海建航,陳永金，逯孝強，劉曉迪，王秉芝

（聊城大學 環(huán)境與規(guī)劃學院， 山東 聊城 252059）

吉林省 1953-2013 年氣候變化研究

海建航,陳永金，逯孝強，劉曉迪，王秉芝

（聊城大學 環(huán)境與規(guī)劃學院， 山東 聊城 252059）

基于吉林省 1953-2013 年的氣候數(shù)據(jù)，利用線性傾向估計方法分析了氣溫、降水量的變化情況.結(jié)果表明：近六十年來，吉林省氣溫、降水分別呈上升、減少變化特點.對兩種氣候要素更近一步的分析變化特征，可將氣溫分成三個階段：1953-1968 年為第一階段，1969-1987 年為第二階段，1988-2012 年為第三階段.降水分為三個階段：1953-1973 年為第一階段，1974-2004 年為第二階段，2005-2012 年為第三階段.兩種要素在不同的階段表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律.并分季度對 1953-2013 年的氣溫、降水情況進行了分析.

氣溫；降水；太陽黑子；厄爾尼諾；拉尼娜

氣候變化近年來已經(jīng)引起各國的廣泛關(guān)注，尤其是工業(yè)革命以后，人類改造自然的能力增強，全球氣候變化的劇烈程度前所未有.大量研究表明，以變暖為主要標志的全球氣候變化已經(jīng)嚴重威脅到了地球環(huán)境和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1].因此，研究氣候變化的成因機制及應(yīng)對全球變化帶來的影響已經(jīng)成為全人類重要的課題.

根據(jù)楊冬紅，楊學祥等人的研究，他們把全球氣候變化的原因歸為以下幾個方面：太陽活動、地球軌道變化、臭氧空洞、地磁、海洋活動、火山活動、大氣作用等[2].本文研究 吉林省 1953-2013 年來的氣候變化，研究的地域范圍相對較小，研究的時間尺度也相對較短.故本文主要從太陽黑子，厄爾尼諾/拉尼娜現(xiàn)象和拉馬德雷這幾個方面與吉林省氣候的關(guān)系.通過研究他們之間的相關(guān)關(guān)系，對旱澇災(zāi)害以及近年來多發(fā)的極端異常氣候的預(yù)警提供幫助，并更好的服務(wù)于人類的生產(chǎn)生活.

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

吉林省，簡稱吉.地處東經(jīng) 122-131 度，北緯41-46 度之間.面積 18.74 萬平方公里.東西長 650公里，南北寬 300 公里.吉林省地形主要有東部的長白山區(qū)和中西部的平原兩大地形區(qū)組成.吉林省屬溫帶季風氣候，四季分明，雨熱同季.夏季高溫多雨，冬季寒冷漫長.冬季平均氣溫在 -11℃以下.夏季平原平均氣溫在 23℃以上.吉林省氣溫年較差在35～42℃，日較差一般為 10～14℃.全年無霜期一般為 100～160 天. 吉林省多年平均日照時數(shù)為2259～3016 小時.年平均降水量為 400～600 毫米，但季節(jié)和區(qū)域差異較大，80%集中在夏季，以東部降雨量最為豐沛.

1.2 數(shù)據(jù)來源：

本文所利用的氣候數(shù)據(jù)是由中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務(wù)（http://cdc.cma.gov.cn）整編的中國 194個基本、基準地面氣象觀測站及自動站的數(shù)據(jù)集中獲得，數(shù)據(jù)來源真實可靠.包括吉林省的前郭爾羅斯、四平、延吉、長春、臨江五個基本基站自 1953 年-2013 年的年度、月度氣溫降水資料，并計算出春（3-5 月）、夏（6-8 月）、秋（9-11 月）、冬（12 月 - 次年 1、2 月）的氣溫降水資料.它們分別位于吉林省的西北，西南，東部，南部，東南部，且涵蓋了長白山區(qū)和松嫩平原兩大地形區(qū)，基本上可以代表吉林省的氣候特征.

