仙居县气温变化特征研究

李知何 金郁淇

（仙居县气象局，浙江仙居 317300）

近年来， 全球气候变暖问题已成为国际社会关注的焦点，极端天气的发生频率、强度也不断攀升。1880—2012 年，全球的海洋与陆地的平均温度上升速率约为0.12 ℃/10 a[1-2]，同时研究[3-7]发现，中国的气温正在以0.25 ℃/10 a 的速度上升。

气温作为最重要的气候分析因素之一， 它的变化能够极大地影响人们的生产生活。 在这种背景之下， 研究并分析特定区域内的气温变化特征可以进一步客观、全面、科学地了解浙中地区气候变化规律，以期为当地气象部门开展气象服务提供帮助；也可以为决策部门在建立高温、低温预警机制和保护生态环境提供参考。

我国幅员辽阔， 不同地域气温演变特征存在一定的差异[8]，气温的变化情况在年际以及季节尺度上也有各自的特点。因此，根据目前人类对气候变化的认识， 需要准确研究区域和地方的气候变化特征及趋势[9-10]。 本文叙述了仙居县平均气温随时间变化的规律，揭示了仙居县平均气温序列的冷暖变化过程，并对仙居县未来的温度变化趋势进行预测， 以期为当地气象研究提供参考。

1 资料与方法

1.1 数据来源

为保证数据的完整性以及研究结论的准确性，本文采用由仙居县气象局提供的并经过专业分析处理和综合性质量检验的仙居县气象站1960—2020 年逐日平均气温数据，该数据的使用确保了研究结果的可信度。 通过气象数据统计方法分别统计出仙居县气象站逐年平均气温以及春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）、冬季（12 月至次年2 月）的平均气温。

1.2 研究方法

本文采用线性趋势分析法、R/S 分析法、小波分析法、M-K 分析法等对仙居县温度变化特征进行研究。

2 结果与分析

运用线性趋势分析法与五点滑动平均法对仙居县近60 年气温变化趋势曲线进行拟合（图1）。 可以看出，仙居县近60 年平均气温波动变化，但整体呈现上升趋势。仙居县近60 年平均气温约17.57 ℃；最低平均气温在1981 年，为16.6 ℃；最高平均气温在2020 年，为19.1 ℃。 将仙居县近60 年平均气温变化趋势曲线进行拟合， 得到年平均气温的一元线性回归方程为y=0.022 8x+16.851。

由一元线性回归方程可得，1960—2020 年仙居县气温变化率约为0.23 ℃/10 a，仙居县过去60 年平均气温上升了约1.4 ℃。 该结论与某些学者[11-12]得出的中国气温正在以0.25 ℃/10 a 的速率上升，而全国的平均气温也上升了约1.3℃的部分结论相吻合。 仙居县过去60 年平均气温的上升幅度基本与全国平均气温上升幅度相同（仙居县变化率为0.23 ℃/10 a，全国变化率为0.25 ℃/10 a）。 统计了仙居县近60 年各季节平均气温变化要素（表1）后发现，春季、夏季、秋季、冬季的升温率分别为0.260、0.125、0.200、0.341 ℃/10 a，由此看出，仙居县春、冬两季的升温率要大于夏、秋两季，且冬季的平均气温升温率最高，说明仙居县在平均气温的上升趋势中冬季和春季成为气温增长趋势的最主要贡献者。 然而从5 年滑动平均趋势曲线来看，仙居县近60 年的年均气温波动大致可以划分为2 个时期，即1960—1998 年的偏冷期，1999—2020 年的偏暖期。其中，在1999—2020 年的偏暖期当中，2008—2012 年有1 个转冷的时期，且在这个转冷的时期中冬季平均气温变化幅度要大于另外3 个季节； 而在1999—2020 年的偏暖期中秋季转向偏暖日期开始于1990 年左右，要早于其他3 个季节。

表1 仙居县近60 年各季节平均气温变化

对仙居县近60 年的春季、夏季、秋季、冬季温度的变化趋势曲线进行拟合（图2），发现仙居县四季平均气温变化都呈现波动上升趋势， 这也在一定程度上佐证了年平均温度上升的结论， 而各个季节的气温变化趋势系数都是正值， 说明四季的温度变化特征或多或少都呈现线性上升趋势。

由图3 可以看出，UB 和UF 2 条曲线于2006 年在显著性水平检验（α=0.05）的临界线内接近相交，在2012 年时在临界线之外相交，故仙居县年平均气温没有发生突变。 从图中的UF 曲线可以看出，仙居县的年平均气温在1960—1990 年呈现波动式下降；在1990—2020 年呈上升趋势， 尤其在1998 年前后曲线上升较为平滑，且在2008 年前后突破显著性水平检验（α=0.05），说明在2008 年之后仙居县气温上升趋势十分显著。

