李知何 金郁淇

（仙居縣氣象局，浙江仙居 317300）

近年來， 全球氣候變暖問題已成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，極端天氣的發(fā)生頻率、強(qiáng)度也不斷攀升。1880—2012 年，全球的海洋與陸地的平均溫度上升速率約為0.12 ℃/10 a[1-2]，同時(shí)研究[3-7]發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的氣溫正在以0.25 ℃/10 a 的速度上升。

氣溫作為最重要的氣候分析因素之一， 它的變化能夠極大地影響人們的生產(chǎn)生活。 在這種背景之下， 研究并分析特定區(qū)域內(nèi)的氣溫變化特征可以進(jìn)一步客觀、全面、科學(xué)地了解浙中地區(qū)氣候變化規(guī)律，以期為當(dāng)?shù)貧庀蟛块T開展氣象服務(wù)提供幫助；也可以為決策部門在建立高溫、低溫預(yù)警機(jī)制和保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供參考。

我國(guó)幅員遼闊， 不同地域氣溫演變特征存在一定的差異[8]，氣溫的變化情況在年際以及季節(jié)尺度上也有各自的特點(diǎn)。因此，根據(jù)目前人類對(duì)氣候變化的認(rèn)識(shí)， 需要準(zhǔn)確研究區(qū)域和地方的氣候變化特征及趨勢(shì)[9-10]。 本文敘述了仙居縣平均氣溫隨時(shí)間變化的規(guī)律，揭示了仙居縣平均氣溫序列的冷暖變化過程，并對(duì)仙居縣未來的溫度變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)， 以期為當(dāng)?shù)貧庀笱芯刻峁﹨⒖肌?/p>

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

為保證數(shù)據(jù)的完整性以及研究結(jié)論的準(zhǔn)確性，本文采用由仙居縣氣象局提供的并經(jīng)過專業(yè)分析處理和綜合性質(zhì)量檢驗(yàn)的仙居縣氣象站1960—2020 年逐日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的使用確保了研究結(jié)果的可信度。 通過氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法分別統(tǒng)計(jì)出仙居縣氣象站逐年平均氣溫以及春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）、冬季（12 月至次年2 月）的平均氣溫。

1.2 研究方法

本文采用線性趨勢(shì)分析法、R/S 分析法、小波分析法、M-K 分析法等對(duì)仙居縣溫度變化特征進(jìn)行研究。

2 結(jié)果與分析

運(yùn)用線性趨勢(shì)分析法與五點(diǎn)滑動(dòng)平均法對(duì)仙居縣近60 年氣溫變化趨勢(shì)曲線進(jìn)行擬合（圖1）。 可以看出，仙居縣近60 年平均氣溫波動(dòng)變化，但整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。仙居縣近60 年平均氣溫約17.57 ℃；最低平均氣溫在1981 年，為16.6 ℃；最高平均氣溫在2020 年，為19.1 ℃。 將仙居縣近60 年平均氣溫變化趨勢(shì)曲線進(jìn)行擬合， 得到年平均氣溫的一元線性回歸方程為y=0.022 8x+16.851。

由一元線性回歸方程可得，1960—2020 年仙居縣氣溫變化率約為0.23 ℃/10 a，仙居縣過去60 年平均氣溫上升了約1.4 ℃。 該結(jié)論與某些學(xué)者[11-12]得出的中國(guó)氣溫正在以0.25 ℃/10 a 的速率上升，而全國(guó)的平均氣溫也上升了約1.3℃的部分結(jié)論相吻合。 仙居縣過去60 年平均氣溫的上升幅度基本與全國(guó)平均氣溫上升幅度相同（仙居縣變化率為0.23 ℃/10 a，全國(guó)變化率為0.25 ℃/10 a）。 統(tǒng)計(jì)了仙居縣近60 年各季節(jié)平均氣溫變化要素（表1）后發(fā)現(xiàn)，春季、夏季、秋季、冬季的升溫率分別為0.260、0.125、0.200、0.341 ℃/10 a，由此看出，仙居縣春、冬兩季的升溫率要大于夏、秋兩季，且冬季的平均氣溫升溫率最高，說明仙居縣在平均氣溫的上升趨勢(shì)中冬季和春季成為氣溫增長(zhǎng)趨勢(shì)的最主要貢獻(xiàn)者。 然而從5 年滑動(dòng)平均趨勢(shì)曲線來看，仙居縣近60 年的年均氣溫波動(dòng)大致可以劃分為2 個(gè)時(shí)期，即1960—1998 年的偏冷期，1999—2020 年的偏暖期。其中，在1999—2020 年的偏暖期當(dāng)中，2008—2012 年有1 個(gè)轉(zhuǎn)冷的時(shí)期，且在這個(gè)轉(zhuǎn)冷的時(shí)期中冬季平均氣溫變化幅度要大于另外3 個(gè)季節(jié)； 而在1999—2020 年的偏暖期中秋季轉(zhuǎn)向偏暖日期開始于1990 年左右，要早于其他3 個(gè)季節(jié)。

