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第35卷第3期 氣象與環境科學 Meteorological and Environmental Sciences V0I.35 NO.3 Aug.2012 2012年8月 麗水市1 953--2010年氣溫變化對四季長度的影響 吳昊昊 ,陳惠芬 ,何凱玲 (1.南京大學大氣科學學院,南京210093;2.麗水市氣象局,浙江麗水323000 3.青田縣氣象局,浙江青田323900) 摘 要:根據麗水市國家氣象觀測站1953--2010年逐日氣溫資料,按照國家季節劃分標準對四季長度進行劃 分,運用趨勢分析、Mann—Kendall檢驗和滑動t檢驗對四季長度和氣溫變化的趨勢演變、突變轉折進行研究,從而探 討氣溫變化對四季長度的影響。結果表明:麗水市四季長度表現為夏季最長,冬季次之,春季和秋季相接近,秋季 略短。四季長度的變化趨勢為春、秋季長度延長緩慢,夏季變長明顯,冬季長度縮短顯著。近58 a麗水市氣溫呈明 顯的上升趨勢,氣候傾斜率為0.17℃/10a。氣溫變化對四季長度有較大的影響,尤其以冬季最為顯著。突變檢驗 表明,氣溫上升與冬季長度縮短的突變時間都在2O世紀90年代中期;相關性檢驗顯示氣溫與冬季長度的負相關 最明顯,通過a=0.01的顯著性檢驗。 關鍵詞:季節長度;氣溫變化;Mann.Kendall檢驗;滑動t檢驗 中圖分類號:P467;P423.3 4 文獻標識碼:A 文章編號:1673—7148(2012)03—0076—05 引 言 全球變暖以及由此帶來的環境變化問題已經越 對該地區季節變化的研究相對較少。深入研究麗水 市季節氣候變化特征及其演變規律,對防災減災,促 進經濟發展有重要意義。本研究首先按照國家季節 來越引起人們的關注。氣溫的升高直接影響氣候的 變化,造成四季長度和起止時間的變化¨ ,對經濟 發展和老百姓的日常生活造成直接影響。因此,分 析各季節的變化特征,研究其演變規律,是非常重 要的。 劃分標準對麗水市四季進行劃分,得到四季長度;其 次運用趨勢分析¨ 、Mann—Kendall檢驗 和滑 動t檢驗 ,分析四季長度的氣候趨勢和突變特 征;然后結合氣溫演變規律,探討氣溫變化對四季長 度的影響。 對于季節氣候,國內外許多專家學者作了相關 的研究工作,得出了不少有意義的結論。對于四季 1資料和方法 1.1 資料來源 本文所用的數據為1953--2010年逐t3氣溫觀測 劃分標準的討論,張靜¨ 等提出了適宜江、浙等地 氣候的季節劃分標準。張寶壟 。 等提出了我國、 西南、華南地區的季節分配指標和劃分標準。在季 資料,來源于麗水市國家氣象觀測站。 1.2四季劃分標準 節氣候變化特征的分析研究上,張世軒 。。等研究 了我國華北地區、熱帶地區和四川等地的季節轉換 特征與相關環流的影響;郁珍艷¨ 征的影響。 四季劃分通常以3—5月為春季,6—8月為夏季, 9—11月為秋季,12月~翌年2月為冬季。由于我國地 等分別從極端 溫度和氣溫突變等著手,研究了氣溫對季節演變特 麗水市地處浙江省西南浙閩兩省結合部,屬于 域遼闊,氣候特征差異明顯,因此上述劃分與實際氣 候狀況有較大出入 。本研究以2010年8月中國 氣象局通過的《氣候季節劃分》標準為依據。該標 準的界限溫度值是:冬季和春季為10.0℃,夏季和 秋季為22.0℃。其中春季的判斷方法為:以溫度序 亞熱帶季風氣候,四季分明,溫暖濕潤,雨量充沛。 目前針對氣溫、降水等方面的研究較多¨ 收稿日期:2011~11—05;修訂日期:2012—01—20 基金項目:浙江省麗水市科技計劃項目(2010JYZB10)資助 ,但針 作者簡介:吳吳曼(1980一),男,浙江麗水人,高級工程師,學士,主要從事應用氣象和氣象電子等相關研究.E-mail:wuhaomin8048@gmail.com
