1970—2018年商洛地区气候变化特征分析

齐建锋 王长燕 郁耀闯

摘 要：利用商洛地区境内的7个气象站1970—2018年气温、降水和相对湿度数据资料，通过气候趋势分析、气候突变分析及Morlet小波分析等方法，分析该区域近49年的气候变化情况。结果表明：近49年来商洛气温总体呈上升趋势，气温倾向率为0.16℃/10a;降水量总体呈增加趋势，降水量倾向率为3.10mm/10a，年际降水量波动较大;相对湿度总体呈现增长趋势，倾向率为0.554%/10a;商洛地区相对湿度与降水量正相关显著，与气温负相关;平均气温存在6a、14a和31a的周期，降水量存在4a、7a、12a和24a的周期，相对湿度均存在7a、25a和31a的周期变化规律;商洛地区气候总体呈暖湿型，空间差异大。

关键词：气候变化;Morlet小波分析;商洛

中图分类号 P467文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）22-0154-06

Abstract：Based on the data of temperature，precipitation and relative humidity from 1970 to 2018 from 7 meteorological stations in Shangluo area，and by means of climate trend analysis，abrupt climate change analysis and Morlet wavelet analysis，analysis of climate change in the region over the past 49 years. The results show that the temperature trend is increasing in the last 49years，and the temperature trend rate is 0.16°C/10a. The trend of precipitation was increasing，the trend rate of precipitation was 3.10mm/10a，and the annual precipitation fluctuated greatly. The relative humidity showed an increasing trend with a tendency rate of 0.554%/10a. There is a positive correlation between relative humidity and precipitation in Shangluo and a negative correlation between relative humidity and temperature. There are 6a，14a and 31a periods in average temperature，4a， 7a， 12a and 24a periods in precipitation，and 7a， 25a and 31a periods in relative humidity. The climate in Shangluo has been generally warm and humid，with large spatial differences.

Key words：Climate change;Morlet wavelet analysis;Shangluo

气候变化与人类生活、生态环境和农作物生长等密切相关，分析过去并预测未来气候变化对于人类在预防自然灾害、规划生态工程和生产活动等具有重要意义。IPCC第5次评估报告指出，130多年来全球地表均温升高了0.85℃，自工业革命以来，全球气温上涨趋势明显[1]。北半球中纬度地区变暖趋势最为显著[2]，全球气候变暖已成为研究的热点问题[3]，近百年来我国与全球气候变化总体趋势基本相一致[4-7]，气候变化具有较为复杂。国内外众多学者针对影响气候变暖影响因子从不同区域、角度，以及运用不同方法做了大量的研究[8-14]。气候变暖将会导致冰川面积减少、径流变化、洪涝、干旱等极端气候事件发生的概率，进而影响生态环境乃至威胁到人类生活的发展[15-17]。气候变暖将会产生新的农业气候资源，对于农、牧业的发展有着重要的影响，作物生长生育、种植结构改变、种植区域产量、作物多熟制的面积扩大等，对浅层土壤生态环境等也产生了影响[18-19]。

商洛地区位于陕西省东南部，属于暖温带半湿润季风气候，地处秦岭山地，横跨长江、黄河流域，气候复杂多变，四季分明、雨热同期，温暖湿润、降雨主要集中于夏秋季节。气象灾害有干旱、暴雨、连阴雨、冰雹、霜冻等。地形复杂垂直高度差异大，具有山地立體气候特点，水气候资源和气象灾害都有明显的差异，分布极不均衡。商洛地区受地理特征、季风等影响因素，降水时空差异明显，气象灾害问题都与降水有着密切的关系。为此，本文运用1970—2018年气象资料数据，分析近49年商洛地区气温、降水和相对湿度的变化情况，揭示气候变化特征，对于该区水资源的利用、治理、防灾减灾及农业协调发展具有重要意义。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源 选用商洛地区7个站点（1970—2018年）逐日平均气温、降水量以及相对湿度数据资料，通过数理统计获得月、季、年数据进行分析。季节划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）。

1.2 研究方法

小波方差表示时间序列在一定时间尺度下周期波动的变化情况，小波方差图能反映所包含的各种时间尺度及其强弱随尺度的变化特征，图像中对应极值处的尺度即为该序列的主要时间尺度，即主要周期。