表1 仙居縣近60 年各季節(jié)平均氣溫變化

對(duì)仙居縣近60 年的春季、夏季、秋季、冬季溫度的變化趨勢(shì)曲線進(jìn)行擬合（圖2），發(fā)現(xiàn)仙居縣四季平均氣溫變化都呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)， 這也在一定程度上佐證了年平均溫度上升的結(jié)論， 而各個(gè)季節(jié)的氣溫變化趨勢(shì)系數(shù)都是正值， 說明四季的溫度變化特征或多或少都呈現(xiàn)線性上升趨勢(shì)。

由圖3 可以看出，UB 和UF 2 條曲線于2006 年在顯著性水平檢驗(yàn)（α=0.05）的臨界線內(nèi)接近相交，在2012 年時(shí)在臨界線之外相交，故仙居縣年平均氣溫沒有發(fā)生突變。 從圖中的UF 曲線可以看出，仙居縣的年平均氣溫在1960—1990 年呈現(xiàn)波動(dòng)式下降；在1990—2020 年呈上升趨勢(shì)， 尤其在1998 年前后曲線上升較為平滑，且在2008 年前后突破顯著性水平檢驗(yàn)（α=0.05），說明在2008 年之后仙居縣氣溫上升趨勢(shì)十分顯著。

從季節(jié)角度來看，夏、秋、冬三季的平均氣溫都存在突變情況，其中：秋季發(fā)生了2 次突變，且這2 次突變發(fā)生在2010 年前后；夏、冬兩季的突變都發(fā)生在2000 年左右。 在春季氣溫突變檢驗(yàn)中，雖然UF 和UB 有交點(diǎn)， 但是交點(diǎn)位于顯著性水平檢驗(yàn)（α=0.05）的臨界線之外，因而春季的平均氣溫不存在突變情況（圖4）。 觀察UF 曲線走勢(shì)可以看到，春、秋、冬三季在UF 與UB 出現(xiàn)交點(diǎn)前，均溫都有較明顯的上升趨勢(shì)；而夏季的均溫在UF 與UB 出現(xiàn)交點(diǎn)之前，呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)。 在交點(diǎn)之后，UF 曲線的上升趨勢(shì)都十分明顯，在突破顯著性水平檢驗(yàn)（α=0.05）的范圍之后，氣溫上升趨勢(shì)都非常顯著。

雖然年平均氣溫在2010 年左右未通過顯著性水平檢驗(yàn)（α=0.05），但是觀察UF 曲線能夠明顯看出，從1988 年開始溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。 這一發(fā)現(xiàn)與雷 媛等[13]得出的浙江省在1951—1985 年為氣溫下降階段， 在20 世紀(jì)80 年代中期以后氣溫開始上升變暖的結(jié)論相吻合。

結(jié)合圖5 可以看出，仙居縣近60 年年平均氣溫的規(guī)律性較為明顯， 其在演變過程中存在多時(shí)間尺度的特征。具體來說，其演變過程存在著2~5 年短周期規(guī)律和10~20 年的較長(zhǎng)周期規(guī)律。 在3~4 年的時(shí)間尺度上出現(xiàn)了冷—暖交替的準(zhǔn)3 次震蕩變化，歷經(jīng)了約3 個(gè)比較完整的冷—暖交替變化， 且在整個(gè)研究時(shí)間序列表現(xiàn)比較穩(wěn)定，具有全域性，估計(jì)震蕩中心在3.5 年左右； 在10~20 年的時(shí)間尺度上存在著2~3 次震蕩，預(yù)計(jì)震蕩中心在13 年左右。 但不論是從2~5 年短周期規(guī)律還是從10~20 年較長(zhǎng)的周期規(guī)律來看，2020 年至今仙居縣都處在暖周期，這也從側(cè)面印證了2008 年后仙居縣溫度顯著上升的結(jié)論。