1.3 分析方法

1.3.1 線性傾向估計

xi代表樣本量為 n 的某一氣候變量，用 ti表示xi所對應(yīng)的時間，建立 xi與 ti之間的一元線性回歸方程：

其中 a 為回歸常數(shù)，b 為回歸系數(shù).這是一種最簡單的、特殊的線性回歸形式.它的含義是用一條合理的直線表示 x與其時間 t之間的關(guān)系.

回歸系數(shù)b的符號表示氣候變量 x的趨勢傾向.當 b 的符號為正時，即當 b＞0 時，說明隨時間 t的增加x呈上升趨勢；當 b的符號為負時，即當b＜0 時，說明隨著時間 t的增加 x 呈下降趨勢.b 值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的傾向程度，因此，通常將 b 稱為傾向值，而這種方法叫做線性傾向估計.

3 結(jié)果分析

3.1 氣溫變化分析

3.1.1 年度變化

從 1953 年到 2013 年間，吉林省平均氣溫為5.53℃，年平均氣溫呈波動上升變化 （如圖 1）.其中，1953 年至 1968 年吉林省平均氣溫呈快速上升趨勢，但是氣溫上升速度較快而 1969-1987 這段時間的平均氣溫中，只有兩年的平均氣溫高于平均線，說明這個時期是一段溫度較低時期；從1988-2012 這年的平均氣溫普遍較高，并且這段時期氣溫上升速率較快，是氣候最為溫暖的時期.

圖1 1953-2013 吉林省平均氣溫變化圖

進一步分析 60年吉林省氣溫變化可以劃分為三個階段，從 1953 年到 1968 年為第一階段，此階段氣溫最低，但是上升趨勢明顯，平均氣溫4.87℃，；第二階段為 1969 年到 1987 年，此階段氣溫相對較低，平均氣溫 5.17℃，是氣溫變化較為平穩(wěn)的階段；第三階段是 1988 到 2012 年，此階段氣溫呈顯著上升趨勢，平均氣溫為 6.22℃，是三個階段中溫度最高的階段.

“拉馬德雷”現(xiàn)象在氣象和海洋學上被稱為“太平洋十年濤動”（PDO），是一種高空氣壓流，分別以“暖位相”和“冷位相”兩種形式交替在太平洋上空出現(xiàn)，每種現(xiàn)象持續(xù) 20 至 30 年.研究表明，近 100多年來，“拉馬德雷”已出現(xiàn)了兩個完整的周期.第一周期的“冷位相”發(fā)生于 1889 年至 1924 年，而1925 年至 1945 年為“暖位相”；第二周期的“冷位相”出現(xiàn)于 1946 年至 1977 年，1978 年至上世紀 90年代后期為“暖位相”.自 2000 年起，“拉馬德雷”又開始進入“冷位相”[3].1953-1968 年第一階段氣溫偏低可能是由于“冷位相”導致的.1988 年之后氣溫快速回升時期，也就是“拉馬德雷”的第二個“暖位相”時期.而 2006 年之后氣溫下降又與 2000 年之后的“冷位相”有關(guān)，但是由于在全球變暖的大背景下，氣溫隨略有下降，但是仍然偏高.

3.1.2 季度變化

根據(jù)春（3-5 月）、夏（6-8 月）、秋（9-11 月）、冬（12 月 - 次年 1、2 月）四個季度來分析氣溫變化可得出：四個季度的平均溫度都呈上升趨勢，但上升快慢有所差別，其中冬季上升速度相對最快、夏季相對最慢.

如圖 2 所示，春、夏、秋、冬氣溫的線性趨勢分別遵循以下模型：

圖2 四福圖至上而下依次代表春、夏、秋、冬四個季度的氣溫變化趨勢

由以上模型分析可得出：四個季度氣溫都呈上升趨勢，但上升幅度各不相同；冬季氣溫的上升幅度最大，夏季氣溫的上升幅度最小.吉林省屬于東北地區(qū)，冬季寒冷而漫長，氣候適度變暖有利于人類生產(chǎn)生活和農(nóng)業(yè)發(fā)展[4].