第3期 吳昊曼等:麗水市1953--2010年氣溫變化對四季長度的影響 77 列值首次大于或等于春季溫度閾值為標志日,即春 點,該點對應的時刻就是突變開始的時間 …。 季起始日以5 d為滑動步長,選取該日及前后各2 滑動t檢驗是通過考察兩組樣本平均值的差異 日的日平均氣溫值計算滑動平均。當連續10個滑 是否顯著來檢驗突變。其基本思想是把一氣候序列 動平均值均大于或等于春季溫度閾值,則以第一組 中兩段子序列均值有無顯著差異看作來自兩個總體 滑動平均中的第一個大于或等于春季溫度閾值的日 均值有無顯著差異的問題來檢驗。如果兩段子序列 期,作為春季開始的日期。其他季節的定義與此類 的均值差異超過了一定的顯著性水平,可以認為均 似,只是夏季≥22℃,秋季≤22℃以及冬季≤10 值發生了質變,有突變發生 。 cI=。本研究首先將各個季節的開始日期定為四季起 始日期,然后將相鄰兩個季節之間的時間段定為季 2 麗水市四季長度的氣候變化特征分析 節長度。 2.1 四季長度的氣候變化特征 1.3 Mann.Kendall檢驗和滑動t檢驗 由1953--2010年麗水市四季長度變化統計(表 本研究利用Mann.Kendall檢驗和滑動t檢驗對 1)可知,麗水市四季長度的變化幅度較大,特別是 麗水市四季長度和年平均氣溫進行分析,探究其變 春季,最長天數(109 d,發生在1997年)是最短天數 化趨勢和突變轉折點。 (29 d,發生在1985年)的3.8倍;夏季和冬季最長 Mann.Kendall檢驗法是一種非參數統計檢驗方 天數是最短天數的近2倍;秋季最長天數是最短天 法,在該檢驗法中,對于具有n個樣本量的時間序列 數的2倍多。四季中,最長的季節是1963年的夏 ,構造一秩序列s ,該序列是第i時刻數值大于 時 季,長度為151 d,橫跨5個月份;最短的季節是 刻數值個數的累計數,在時間序列隨機獨立的假定 1985年的春季,長度只有29 d,不足1個月。 下,定義統計量如下: 從每個季節的平均長度上來看,夏季最長,其次 ㈦,2,…,n 是冬季,春季和秋季長度相接近,秋季略短。夏季的 平均長度約是春、秋季的2倍,而夏、冬兩季的日數 式中, .=0,E(s )、Var(S )是累計數s 的均值和 就占了全年13數的62.3%,居絕對比重。對四季長 方差。按時問序列 逆序 , 一 一, ,再重復上 度的時間序列作一元線性擬合,得到各季節長度的 述過程,同時使UB =一 ( =17,,n一1,…,1), 氣候傾斜率。除了冬季長度是縮短以外,其他三季 UB.=0。當 >0,則表明序列呈上升趨勢;UF< 都表現為增加趨勢,其中夏季長度增加相對明顯,約 0,則表明序列呈下降趨勢。當 F超過臨界線時, 每10 a延長1.3 d。但只有冬季氣候傾斜率(一2.81 表明上升或下降的趨勢顯著。如果 和UB曲線 d/10a)通過 =0.05的顯著性檢驗,相當于每10 a 出現交點,且交點在臨界線之間,這個交點即是突變 縮短2.6%。 表1 1953--2010年麗水市四季長度變化統計 注:?表示通過0【=0.05的顯著性檢驗,括號中為發生的年份。 2.2 四季長度氣候變化的Mann.Kendall檢驗及滑 長度為減少以外,其他年份都表現為增長趨勢,其中 動t檢驗 1957--1958年春季長度的增長還超過僅=0.05的顯 為了進一步驗證麗水市四季長度的變化趨勢和 著性檢驗。夏季長度的變化,主要分為三個階段, 突變特征,利用Mann—Kendall檢驗,對四季長度進 1953—1976年以增長為主,1977--1998年減少,1999— 行分析,給定顯著性水平O/.通過0.05,即“。。 = 2010年再次轉為增長趨勢。秋季長度,同樣以增長為 ±1.96,圖1中虛線表示 =0.05的顯著性檢 主,其中20世紀50年代基本表現為減少,60年代開 驗線 。 始,秋季長度為一致的增長趨勢,只有1964--1965年 麗水市春季長度以增長趨勢為主,除了1964年、 跌落到零線以下。冬季長度,在60年代中期之前,變 1968年、1970--1971年、1986--1993年和1999年春季 化不穩定,波動為主;60年代中期之后分為1965—