2 结果与分析

2.1 趋势分析

2.1.1 气温 从气温距平值变化趋势（图1），近49a来商洛地区平均气温为13.00℃，呈波动上升趋势，气温倾向率为0.16℃/10a，气温上升约0.52℃。与我国同期的变化情况相一致，且低于全国气温变化率[20]。研究期间内，年平均气温最高值为14.05℃，最低值为12.05℃，极差为2.0℃，变化幅度较大。由5a滑动平均曲线可见，气温呈现出“峰-谷”交替的持续增长形式，1970—1984年气温以下降为主，1984年为最低值，之后主要以上升为主，将气温5a滑动曲线可分为2个阶段，1970—1997年气温距平值小于0，低于平均气温值，1998—2018年气温距平值大于0，高于平均气温值。就年代际气温变化情况（表1），20世纪70—80年代平均气温降低，80年代至今气温逐年代呈现持续增长趋势。商洛地区近49a来各季节平均气温分别为：春季13.44℃;夏季23.38℃;秋季13.17℃;冬季2.00℃。四季气温均呈现出增长趋势，气温变化率分别为：春季0.36℃/10a、夏季0.12℃/10a、秋季0.03℃/10a和冬季0.14℃/10a，四季均呈现出不同程度增加趋势，其中春季气温变化率最大，秋季最小，商洛地区气温变化与我国西北地区各季平均气温的研究结果相一致，各季节均呈现出上升趋势[21]。

2.1.2 降水量 近49年商洛地区平均年降水量为758.97mm，年降水量最高值为1159.47mm，最低值为537.74mm。从降水量距平值变化趋势图来看（图2），年降水量整体呈现出波动增加的趋势，降水量倾向率为3.10mm/10a，年度降水差异较大。与我国同期的变化情况相一致，且低于全国降水变化率[20]。由5a滑动平均曲线看，1970—1982年和1993—2004年降水距平值小于0，降水明显较少，1983—1992年降水距平值大于0，降水较多，2005年以来降水距平值波动不明显，降水较为稳定。降水量年代际变化（表1），各年代降水差异较大，80年代降水量值最大，处于多雨期，90年代以后各年代呈持续增长趋势。商洛地区近49a来各季节平均降水量分别为：春季156.11mm、夏季363.44mm、秋季210.51mm、冬季29.11mm。各季节降水量在全年降水量中贡献占比为：春季20.56%、夏季47.87%、秋季27.73%和冬季3.83%。降水变化率分别为：春季0.822mm/10a、夏季3.56mm/10a、秋季0.563mm/10a、冬季-1.962mm/10a。冬季呈现降水减少趋势，其他季节均为增加，其中夏季降水量变化率最大。

2.1.3 相对湿度 近49年来商洛地区年均相对湿度为68.46%，年相对湿度最高值为74.55%，最低值为62.68%。从相对湿度距平值变化趋势图来看（图3），整体呈现波动增加的趋势，倾向率为0.554%/10a，从5a滑动平均曲线看，1970—1980年相对濕度降低明显，1981—1994年增加比较明显，1995—2018年较为稳定。相对湿度年代际变化（表1），各年代呈现持续增长趋势。商洛地区近49a来各季节平均相对湿度分别为：春季63.55%、夏季75.06%、秋季74.77%;冬季60.59%。相对湿度变化率分别为：春季0.195%/10a、夏季0.678%/10a、秋季1.25%/10a、冬季0.515%/10a，商洛地区四季相对湿度均呈现出增加趋势，秋季最为显著。

2.2 相关性分析 对1970—2018年商洛地区的相对湿度与气温、降水做时间序列的相关性分析，结果所示（表2），年均相对湿度与降水量的相关系数分别为：年度0.495、春季0.616、夏季0.575、秋季0.703、冬季0.625;与气温的相关系数分别为：年度-0.152、春季-0.436、夏季-0.464、秋季-0.034、冬季-0.047。可以看出，相对湿度与降水呈正相关、与气温呈负相关，商洛地区的相对湿度受降水的影响显著。

2.3 突变分析

2.3.1 气温 1970—2018年商洛地区年均气温M—K突变检验结果显示（图2），在1970—1998年UF统计值都小于0（除1971年），年平均气温呈下降趋势，个别年份大于0则表示增加趋势;1999—2018年UF统计值大于0，气温为上升趋势，UF统计值超出临界值，则上升趋势显著。UF和UB曲线在置信区间内存在交点于2004年与2008年，可知年平均气温发生突变为2004年、2008年，此后年均气温上升明显，2013—2018年UF曲线超出置信区间，增温趋势显著。

2.3.2 降水 商洛年均降水量M-K突变检验结果（图2）表明，UF曲线在1970—1982年波动较大，该时间段降水差异较大，1983—1994年和2010—2018年UF曲线大于0，年均降水量呈增加趋势;1995—2009年，UF曲线小于0，呈下降趋势。在95%置信区间内UF和UB曲线存在多个交点，说明降水量发生多次突变，UF和UB曲线始终处于置信区间内，表明降水量虽有多次突变现象但是没有显著变化。突变年份为：1971年、1974年、1976年、1980年、1986年、1993年、2003年、2009年和2012年，降水不稳定，年度差异较大。