相比較來說，春季氣溫波動幅度較大，呈上升趨勢明顯；夏季氣溫較為平穩(wěn)，波動幅度較小，上升幅度也很小.冬季溫度上升幅度最大.對于春季的氣溫波動較大，尤其應(yīng)當注意突來的倒春寒現(xiàn)象和由于溫度忽冷忽熱引發(fā)的感冒等疾??；東北地區(qū)河流大多數(shù)都有春汛，春季氣溫升高有可能導致春汛提前，水利部門應(yīng)當引起重視.

3.2 降水量

3.2.1 年度變化

從 1953 年到 2013 年吉林省平均年降水量為600.15 mm，年際變化顯著.根據(jù)降水變化情況，可將其分為三個階段：1953 年到 1973 年為第一階段，此階段降水量呈下降趨勢，20 年中絕大多數(shù)年份的年均降水量高于 600.15mm；1974 年到 2004年為第二個階段，這個階段在三個階段中持續(xù)時間最長，降水量在平均降水量上下波動變化，但是三個階段中降水量最為稀少的時期；2005 年到 2012為第三階段，在這個階段，降水量年際變化最大，且干旱與降水豐富的年份交替，且相鄰年份之間的降水量之差在增大.可見，降水量總的趨勢是在減少，并且降水量波動幅度在增大，年際變化越來越大.因此，對于吉林省的降水必須要做出科學的預(yù)警，以便應(yīng)對近幾年頻發(fā)的旱、澇災(zāi)害.

圖3 1953-2013 吉林省平均降雨量變化圖

3.2.2 季度變化

從降水量的季節(jié)分配來看，1953-2013 年間夏季降水最多，占全年的 60%-80%之間，其次是秋季，約占全年的 20%左右，冬季降水最少占 5%左右.從春夏秋冬四季來看，60 年來，春、夏、秋、冬的線性趨勢分別遵循以下模型：

由以上模型可以看出：冬、春兩個季節(jié)降水逐漸增多，而夏、秋兩季降水減少.夏秋兩季是吉林省降水最為集中的季節(jié)，也是農(nóng)作物生長最為關(guān)鍵的季節(jié).而夏秋兩季的干旱化趨勢對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是不利的.針對于冬、春兩季的降水增多的趨勢，可以采取一定措施，將冬、春兩個季節(jié)的降水收集，儲存，以便于應(yīng)對夏秋兩季的旱災(zāi).吉林省冬季嚴寒，降水主要是以雪的形式存在.冬季降雪增多，對人們的出行會帶來不便.尤其是大暴雪，會帶來嚴重阻礙出行，嚴重的雪災(zāi)甚至會造成重大財產(chǎn)損失.因此，做好吉林省冬季大雪的預(yù)報也是極其必要的.

圖4 四福圖至上而下依次代表春、夏、秋、冬四個季度的降水變化趨勢

4 厄/拉與黑子對氣溫降水的影響

厄爾尼諾與拉尼娜是發(fā)生在東太平洋表面海水溫度異常的兩種現(xiàn)象.大量的研究表明厄爾尼諾/拉尼娜事件會對氣候產(chǎn)生重要的影響.本文重點探究厄爾尼諾/拉尼娜與氣溫和降水之間的相關(guān)關(guān)系.

4.1 厄爾尼諾 /拉尼娜與氣溫

吉林省的氣溫在 1957，1969 年，1982-1988， 2009-2013 年出現(xiàn)氣溫明顯偏低的現(xiàn)象.1989-2008年氣溫一直呈波動上升狀態(tài).

1953-2013 年發(fā)生了 10 次厄爾尼諾現(xiàn)象，其中有 6 次處于氣溫偏高的年份.且在 1988-1999 年連續(xù)的升溫年份中，還發(fā)生了 1995，1998 年兩次強厄爾尼諾現(xiàn)象.因此，可初步斷定，厄爾尼諾的發(fā)生會導致吉林省氣溫偏高.