78 氣象與環境科學 第35卷 1978年的減少趨勢、1979—1999年的增長趨勢和 交點;夏季和秋季,交點出現時段有所相似,都在60 年代中期之前和21世紀初,但具體時間又有所差 異;冬季長度的兩條檢驗曲線在1996年前后存在相 2000--2010年的減少趨勢,其中只有2008和2010年 減少趨勢突破 =0.05的顯著性檢驗。 就四季長度氣候變化的突變情況而言,Mann— Kendall檢驗結論顯示:春季,在60年代中期到90 交點,且交點都位于 =0.05的顯著性水平臨界線 之間。 年代初,長度變化不穩定,兩條檢驗曲線存在多個相 (a)吞李 。一廠 r… ………… … 3 2 1 i四 : 21f 一 一一 一 / : 一0 l ’、Ii’ ’…廠一 jfv V 一2 3 l953 1960 1967 1974 198l 1988 1995 2002 2009 年份 (C)秋季 …… (d)冬李 …… . … 一 , ~ 舭 ……一 由圖1可知, F和UB曲線交點較多,根據魏 鳳英 對Mann.Kendall檢驗法的分析,不是所有的 交叉點均是突變點,需要去除其中的雜點。為了能 夠進一步確認四季長度的突變情況,使用滑動t檢 驗方法進行驗證。取子序列長度5 a、10 a、15 a和 20 a。由滑動t檢驗的結果可知,冬季長度序列較顯 著地發生了突變,而其他季節沒有檢驗出突變點。 圖2為設定子序列長度n。=n =15 a時,冬季長度 序列滑動t檢驗的結果。在1992--1993年,統計值序 列超過了o【=0.01的顯著性水平,冬季的長度發生 了突變,由增長轉為明顯減少趨勢。這個結論與 3 麗水市氣溫變化對四季長度的影響 3.1 年平均氣溫的氣候變化特征 圖3給出了1953--2010年麗水市年平均氣溫的 變化趨勢。由圖3可見,近58 a來麗水市氣溫整體 呈上升趨勢,但期間存在“升溫一降溫一再升溫”的 反復。1953--1958年是一個相對偏冷期,l959—1967 年進入一個相對偏暖期,1968--1996年又再次回復 偏冷階段,1997年之后進入一個快速升溫階段。對 麗水市近58 a平均氣溫進行一元線性擬合,其氣候 傾斜率達到0.17℃/10a,氣溫上升趨勢明顯,相當 于每10 a氣溫升高0.94%,近58 a氣溫增加了1.0 cI=,通過0【=0.01的顯著性檢驗。 通過10 a滑動平均曲線,可以方便地觀察氣溫 的年代際變化特征,從中可以看出,麗水市氣候冷暖 交替的時間長短不一。從20世紀50年代初到60 年代末,經歷了長度約為6~8 a的冷暖交替之后, 麗水市進入一個從60年代末到90年代初的偏冷階 段,時間長達28 a,其中1976、1981和1984年氣溫 Mann—Kendall檢驗所得的結論基本一致,冬季長度 確實在20世紀90年代中期發生了突變。 4 3 2 理: 一1 1 2 3 4 0 ;一一一一一一一一一一一一一 : —— ——1967 1971 1975 1979 1983 1987 1991 1995 年份 達到最低值17.4℃。直到90年代中期后,氣溫才 重新走上回升的態勢,且上升勢頭猛烈,如1997— 2010年平均氣溫就達19.0 oC,比58 a平均氣溫高 圖2 1953--2010年麗水市冬季長度變化的滑動t檢驗
第3期 吳昊曼等:麗水市1953--2010年氣溫變化對四季長度的影響 79 出0.7 oC,其中最高氣溫是19.6 oC,出現在 2007年。 G 19 Ro.0 ^ :0一 l29 32 / 1953 l958 1963 1968 l973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 2008 年份 圖3 1953--2010年麗水市年平均氣溫變化趨勢 3.2氣溫變化的Mann.Kendall檢驗 對氣溫序列作Mann.Kendall檢驗,在分析氣溫 變化趨勢的同時,檢驗其突變點。