1966～2015年山东曹县气温变化特征分析

王秀丽， 景安华， 杨启峰， 高学芹

(1.山东省曹县气象局，山东曹县 274400；2.山东省菏泽市气象局，山东菏泽 274000；2.山东省寿光市气象局，山东寿光 262700)



1966～2015年山东曹县气温变化特征分析

王秀丽1， 景安华2， 杨启峰1， 高学芹3

(1.山东省曹县气象局，山东曹县 274400；2.山东省菏泽市气象局，山东菏泽 274000；2.山东省寿光市气象局，山东寿光 262700)

利用1966～2015年曹县气温观测资料，采用线性回归分析、线性倾向估计、M-K检验、Morlet子波分析等方法，分析了近50 a曹县气温变化趋势、周期变化、突变和异常年份。结果表明，近50 a曹县年平均气温呈明显的增温趋势，增温率为0.20 ℃/10 a；四季中冬季增温趋势最为显著，夏季略有下降；50 a来各月平均气温均呈增温趋势；平均最低、最高气温均呈上升趋势，曹县增温主要表现于冬季气温和最低气温的升高。1991年为曹县年平均气温增暖的突变起始年，20世纪80年代后期以前气温是一个偏低的时期，而其后是一个偏高的时期。曹县平均气温以异常偏低年份居多。

气温；变化特征；突变检验；异常年份

气候变化已成为全球共同关注的重大问题，各国科学家及政府部门对全球增暖可能引起的环境和生态变化给予了极大关注[1-5]。在全球气候变暖的背景下，我国的气候近百年来也发生了明显的变化，因气候变化有其地域性，各个地区的增温速率是不同的。《气候变化国家评估报告》指出，近50 a我国年平均气温增加1.1 ℃，增幅为0.22 ℃/10 a，高于全球同期平均增温速率，冬季和春季增温最明显，夏季增温不明显[6]。廉丽姝等[7]研究表明山东省年和四季平均气温均呈上升趋势，其中年平均气温增温率为0.24 ℃/10 a，温度变化会对生态环境和工农业生产均产生影响，制约着社会经济发展。曹县位于山东省西南部，是全国重要的粮食生产大县，属典型的温带季风气候。笔者利用曹县1966～2015年的气温观测资料，运用线性倾向估计、Morlet子波分析、累计距平、M-K检验等方法，对近50 a曹县气温变化特征进行分析，找出曹县的温度变化规律，为合理利用曹县气候资料、指导当地工农业生产及生态环境的可持续发展提供依据。

1　资料与方法

1.1资料选取选用曹县气象观测站1966～2015年逐年平均气温、平均最低气温、平均最高气温资料。计算距平用的平均值是1966～2015年的累年平均。四季划分标准为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～次年2月)。

1.2分析方法利用一元线性回归分析方法进行气候倾向率和变化过程分析；利用Morlet子波分析进行周期变化分析；以距平大于标准差的2倍作为气温异常判别标准[8]；利用Mann-Kendal法进行气温突变点检验[9]。

2　结果与分析

2.1变化趋势分析

2.1.1平均气温变化。

2.1.1.1年变化。近50 a曹县年平均气温14.1 ℃，年极端最高气温40.9 ℃，出现在2002年7月15日，年极端最低气温-17.6 ℃，出现在1990年2月1日。从图1可以看出，1966～2015年曹县年平均气温呈上升趋势，线性倾向率为0.20 ℃/10 a，比山东省年平均气温倾向率(0.24 ℃/10 a)[4]低，近50 a来曹县年平均气温升高约1.7 ℃。

2.1.1.2季变化。近50 a来曹县各季的平均气温变化趋势不同，夏季平均气温的变化趋势略有下降(-0.07 ℃/10 a)，其余各季节均呈上升趋势，冬季气温增温趋势最明显，变化率为0.41 ℃/10 a，其次为春季、秋季，变化率分别为0.24、0.21 ℃/10a，表明曹县增温得益于冬季气温的升高。春季平均气温最高年出现在2014年，为16.4 ℃，最低年出现在1991年，为12.5 ℃；夏季平均气温最高年出现在1966年，为28.1 ℃，最低年出现在2004年，为24.9 ℃；秋季平均气温最高年出现在1998年，为16.9 ℃，最低年出现在1981年，为13.1 ℃；冬季平均气温最高年出现在2002年，为3.5 ℃，最低年出现在1969年，为-2.3 ℃。

2.1.1.3月变化。从表1可以看出，1966～2015年曹县月平均气温7月最高，为27.0 ℃；月平均气温1月最低，为-0.5 ℃。1～12月平均气温均呈增温趋势，增温速率最高的是2月(0.62 ℃/10 a)，其次为3月(0.61 ℃/10 a)，增温速率最低的是5月(0.02 ℃/10 a)，其次为7月(0.03 ℃/10 a)。

图1　1966～2015年曹县年平均气温变化Fig.1　The change of annual average temperature in Caoxian during 1966-2015

Table 1The change of monthly temperature in Caoxian during 1966-2015

月份Month平均气温Averagetemperature均值Mean℃倾向率Tendencyrate∥℃/10a最高气温Maximumtemperature℃最低气温Minimumtemperature℃1-0.50.313.0-3.422.40.626.8-3.538.00.6111.85.1414.90.1416.912.3520.60.0223.418.5625.60.1227.623.7727.00.0328.725.2825.80.1328.624.2920.90.1423.518.91015.20.3218.112.9117.60.1810.34.1121.30.293.8-2.4

