焦作历年气温变化对比
3
2026-02-20

近45a黄冈市气温和降水的变化与异常特征分析
李建平
,易成功
,张火平
(1.湖北省黄冈市气象局,黄冈 438000;2.湖北省鄂州市气象局,鄂州 436000)
摘 要:利用线性倾向率、滑动平均、小波分析、异常分析等方法,对黄冈市 45a来(1961~2005年)气温和降水变化事实进行诊
断分析,着重分析气温和降水的年际变化、年代际变化等基本气候特征。结果表明,黄冈市年平均气温呈上升趋势,特别是自
1980年代后期上升尤为明显,冬、春季增温对该市年平均气温贡献最大;平均气温变化阶段性明显;气温周期性变化明显,平
均气温主要有4a和6a年际周期、13a和20a年代际周期;45a中没有出现异常偏冷年,异常偏暖年出现过 1次(1998年);
年最高气温呈弱上升趋势,阶段性明显,冷暖交替变化;年最低气温呈明显上升趋势;年降水量呈增多趋势,1980年代为降水
峰值期;降水量周期性变化明显,主要有6~7a年际周期、13a年代际周期;45a中降水异常偏多和异常偏少均未出现。
关键词:气温;降水;趋势变化;周期性;异常分析
中图分类号:P467 文献标识码:A
随着全球气候变化,湖北省气候也发生了相应的
变化。近些年来,有研究工作者对湖北地区气候变化作
了大量的研究工作,并取得不少研究成果。如郑祚芳等
[1]
的研究指出,近50年湖北省各地气候变化的地域性、
季节性差异较大,中、东南部在冬、春季增暖明显,降水
量的变化趋势差异明显,汉口站年平均气温有明显增
加趋势,年降水量有弱的增多趋势。陈正洪等
[2]
详细分
析了湖北省71站1981~1994年与前20年不同时间尺
度平均气温差值的时空分布特征后发现,1980年代以
来全省各地平均气温变化较小,但相对地降温范围广、
幅度大,区域差异明显。冯明
[3]
全面分析湖北省72个气
象台站自建站有观测记录以来的降水资料后发现,全
省降水差异较大,分布不均,1980年以来东部地区降
水偏多,西部地区则相反。陈正洪等
[4-5]
利用湖北省
71个气象站 1961~2000年间四季、年平均、最低、最
高气温资料,探讨了该省城市热岛强度变化对区域气
温序列的影响,认为湖北省大部地区气温变化规律较
为一致:最低气温增幅最大,平均气温次之,最高气温
增幅最小;冬季气温增幅最大,春秋季次之,夏季增幅
最小,甚至部分地区出现降温;武汉站在 1986/1987
年冬有升温突变,之后武汉连续出现暖冬。
地处鄂东的黄冈市位于大别山南麓、长江中游北
岸,独特的地理位置使黄冈市气候变化具有自身的特
点。目前,关于黄冈市气候变化的研究不多,尤其是囊
括了近 10年气温和降水资料的相关研究还未见报
道。本文将对该地区45a来气温和降水变化事实作出
诊断分析,并着重分析气温和降水的年际变化、年代
际变化等基本气候特征,为趋利避害指导黄冈经济发
展、合理利用本地气候资源提供理论依据。
选取黄冈市所属红安、麻城、英山、罗田、黄州、浠
水、蕲春、武穴、黄梅等 9个气象观测站 1961~2005年
气象资料,包括逐日平均气温、最高气温、最低气温和
日降水量。四季划分如下,春季(3~5月)、夏季(6~8月)、
秋季(9~11月)、冬季(12~2月)。
统计方法如下:(1)黄冈市平均气温、平均降水量是
对上述 9站相对应的气象要素求算术平均所得;(2)在
进行气温或降水的气候趋势分析时,采用线性倾向
率,线性趋势倾向系数由最小二乘法求得,其气候趋
势以一元线性回归方程 y=ax+b描述,a×10为气候倾
向率,单位为℃/(10a)或 mm/(10a);(3)小波分析是将
一维的时间序列函数在时间和频率两个方向上展开,
从而分析不同时间频率下一维函数变量随时间的变
化,还可定量地确定不同时间频率下函数变量发生转
折的时间位置。因此,本文采用Morlet小波分析方法
[6]
对 1961~2005年黄冈市气温和降水随时间变化作进
一步分析。
3.1平均气温变化
统计黄冈市 1960年代(1961~1970年)、1970年代
收稿日期:2007-04-16;定稿日期:2007-09-06
作者简介:李建平,男,1970年生,工程师,主要从事天气预报技术研究.E-mail:haljp3i@126.com
文章编号:1004-9045(2008)01-0059-05
2资料与方法
3结果分析
1引言
第 27卷 第 1期
2008年 3月
暴雨灾害
TORRENTIALRAIN ANDDISASTERS
Vol.27No.1
Mar.2008