2.3.3 相对湿度 商洛年均相对湿度M-K突变检验结果（图2）表明，UF曲线在1970—1986年波动较大，该时间段湿度差异较大，其中1979年超出置信区间变化显著，1987—2018年UF曲线大于0，年均相对湿度呈增加趋势。在95%置信区间内UF和UB曲线存在交点1985年和1987年发生突变。

2.4 周期分析

2.4.1 气温 结合Morlet小波分析实部图及其对应的小波分析方差图，能准确地反映出气候序列的时间尺度变化周期、干扰强度和主周期[22]。从研究区气温Morlet小波分析（图7）可见，近49a来商洛地区平均气温周期交替变化强烈，具有不同尺度的周期。商洛地区年平均气温变化具有3种尺度的周期，即5～7a、13～15a和28～32a。气温小波方差图上，在6a、14a和31a处方差出现峰值。表明本区域在研究时段内年平均气温存在6a、14a和31a的周期，其中以31a为第一主周期，这3类周期决定了商洛地区年平均气温序列的周期性变化特征。

2.4.2 降水 由商洛地区年降水量的小波分析（图8）可以看出，年降水量变动存在3～5a、5～9a、10～14a和22～26a尺度的周期。由降水量小波方差图可见，商洛地区在1970—2018年时间段内存在4a、7a、12a和24a周期，其中24a为第一主周期、7a为第二主周期，这2个主周期对商洛地区年平均降水量序列的周期性变化最为显著。

2.4.3 相对湿度 由商洛地区年平均相对湿度的小波分析（图9）可以看出，相对变化湿度存在5～8a、22～26a和28～32a尺度的周期。由相对湿度小波方差图可见，商洛地区在1970—2018年时间段内存在7a、25a和31a周期，其中31a为第一主周期、24a为第二主周期，这2个主周期对商洛地区年平均相对湿度序列的周期性变化最为显著。

2.5 空间分析 由图10可知，气温变化率的空间变化较为复杂，各站点呈现出不同程度的增长速率，上升速率最显著的地区商洛西南部的镇安县，其中商南和柞水气温上升速率最小;降水量变化率的空间变化，呈现不同程度的增减趋势，商洛北部的洛南县降水量变化率减少趋势显著，东部商南县增加趋势显著;商洛地区各站点的相对湿度均为增加趋势，西南部相对湿度增加趋势明显，北部增加趋势较小。结合气温和降水的空间变化情况，商洛地区大部分为暖湿型，其中东部为暖湿、北部为暖干比较显著。商洛地区大小河流及支流较多，而河流可以调节局部小气候。河流使区域降水增多，空气湿度增大，可缓解极端气温现象。因此，河流的分布会对区域气候变化造成了一定的影响。

3 结论

（1）近49年商洛地区气温呈上升趋势，年均气温变化倾向率为0.16℃/10a。降水量整体呈现出波动增加的趋势，年均降水量倾向率为3.10mm/10a，各季节降水量在全年降水量中贡献占比分别为：春季20.56%、夏季47.87%、秋季27.73%和冬季3.83%。相对湿度呈增加趋势，相对湿度倾向率为0.554%/10a，商洛地区整体呈现暖湿化现象。

（2）研究时段内气温在2004和2008年发生了由冷到暖的突变。降水量发生了多次突变，降水量年度变化差异较大。相对湿度在1985年和1987年发生突变，之后相对湿度增加显著。

（3）通过Morlet小波分析，商洛地区年均气温存在6a、14a和31a的周期，年降水量存在4a、7a、12a和24a的周期，目前商洛地区处于多雨期，相对湿度存在7a、25a和31a的周期变化规律。

（4）在空间上，气温上升最为显著的地区位于商洛地区西南部，最不显著地区位于东南部，降水量空间差异较大，西南部增加最明显，北部减少最为显著。商洛地区整体呈现暖湿化，北部地区出现暖干现象。

綜上所述，近49年来商洛地区气候趋于暖湿型，气温、降水量及相对湿度呈增加趋势;暖湿现象主要发生在春季和夏季，秋季变化较小，冬季为暖干趋势;商洛地区气候变化率在空间上差异较大，整体趋于暖湿现象，部分地区出现暖干现象。商洛地区气候的暖湿化发展趋势，在一定时间内对农业和生态环境的影响总体是有利的，对商洛地区的植被覆盖、生态环境能够得到进一步的改善，气温升高可以缓解低温、冰雹对农业造成的灾害，但在降低这些灾害发生的概率同时也会引发一些潜在的其他灾害。

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（责编：张宏民）