1971—2014年广西河池市区气候变化特征分析

程清平，王 平*，王 宇，谭小爱

（1.云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500；2.广西天峨气象局，广西 天峨 547300）

1971—2014年广西河池市区气候变化特征分析

程清平1，王 平1*，王 宇2，谭小爱1

（1.云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500；2.广西天峨气象局，广西 天峨 547300）

利用河池气象站气温、降水量、日照时数观测数据，文章分析了44年来河池市区气候变化的趋势和特征，并对未来的变化趋势作了预测.44年来河池市区气候变化的趋势主要有：年、夏季和秋季均温上升趋势显著，春、冬季均温呈上升趋势；年降水量和春、夏、秋季降水量呈减少趋势，冬季降水量呈增加趋势；年、夏季、冬季日照时数呈减少趋势，春、秋季日照时数呈增加趋势.气候变化存在周期性特征：年、春季、夏季、秋季和冬季气温均存在23年的变化主周期，年、春季、夏季、秋季和冬季降水量变化主周期分别为23年、21年、21年、26年和23年，年、春季、夏季、秋季和冬季日照时数存在22～23年的变化主周期.过去44年期间，气候变化的突变特征是：年、春季、夏季、秋季和冬季气温均发生显著的突变增加；年和夏季降水量未发生明显突变，春、秋、冬季降水量发生显著的突变减少；年、夏季、秋季和冬季日照时数未发生明显突变，春季日照时数发生显著的突变增加.通过R/S分析，对未来的气候变化趋势作出预测：年、春季、夏季、秋季和冬季气温和降水量未来变化趋势与过去44年变化趋势一致；年、春季、夏季和秋季日照时数未来变化趋势与过去44年变化趋势一致，而冬季则相反.

河池市区；气温；降水量；日照时数；变化特征；预测

政府间气候变化委员会第5次评估报告表明，近100多年来（1880—2012年）全球海陆表面平均温度升高了0.85℃[1].中国气温变暖趋势与全球气温变暖趋势一致[2-6]，西北[7]、东北[8]、西南[9]也表现出一致的变暖趋势，未来50～100年气温变化预测结果也表明全球及我国气温将继续变暖[10].近50～60年来，中国全境[11]、西北[7]、东北[8]、西南[12]降水量呈现一致的减少趋势，中国全境[6]、西北[13]、东北[8]、西南[14]日照时数也呈现出减少的趋势.随着全球气候变暖，气候变化问题成为各国政府和科学界，甚至普通民众都普遍关心的问题[15].

已有研究表明，广西气候变化与全球变化同步，1961—2010年广西气温呈显著上升趋势[16]，1961—2008年降水量呈增加趋势[17]，1961—2010年日照时数呈减少趋势[18].陆华静等[19]对1971—2010年河池市金城江区年平均气温、年平均最高与最低气温变化趋势做过分析，但未对气温的变化周期和突变特征进行分析，也没有预测未来变化趋势.气温和降水量是反映气候变化的主要指标，日照时数对气候变化也有明显响应.本文依据广西河池气象站气温、降水量和日照时数统计资料，分析其变化特点、突变特征、未来变化趋势，旨在揭示大尺度区域气候变化背景下小尺度区域气候变化响应在地域性和季节性方面的特有表现，为丰富对该地区气候变化的认识以及应对气候变化等提供依据.

1 资料与方法

1.1 资料来源

数据来源于河池国家基本气象站（位于河池市金城江区，站号59023，北纬24°42′，东经108°02′，海拔211 m）1971—2014年地面气温、降水量和日照时数观测数据，站点没有移动，资料序列连续完整.按照气候统计上的春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12月至翌年2月）统计各季气温、降水量和日照时数，以世界气象组织（WMO）设定的30年（1981—2010年）平均值为标准气候值.

1.2 研究方法

通过一元线性趋势分析[20]、滑动平均法[21]进行各气候要素变化趋势的分析，Morle小波[22]分析各气候要素变化周期，对于突变点的检测采用国际气象组织推荐的Mann-Kendall非参数统计检验方法[23-24]，对于交叉点较多，有虚假突变点时，结合滑动t检验法[24]确定其真正突变点.应用R/S分析法[25]对未来变化趋势进行预测，具体运算步骤见文献[20-25].

