成都市气温和降水变化特性研究
时间：2021-01-28 22:00:22 来源：达达文档网 本文已影响 人 
贺继伟
摘要：利用成都市的国家9个气象站观测1960-2017年的气温和降水资料，采用线性回归分析，趋势线分析、累积距平统计量与信噪比检验方法，对58年来的气温和降水变化进行特性分析。结果表明：成都市年平均气温呈现逐年增加的趋势，降水量都出现逐年减小的趋势，不考虑量纲差异，其降低速率具有反向相关性，大致年平均气温每升高1℃，年降水量减少14mm。四季气温均呈现稳步上升趋势，其中春、秋两季气温升高显著，四季降水量变化表现为冬季降水量有所增加，夏、秋两季降水量有所减小。
Abstract：
The temperature and precipitation data from 1960 to 2017 were observed by nine national weather stations in Chengdu. The characteristics of temperature and precipitation changes in the past 58 years were analyzed by using linear regression analysis， trend line analysis， cumulative anomaly statistics and signal-to-noise ratio test methods. The results showed that the annual average temperature of Chengdu showed a trend of increasing year by year， and the precipitation showed a trend of decreasing year by year. Regardless of the dimensional difference， the decreasing rate was inversely correlated， and the approximate annual average temperature decreased by 14mm for every 1℃ increase. The temperature in all four seasons showed a steady trend of rise， in which the temperature in spring and autumn increased significantly， and the change of precipitation in four seasons showed an increase in winter and a decrease in summer and autumn.
关键词：气温;降水;季节变化;年际变化
Key words：
temperature;precipitation;seasonal changes;interannual variability
中图分类号：P333 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）25-0194-04
1 研究背景
成都位于四川省中部，四川盆地西部，全市总面积达到1.4万平方公里，耕地面积近700万亩。因成都市位于中国地形上的第二阶梯，海拔变化较大，大多数区域在1000-3000米之间。全市地势差异较为明显，整体呈现为西北高，东南低的特点。成都市地形地貌复杂，气候类型多变，雨量较为充沛，河网密度大且水质优良，能够满足成都市人民生产和生活用水，充沛的水源为农业及工业的发展带来很多的便利[1-4]。随着全球气候变暖及極端天气的增多，探究成都市的气温和降水量是否有与全球气候变暖趋势一致这一问题，对社会生产和经济建设都有着及其重要的意义。
本文以来自空间离散分布的气象台站的气候数据资料，研究了了成都地区气候条件随时间发生的变化。单独采用时间序列分析具有局限性，因此本文利用9个站点的气象观测数据成都地区的气候时空变化特性进行研究，以多年来的降雨量和温度变化，尝试对气象观测数据进行分析，探索成都市地表气象数据的变化特征，实现对未来社会生产和生活及经济活动提供科学的气象和降水依据。
2 数据来源和研究方法
2.1 资料来源
2.1.1 研究区概况
成都市位于中国四川中部地区（30°05′～31°26′， 102°54′～104°53′），地势特征极为复杂，平均海拔在2000米左右，气候类型多样，雨量充足，但由于其独特的地势特点，境内气候和降水影响因素很多，其地理环境因素对气候和降雨有很明显的影响。
2.1.2 数据来源
文中所有数据均来源于中国气象数据共享服务网地面气候资料日值数据，根据时间序列的连续性及长时段性等标准，为了确保站点信息气温和降水变化趋势的一致性，经过分析后剔除部分数据缺失较多或年限过短的站点;随后对所有筛选过的气象站点数据质量进行了检验，最终选取符合条件的9个气象站点1956-2017 年期间共58年长度的逐日气温和降水数据。典型气象站点信息见表1。
2.2 研究方法
①线性回归：属于时间序列趋势分析，该方法是研究气候变化问题中时间序列趋势改变普遍使用的方法之一，关键是利用时间序列和气候因素构造一元线性方程，通过方程中两者的数学关系反映气候要素的时间变化特征，表示为[5]：
其中，yi代表气候要素，xi为yi所对应的时间，a为常数，b为趋势系数。b 绝对值的大小反映了气候要素的速率变化[6，7]。通常用气候变化倾向率即b×10 来描述气候要素趋势变化，单位为℃/10a或mm/10a。
②累积距平统计量与信噪比：时間序列的某一个数xi与均值x之差为距平值，即 xi-x。在对气候要素进行分析中，经常会对气候要素的时间序列进行距平化处理，即用距平序列取代气候要素原始数据。累积距平法顾名思义是对每个时间序列距平值得累计，可以通过其判断气候变化，对研究区的突变点进行分析时可以采用该方法，对于序列x，某一时刻的累计距平如下：
其中，x1，x2为转折年份前后气候要素的平均值;s1，s2 为标准差。当S/N>1时，该气候要素存在突变，否则认为突变不明显。
3 结果与分析
3.1 气温和降水量年际变化特性
