齊建鋒 王長(zhǎng)燕 郁耀闖

摘 要：利用商洛地區(qū)境內(nèi)的7個(gè)氣象站1970—2018年氣溫、降水和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)資料，通過(guò)氣候趨勢(shì)分析、氣候突變分析及Morlet小波分析等方法，分析該區(qū)域近49年的氣候變化情況。結(jié)果表明：近49年來(lái)商洛氣溫總體呈上升趨勢(shì)，氣溫傾向率為0.16℃/10a;降水量總體呈增加趨勢(shì)，降水量?jī)A向率為3.10mm/10a，年際降水量波動(dòng)較大;相對(duì)濕度總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，傾向率為0.554%/10a;商洛地區(qū)相對(duì)濕度與降水量正相關(guān)顯著，與氣溫負(fù)相關(guān);平均氣溫存在6a、14a和31a的周期，降水量存在4a、7a、12a和24a的周期，相對(duì)濕度均存在7a、25a和31a的周期變化規(guī)律;商洛地區(qū)氣候總體呈暖濕型，空間差異大。

關(guān)鍵詞：氣候變化;Morlet小波分析;商洛

中圖分類(lèi)號(hào) P467文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）22-0154-06

Abstract：Based on the data of temperature，precipitation and relative humidity from 1970 to 2018 from 7 meteorological stations in Shangluo area，and by means of climate trend analysis，abrupt climate change analysis and Morlet wavelet analysis，analysis of climate change in the region over the past 49 years. The results show that the temperature trend is increasing in the last 49years，and the temperature trend rate is 0.16°C/10a. The trend of precipitation was increasing，the trend rate of precipitation was 3.10mm/10a，and the annual precipitation fluctuated greatly. The relative humidity showed an increasing trend with a tendency rate of 0.554%/10a. There is a positive correlation between relative humidity and precipitation in Shangluo and a negative correlation between relative humidity and temperature. There are 6a，14a and 31a periods in average temperature，4a， 7a， 12a and 24a periods in precipitation，and 7a， 25a and 31a periods in relative humidity. The climate in Shangluo has been generally warm and humid，with large spatial differences.

Key words：Climate change;Morlet wavelet analysis;Shangluo

氣候變化與人類(lèi)生活、生態(tài)環(huán)境和農(nóng)作物生長(zhǎng)等密切相關(guān)，分析過(guò)去并預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化對(duì)于人類(lèi)在預(yù)防自然災(zāi)害、規(guī)劃生態(tài)工程和生產(chǎn)活動(dòng)等具有重要意義。IPCC第5次評(píng)估報(bào)告指出，130多年來(lái)全球地表均溫升高了0.85℃，自工業(yè)革命以來(lái)，全球氣溫上漲趨勢(shì)明顯[1]。北半球中緯度地區(qū)變暖趨勢(shì)最為顯著[2]，全球氣候變暖已成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[3]，近百年來(lái)我國(guó)與全球氣候變化總體趨勢(shì)基本相一致[4-7]，氣候變化具有較為復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)影響氣候變暖影響因子從不同區(qū)域、角度，以及運(yùn)用不同方法做了大量的研究[8-14]。氣候變暖將會(huì)導(dǎo)致冰川面積減少、徑流變化、洪澇、干旱等極端氣候事件發(fā)生的概率，進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境乃至威脅到人類(lèi)生活的發(fā)展[15-17]。氣候變暖將會(huì)產(chǎn)生新的農(nóng)業(yè)氣候資源，對(duì)于農(nóng)、牧業(yè)的發(fā)展有著重要的影響，作物生長(zhǎng)生育、種植結(jié)構(gòu)改變、種植區(qū)域產(chǎn)量、作物多熟制的面積擴(kuò)大等，對(duì)淺層土壤生態(tài)環(huán)境等也產(chǎn)生了影響[18-19]。

商洛地區(qū)位于陜西省東南部，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，地處秦嶺山地，橫跨長(zhǎng)江、黃河流域，氣候復(fù)雜多變，四季分明、雨熱同期，溫暖濕潤(rùn)、降雨主要集中于夏秋季節(jié)。氣象災(zāi)害有干旱、暴雨、連陰雨、冰雹、霜凍等。地形復(fù)雜垂直高度差異大，具有山地立體氣候特點(diǎn)，水氣候資源和氣象災(zāi)害都有明顯的差異，分布極不均衡。商洛地區(qū)受地理特征、季風(fēng)等影響因素，降水時(shí)空差異明顯，氣象災(zāi)害問(wèn)題都與降水有著密切的關(guān)系。為此，本文運(yùn)用1970—2018年氣象資料數(shù)據(jù)，分析近49年商洛地區(qū)氣溫、降水和相對(duì)濕度的變化情況，揭示氣候變化特征，對(duì)于該區(qū)水資源的利用、治理、防災(zāi)減災(zāi)及農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 選用商洛地區(qū)7個(gè)站點(diǎn)（1970—2018年）逐日平均氣溫、降水量以及相對(duì)濕度數(shù)據(jù)資料，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)獲得月、季、年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。季節(jié)劃分為春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）。