厄爾尼諾年 1958 1966（弱） 1969 1983 1987 1992 1995（強） 1998（強） 2003（強） 2010氣溫偏高年份 1958-1964 1988-1999 1988-1999 1988-1999 1988-1999 2002-2004

拉尼娜年 1955 1956 1972弱1974弱1975弱1976弱 1985 1989 1996 1999 2000 2008 2009 2011 2012氣溫偏低現(xiàn)象 1957 1970-1972 1974 1983-1988 2000 2009-2013 2009-2013 2009-2013

1953-2013 年，發(fā)生了 16 次拉尼娜現(xiàn)象，其中出現(xiàn)了 8 次氣溫偏低的現(xiàn)象.可以認為，拉尼娜現(xiàn)象促使了氣溫的偏低.

4.2 厄爾尼諾 /拉尼娜與降水

通過厄 /拉發(fā)生的年份與降水量的關(guān)系，我們可以看出：在厄爾尼諾發(fā)生的年份，吉林省的降水量相對較少；拉尼娜出現(xiàn)的年份，降水相對較多.

圖5 1953-2013 年厄 /拉與降水量的關(guān)系圖

進一步分析厄/拉與降水量之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：從 1953-2013 年，六十年發(fā)生了十次 10 厄爾尼諾現(xiàn)象，在這 10 次厄爾尼諾年中，有 8 次降水偏少的年份與厄爾尼諾發(fā)生的時間大致吻合，可以初步推斷出厄爾尼諾發(fā)生年，使得降水減少.但是并不是完全吻合.降水對于厄爾尼諾的相應(yīng)可能會有遲滯，或許會在發(fā)生的第二年出現(xiàn)對應(yīng)的異常現(xiàn)象.這可能是由于厄爾尼諾發(fā)生在相應(yīng)那一年的年末，因此，降水的響應(yīng)發(fā)生在下一年.大量的研究表明，厄爾尼諾會使我國北方地區(qū)夏季異常高溫，且使其干旱化[5-8].

厄爾尼諾年 1958 1966 1969 1983 1987 1992 1995 1998 2003 2010降水偏少年份 1958 1970 1973-1985 1988 1991-1994 1999-2004 1999-2004 2011

1953-2013 年中，有 9 次降水偏多的年份與拉尼娜發(fā)生的時間吻合.則可以說明拉尼娜與降水增多之間存在較強的正相關(guān).

拉尼娜年 1955 1956 1972 1974 1975 1976 1985 1989 1996 1999 2000 2008 2010 2011 2012降水偏多的年份 1956 1956 1972 1986 1989 1996 2008 2011 2012

4.2 太陽黑子

4.2.1 太陽黑子與氣溫

太陽黑子相對數(shù)與氣溫呈負相關(guān).通過圖 6 可以看出，太陽黑子在達到峰值的年份，大多數(shù)都是氣溫偏低的年份，而太陽黑子在呈現(xiàn)谷值的時候，氣溫絕大大多數(shù)都是偏低的年份；而且，通過兩條曲線的對比，也可以發(fā)現(xiàn)太陽黑子的變化趨勢大致與氣溫的變化趨勢相反[8-10].

圖6 1953-2013 年吉林省太陽黑子數(shù)量與年平均氣溫變化關(guān)系

4.2.2 太陽黑子與降水

太陽黑子相對數(shù)與年降水量之間存在一定的相關(guān)性.這種相關(guān)性主要表現(xiàn)在當太陽黑子呈現(xiàn)峰值或者谷值時，降水量也是處于極值的年份.有時候太陽黑子在峰值年前后時，降水量是最近幾年的極小值，有時太陽黑子在谷值年前后，降水量確是極大值年份[11-12].但是可以確定的是太陽黑子處于極值時，降水量同時也大致會是極端的狀況.

圖7 1953-2013 年吉林省太陽黑子數(shù)量與年平均氣溫變化關(guān)系

5 結(jié)論

（1）1953-2013 年吉林省氣溫變化可以劃分為三個階段，從 1953 年到 1968 年為第一階段，此階段氣溫平均值最低，平均氣溫 4.87℃，但是溫度快速上升的階段；第二階段為 1969 年到 1987 年，此階段氣溫變化平緩，平均氣溫 5.17℃，是三個階段平均氣溫變化幅度最小的階段，但平均氣溫仍保持較低狀態(tài)；第三階段是 1989 到 2013 年，此階段平均氣溫為 6.12℃，是三個階段中溫度最高的階段.但吉林省氣溫在 60年來總體是上升趨勢.

