1961—2017年开鲁县气温变化特征分析

于静 齐佳慧 刘梦迪

摘要    利用开鲁县1961—2017年的气温资料，分析近57年的气温变化特征。结果表明，开鲁县年以及季节的平均温度均呈现出明显的上升趋势，气候倾向率为0.335 ℃/10 a，其中春季增温幅度最大，气候倾向率为0.43 ℃/10 a;利用M-K突变检验得到开鲁地区年平均气温在1993年发生突变，突变前1961—1993年平均气温为6.2 ℃，突变后年平均气温为7.3 ℃，突变后比突变前气温上升了1.1 ℃;同时使用Matlab进行小波周期分析得到，年平均温度存在明显的5年、11年、22年以及27年多个时间尺度的震荡周期，小波方差图上表现存在3个主周期，依次对应着28年、22年以及11年的时间尺度。

关键词    气温;变化趋势;M-K突变检验;小波分析;内蒙古开鲁;1961—2017年

中图分類号    P423        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）06-0177-02

Abstract    Based on the temperature data of 1961-2017 in Kailu County，the variation characteristics of temperature in recent 57 years were analyzed. The results showed that the annual and seasonal temperature of Kailu showed an obvious upward trend.The climatic tendency rate was 0.335 ℃/10 a，and the warming range in spring was the largest，climatic tendency rate was 0.43 ℃/10 a.By means of MK mutation test，the annual mean temperature in Kailu area was abrupt in 1993，the average temperature in 1961-1993 was 6.2 ℃，and the annual average temperature after mutation was 7.3 ℃.At the same time，the wavelet period analysis with Matlab was used to get the oscillation periods of 5 a，11 a，22 a and 27 a.The wavelet variance graph showed that there were three main periods，which correspond to 28 a，22 a and 11 a.

Key words    temperature;change trend;M-K;wavelet analysis;Inner Mongolia Kailu County;from 1961 to 2017

开鲁县地处西辽河冲击平原，介于东经120°25′～121°52′、北纬43°9′～44°10′之间，是内蒙古重要的农区，被誉为“中国的红干椒之都”。IPCC报告指出，全球气候变化将对农业产生重大影响。同时还指出，1880—2012年间全球平均温度已升高0.85 ℃[1]，同时，大量研究表明，中国的气候变化与全球气候变化总趋势保持一致[2]，中国近54年增温速率约 0.25 ℃/10 a，开鲁地区气温也发生了明显变化。本文为进一步了解气温年及季节变化的特点，利用Mann-Kendall突变检测及Matlab的小波周期分析，对通辽市开鲁县1961—2017年长时间序列气温变化特征进行分析[3]，以期揭示开鲁地区的气候变化规律，为农业部门在气候变化背景下合理安排农业生产提供科学参考。

1    资料与方法

采用开鲁县1961—2017年的气温资料，选取平均气温建立长时间的年气温时间序列，依据气象行业标准《气候季节划分》，以3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12至翌年2月为冬季，进行四季的统计分析，进而建立各季气温时间序列。利用气温的长时间序列对开鲁地区气温的长期变化趋势进行分析，并使用M-K突变检测，进一步总结突变特征，同时采用小波分析方法，对多年气温变化周期进行分析，进而掌握气温变化的振荡周期。

2    结果与分析

2.1    年、季节气温变化趋势分析

由图1可知，开鲁县年以及季节的平均温度均呈现出明显的上升趋势。从图1（a）可以看出，1961—2017年年平均温度在4.6～8.6 ℃之间，气候倾向率为0.335 ℃/10 a，其中区域平均气温最低出现在1969年（4.6 ℃），最高气温出现在2007年（8.6 ℃），多年平均温度为6.7 ℃，1961—2017年间呈现波动上升的变化趋势。由图1（b）（c）（d）（e）可以看出，开鲁地区四季平均气温与年气温变化趋势一致，其中春季增温幅度最大，气候倾向率为0.43 ℃/10 a，冬季次之，为0.37 ℃/10 a，秋季为0.28 ℃/10 a，夏季为0.25 ℃/10 a，各季度呈现出明显波动增长的变化趋势。开鲁地区年平均气温和四季平均气温变化趋势与全国气温以及全球气温变化趋势基本一致。

2.2    年、季节气温突变分析

气温突变是气候预测与模拟的重要因素，是普遍存在于气候系统中的一个重要现象[4-5]。本文利用Mann-kendall法绘制开鲁地区年及季节平均气温时间序列M-K曲线，显著水平为0.05（临界值为±1.96），同时，结合累积距平法对开鲁地区1961—2017年及季节平均气温进行突变分析[6]。由累积距平曲线可知，开鲁地区气温经历了一个显著的升降过程，总体而言，1961—1987年呈下降趋势，1987—2017年呈上升趋势，其中个别年份伴随着较小波动，见图2（a）。