1.2 研究方法

小波方差表示時(shí)間序列在一定時(shí)間尺度下周期波動(dòng)的變化情況，小波方差圖能反映所包含的各種時(shí)間尺度及其強(qiáng)弱隨尺度的變化特征，圖像中對(duì)應(yīng)極值處的尺度即為該序列的主要時(shí)間尺度，即主要周期。

2 結(jié)果與分析

2.1 趨勢(shì)分析

2.1.1 氣溫 從氣溫距平值變化趨勢(shì)（圖1），近49a來(lái)商洛地區(qū)平均氣溫為13.00℃，呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，氣溫傾向率為0.16℃/10a，氣溫上升約0.52℃。與我國(guó)同期的變化情況相一致，且低于全國(guó)氣溫變化率[20]。研究期間內(nèi)，年平均氣溫最高值為14.05℃，最低值為12.05℃，極差為2.0℃，變化幅度較大。由5a滑動(dòng)平均曲線(xiàn)可見(jiàn)，氣溫呈現(xiàn)出“峰-谷”交替的持續(xù)增長(zhǎng)形式，1970—1984年氣溫以下降為主，1984年為最低值，之后主要以上升為主，將氣溫5a滑動(dòng)曲線(xiàn)可分為2個(gè)階段，1970—1997年氣溫距平值小于0，低于平均氣溫值，1998—2018年氣溫距平值大于0，高于平均氣溫值。就年代際氣溫變化情況（表1），20世紀(jì)70—80年代平均氣溫降低，80年代至今氣溫逐年代呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。商洛地區(qū)近49a來(lái)各季節(jié)平均氣溫分別為：春季13.44℃;夏季23.38℃;秋季13.17℃;冬季2.00℃。四季氣溫均呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，氣溫變化率分別為：春季0.36℃/10a、夏季0.12℃/10a、秋季0.03℃/10a和冬季0.14℃/10a，四季均呈現(xiàn)出不同程度增加趨勢(shì)，其中春季氣溫變化率最大，秋季最小，商洛地區(qū)氣溫變化與我國(guó)西北地區(qū)各季平均氣溫的研究結(jié)果相一致，各季節(jié)均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)[21]。

2.1.2 降水量 近49年商洛地區(qū)平均年降水量為758.97mm，年降水量最高值為1159.47mm，最低值為537.74mm。從降水量距平值變化趨勢(shì)圖來(lái)看（圖2），年降水量整體呈現(xiàn)出波動(dòng)增加的趨勢(shì)，降水量?jī)A向率為3.10mm/10a，年度降水差異較大。與我國(guó)同期的變化情況相一致，且低于全國(guó)降水變化率[20]。由5a滑動(dòng)平均曲線(xiàn)看，1970—1982年和1993—2004年降水距平值小于0，降水明顯較少，1983—1992年降水距平值大于0，降水較多，2005年以來(lái)降水距平值波動(dòng)不明顯，降水較為穩(wěn)定。降水量年代際變化（表1），各年代降水差異較大，80年代降水量值最大，處于多雨期，90年代以后各年代呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。商洛地區(qū)近49a來(lái)各季節(jié)平均降水量分別為：春季156.11mm、夏季363.44mm、秋季210.51mm、冬季29.11mm。各季節(jié)降水量在全年降水量中貢獻(xiàn)占比為：春季20.56%、夏季47.87%、秋季27.73%和冬季3.83%。降水變化率分別為：春季0.822mm/10a、夏季3.56mm/10a、秋季0.563mm/10a、冬季-1.962mm/10a。冬季呈現(xiàn)降水減少趨勢(shì)，其他季節(jié)均為增加，其中夏季降水量變化率最大。

2.1.3 相對(duì)濕度 近49年來(lái)商洛地區(qū)年均相對(duì)濕度為68.46%，年相對(duì)濕度最高值為74.55%，最低值為62.68%。從相對(duì)濕度距平值變化趨勢(shì)圖來(lái)看（圖3），整體呈現(xiàn)波動(dòng)增加的趨勢(shì)，傾向率為0.554%/10a，從5a滑動(dòng)平均曲線(xiàn)看，1970—1980年相對(duì)濕度降低明顯，1981—1994年增加比較明顯，1995—2018年較為穩(wěn)定。相對(duì)濕度年代際變化（表1），各年代呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。商洛地區(qū)近49a來(lái)各季節(jié)平均相對(duì)濕度分別為：春季63.55%、夏季75.06%、秋季74.77%;冬季60.59%。相對(duì)濕度變化率分別為：春季0.195%/10a、夏季0.678%/10a、秋季1.25%/10a、冬季0.515%/10a，商洛地區(qū)四季相對(duì)濕度均呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，秋季最為顯著。