由圖4的咿曲 線變化情況可知,近58 a來,麗水市氣溫整體呈上 升趨勢,但在不同時段上變化有所反復,其中1958、 1982和1991年是“冷一暖一冷一暖”的轉折點。在 1953--1957年間,麗水市氣溫處于較低水平;1958年 開始,氣溫處于明顯上升階段,除了1982--1990年氣 溫的咿曲線跌落至零線以下,其他時段上升趨勢 明顯,特別是1963--1968年和2000--2010年超越僅= 0.05的顯著性水平,其中1966--1967年和2002--2010 年甚至突破了0l=0.01的顯著性檢驗( = 2.56),呈極顯著的增溫趨勢。咿和UB曲線在 1996--1997年相交,且交點都位于僅=0.05顯著性 水平臨界線之間,說明在此期間麗水市氣溫變化發 生了突變,具體為氣溫上升速度的趨勢突變,由平緩 升溫轉為急劇升溫。 6 4 --1--; ■ 、 / 番 /、、 .、一 ., R . 一~ 一1 —2 1953 1960 1967 19 74 198l 1988 1995 2002 2009 年份 圖4 1953--2010年麗水市年平均氣溫變化的 Mann—Kendall檢驗 3.3 氣溫變化對四季長度的影響 將表1與圖3進行對比分析可知,隨著年平均 氣溫的顯著上升,四季長度發生了明顯的變化,四季 長度中除了冬季是縮短以外,春、夏、秋季都表現為 延長態勢。四季氣溫相比而言,冬季氣溫最低,冬季 長度的縮短導致另外三個季節長度的拉長,且表1 顯示夏季長度的延長最為明顯,夏季又是氣溫最高 的季節,所以與年平均氣溫的上升相吻合。 由圖1、2和4可見,四季長度的突變情況只有 冬季較為明顯,發生在90年代中期。年平均氣溫是 從1958年開始上升,兩條檢驗曲線在1996--1997年 相交。從突變時間的吻合度來看,氣溫與冬季長度 的突變點相一致,都在90年代中期發生了較為顯著 的突變,氣溫開始顯著上升,冬季長度開始急劇 縮短。 近58 a,氣溫與春、夏、秋、冬季節長度的相關系 數分別為一0.011、0.258、0.127和一0.354。由此 可知,春季長度與氣溫的相關性較低;夏、秋季長度 與氣溫呈正相關,且夏季長度與氣溫的相關性明顯 高于秋季;而冬季長度與氣溫呈負相關,且相關系數 最大,還通過 =0.01的顯著性檢驗。這再次驗證 了氣溫上升、氣候變暖對四季長度的變化有較大的 影響,特別是對冬季長度的縮短,影響最為顯著。 4結論與討論 (1)麗水市四季長度,夏季最長,冬季次之,春 季和秋季長度相接近,秋季略短,其中夏、冬兩季的 日數占全年日數的62.3%。四季長度的氣候變化 趨勢為:春、秋季長度延長緩慢,夏季變長明顯,冬季 長度縮短顯著。 (2)綜合四季長度的Mann.Kendall檢驗和滑動 £檢驗的結果可知,春季、夏季和秋季的長度沒有明 顯的突變情況;而冬季長度在20世紀90年代中期 發生突變,由增長轉變為明顯縮短。 (3)麗水市氣溫呈明顯上升趨勢,氣候傾斜率 為0.17 oC/10a,其中以20世紀90年代中期之后的 升溫最為顯著。Mann—Kendall檢驗得出:氣溫在 1996--1997年發生突變,由平緩上升轉為急劇升溫, 21世紀初的增溫幅度最大。 (4)氣溫的明顯上升,對四季長度的變化有較 大的影響,特別是冬季長度的縮短,主要表現在:年 平均氣溫的突變時間和冬季長度的轉折時間相一 致,都在20世紀90年代中期;而且氣溫與冬季長度 的負相關最明顯,通過Ot=0.01的顯著性檢驗。 參考文獻 [1]張靜,呂軍,項瑛,等.江蘇省四季變化的分析[J].氣象科學,2008,28 (5):568—572. [2]楊詩芳,毛裕定.浙江省近50年氣溫變化及四季劃分[J].浙江 氣象,2008,29(4):1—6. [3]張寶壟.中國季節之分配[J].地理學報,1934,1(I):29—74. [4]徐曉,肖天貴,麻素紅.西南地區氣候季節劃分及特征分析[J]. 高原山地氣象研究,2010,30(1):35—40.
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