吉林省的溫暖與寒冷時期與第二周期的拉馬德雷冷暖位交替有關(guān)，即 1946-1977 冷位相時期，吉林省氣溫一直較低；1978-90 年代后期暖位相時期，吉林省氣溫在 1988 年之后迅速回升；2000 年至今的冷位相時期，吉林省氣溫在 2005 年之后迅速下降.

（2）1953-2013 年吉林省降水的趨勢是減少，按照降水變化情況可將其分為三個階段：1953 年到 1973 年為第一階段，此階段降水量呈下降趨勢；1974 年到 2004 年為第二個階段，這個階段在三個階段中持續(xù)時間最長，降水量在平均降水量上下波動變化，是三個階段中降水量最為稀少的時期；2005 年到 2012 為第三階段，第三個階段降水量的年際變化最大.

按照季節(jié)的降水量分析結(jié)果表明，吉林省冬、春兩季的降水在增多，夏、秋兩個季節(jié)降水在減少.吉林省應(yīng)當重點做好夏秋兩季旱災(zāi)的預(yù)防和冬季強降雪天氣帶來的不利影響.

（3）在厄爾尼諾發(fā)生的年份，吉林省的降水量相對較多，年平均氣溫易偏高；拉尼娜出現(xiàn)的年份，降水相對較少，年氣溫容易偏低.

（4）太陽黑子相對數(shù)與吉林省氣溫呈現(xiàn)負相關(guān)，太陽黑子數(shù)量變化與年平均氣溫變化趨勢有負相關(guān)到正相關(guān)的轉(zhuǎn)變，在由正相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)樨撓嚓P(guān)；但是氣溫的極值總是發(fā)生在太陽黑子峰值或者谷值的年前后.可以通過增強對太陽黑子的監(jiān)測來預(yù)測氣候的變化趨勢.

〔1〕Qin Dahe，Chen Yiyu，LiXueyong． Climate and EnvironmentChanges in China ( Ⅰ ) ：Changes and Prediction of Climate and Environment in China[M]．Beijing ：Science Press，2005.

〔2〕楊學祥，楊冬紅.全球氣候變化的成因初探[J].地球物理學進展，2013，28（4）.

〔3〕羅煥娟.拉馬德雷冷位相第三周期主要災(zāi)害鏈與湖南省天氣氣候災(zāi)害[J].防災(zāi)科技學院學報，2008（12）.

〔4〕劉秀銘，趙國永，李平原，呂鑌，陳渠.全球變暖與變冷利弊分析 [J]. 亞熱帶資源與環(huán)境學報, 2013.

〔5〕神祥金，吳正方,杜海波.近 50 年來吉林西部半干旱區(qū)氣候變化特征，[J] 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014（02）.

〔6〕閆軍輝,延軍平,曹小星.厄爾尼諾對秦嶺南北降水影響及致災(zāi)效應(yīng)研究 [J] 陜西師范大學學報(自然科學版)，2009（09）.

〔7〕周國良，張建云.厄爾尼諾現(xiàn)象及其對我國水文氣候的重大影響[M].水文，2002（06）.

〔8〕張曉慧,張紅巖,于中華.青島氣溫與太陽黑子活動的關(guān)系[J].山東氣象，2005（03）.

〔9〕池俊成,顧光琴.太陽活動對京津冀地區(qū)旱澇的影響[J]高原氣象，2009，28（5）.

〔10〕賈玉芳,申洪源，丁召靜.鄱陽湖流域降水變化及 其與 太陽 黑子 的關(guān) 系 [J]. 熱帶地理 ，2011（03）.

〔11〕趙玉潔.太陽黑子活動在厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象預(yù)測中的應(yīng)用[J]黑龍江氣象，2001（1）.

〔12〕王騰，延軍平，張濤濤，安華.太陽活動與 ENSO 事件對漢江谷地旱澇災(zāi)害影響分析 [J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27（5）.

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：1673-260X（2016）02-0025-05

2015 年 9 月 10 日

2014 年國家國家大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201410447013）