2.2 相關(guān)性分析 對(duì)1970—2018年商洛地區(qū)的相對(duì)濕度與氣溫、降水做時(shí)間序列的相關(guān)性分析，結(jié)果所示（表2），年均相對(duì)濕度與降水量的相關(guān)系數(shù)分別為：年度0.495、春季0.616、夏季0.575、秋季0.703、冬季0.625;與氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為：年度-0.152、春季-0.436、夏季-0.464、秋季-0.034、冬季-0.047?？梢钥闯?，相對(duì)濕度與降水呈正相關(guān)、與氣溫呈負(fù)相關(guān)，商洛地區(qū)的相對(duì)濕度受降水的影響顯著。

2.3 突變分析

2.3.1 氣溫 1970—2018年商洛地區(qū)年均氣溫M—K突變檢驗(yàn)結(jié)果顯示（圖2），在1970—1998年UF統(tǒng)計(jì)值都小于0（除1971年），年平均氣溫呈下降趨勢(shì)，個(gè)別年份大于0則表示增加趨勢(shì);1999—2018年UF統(tǒng)計(jì)值大于0，氣溫為上升趨勢(shì)，UF統(tǒng)計(jì)值超出臨界值，則上升趨勢(shì)顯著。UF和UB曲線(xiàn)在置信區(qū)間內(nèi)存在交點(diǎn)于2004年與2008年，可知年平均氣溫發(fā)生突變?yōu)?004年、2008年，此后年均氣溫上升明顯，2013—2018年UF曲線(xiàn)超出置信區(qū)間，增溫趨勢(shì)顯著。

2.3.2 降水 商洛年均降水量M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果（圖2）表明，UF曲線(xiàn)在1970—1982年波動(dòng)較大，該時(shí)間段降水差異較大，1983—1994年和2010—2018年UF曲線(xiàn)大于0，年均降水量呈增加趨勢(shì);1995—2009年，UF曲線(xiàn)小于0，呈下降趨勢(shì)。在95%置信區(qū)間內(nèi)UF和UB曲線(xiàn)存在多個(gè)交點(diǎn)，說(shuō)明降水量發(fā)生多次突變，UF和UB曲線(xiàn)始終處于置信區(qū)間內(nèi)，表明降水量雖有多次突變現(xiàn)象但是沒(méi)有顯著變化。突變年份為：1971年、1974年、1976年、1980年、1986年、1993年、2003年、2009年和2012年，降水不穩(wěn)定，年度差異較大。

2.3.3 相對(duì)濕度 商洛年均相對(duì)濕度M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果（圖2）表明，UF曲線(xiàn)在1970—1986年波動(dòng)較大，該時(shí)間段濕度差異較大，其中1979年超出置信區(qū)間變化顯著，1987—2018年UF曲線(xiàn)大于0，年均相對(duì)濕度呈增加趨勢(shì)。在95%置信區(qū)間內(nèi)UF和UB曲線(xiàn)存在交點(diǎn)1985年和1987年發(fā)生突變。

2.4 周期分析

2.4.1 氣溫 結(jié)合Morlet小波分析實(shí)部圖及其對(duì)應(yīng)的小波分析方差圖，能準(zhǔn)確地反映出氣候序列的時(shí)間尺度變化周期、干擾強(qiáng)度和主周期[22]。從研究區(qū)氣溫Morlet小波分析（圖7）可見(jiàn)，近49a來(lái)商洛地區(qū)平均氣溫周期交替變化強(qiáng)烈，具有不同尺度的周期。商洛地區(qū)年平均氣溫變化具有3種尺度的周期，即5～7a、13～15a和28～32a。氣溫小波方差圖上，在6a、14a和31a處方差出現(xiàn)峰值。表明本區(qū)域在研究時(shí)段內(nèi)年平均氣溫存在6a、14a和31a的周期，其中以31a為第一主周期，這3類(lèi)周期決定了商洛地區(qū)年平均氣溫序列的周期性變化特征。

