玉林市近60年氣溫變化特征分析

楊延志 黃小燕 林確略

摘要?利用玉林國家基本氣象站近60年（1960—2019年）的氣象資料，采用常規(guī)的氣候數(shù)理統(tǒng)計方法，分析玉林60年來的年平均氣溫和各季平均氣溫的氣候變化特征。結(jié)果表明，該市年平均氣溫具有明顯的年代際變化特征，上升趨勢顯著，1998年之前處于偏冷期，之后轉(zhuǎn)為偏暖期。突變現(xiàn)象發(fā)生在1998年，且從2002年開始年平均氣溫升高趨勢顯著。小波分析顯示玉林年平均氣溫具有多時間尺度特征，存在8—11年和18—22年2個周期的變化規(guī)律，表現(xiàn)出“冷-暖-冷”的特征。冬季和夏季的年平均氣溫趨勢變化不明顯，春季和秋季的年平均氣溫上升趨勢顯著。在氣溫的氣候趨勢變化上，春季和秋季的貢獻更大，其變化趨勢與總的年平均氣溫變化趨勢較為相似。

關(guān)鍵詞?氣溫;年代際變化;趨勢;突變;周期

中圖分類號：P468.021?文獻標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-047-04

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.022

IPCC第5次評估報告指出，近百年來全球地表持續(xù)升溫，1880—2012年全球平均溫度已升高0.85℃[1]。在全球氣候變暖的大背景下，我國各地區(qū)對氣候變暖的響應(yīng)存在著很大的差異[2-14]。何潔琳等[15]分析得出1961—2015年共55年內(nèi)廣西年平均氣溫發(fā)生了明顯的上升趨勢，升溫速率為0.143℃/10年。覃衛(wèi)堅等[16]指出廣西年平均氣溫變暖趨勢顯著，但廣西區(qū)內(nèi)各地升溫速率也各不相同。玉林位于廣西東南部，位于北回歸線以南的低緯地區(qū)，處在典型亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)內(nèi)，其南部為北部灣海域，同時受海洋性氣候的影響，因此具有獨特的氣候特征。Sun等[17]指出近幾十年來，我國氣溫升高幅度大，在很大程度上可歸因于城市化效應(yīng)，在評估氣候變暖的同時，應(yīng)考慮不同地區(qū)城市化進程的差異。在全球氣候變暖的背景下，隨著玉林城市化進程的加快，近60年來玉林氣溫變化特征及其與其他地區(qū)的異同，目前仍少有研究。因此，對玉林氣溫的年（代）際變化特征和季節(jié)變化特征進行分析，有助于提高對玉林氣候變化特征和規(guī)律的認識，對城市規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境治理等有一定參考意義。

1?資料與方法

1.1?資料來源

玉林國家基本氣象站于1953年5月建站，至今已積累了長達66年時間序列的觀測資料，為該市氣候變化的特征分析提供了很好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該文所選取的氣象資料為玉林國家基本氣象站的氣溫觀測數(shù)據(jù)，由玉林市氣象局提供。資料年份為玉林市1960—2019年共60年的平均氣溫和各季平均氣溫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢查，資料可信。

1.2?研究方法

為研究玉林市近60年來氣溫的變化特征，主要采用9年滑動平均方法和一元線性回歸[18]擬合其變化趨勢，進一步采用MannKendall（MK）非參數(shù)檢驗[19]和Morlet小波分析[20-21]方法對玉林1960—2019年氣溫的趨勢變化、突變和周期規(guī)律進行分析。相關(guān)方法已被廣泛用于氣候變化分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?年平均氣溫的變化特征

2.1.1?年（代）際變化特征?將玉林市1960—2019年的年平均氣溫每隔10年平均分為6個年代，為A1：1960—1969年;A2：1970—1979年;A3：1980—1989年;A4：1990—1999年;A5：2000—2009年;A6：2010—2019年。分別統(tǒng)計各年代的平均氣溫，分析圖1可知，玉林市氣溫具有年代際變化特征，主要表現(xiàn)為20世紀(jì)60、70、80和90年代處于偏冷期，其中20世紀(jì)60—70年代氣溫略有下降，20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)00年代氣溫則持續(xù)升高，2個年代際間的最大升溫幅度為1.03℃。其原因可能與全球變暖有關(guān)之外，還與玉林氣象站所在地的探測環(huán)境變化有關(guān)，1994年開始玉林城市化進程加快，氣象站所在自然環(huán)境由郊區(qū)逐漸變成了城區(qū)，因此20世紀(jì)90年代開始的急劇升溫可能與城市建設(shè)導(dǎo)致熱島效應(yīng)有關(guān)，這也進一步反映了城市化在一定程度上加劇了我國氣候變暖的事實[17]。