2 结果与分析

2.1 变化趋势分析

2.1.1 气温

44年来，河池市区年平均气温呈显著（P＜0.05）上升趋势（见图1），其倾向率为0.169℃/10a（相关系数为0.4245），较史培军等[2]、任国玉等[5]、周丹等[6]研究中国全境的0.3℃/10a（1961—2010年）、0.22℃/ 10a（1951—2002年）、0.27℃/10a（1961—2010年）偏低，也较西北0.256℃/10a（1951—2004年）[7]、东北0.3℃/10a（1956—2005年）[8]、西南0.33℃/10a（1961—2008年）[9]倾向率偏低，比广西全境0.148℃/10a（1961—2010年）[16]增温幅度大.河池市区春（0.137℃/ 10a）、夏（0.122℃/10a，P＜0.05）、秋（0.199℃/10a，P＜0.05）、冬（0.072℃/10a）季平均气温均呈上升趋势，以秋季平均气温上升最大，冬季上升最小（图略），全年平均气温最大值出现在2003年和2004年，为21.8℃，最小值出现在1984年为19.6℃，极差2.2℃.与中国全境春（0.11+0.021℃/10a）、夏（0.04 +0.017℃/10a）、秋（0.07+0.017℃/10a）、冬（0.14+ 0.021℃/10a）四季以冬季变化最大，夏季最小[3]不一致，河池市区以秋季平均气温上升最大，冬季上升最小.5年滑动平均曲线显示，河池市区年平均气温变化大致经历了下降（1971—1976年）—上升（1976—1981年）—下降（1981—1984年）—上升（1984—1990年）—下降（1990—1996年）—上升（1996—2004年）—下降（2004—2012年）—上升（2012—2014年）8个阶段.1970年代平均值为20.3℃，较标准气候值20.8℃偏低0.5℃；1980年代平均值为20.5℃与标准气候值相差0.3℃；1990年代为20.8℃，与标准气候值持平.21世纪前10年为21.1℃，较标准气候值偏高0.3℃，2011—2014年为20.5℃，较标准气候值偏低0.3℃，呈波动上升趋势.

图1 1971—2014年河池市区气温变化曲线Fig.1 The temperature change curve in Hechi city proper from 1971 to 2014

2.1.2 降水量

44年来河池市区降水量呈不显著（P=0.3789）减少趋势（见图2），倾向率为-30.223mm/10a（相关系数为-0.1359），与中国全境[6]以0.11mm/10a（1961—2010年）速率呈增加趋势不一致，也与广西降水量从东北向西南呈增加趋势不一致[16]，而与西北[7]和东北[8]（分别为-21.404mm/10a（1951—2004年）和-15mm/10a（1956—2005年））呈减少趋势具有一致性.降水量最大最小值分别出现在1994年（2694.8mm）和2009年（973.7mm），极差1721.1mm. 5年滑动平均曲线表明，降水量大致经历了基本平稳（1971—1981年）—下降（1981—1988年）—上升（1988—1997年）—下降（1997—2006年）—上升（2006—2014年）5个阶段，1970年代平均值为1488.9mm，较标准气候值1470.8mm偏多18.1mm；1980年代为1407.1mm，较标准气候值偏少63.7mm；1990年代为1651.8mm，较标准气候值偏多181mm.21世纪前10年为1329.1mm，较标准气候值偏少141.7mm，2011—2014年为1413.7mm，较标准气候值偏少57.1mm，呈波动减少的变化趋势.四季（图略）降水量变化有所不同，春季（-21.083mm/10a）、夏季（-11.329mm/10a）、秋季（-2.692mm/10a）呈减少趋势，冬季（4.881mm/10a）呈增加趋势，以春季减少对年降水的减少贡献最大，但未通过显著性检验，减少趋势不明显.

2.1.3 日照时数

河池市区44年来日照时数呈不显著（P= 0.6457）减少趋势（见图3），倾向率为-7.476 h/10a（相关系数为-0.0712），分别与中国全境的-37.6 h/10a（1956—2002年）[5]、-31.64 h/10a（1961—2010年）[6]和广西-35.1 h/10a（1961—2010年）[18]的倾向率呈减少趋势一致，但减少幅度远小于中国全境和广西.5年滑动平均曲线显示，河池市区日照时数大致经历了下降（1971—1984年）—上升（1984—2009年）—下降（2009—2014年）3个阶段.1970年代、1980年代、1990年代、2000年代及2011—2014年平均值分别为1372.4 h、1158.1 h、1262.3 h、1338.6 h、1223.7 h，1980年代、2011—2014年较常年值1253h偏少，处于相对偏少期，1970年代、1990年代、21世纪前10年较标准气候值偏多，处于相对充足期.四季（图略）变化有所不同，春季（5.279 h/10a）、秋季（0.528 h/10a）呈增加趋势，夏季（-4.902 h/10a）、冬季（-8.838 h/10a）呈减少趋势，但未通过α=0.05显著性检验，减少趋势不明显.