对从成都市获取的九个气象站近60年来的气象资料数据整理分析后，可以得到成都市年平均气温曲线图，见图1。分析得到成都市的年平均气温呈现上升趋势，且年气温上升速率为0.34℃/（10a）。根据资料得到多年平均气温为16.0℃，年际标准差为0.46。2006年平均气温是58年来气象监测测量资料中年平均气温的最大值，为16.9℃; 1976年平均气温是58年来气象监测测量资料中年平均气温的最小值，为15.2℃;2016年最高气温是58年来气象监测测量资料中最高气温的最大值，为36.7℃;2016年最低气温是58年来气象监测测量资料中最低气温的最小值，为-6.5℃;年最大气温和年最小气温相差43.2℃，温差很大，对社会生产生活有一定影响。
为了更好地对年平均气温的变化趋势进行表述，采用标准法对58年的年平均气温进行分析，当年平均气温与多年年平均气温的差值大于一个标准差时，认为气温异常，若当年平均气温大于多年平均气温，认为是偏暖年，反之为偏冷年。以此确定出，偏暖的年份为1998、2001、2002、2006、2007、2009、2013、2015、2016、2017，偏冷的年份为1968、1976、1980、1981、1982、1984、1985、1986、1988、1989、1992、1996 其余为气温正常年，可以得到气温异常年占比38%。偏冷年大多集中在1998年前，偏暖年大多集中在1998年后。
从图2年最高气温变化曲线可以看出，60年来成都市的年最大气温呈现上升趋势，气温上升速率为0.36℃/（10a）。从拟合曲线可以看出，其上升趋势较为明显，与年平均变化拟合曲线相比，其上升趋势近似为年平均气温下上升趋势的3倍。从图3年最低气温变化曲线可以看出，60年来成都市的年最低气温基本稳定，气温升高速率仅为0.025℃/（10a）。
从图4年降水量变化曲线可以看出，60年来成都市的年降水趋势呈现下降趋势，根据拟合曲线可以得到其降低速率为18mm/（10a）。其中年均降水量最大的年份出现在1961年，降水量达到1416.2mm，年均降水量最小的年份出现在1965年，降水量达到607.5mm，年际标准差为187.85mm。采用标准法对62年的年降水量变化进行分析，将异常降水年分为降水充沛年份和降水稀少年份[8]。依次为根据，则降水充沛年分为1961、1966、1967、1973、1978、1984、1990、1998、1999、2013，降水稀少年份为1965、1986、1991、1996、2000、2006、2007、2009、2012，其余为正常降水年。
3.2 气温和降水量年代变化特性
由表2可知，成都市的年平均气温在20世纪60年代开始下降，至80年代左右开始回升，2000年后的平均气温明显高于以往时期。从最高气温的年代变化来看，20世纪70年代，最高气温有短暂的下降后，从20世纪80年代开始，成都市年代最高气温呈现稳步上升趋势。从最低气温的年代变化来看，20世纪70年代到90年代，最低气温逐渐上升，在20世纪90年代后，最低气温呈现下降趋势，20世纪60年代最低气温为年际间最高。从年代降水量上进行分析，20世纪60到90年代降水量较为稳定，在21世纪初，降水量相对较少。
3.3 气温和降水量季节变化特性
3.3.1 气温季节变化
为了对年气温季节变化进行分析，采用中国通用的季节划分方法，3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，12-2月为冬季，年平均气温季节变化特征见图5。
从气象观测资料及图表可以得知，成都市春季平均气温在16.3℃左右，气温呈现上升趋势，根据拟合曲线可知气温上升速率为0.17℃/（10a）;夏季平均气温在24.5℃左右，气温呈现上升趋势，气温上升速率为0.085℃/（10a），季节变化最小;秋季平均气温在16.7℃左右，气温呈现上升趋势，气温升高速率为0.16℃/（10a）。冬季平均气温在6.5℃左右，气温上升趋势明显，气温降低速率为0.12℃/（10a）。由以上分析可知，成都市四季气温均有所上升，其中春季气温上升趋势最为显著，夏季气温上升趋势为季节变化最小。
3.3.2 降水季节变化
年降水季节划分与年气温季节划分相同，年降水季节变化特征见图6。
从气象观测资料及图表可以得知，成都市春季降水在148.5mm左右，春季降水量基本稳定;夏季降水量在554.3m左右，降水量呈现快速下降趋势，降水量下降速率为13.0mm/（10a）;秋季降水在189.4mm左右，降水量呈现下降趋势，降水量降低速率为8.9mm/（10a）;冬季降水量在24.6mm左右，降水量呈现上升趋势，降水量上升速率为0.55 mm/（10a）;由以上分析可知，成都市夏季、秋季降水量有所下降，且秋季降水量下降趋势迅速。春季、冬季降水量基本稳定。
3.4 气温和降水量突变年分析
图7是成都市年平均气温变化的累计距平曲线，根据曲线进行分析可以得知，成都市年平均气温累计距平值大致呈现先减小后增大的趋势，既1960年至1996年逐步下降，1996年以后呈现逐步上升趋势。1996年作为转折年，极有可能是突变年，经过检测信噪比0.97<1.0，气温气候要素不存在突变。图8是成都市年降水量变化的累计距平曲线，根据曲线进行分析可以得知，成都市年降水量累计距平值呈现复杂变化趋势，整体有先增大后减小的趋势，既1960年至1985年逐渐上升，1985年后呈现快速下降趋势，15年以后略有抬头。1985年作为转折年经过信噪比检测0.20<1.0，因此年平均降水也不存在突变年份。
4 结论与展望
①根据气温和降水量年代变化特性，58年来成都市气温升高趋势，降水量呈现下降趋势，大致年平均气温每上升1℃，年降水量减少140mm。根据气温和降水量年际变化特性分析，20世纪80年代以来，成都市平均气温呈现逐渐升高趋势，夏季最高气温在出现相应的上升趋势。②成都市四季气温变化趋势：四季平均气温都有所增加，与全球变暖趋势具有一致性，其中春、秋季气温升高趋势明显，四季降水量变化表现为冬季降水量有所增加，夏、秋两季降水量有所减小，四季降水量逐渐均匀化。③成都市20世纪80年代以来，年代平均气温和年代最高气温均有所上升，两者之间具有一定相关性，需要更进一步的研究。
参考文献：
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