，1992-1998年为一个完整高温周期，1999-2005为一个完整低温周期，2006-2010为一个不完整高温周期。

图4 10-12月平均气温小波变换图

图5 全年平均气温小波变换图

3.5 全年气温演变规律

结合图 5（a，b），近 60年来，研究区年平均气温序列存在13年和18年的中尺度演变周期，同时存在超过55年的大尺度演变周期。由图5（c）气温序列在28年周期尺度上小波系数图变化规律可以判断，1951-1960年为一个不完整的低温周期（负值），1961-1977年为一个完整高温周期（正值），1978-1995年为一个完整低温周期，1996-2010年为一个不完整高温周期。

4 结论

利用小波变换分析了太原地区1951-2010年60年间1-3月、4-6月、7-9月、10-12月份及全年平均气温演变趋势，可以得出以下几点结论：

（1）1-3月份平均气温序列存在4年、12年和27年左右尺度的变化周期。

（2）4-6月份气温序列存在5年、10年和27年左右尺度的变化周期。

（3）7-9月份气温序列存在7年左右尺度的变化周期。

（4）10-12月份气温序列存在8年和13年左右尺度的变化周期。

（5）全年平均气温序列存在13年和18年左右尺度的变化周期。

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