图2 1971—2014年河池市区年降水量变化趋势Fig.2 The annual precipitation change curve in Hechi city proper from 1971 to 2014

图3 1971—2014年河池市区年日照时数变化曲线Fig.3 The annual sunshine duration change curve in Hechi city proper from 1971 to 2014

2.2 突变特征

利用M-K非参数统计检验法对各气候要素进行突变检测，若正序列UFk曲线和逆序列UBk曲线交于一点，并且该点在临界线之间，则该点对应点即为突变点，UFk或UBk值大于0表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势，当它们超过临界直线时，表明上升或下降显著[24].年平均气温正序列UF和逆序列UB于1982年交于一点（见图4（a）），并于2000—

2012年、2014年突破α=0.001的信度线2.58，突变上升趋势显著.春季正序列UF和逆序列UB多次交于一点，并于2005—2009年突破α=0.05的信度线1.96，1989年以前UF呈波动下降趋势，1989—2006年UF呈波动上升趋势，2007年以来UF呈波动下降趋势，初步判断1973年、1994年和1996年为突变点、但1973年位于端点处，一般不可取，结合滑动t检验得知1996年为真正突变点.夏季正序列UF和逆序列UB于1976/1977年交于一点，并于1990—1992年突破α=0.001的信度线2.58，突变上升趋势明显，显著突变点为1977年，1990年以前UF呈波动上升趋势，1990年以来UF呈波动下降趋势.秋季正序列UF和逆序列UB于1980年和1982年交于一点，并于2003—2011年突破α=0.001的信度线2.58，突变增加趋势显著，2006年以前UF呈波动上升趋势，2006年以来UF呈波动下降，初步判断1980和1982年为突变点，结合滑动t检验得知1982年为真正突变点.冬季正序列UF和逆序列UB于多次交于一点，并于2002—2005年、2007年、2010年突破α=0.05的信度线1.96呈突变增加趋势，结合滑动t得知显著突变点为1986年.2004年以前UF呈波动上升趋势，2004年以来UF呈波动下降趋势.

图4 1971—2014年河池市气温突变图Fig.4 The temperature mutation in Hechi city from 1971 to 2014

年降水量正序列UF和逆序列UB多次交于一点（见图5（a）），但未突破α=0.05的信度线+1.96，年降水量未发生突变.春季UF和UB多次交于一点，并于1988—1989年、1993年、2010—2012年突破α=0.05的信度线-1.96，1990年代以前突变减少，结合滑动t检验得知显著突变点为1982年.夏季正序列UF和逆序列UB多次交于一点，但UF曲线未突破α=0.05的信度线±1.96，因此突变不显著.秋季UF和UB曲线在α=0.05的信度线±1.96之间于1985年和1986年交于一点，1983年以前UF呈上升趋势，1983—2005年UF呈下降趋势，2005年之后UF呈上升趋势，并于2003—2007年、2009—2010年突破-1.96的信度线，结合滑动t判断1986年为真正突变点.冬季正序列UF和逆序列UB于1982年交于一点，并于1992—

1995年、1997年突破α=0.05的信度线1.96.1995年以前UF呈波动上升趋势，1995年以后UF呈波动下降趋势.

年日照时数正序列UF和逆序列UB多次交于一点（见图6），并于1981—1995年突破α=0.001的信度线-2.58，但突变前交点位于端点处，不可取，在此之后虽有多个交点，但未突破α=0.001的信度线± 2.58，因此，年日照时数突变不显著.春季正序列UF和逆序列UB于1995/1996年交于一点，并于2006—2007年、2013年突破α=0.05的信度线1.96，1994年以前UF呈波动下降趋势，1994年以来UF呈波动增加趋势，显著突变点为1996年；夏季正序列UF和逆序列UB多次交于一点，但未突破α=0.05的信度线+ 1.96，因此夏季突变不显著.秋季与夏季一致.冬季正序列UF和逆序列UB多次交于一点，但交点位于端点处，一般不可取.UF在1984年以前呈波动下降趋势，1984年以后呈波动上升趋势.