基于仙居縣近60 年觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用R/S 分析得出年平均氣溫與各個(gè)季節(jié)平均氣溫的Hurst 指數(shù)，并擬合出仙居縣的年平均氣溫與季節(jié)平均氣溫的Hurst 指數(shù)圖。 由圖6、7 可以看出，各個(gè)時(shí)間序列所得出的lg（R/S）-lg（n）圖像都具有比較好的線性特征，且運(yùn)用最小二乘法對(duì)其進(jìn)行擬合時(shí)，其一元線性回歸模型都通過了相關(guān)檢驗(yàn)，且相關(guān)系數(shù)（R2）都比較高，進(jìn)一步說明了Hurst 指數(shù)可信度較高，能很好地揭示時(shí)間序列趨勢(shì)[14]。 從年平均氣溫的Hurst 指數(shù)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 個(gè)氣溫序列的Hurst 值都大于0.5（其中全年H=1.039，略大于1 但接近于1， 表明未來全年于過去有著很強(qiáng)的正持續(xù)性， 其微小的誤差不影響氣溫趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果）。仙居縣的年平均氣溫與四季平均氣溫變化都具有正持續(xù)性的特征， 這說明仙居縣未來氣溫變化趨勢(shì)與過去氣溫變化趨勢(shì)相同， 且仙居縣未來的年平均氣溫與過去趨勢(shì)相同、 四季的平均氣溫變化趨勢(shì)也與過去趨勢(shì)相同，都將持續(xù)增暖。 IPCC 的第四次與第五次評(píng)估報(bào)告都指出， 未來氣候仍將保持增溫趨勢(shì)。 這與本文對(duì)仙居縣未來氣溫趨勢(shì)所預(yù)測(cè)的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本文依據(jù)1960—2020 年的氣溫?cái)?shù)據(jù)，利用小波分析探究其氣溫冷暖變化周期的變化規(guī)律和時(shí)間長(zhǎng)度， 并利用統(tǒng)計(jì)分析方法闡明了仙居縣變暖速率和全國(guó)水平間的關(guān)系， 說明了仙居縣年平均氣溫和四季平均氣溫變化的特點(diǎn)，得出以下結(jié)論。

（1）線性趨勢(shì)分析表明，仙居縣近60 年平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，上升了約1.4 ℃，年平均氣溫變化率約為0.23/10 a，與全國(guó)平均升溫率基本持平。 從季節(jié)角度看，就氣溫上升率而言（春季0.260 ℃/10 a、夏季0.125 ℃/10 a、秋季0.199 ℃/10 a、冬季0.341 ℃/10 a），冬季和春季成為氣溫增長(zhǎng)趨勢(shì)的最主要貢獻(xiàn)者；從五點(diǎn)滑動(dòng)平均所得曲線來看，仙居縣近60 年四季平均氣溫變化趨勢(shì)和年平均氣溫變化趨勢(shì)大致相同，都可以劃分為2 個(gè)時(shí)期， 即1960—1998 年的偏冷期，1999—2020 年的偏暖期。

（2）M-K 分析結(jié)果表明，近60 年仙居縣平均氣溫雖然沒有發(fā)生突變，但在1988 年左右氣溫開始轉(zhuǎn)為偏暖，且在2008 年前后仙居縣的氣溫上升趨勢(shì)十分顯著；對(duì)于季節(jié)平均氣溫而言，除了春季沒有通過突變檢驗(yàn)外，其他季節(jié)均發(fā)生了突變，其中夏、冬兩季的突變都發(fā)生在2000 年左右，秋季的2 次突變發(fā)生在2010 年前后。

（3）小波分析結(jié)果顯示，仙居縣近60 年平均溫度在演變過程中存在2~5 年短周期規(guī)律和10~20 年較長(zhǎng)周期規(guī)律， 其中在3~4 年的時(shí)間尺度之上歷經(jīng)了約3 個(gè)比較完整的冷—暖交替變化，在10~20 年的時(shí)間尺度上存在著2~3 次比較完整的冷—暖交替變化。

（4）R/S 分析結(jié)果顯示， 仙居縣四季和全年的平均氣溫Hurst 值都大于0.5。 結(jié)合Hurst 指數(shù)含義，可知仙居縣未來氣溫變化趨勢(shì)與過去氣溫變化趨勢(shì)相同，且仙居縣未來的年平均氣溫與過去趨勢(shì)相同、四季平均氣溫變化趨勢(shì)也與過去趨勢(shì)相同， 都將持續(xù)增暖。