1961—2019年开平市四季长度的变化特征

2021-11-10刘俭彤郭柏成王成

广东气象 2021年5期

刘俭彤，郭柏成，王成

（开平市气象局，广东开平 529300）

在全球气候变暖的背景下，气温的逐渐升高直接影响气候的变化，季节的更替时间、长度变化等也会受到影响［1－2］。郁珍艳等［3］指出我国大部分地区的夏季起始时间提前，夏季长度有延长的趋势，其余季节则表现为缩短。还有学者指出我国东部地区气温的变化与4季长度的调整有密切联系，其中对夏季长度的影响最为显著［4］。

由于我国地域辽阔，4季的划分要根据当地实际情况而定，不能笼统地以3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季、12月—次年2月为冬季。开平市位于副热带地区，使用气候学季节划分标准能较好地反映开平的4季变化［5－6］，本研究以5 d滑动平均气温来代替日平均气温，既能克服使用传统平均气温划分上的不足，又更加严谨和科学，为日后本地的气候预测、农业生产、旅游发展等提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料及四季划分标准

本研究采用开平国家气象站1961—2019年的逐日气温数据。

本研究根据2012年中国气象局通过的《气候季节划分》标准为依据来划分季节。该标准设定冬季和春季的温度界限为10℃，夏季和秋季为22℃。采用5 d滑动平均来进行4季划分，以5 d为步长来计算滑动平均气温，然后确定一个5 d滑动平均气温能通过温度界限的日期，并且从该日期起连续5 d的滑动平均气温都能通过临界值，则该日期为季节的起始日期［7－8］，季节长度为2个相邻季节间的时长。

1.2 分析方法

将5 d滑动平均气温数据按季节划分标准分为春、夏、秋、冬4个季节，然后统计逐年的4季长度，最后再通过气候倾向率、统计分析、突变检验等方法［9－10］对开平市4季长度变化和突变转折进行分析。

2 四季长度的年变化特征

从开平市4季长度统计表（表1）可知，一年4季中，夏季的平均长度约占全年的大半时间（约57.5%），近59年来开平夏季的最长天数可达248 d，即占全年的67.9%；春秋两季的平均长度接近，春季略短；冬季的平均长度最短，仅有4 d，甚至大多数年份不存在冬季，即无冬。开平市4季的年变化幅度较大，其中春季的最长天数118 d（出现于1976年）是最短天数（21 d，出现于2018年）的5.6倍，秋季的最长天数110 d（出现于1981年）是最短天数（43 d，出现于1975年）的2倍多。从入季的平均时间来看，开平市的春季一般出现在1月下旬至2月上旬、夏季是4月上旬、秋季是11月上旬、冬季则出现在次年1月下旬。

表1 1961—2019年开平市四季长度统计

对4季长度作一元线性拟合，得出除了夏季长度是明显增长的趋势外，其他季节都表现为缩短，秋季减少得最为明显，以每10年缩短2.5 d的速度变短。从显著性检验来看，只有春季的长度变化没有通过检验，秋、冬季的气候倾向率都通过95%显著性检验，夏季更是通过99%显著性检验。

3 四季长度的突变分析

对开平市4季长度采用M－K检验法来分析突变（图1），由图1可以看出，开平市的春季长度总体上表现为缩短的趋势，除了1962、1966和1968年出现小幅增长外，其余年份都表现为缩短。从突变情况来看，在1963—1983、1996—2013年这2个时间段里，两条曲线存在不止一个交点，根据魏凤英［11］对M－K检验法的研究，认为并不是所有的交点都是突变点，这些交点的周围有小波动，突变情况不明显，因此春季的长度变化没有突变点。

图1 1961—2019年开平市4季长度的M－K检验曲线

夏季长度则有延长的趋势，只在20世纪60年代初有短暂的缩短，然后小幅地延长，并且在20世纪80年代末延长明显，因此1987年是夏季长度由缓慢延长转为明显延长的转折点。另外，夏季长度在1997年后的增长趋势最为明显，突破了检验线。

秋季长度变化可分为2个阶段：1962—1983年长度变化不稳定，以小波动为主；1983年后转为一致的缩短，且变化曲线在21世纪初突破了检验线。因此开平市的秋季长度在20世纪80年代初存在突变点。

冬季长度整体上表现为缩短，并且UF曲线在20世纪80年代中期就突破了检验线，冬季长度缩短显著，但是其UF和UB曲线不存在交点。

4 年平均气温对四季长度的影响

4.1 年变化

从平均气温的逐年变化曲线（图2）来看，开平市的年平均气温在1976年出现最低值（21.32℃），其次在1984年出现次低值，之后开平市的年平均气温基本维持在22℃或以上，并且在2007年出现峰值23.67℃，气温总体上呈逐渐升高的趋势。从线性拟合可知，年平均气温的气候倾向率与夏季长度的气候倾向率都为正值，年平均气温以0.027℃／年的速度升高。

图2 1961—2019年开平市年平均气温变化曲线

4.2 突变检验

对年平均气温作突变分析，从图3可以看出，年平均气温和夏季长度的检验曲线相似，都表现为前期有小幅回落，后期转为显著增加。年平均气温在1962—1988年有轻微波动，期间曾出现短期的低温，在20世纪80年代末开始升温明显，还突破了检验线，且与逆序列曲线存在交点，因此20世纪80年代末是年平均气温由小幅波动转为急剧升温的突变点，与夏季长度的突变情况一致。

图3 1961—2019年开平市年平均气温的M－K检验曲线

对年平均气温和4季长度作相关性分析，得出相关系数，只有夏季表现为正相关，其余均为负相关，具体为春季r＝－0.10、夏季r＝0.76、秋季r＝－0.27、冬季r＝－0.22。对其相关系数作检验得出，夏季长度通过了0.01显著性水平检验、秋季则通过0.05显著性水平检验。可见，夏季长度对气候变暖的响应最强，秋季次之，说明平均气温每10年上升0.27℃，夏季将延长5.42 d。