進一步分析發(fā)現(xiàn)，21世紀(jì)10年代的升溫趨勢并沒有延續(xù)，而是略有下降。分析原因主要有2點：一是2013年玉林氣象站由城區(qū)遷移至城北郊區(qū)的牛云嶺山上;其次，近年來玉林加大了環(huán)境治理力度，園林城市的建設(shè)也明顯提升了城市綠化水平。以上原因減緩了城市熱島效應(yīng)對升溫的貢獻。但值得注意的是，雖然氣象站遷移至郊區(qū)后探測環(huán)境得到改善，但21世紀(jì)10年代的氣溫仍明顯高于20世紀(jì)80—90年代，這也進一步反映了玉林氣候變暖的趨勢并沒有發(fā)生本質(zhì)上的改變。

2.1.2?突變特征?以玉林市1981—2019年共30年的平均氣溫作為標(biāo)準(zhǔn)，分別計算60年平均氣溫距平圖（圖略）。1998年之前的大多數(shù)年份均為負距平，最大的負距平出現(xiàn)在1984年，為-1.2℃，這期間只有4年為正距平。1998年之后至2019年，氣溫距平絕大部分為正值，其中2006、2007、2009年的正距平值均達+0.9℃，后期呈現(xiàn)出明顯的上升變化趨勢。

由圖2可知，UF和UB的曲線交叉點對應(yīng)的年份為1998年，表明玉林年平均氣溫在1998年開始產(chǎn)生突變，且該交叉點現(xiàn)象發(fā)生在0.05的臨界顯著水平范圍之內(nèi)，由此說明玉林年平均氣溫在1998年發(fā)生了顯著的突變現(xiàn)象。自2002年開始，UF（k）開始超過0.05的顯著性水平臨界線，表示自2002年開始，年平均氣溫升高趨勢是顯著的。

2.1.3?周期特征?應(yīng)用Morlet小波分析對1960—2019年年平均氣溫序列進行小波系數(shù)實部值計算，并繪制等值線圖，可得到玉林1960—2019年平均氣溫變化的小波系數(shù)（圖3）。其中實線小波系數(shù)大于0，代表年平均氣溫相對較高的暖期，虛線小波系數(shù)小于0，代表年平均氣溫相對較低的冷期。玉林市1960—2019年年平均氣溫的演化過程中存在著多時間尺度的特征，其中主要存在著8—11年和18～22年2個周期的變化規(guī)律，且2個周期均以“冷-暖-冷”為特征。

2.2?各季平均氣溫的變化特征

以60年1、4、7和10月的平均溫度分別代表玉林的冬、春、夏、秋四季，進一步統(tǒng)計各季的氣溫變化情況，并分析其變化特征。

2.1.1?各季年（代）際變化特征?采用9年滑動平均和一元線性回歸方法對玉林市1960—2019年各季節(jié)的平均氣溫進行年際變化的分析研究（圖4）。玉林市冬、春、夏、秋四季的年平均氣溫表現(xiàn)為春季上升趨勢最顯著，秋季次之，夏季的趨勢變化最不明顯。各季的線性傾向率分別為0.13、0.27、0.03和0.26℃/10年，趨勢系數(shù)分別為0.13、0.34、0.08和0.42。分析可知，冬季的20世紀(jì)60年代到90年代的中期，氣溫的變化趨勢較為平穩(wěn)，20世紀(jì)90年代中后期到21世紀(jì)00年代中期上升趨勢明顯，21世紀(jì)00年代中期開始轉(zhuǎn)成較為明顯的下降趨勢（圖4a）。春季的氣溫在20世紀(jì)90年代中期以前處于偏冷期，之后則一直處于明顯的上升趨勢（圖4b）。夏季的年平均氣溫總體變化趨勢不明顯，總體上60年來氣溫一直圍繞60年的平均氣溫做交替的上下波動（圖4c）。秋季的20世紀(jì)60—90年代，氣溫的變化趨勢較為平穩(wěn)，20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)10年代初期一直為明顯的上升趨勢，之后又開始轉(zhuǎn)為下降趨勢（圖4d）。

