1961—2017年開魯縣氣溫變化特征分析

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　　摘要    利用開魯縣1961—2017年的氣溫資料，分析近57年的氣溫變化特征。結果表明，開魯縣年以及季節的平均溫度均呈現出明顯的上升趨勢，氣候傾向率為0.335 ℃/10 a，其中春季增溫幅度最大，氣候傾向率為0.43 ℃/10 a;利用M-K突變檢驗得到開魯地區年平均氣溫在1993年發生突變，突變前1961—1993年平均氣溫為6.2 ℃，突變后年平均氣溫為7.3 ℃，突變后比突變前氣溫上升了1.1 ℃;同時使用Matlab進行小波周期分析得到，年平均溫度存在明顯的5年、11年、22年以及27年多個時間尺度的震蕩周期，小波方差圖上表現存在3個主周期，依次對應著28年、22年以及11年的時間尺度。
　　關鍵詞    氣溫;變化趨勢;M-K突變檢驗;小波分析;內蒙古開魯;1961—2017年
　　中圖分類號    P423        文獻標識碼    A        文章編號   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
　　開魯縣地處西遼河沖擊平原，介于東經120°25′～121°52′、北緯43°9′～44°10′之間，是內蒙古重要的農區，被譽為“中國的紅干椒之都”。IPCC報告指出，全球氣候變化將對農業產生重大影響。同時還指出，1880—2012年間全球平均溫度已升高0.85 ℃[1]，同時，大量研究表明，中國的氣候變化與全球氣候變化總趨勢保持一致[2]，中國近54年增溫速率約 0.25 ℃/10 a，開魯地區氣溫也發生了明顯變化。本文為進一步了解氣溫年及季節變化的特點，利用Mann-Kendall突變檢測及Matlab的小波周期分析，對通遼市開魯縣1961—2017年長時間序列氣溫變化特征進行分析[3]，以期揭示開魯地區的氣候變化規律，為農業部門在氣候變化背景下合理安排農業生產提供科學參考。
　　1    資料與方法
　　采用開魯縣1961—2017年的氣溫資料，選取平均氣溫建立長時間的年氣溫時間序列，依據氣象行業標準《氣候季節劃分》，以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12至翌年2月為冬季，進行四季的統計分析，進而建立各季氣溫時間序列。利用氣溫的長時間序列對開魯地區氣溫的長期變化趨勢進行分析，并使用M-K突變檢測，進一步總結突變特征，同時采用小波分析方法，對多年氣溫變化周期進行分析，進而掌握氣溫變化的振蕩周期。
　　2    結果與分析
　　2.1    年、季節氣溫變化趨勢分析
　　由圖1可知，開魯縣年以及季節的平均溫度均呈現出明顯的上升趨勢。從圖1（a）可以看出，1961—2017年年平均溫度在4.6～8.6 ℃之間，氣候傾向率為0.335 ℃/10 a，其中區域平均氣溫最低出現在1969年（4.6 ℃），最高氣溫出現在2007年（8.6 ℃），多年平均溫度為6.7 ℃，1961—2017年間呈現波動上升的變化趨勢。由圖1（b）（c）（d）（e）可以看出，開魯地區四季平均氣溫與年氣溫變化趨勢一致，其中春季增溫幅度最大，氣候傾向率為0.43 ℃/10 a，冬季次之，為0.37 ℃/10 a，秋季為0.28 ℃/10 a，夏季為0.25 ℃/10 a，各季度呈現出明顯波動增長的變化趨勢。開魯地區年平均氣溫和四季平均氣溫變化趨勢與全國氣溫以及全球氣溫變化趨勢基本一致。 　　2.2    年、季節氣溫突變分析