2.1.2平均最低、最高气温变化。从图2可以看出，近50 a来曹县年平均最高气温、最低气温均呈上升趋势，而年平均最低气温线性倾向率达0.33 ℃/10 a，远高于年平均最高气温线性倾向率(0.09 ℃/10 a)。四季变化趋势来看，夏季平均气温略有下降(平均最高气温-0.17 ℃/10 a、平均最低气温-0.01 ℃/10 a)，其余各季节均呈上升趋势。升温最显著的是冬季(平均最高气温0.31 ℃/10 a、平均最低气温0.45 ℃/10 a)，其次是春季(平均最高气温0.14 ℃/10 a、平均最低气温0.37 ℃/10 a)、秋季(平均最高气温0.10 ℃/10 a、平均最低气温0.36 ℃/10 a)，可见平均最低、最高气温的变化趋势与曹县平均气温的变化趋势一致，表明曹县的增温主要得益于最低气温的升高。

图2　1966～2015年曹县平均最高、最低气温变化Fig.2　The change of average maximum and minimum temperature in Caoxian during 1966-2015

图3　1966～2015年曹县年平均气温Morlet子波分析Fig.3　Morlet wavelet analysis of annual average temperature in Caoxian during 1966-2015

图4　1966～2015年曹县年平均气温M-K检验Fig.4　M-K test of annual average temperature in Caoxian during 1966-2015

2.2变化周期分析从图3可看出，近50 a来曹县年平均气温变化周期中较明显的是5、15 a左右的周期变化时间尺度且具有全域性。在5 a左右的周期变化时间尺度里，1969、1988和2009年前后各对应一个变冷期；1978和1998年前后各对应一个增暖期。由此可见，2015年及以后的5 a里处于一个增暖期，但将逐渐由增暖向变冷转变的时期。在15 a左右的周期变化时间尺度里，1978和2003年前后分别对应变冷期和增暖期，可见，2015年及以后的15 a里将逐渐由增暖期向变冷期转变。20世纪90年代初期是一个转折点，从曹县年平均气温距平值的历史变化规律来看，20世纪80年代后期以前气温是一个偏低的时期，而其后是一个偏高的时期。 2.3气温突变分析由图4可见，UF和UB曲线于1991年处相交，且通过α=0.05的显著水平检验，可以确定1991年

为曹县年平均气温增暖的突变起始年。将突变前后的平均气温分2个阶段：1966～1990年平均气温为8.9 ℃，1992～2015年平均气温为9.9 ℃，突变前后平均气温相差1.0 ℃。曹县平均气温自1991年始出现了突发性增温，进入了一个相对偏暖的气候态，这与全球性的气候变暖是相呼应的[1]。

2.4异常分析经分析，1966～2015年曹县平均气温以异常偏低年份居多，气温异常现象主要发生在秋季，秋季以气温异常偏高居多，其中2006年该季异常偏高。

3　结论

(1)1966～2015年曹县年平均气温呈明显的增温趋势，增温率为0.20 ℃/10 a；四季中冬季增温趋势最为显著，达0.41 ℃/10 a，夏季略有下降，仅为-0.07 ℃/10 a。50 a来各月平均气温均呈增温趋势，增温率排在前3位的依次是2、3、10月；平均最低、最高气温均呈上升趋势，平均最低的增温率远高于平均最高的增温率。可见，曹县增温主要表现于冬季气温和最低气温的升高。

(2)Morlet子波分析表明，20世纪90年代初期是一个转折点，从曹县年平均气温距平值的历史变化规律来看，20世纪80年代后期以前气温是一个偏低的时期，而其后是一

个偏高的时期。应用Mann-Kendall方法检验，确定1991年为曹县年平均气温增暖的突变起始年。

(3)从气候异常分析可看出，曹县平均气温以异常偏低年份居多。

(4)曹县气温的显著升高与全球气候变暖的大背景密切相关，可以看作是对全球和我国气候变暖的一种响应，冬季对气候变暖贡献最大，气候变暖在最低温度上表现更加明显。

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Analysis of Temperature Variation Characteristics in Caoxian,Shandong Province during 1966-2015

WANG Xiu-li1,JING An-hua2,YANG Qi-feng1et al

(1.Caoxian Meteorological Bureau,Caoxian,Shandong 274400; 2.Heze Meteorological Bureau,Heze,Shandong 274000)

By using temperature observation data in Caoxian during 1966-2015,adopting linear regression analysis,linear tendency estimation,M-K test,Morlet wavelet analysis,temperature variation trend,periodic change,mutation and abnormal years in Caoxian in recent 50 years were analyzed.The results showed that annual average temperature presented a significant warming trend in Caoxian in recent 50 years,with warming rate of 0.20 ℃/10 a; in the whole year,winter warming trend was most significant,summer was slightly decreased; the average temperature of each month showed a warming trend in recent 50 years; the average minimum and maximum temperature showed an upward trend,and warming in Caoxian was mainly expressed in the winter temperature and the lowest temperature.The average temperature in Caoxian increased significantly in 1991,in the late 1980s,the temperature was a low period,and the later period was a high one.The average temperature in Caoxian was mostly in abnormal low year.

Temperature; Variation characteristics; Mutation test; Abnormal year

王秀丽(1978- )，女，山东安丘人，工程师，从事综合气象观测研究。

2016-04-08

S 161.2+2

A

0517-6611(2016)18-162-02