Mann-kendall突变检验结果见图 2（b），可以看出，在置信区间范围内，UF曲线与UB曲线有一个交点（1993年），通过对突变点前后的气温差异进行显著性检验，判断出开鲁地区年平均气温在1993年发生突变，突变前平均气温为6.2 ℃，突变后年平均气温为7.3 ℃，突变后比突变前气温上升了1.1 ℃。

由图 2（c）（d）（e）（f）可知，四季平均气温的UF曲线与UB曲线在0.05置信区间内均存在交叉点。在置信区间内，春季存在1个交叉点，突变出现在1993年，突变后比突变前上升1.57 ℃;夏季存在3个交叉点，分别为1999年、2001年及2004年，经检验，1999年为夏季平均气温的突变点，突变后比突变前上升1 ℃;秋季和冬季平均气温也存在突变，分别出现在1987年，突变后比突变前温度分别上升1.01 ℃和1.4 ℃，其中春季增温趋势最明显。

2.3    年、季节气温周期变化分析

为进一步研究开鲁地区年平均气温的多重时间尺度的周期变化特征，本文对开鲁地区1961—2017年的年平均气温进行Morlet小波分析（图3）。等值线值的大小在一定程度上反映了波动的震荡强度[7]。开鲁站年平均气温序列小波变换系数在1961—2017年间存在明显的5年、11年、22年以及27年多个时间尺度的的震荡周期，在不同震荡周期上均存在偏低和偏高中心;1995年后生成明显的5年震荡周期，存在着5次震荡，且气温偏高趋势显著。

小波方差图反映平均气温时间序列的波动能量随尺度年的分布情况，进而确定平均气温多年变化中的主周期[8]。由图4可知，小波方差图中存在3个主周期，依次对应著28年、22年、11年的时间尺度。这3个周期的波动控制年平均气温在整个时间域内的变化特征。

其中，最大峰值对应着28年的时间尺度，说明28年左右的震荡周期最强，为年平均气温变化的第一主周期，结合图3发现，在28年主震荡周期上存在3个偏低中心与2个偏高中心;22年时间尺度对应第二峰值，为年平均气温变化的第二主周期;第三峰值对应着11年的时间尺度，为第三主周期。

3    结语

开鲁县年以及季节的平均温度均呈现出明显的上升趋（下转第182页）

势。1961—2017年年平均温度气候倾向率为0.335 ℃/10 a，同时，开鲁地区四季平均气温与年气温变化趋势一致，其中春季增温幅度最大，气候倾向率为0.43 ℃/10 a，冬季次之，为0.37 ℃/10 a，秋季为0.28 ℃/10 a，夏季为0.25 ℃/10 a，四季均呈现出明显波动增长的变化趋势。通过M-K突变检验得到开鲁地区年平均气温经历了一个显著的升降过程，总体而言，1961—1987年呈下降趋势，1987—2017年呈上升趋势，其中个别年份伴随着较小波动，在1993年发生突变，突变前1961—1993年平均气温为6.2 ℃，突变后年平均气温为7.3 ℃，突变后比突变前气温上升了1.1 ℃。同时，开鲁站年平均气温序列小波变换系数在1961—2017年间存在明显的5年、11年、22年以及27年多个时间尺度的的震荡周期，并存在3个主周期，依次对应着28年、22年以及11年的时间尺度。

4    参考文献

[1] 谭娇，丁建丽，张钧泳，等.1961—2014年新疆北部地区气温时空变化特征[J].干旱区研究，2018，35（5）：1181-1191.

[2] 陈琰.基于SWAT模型的流域水资源演变机制及归因分析[D].北京：中国水利水电科学研究院，2018.

[3] 丁文荣.金沙江下游元谋干旱河谷区水沙过程演变规律研究[J].水资源与水工程学报，2017，28（6）：20-26.

[4] 柴中华.1961—2015年黑河流域极端低温的时空变化特征与成因分析[D].兰州：西北师范大学，2017.

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[6] 沈永平，王国亚.IPCC第一工作组第五次评估报告对全球气候变化认知的最新科学要点[J].冰川冻土，2013，35（5）：1068-1076.

[7] 易湘生，尹衍雨，李国胜，等.青海三江源地区近 50年来的气温变化[J].地理学报，2011，66（11）：1451-1465.

[8] 窦睿音，延军平，王鹏涛.全球变化背景下甘肃近半个世纪气温时空变化特征[J].干旱区研究，2015，32（1）：73-79.