从季节角度来看，夏、秋、冬三季的平均气温都存在突变情况，其中：秋季发生了2 次突变，且这2 次突变发生在2010 年前后；夏、冬两季的突变都发生在2000 年左右。 在春季气温突变检验中，虽然UF 和UB 有交点， 但是交点位于显著性水平检验（α=0.05）的临界线之外，因而春季的平均气温不存在突变情况（图4）。 观察UF 曲线走势可以看到，春、秋、冬三季在UF 与UB 出现交点前，均温都有较明显的上升趋势；而夏季的均温在UF 与UB 出现交点之前，呈现波动上升的趋势。 在交点之后，UF 曲线的上升趋势都十分明显，在突破显著性水平检验（α=0.05）的范围之后，气温上升趋势都非常显著。

虽然年平均气温在2010 年左右未通过显著性水平检验（α=0.05），但是观察UF 曲线能够明显看出，从1988 年开始温度呈现上升趋势。 这一发现与雷 媛等[13]得出的浙江省在1951—1985 年为气温下降阶段， 在20 世纪80 年代中期以后气温开始上升变暖的结论相吻合。

结合图5 可以看出，仙居县近60 年年平均气温的规律性较为明显， 其在演变过程中存在多时间尺度的特征。具体来说，其演变过程存在着2~5 年短周期规律和10~20 年的较长周期规律。 在3~4 年的时间尺度上出现了冷—暖交替的准3 次震荡变化，历经了约3 个比较完整的冷—暖交替变化， 且在整个研究时间序列表现比较稳定，具有全域性，估计震荡中心在3.5 年左右； 在10~20 年的时间尺度上存在着2~3 次震荡，预计震荡中心在13 年左右。 但不论是从2~5 年短周期规律还是从10~20 年较长的周期规律来看，2020 年至今仙居县都处在暖周期，这也从侧面印证了2008 年后仙居县温度显著上升的结论。

基于仙居县近60 年观测数据，采用R/S 分析得出年平均气温与各个季节平均气温的Hurst 指数，并拟合出仙居县的年平均气温与季节平均气温的Hurst 指数图。 由图6、7 可以看出，各个时间序列所得出的lg（R/S）-lg（n）图像都具有比较好的线性特征，且运用最小二乘法对其进行拟合时，其一元线性回归模型都通过了相关检验，且相关系数（R2）都比较高，进一步说明了Hurst 指数可信度较高，能很好地揭示时间序列趋势[14]。 从年平均气温的Hurst 指数值（全年H=1.039、春季H=0.991 4、夏季H=0.907 3、秋季H=0.944 6、冬季H=0.883 9）可以看到，5 个气温序列的Hurst 值都大于0.5（其中全年H=1.039，略大于1 但接近于1， 表明未来全年于过去有着很强的正持续性， 其微小的误差不影响气温趋势的预测结果）。仙居县的年平均气温与四季平均气温变化都具有正持续性的特征， 这说明仙居县未来气温变化趋势与过去气温变化趋势相同， 且仙居县未来的年平均气温与过去趋势相同、 四季的平均气温变化趋势也与过去趋势相同，都将持续增暖。 IPCC 的第四次与第五次评估报告都指出， 未来气候仍将保持增温趋势。 这与本文对仙居县未来气温趋势所预测的结果一致。

3 结论

本文依据1960—2020 年的气温数据，利用小波分析探究其气温冷暖变化周期的变化规律和时间长度， 并利用统计分析方法阐明了仙居县变暖速率和全国水平间的关系， 说明了仙居县年平均气温和四季平均气温变化的特点，得出以下结论。

（1）线性趋势分析表明，仙居县近60 年平均气温呈现上升趋势，上升了约1.4 ℃，年平均气温变化率约为0.23/10 a，与全国平均升温率基本持平。 从季节角度看，就气温上升率而言（春季0.260 ℃/10 a、夏季0.125 ℃/10 a、秋季0.199 ℃/10 a、冬季0.341 ℃/10 a），冬季和春季成为气温增长趋势的最主要贡献者；从五点滑动平均所得曲线来看，仙居县近60 年四季平均气温变化趋势和年平均气温变化趋势大致相同，都可以划分为2 个时期， 即1960—1998 年的偏冷期，1999—2020 年的偏暖期。

（2）M-K 分析结果表明，近60 年仙居县平均气温虽然没有发生突变，但在1988 年左右气温开始转为偏暖，且在2008 年前后仙居县的气温上升趋势十分显著；对于季节平均气温而言，除了春季没有通过突变检验外，其他季节均发生了突变，其中夏、冬两季的突变都发生在2000 年左右，秋季的2 次突变发生在2010 年前后。

（3）小波分析结果显示，仙居县近60 年平均温度在演变过程中存在2~5 年短周期规律和10~20 年较长周期规律， 其中在3~4 年的时间尺度之上历经了约3 个比较完整的冷—暖交替变化，在10~20 年的时间尺度上存在着2~3 次比较完整的冷—暖交替变化。

（4）R/S 分析结果显示， 仙居县四季和全年的平均气温Hurst 值都大于0.5。 结合Hurst 指数含义，可知仙居县未来气温变化趋势与过去气温变化趋势相同，且仙居县未来的年平均气温与过去趋势相同、四季平均气温变化趋势也与过去趋势相同， 都将持续增暖。