2.4.2 降水 由商洛地區(qū)年降水量的小波分析（圖8）可以看出，年降水量變動(dòng)存在3～5a、5～9a、10～14a和22～26a尺度的周期。由降水量小波方差圖可見(jiàn)，商洛地區(qū)在1970—2018年時(shí)間段內(nèi)存在4a、7a、12a和24a周期，其中24a為第一主周期、7a為第二主周期，這2個(gè)主周期對(duì)商洛地區(qū)年平均降水量序列的周期性變化最為顯著。

2.4.3 相對(duì)濕度 由商洛地區(qū)年平均相對(duì)濕度的小波分析（圖9）可以看出，相對(duì)變化濕度存在5～8a、22～26a和28～32a尺度的周期。由相對(duì)濕度小波方差圖可見(jiàn)，商洛地區(qū)在1970—2018年時(shí)間段內(nèi)存在7a、25a和31a周期，其中31a為第一主周期、24a為第二主周期，這2個(gè)主周期對(duì)商洛地區(qū)年平均相對(duì)濕度序列的周期性變化最為顯著。

2.5 空間分析 由圖10可知，氣溫變化率的空間變化較為復(fù)雜，各站點(diǎn)呈現(xiàn)出不同程度的增長(zhǎng)速率，上升速率最顯著的地區(qū)商洛西南部的鎮(zhèn)安縣，其中商南和柞水氣溫上升速率最小;降水量變化率的空間變化，呈現(xiàn)不同程度的增減趨勢(shì)，商洛北部的洛南縣降水量變化率減少趨勢(shì)顯著，東部商南縣增加趨勢(shì)顯著;商洛地區(qū)各站點(diǎn)的相對(duì)濕度均為增加趨勢(shì)，西南部相對(duì)濕度增加趨勢(shì)明顯，北部增加趨勢(shì)較小。結(jié)合氣溫和降水的空間變化情況，商洛地區(qū)大部分為暖濕型，其中東部為暖濕、北部為暖干比較顯著。商洛地區(qū)大小河流及支流較多，而河流可以調(diào)節(jié)局部小氣候。河流使區(qū)域降水增多，空氣濕度增大，可緩解極端氣溫現(xiàn)象。因此，河流的分布會(huì)對(duì)區(qū)域氣候變化造成了一定的影響。

3 結(jié)論

（1）近49年商洛地區(qū)氣溫呈上升趨勢(shì)，年均氣溫變化傾向率為0.16℃/10a。降水量整體呈現(xiàn)出波動(dòng)增加的趨勢(shì)，年均降水量?jī)A向率為3.10mm/10a，各季節(jié)降水量在全年降水量中貢獻(xiàn)占比分別為：春季20.56%、夏季47.87%、秋季27.73%和冬季3.83%。相對(duì)濕度呈增加趨勢(shì)，相對(duì)濕度傾向率為0.554%/10a，商洛地區(qū)整體呈現(xiàn)暖濕化現(xiàn)象。

（2）研究時(shí)段內(nèi)氣溫在2004和2008年發(fā)生了由冷到暖的突變。降水量發(fā)生了多次突變，降水量年度變化差異較大。相對(duì)濕度在1985年和1987年發(fā)生突變，之后相對(duì)濕度增加顯著。

（3）通過(guò)Morlet小波分析，商洛地區(qū)年均氣溫存在6a、14a和31a的周期，年降水量存在4a、7a、12a和24a的周期，目前商洛地區(qū)處于多雨期，相對(duì)濕度存在7a、25a和31a的周期變化規(guī)律。

（4）在空間上，氣溫上升最為顯著的地區(qū)位于商洛地區(qū)西南部，最不顯著地區(qū)位于東南部，降水量空間差異較大，西南部增加最明顯，北部減少最為顯著。商洛地區(qū)整體呈現(xiàn)暖濕化，北部地區(qū)出現(xiàn)暖干現(xiàn)象。

綜上所述，近49年來(lái)商洛地區(qū)氣候趨于暖濕型，氣溫、降水量及相對(duì)濕度呈增加趨勢(shì);暖濕現(xiàn)象主要發(fā)生在春季和夏季，秋季變化較小，冬季為暖干趨勢(shì);商洛地區(qū)氣候變化率在空間上差異較大，整體趨于暖濕現(xiàn)象，部分地區(qū)出現(xiàn)暖干現(xiàn)象。商洛地區(qū)氣候的暖濕化發(fā)展趨勢(shì)，在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的影響總體是有利的，對(duì)商洛地區(qū)的植被覆蓋、生態(tài)環(huán)境能夠得到進(jìn)一步的改善，氣溫升高可以緩解低溫、冰雹對(duì)農(nóng)業(yè)造成的災(zāi)害，但在降低這些災(zāi)害發(fā)生的概率同時(shí)也會(huì)引發(fā)一些潛在的其他災(zāi)害。

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（責(zé)編：張宏民）