1966～2016年黄骅市气温变化趋势分析与预测

杨国庆，孙萌萌，王佳真

（河北省黄骅市气象局，河北 黄骅 061100）

近年来，气候变化成为人类社会关心的主要问题之一，气温是其中最主要的气候因子，其变化及其趋势给人类生产生活带来的影响最为明显和直接。华北平原是我国气温变化幅度较大的地区之一，其气温在50 a间上升了约1.1℃，气候倾向率约为0.22℃/10 a。但此类研究主要是在大范围内进行的，而对当地主要粮食、经济作物生产区域的小范围温度研究相对缺乏。黄骅地处华北平原东部、渤海湾西岸，传统种植业以小麦、玉米为主，特色作物冬枣种植规模、效益较大，被誉为“中国冬枣之乡”。温度变化对该地区农业生产影响巨大，因此，深入研究分析当地温度变化趋势具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取黄骅国家基本气象观测站1966～2016年的气象数据作为研究对象。数据由黄骅市气象局提供。

1.2 试验方法

1.2.1 滑动平均与距平法 计算1966～2016年温度5 a滑动平均值，拟合一元线性方程。

1.2.2 R/S分析法 R/S分析法又称重标度分析法，属于非参数分析法，目前广泛用于自然界、金融界等各领域。当H＝0.5时，气候过程独立、气候变化随机；当0.5＜H＜1时，气候变化具有持续性，未来趋势仍将继续且H值越接近1，持续越强；当0≤H＜0.5时，气候变化具有时间相关性，但趋势相反。

1.2.3 突变特征分析 突变特征分析采用M-K检验方法，通过计算绘出UF和UB曲线，若UF（UB）＞0时，序列呈上升趋势，反之呈下降趋势。在给定显著性水平a＝0.05时，则UF和UB的临界值为±1.96。当其超过临界直线时，表明上升或下降趋势明显；若UF和UB曲线相交时，且交点在临界直线之间，那么交点对应的时刻就是突变开始的时刻。

2 结果与分析

2.1 年平均气温变化分析

通过计算1966～2016年黄骅市5 a滑动平均值，利用最小二乘法拟合一元线性方程Y＝0.039 8x＋11.636。气温呈持续上升态势发展（图1）。51 a间黄骅市平均气温为12.7℃，且呈现出上升趋势，气温变化速率为0.398℃/10 a，高于华北地区平均增幅（0.250℃/10 a）。通过历年气温距平分析显示，该市年平均气温变化分为偏冷阶段（1966～1993年） 和增温阶段（1993～2016年）2个时期。其中，偏冷阶段气温负距平频率为85.7%，仅1989年距平在+0.2℃以上；20世纪90年代后该市气温开始升高，1997～2009年为增温明显阶段，2010～2013年经历短暂低温期后，2014年起又进入显著增温期，目前阶段年平均气温持续在全系列最高位附近。

图1 1966～2016年黄骅市年平均温度（a） 和年平均温度距平（b）Fig.1 Annual average temperature(a)and annual average temperature anomaly(b)in Huanghua from 1966 to 2016

2.2 四季平均气温变化分析

1966～2016年黄骅市四季平均气温均值分别为13.3、25.8、13.5和1.9℃，均呈现上升趋势，升温速率分别为0.448℃/10 a、0.228℃/10 a、0.339℃/10 a和0.609℃/10 a，冬季升温速率明显高于其他季节，变暖趋势十分显著（图2）。4个季节平均气温均呈现震荡上升趋势，其中，冬季振幅最大，夏季最小；4个季节的气温均在1990年后由负距平较多向正距平较多趋势发展，2012年前后出现1次小低谷，目前又处于高峰阶段（图3）。

2.3 RS分析

通过对1966～2016年黄骅市51 a间Hurst指数分析可知，H＝0.904 5，决定系数R2＝0.974 5（图4）。数据表明，黄骅市平均气温与时间序列具有明显趋势性和长期相关性，且该趋势具有很强的持续性，未来该市的平均气温变化与过去的变化一致，即未来一段时间气温仍将继续呈上升趋势。

2.4 突变特征分析（MK检验）

利用黄骅51 a平均气温数据及其逆序列，分别计算并绘出UF和UB曲线（图5）。1966～1977年黄骅平均气温呈缓慢下降趋势，之后均呈上升趋势，且上升趋势愈来愈明显，至20世纪90年代中后期该上升趋势连续通过置信度95%和置信度99%的显著性检验，表明黄骅年平均气温上升趋势十分显著。根据UF与UB曲线交点位置，该市气温上升是突变现象，突变年份在1991年。

3 结论与建议

通过对1966～2016年黄骅市的气温变化趋势进行分析，得到以下结论：（1）1966～2016年黄骅市年平均气温的气候变化率为0.398℃/10 a，高于华北地区平均增温幅度。该市年平均气温变化趋势分为偏冷阶段（1966～1993年） 和偏暖阶段（1994～2016年） 2个阶段，且在偏暖阶段中2010～2013年出现了短暂的低温期。（2）1966～2016年黄骅市四季平均温度均呈震荡上升趋势，其中，冬季升温速率最大，对年平均气温上升贡献最大。（3）运用RS分析显示，未来黄骅市气温仍然呈继续上升趋势。MK检验亦验证了这一上升趋势，且发生这一突变的年份为1991年。

图2 1966～2016年黄骅市四季的平均气温变化Fig.2 Changes of average temperature of four seasons in Huanghua from 1966 to 2016

图3 1966～2016年黄骅市四季平均气温距平的变化趋势Fig.3 Change trends of average temperature anomalies of four seasons in Huanghua from 1966 to 2016

图4 1966～2016年黄骅市平均气温的Hurst指数Fig.4 Hurst index of average temperature in Huanghua from 1966 to 2016

图5 1966～2016年黄骅市平均气温的MK突变检验曲线Fig.5 MK test curve of average temperature in Huanghua from 1966 to 2016

黄骅市气温将会持续升高的发展趋势，一方面，提高了该地区的有效积温，作物生长期延长，种植范围相应扩大，对当地的农业生产产生积极影响；另一方面，气温的升高将进一步加大农田蒸发量，对该地区的农业生产造成直接影响；冬季升温加快了病虫害的发生概率；春季高温易引发旱情，对当地的主要经济作物冬枣生产造成不利影响。在实际生产过程中，根据气候变化趋势，细化完善农业气候区划，适时调节作物生育期和种植结构；引进良种；加强农田水利设施建设，大力推广农业节水种植和管理技术。