图5 1971—2014年河池市降水量突变图Fig.5 The precipitation mutation in Hechi city from 1971 to 2014

2.3 变化周期

小波分析表明，河池市区1971—2014年年平均气温存在6～8年、22～25年、36～39年尺度的变化周期（见图7），从图7a小波实部变化图知，年平均气温存在明显的22～25年高低值交替震荡周期，从图7b小波方差来看，年平均气温存在3处比较明显的峰值，其中23年尺度对应峰值最大，为年平均气温第一主周期，38年和7年分别对应第二、三周期.春、夏、秋、冬四季与年的年代际变化主周期一致，均为23年，春、夏、秋季还存在38a年代际变化周期，冬季还存在36年年代际变化周期.在年际尺度上，夏、秋季均存在8年尺度变化周期，春、冬季分别存在7年和6年尺度变化周期.

图6 1971—2014年河池市日照时数突变图Fig.6 The sunshine duration mutation in Hechi city from 1971 to 2014

图7 1971—2014年河池市区气温小波变换实部和小波方差图Fig.7 The isolines of the real part wavelet transform and wavelet variance of temperature in Hechi city proper from 1971 to 2014

图8 河池市区1971—2014年降水量小波变换实部和小波方差图Fig.8 The isolines of the real part wavelet transform and wavelet variance of precipitation in Hechi city proper from 1971 to 2014

图9 河池市区1971—2014年日照时数小波变换实部和小波方差图Fig.9 The isolines of the real part wavelet transform and wavelet variance of sunshine duration in Hechi city proper from 1971 to 2014

1971—2014年河池市区年降水量存在6～8年、21～24年、33～35年、41～43年变化周期（见图8），从图8a小波实部可知，年降水量在21～24年存在明显的高低值震荡周期，从图8b小波方差来看，年降水量年代际变化周期的尺度中心分别是23年、34年、41年，年际尺度是7年，其中，23年年代际变化周期对应峰值最大，为年降水量第一主周期；其次，7年年代际变化周期对应第二峰值处，对应第二主周期，而34年和41年对应第三、四周期.春、夏季年代际变化主周期一致，均为21年，春季还存在7年年际和35年年代际变化周期，夏季还存在5年年际和32年年代际变化周期，秋季存在10年、26年、40年尺度年代际变化周期，其中以26年对应峰值最大，为主周期.冬季分别存在3年、23年、39年年代际变化周期，其中以23年对应峰值最大，震荡最强，为主周期.

1971—2013年河池市区年日照时数存在5～7年、21～23年、35～37年的变化周期（见图9），在21～23年处小波实部图（图9a）存在明显的高低值交替振荡，小波方差显示（图9b），年日照时数存在6年、22年、36年3个峰值，其中，22年的年代际变化周期对应峰值最大，为年日照时数第一主周期，6年和36年分别对应第二、三周期.春、秋、冬季主周期均存在22年年代际尺度变化，夏季存在23年年代际主周期尺度变化，夏、秋季还存在36年年代际尺度变化周期，春、冬季分别存在35年、37年和42年年代际变化周期.年际变化周期有所不同，春、秋季存在一致的6年尺度的年际变化周期，夏季存在7年年际尺度变化周期，冬季存在5年和9年年际变化周期.

2.4 未来变化趋势分析

R/S分析法能对城市气候变化的持续性（0.5＜

H＜1）和反持续性（0＜H＜0.5）成分的强度进行定量的比较，因此具有重要的应用意义[25].采用R/S分析法对河池市区气温、降水量、日照时数可能变化趋势做出预测，年和各季气温Hurst指数（见表1）均＞0.5，在时间序列上存在显著的Hurst现象，表明未来年和各季气温具有长期相关性，将继承过去近44年的变化趋势呈增温趋势，春季平均气温的变化趋势强于夏、秋、冬季，这意味着年均温的这种持续性以春季贡献最大，此外，平均气温的城市效应表现为春季＞秋季＞冬季＞夏季.年和各季降水量的Hurst指数也大于0.5，表明河池市区年和各季降水量在时间序列上具有长期相关性，未来降水量将仍呈减少趋势，并且以秋季显著减少对年降水量的显著减少作用最明显.年和各季日照时数Hurst指数有所不同，年、春、夏、秋季Hurst指数＞0.5，意味着年和春、夏、秋季将仍与过去变化趋势一致，而冬季Hurst指数为0.4654＜0.5，表明冬季变化趋势将与过去呈反持续性，未来将呈增加趋势.