　　氣溫突變是氣候預測與模擬的重要因素，是普遍存在于氣候系統中的一個重要現象[4-5]。本文利用Mann-kendall法繪制開魯地區年及季節平均氣溫時間序列M-K曲線，顯著水平為0.05（臨界值為±1.96），同時，結合累積距平法對開魯地區1961—2017年及季節平均氣溫進行突變分析[6]。由累積距平曲線可知，開魯地區氣溫經歷了一個顯著的升降過程，總體而言，1961—1987年呈下降趨勢，1987—2017年呈上升趨勢，其中個別年份伴隨著較小波動，見圖2（a）。
　　Mann-kendall突變檢驗結果見圖 2（b），可以看出，在置信區間范圍內，UF曲線與UB曲線有一個交點（1993年），通過對突變點前后的氣溫差異進行顯著性檢驗，判斷出開魯地區年平均氣溫在1993年發生突變，突變前平均氣溫為6.2 ℃，突變后年平均氣溫為7.3 ℃，突變后比突變前氣溫上升了1.1 ℃。
　　由圖 2（c）（d）（e）（f）可知，四季平均氣溫的UF曲線與UB曲線在0.05置信區間內均存在交叉點。在置信區間內，春季存在1個交叉點，突變出現在1993年，突變后比突變前上升1.57 ℃;夏季存在3個交叉點，分別為1999年、2001年及2004年，經檢驗，1999年為夏季平均氣溫的突變點，突變后比突變前上升1 ℃;秋季和冬季平均氣溫也存在突變，分別出現在1987年，突變后比突變前溫度分別上升1.01 ℃和1.4 ℃，其中春季增溫趨勢最明顯。
　　2.3    年、季節氣溫周期變化分析
　　為進一步研究開魯地區年平均氣溫的多重時間尺度的周期變化特征，本文對開魯地區1961—2017年的年平均氣溫進行Morlet小波分析（圖3）。等值線值的大小在一定程度上反映了波動的震蕩強度[7]。開魯站年平均氣溫序列小波變換系數在1961—2017年間存在明顯的5年、11年、22年以及27年多個時間尺度的的震蕩周期，在不同震蕩周期上均存在偏低和偏高中心;1995年后生成明顯的5年震蕩周期，存在著5次震蕩，且氣溫偏高趨勢顯著。
　　小波方差圖反映平均氣溫時間序列的波動能量隨尺度年的分布情況，進而確定平均氣溫多年變化中的主周期[8]。由圖4可知，小波方差圖中存在3個主周期，依次對應著28年、22年、11年的時間尺度。這3個周期的波動控制年平均氣溫在整個時間域內的變化特征。
　　其中，最大峰值對應著28年的時間尺度，說明28年左右的震蕩周期最強，為年平均氣溫變化的第一主周期，結合圖3發現，在28年主震蕩周期上存在3個偏低中心與2個偏高中心;22年時間尺度對應第二峰值，為年平均氣溫變化的第二主周期;第三峰值對應著11年的時間尺度，為第三主周期。
　　3    結語
　　開魯縣年以及季節的平均溫度均呈現出明顯的上升趨（下轉第182頁）
　　勢。1961—2017年年平均溫度氣候傾向率為0.335 ℃/10 a，同時，開魯地區四季平均氣溫與年氣溫變化趨勢一致，其中春季增溫幅度最大，氣候傾向率為0.43 ℃/10 a，冬季次之，為0.37 ℃/10 a，秋季為0.28 ℃/10 a，夏季為0.25 ℃/10 a，四季均呈現出明顯波動增長的變化趨勢。通過M-K突變檢驗得到開魯地區年平均氣溫經歷了一個顯著的升降過程，總體而言，1961—1987年呈下降趨勢，1987—2017年呈上升趨勢，其中個別年份伴隨著較小波動，在1993年發生突變，突變前1961—1993年平均氣溫為6.2 ℃，突變后年平均氣溫為7.3 ℃，突變后比突變前氣溫上升了1.1 ℃。同時，開魯站年平均氣溫序列小波變換系數在1961—2017年間存在明顯的5年、11年、22年以及27年多個時間尺度的的震蕩周期，并存在3個主周期，依次對應著28年、22年以及11年的時間尺度。
　　4    參考文獻
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