2.2.2?各季氣溫距平變化特征?以玉林市1981—2019年共30年的四季平均氣溫作為標(biāo)準(zhǔn)，分別計算60年冬、春、夏、秋四季的平均氣溫距平。

圖5顯示，四季的溫度距平均表現(xiàn)為正負距平交替出現(xiàn)，具體為冬季氣溫波動較大，達7.7℃，但前期大多數(shù)年份變化趨勢不明顯，后期趨勢線略為上升。1998年后正距平數(shù)量增多，最大正距平達+3.0℃，出現(xiàn)在2017年，最大負距平為-4.7℃，出現(xiàn)在1977年（圖5a）。春季則與年平均氣溫變化趨勢相類似，氣溫波動值為6.0℃，表現(xiàn)為20世紀(jì)90年代中期之前負距平偏多，后期正距平偏多，最大正距平達+2.5℃，出現(xiàn)在1998年，最大負距平為-3.5℃，出現(xiàn)在1995年（圖5b）。

夏季的氣溫波動極值僅為2.8℃，較冬、春季小，其中20世紀(jì)80年代和90年代負距平較多，夏季偏涼，最大負距平出現(xiàn)在1994年，達-1.3℃。但到了21世紀(jì)00年代，有8年為正距平，最大正距平達+1.5℃，此階段升溫明顯，但到了21世紀(jì)10年代，負距平增多，有轉(zhuǎn)涼趨勢（圖5c）。秋季平均氣溫波動最大值為4.9℃，氣溫距平20世紀(jì)90年代中期之前絕大多數(shù)年份為負距平，正距平年份只有5個，最大的負距平為-2.3℃，出現(xiàn)在1993年。20世紀(jì)90年代中期之后，氣溫逐漸上升明顯，正距平增多明顯，最大正距平達+2.6℃，出現(xiàn)在2006年（圖4d）。從氣溫距平趨勢來看，春、秋季的升溫比較明顯，冬、夏季升溫較小。

3?結(jié)論與討論

使用9年滑動平均方法、一元線性回歸、M-K檢驗和Morlet小波分析方法對玉林60年（1960—2019年）的年平均氣溫和各季平均氣溫進行統(tǒng)計分析，主要得到以下結(jié)論。

（1）玉林市年平均氣溫具有明顯的年代際變化特征，總體表現(xiàn)出顯著的上升趨勢;1998年發(fā)生了顯著的突變，大致趨勢是1998年之前是偏冷期，之后處于偏暖期，且從2002年開始年平均氣溫升高趨勢顯著。年平均氣溫的演化過程中存在著多時間尺度的特征，表現(xiàn)出“冷-暖-冷”的特征，有8—11年和18—22年2個周期的變化規(guī)律。分析表明，20世紀(jì)90年代開始的玉林急劇升溫現(xiàn)象可能與城市化有關(guān)。

（2）玉林市冬、春、夏、秋四季的年平均氣溫表現(xiàn)為春季上升趨勢最顯著，秋季次之，夏季的趨勢變化最不明顯。四季的溫度距平均表現(xiàn)為正負距平交替出現(xiàn)。

（3）統(tǒng)計表明，玉林市春季和秋季的平均氣溫變化趨勢與總的年平均氣溫變化趨勢較為相似，說明在氣溫的氣候趨勢變化上，春季和秋季的貢獻更大。

最后須指出，該文主要揭示了玉林市年平均氣溫和各季平均氣溫年代際變化和突變規(guī)律以及周期分布等氣候特征的事實;不足之處是缺乏對該事實的深入物理分析，以及找出其發(fā)生的原因和機理，因而需要今后的進一步深入研究。

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責(zé)任編輯：黃艷飛