表1 1971—2014年河池市区气温、降水量、日照时数Hurst指数Tab.1 The temperature，precipitation and sunshine duration Hurst index in Hechi city proper from 1971 to 2014

3 结论与讨论

1）河池市区44年来平均气温呈显著的上升趋势，正是全球气候逐渐变暖的反映，但上升幅度小于中国全境[2-3，5-6]、西北[7]、东北[8]而略大于广西[16]，这与史培军等[2]得出中国年平均气温变化趋势（1961—2010年）区域规律特征中北方地区上升速率高于南方地区，而南方地区尤以云贵高原及南岭地区（贵州、湖南、广西、广东、江西、福建等地）气温上升速率最低具有一致性.年降水量近44年来呈减少趋势，这与李政等[26]得出1961—2004年广西年平均降水量总体呈上升趋势不一致.由此可见，河池市区年降水量的变化趋势与广西不同步，这可能与研究时段和尺度大小不同而表现出不同的变化，此外，还可能与地理位置和大气环流、下垫面等的不同有关，从而表现出不同的变化特征，正是区域特征的反映.日照时数呈减少趋势，这与许多学者研究结果[5-6，12-13，18]一致.导致日照时数减少的原因可能与人类活动排放的气溶胶浓度和云量增加等有关[5-6].总之，未来气温将仍呈上升趋势，降水量和日照时数仍呈减少趋势，这可能会对该地区生物、生态、生产、生活等产生一定的影响，应引起注意.

2）年和各季气温存在一致的23年主周期变化；年和各季降水量分别存在23年、21年、21年、26年、23年主周期变化；日照时数除夏季主周期为23年外，年和各季主周期均存在22年尺度变化.

3）年和各季气温均通过α=0.05及以上显著性检验，年（1982年）、春季（1996年）、夏季（1977年）、秋季（1982年）、冬季（1986年）平均温度突变时间不一致，呈非对称变化，春季气温突变滞后于年和其余各季；春季（1982年）、秋季（1986年）、冬季（1982年）降水量均于80年代发生突变减少；春季日照时数于1990年代以来发生显著的突变增加，年和其余各季日照时数突变特不明显.

4）未来河池市区年和各季气温和降水量变化趋势具有长期相关性，将仍继承过去变化趋势，年和春季、夏季、秋季日照时数与过去变化趋势一致，冬季日照时数变化将与过去变化不一致，将呈反持续性.

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责任编辑：吴兴华

Analysis of Characteristics of the Climate Change in Hechi City Proper from 1971 to 2014

CHENG Qingping1，WANG Ping1*，WANG Yu2，TAN Xiaoai1
（1.School of Tourism and Geographical Sciences，Yunnan Normal University，Kunming 650500，China；2.Tiane Meteorological Bureau in Guangxi，Tiane 547300，China）

Based on the data of Hechi meteorological station（1971—2014a）,we analyze the change characteristics of air temperature,precipitation,sunshine duration in the recent 44 years of Hechi city proper and predict the changing trend in the future.The results are as follows:the annual,summer and autumn average temperatures increased significantly,while the spring and winter average temperatures didn’t increased significantly;the annual-averaged precipitation decreased slightly, the spring,summer and autumn average precipitation decreasing slightly,and the winter average precipitation increasing slightly;the annual average sunshine duration decreased insignificantly,the autumn and spring average sunshine duration increasing slightly,and the summer and winter average sunshine duration decreasing slightly;there is a principal-variation-period of 23a for both the annual and season-average temperature,while the principal-variation-periods for the annual and season-averaged precipitation are 23a,21a,21a,26a and 23a,respectively,and the principal-variation-periods for the annual and season-average sunshine duration are 22～23a;there is a significant sudden increase of the annual and season-average temperatures;there is no sudden change of the annual and the summer-average precipitation,however,there is a significant sudden decrease of the spring,autumn and winter-average precipitation;there is a significant sudden increase of the springaverage sunshine duration.By the R/S analysis,we find,that the changing trends of the annual and season average tempera-

Hechi city proper；air temperature；precipitation；sunshine duration；change characteristics；prediction

P 426.1+3

A

1674-4942（2016）03-0304-09

2016-04-03

国家自然科学基金资助项目（41261007）

*通讯作者

ture and precipitation in the future are the same as those in the past 44 years,the changing trends of the annual,spring,summer and autumn-average sunshine duration in the future are the same as those in the past 44 years,and the changing trend of the winter-average sunshine duration in the future is opposite to those in the past 44 years.