(1971~1980年)、1980年代 (1981~1990年)、1990年代
(1991~2000年)及 21世纪头 5年(2001~2005年)的年、
各季平均气温,以T
、T
、T
、T
、T
分别表示年、春季、夏
季、秋季、冬季平均气温,其结果见表1。
从表 1中可见,与 1990年代之前相比,近 15年
(1991~2005年)黄冈市年和春、秋、冬三季的平均气温
均呈递增趋势,夏季平均气温变化不明显;1990年代
的年、春、秋、冬季的平均气温较 1960年代的分别偏
高 0.4℃、0.6℃、0.2℃、1.3℃,21世纪头 5年的年、
春、秋、冬季平均气温较1960年代的分别偏高 0.8℃、
1.1℃、0.8℃、1.3℃,这说明进入 21世纪后增暖更为
明显,其增暖幅度最大的是冬季,其次是春季和秋季;
年平均气温在 1970、1980年代相对较低,其最低值
(16.0℃)出现在 1969年,春、秋两季的平均气温均是
在 1970年代相对较低,夏季平均气温则在 1980年代
相对较低,而冬季相对较低的平均气温则出现在1960
年代。
从近 45年黄冈市年平均气温的变化情况来看(图
1),总体呈现上升趋势,其倾向率为 0.18℃/(10a),而
且具有明显的阶段性,冷暖变化交替出现;暖期出现
在 1960年代前期、1970年代末期及 1980年代后期以
来的时段,自 1990年代初以来气温显著上升,21世纪
头 5年增温达到最强,1980年代后期以来为相对偏暖
期;冷期出现在 1960年代后期到 1970年代中期、
1980年代前期,1960年代到 1980年代前期为相对偏
冷期。
从近 45年黄冈市春、夏、秋、冬各季平均气温变
化来看(图 2),春、秋、冬季平均气温均呈上升趋势,夏
季平均气温变化基本持平;冬季气温倾向率最大,为
0.37℃/(10a),夏季倾向率最小,为-0.01℃/(10a),
这表明该市冬季平均气温增暖幅度最大,夏季平均气
温略有下降,基本持平。
对黄冈市 45a平均气温的时间序列进行 Morlet
小波分析,得到其不同时间尺度的变化特征(图 3)。从
图 3中可见,平均气温周期性变化明显,13a、20a的
年代际周期在近45a里始终存在;主要的年际周期是
4a、6a左右,其中以 4a左右为年际周期的强振荡
信号出现在1960年代末至21世纪初,以6a左右为
年际周期的强振荡信号出现在 1960年代初至 1970
年代中期。
3.2最高气温变化
统计黄冈市近45a各年代的年、季平均最高气温,
以 T
、T
Mc
、T
Mx
、T
Mq
、T
Md
分别表示年、春季、夏季、秋季、
冬季的最高气温,其结果见表2。
从表 3中可见,1990年代以后的近 15年黄冈市
年、春、秋、冬季最高气温呈升高趋势,夏季最高气温
年代 T
1961~1970 16.6 16.0 27.5 17.8 4.7
1971~1980 16.5 15.9 27.5 17.5 5.1
1981~1990 16.5 16.1 27.3 17.6 5.0
1991~2000 17.0 16.6 27.3 18.0 6.0
2001~2005 17.4 17.1 27.7 18.6 6.0
表 11961~2005年黄冈市各年代的年、季平均气温(℃)
年代 T
Mc
Mx
Mq
Md
1961~1970 21.6 20.7 32.1 23.0 9.9
1971~1980 21.3 20.5 31.9 22.8 9.7
1981~1990 21.2 20.7 31.8 22.5 9.5
1991~2000 21.8 21.2 31.7 23.3 10.7
2001~2005 22.3 22.3 32.3 24.1 10.6
表 21961~2005年黄冈市各年代的年、季最高气温(℃)
60 暴雨灾害 第 27卷
从 1960年代到 1990年代略呈下降趋势,但在 21世
纪头 5年呈现出明显升高;1990年代最高气温较
1960年代的年、春、秋、冬季分别偏高 0.2、0.5、0.3、
0.8℃;21世纪头 5年最高气温较 1960年代的年、
春、秋、冬季分别偏高 0.7、0.6、1.1、0.7℃;对四季而
言,最高气温增加幅度最大的是冬季,其次是春、秋
两季。
从近 45a黄冈市年最高气温的年际变化来看(图
4),总体上呈现弱的上升趋势,其倾向率为0.16℃/(10
a),具有明显的波动性,冷暖交替变化出现。暖期出现
在 1960年代前期、1970年代末期及 1990年代之后近
15年,冷期出现在 1960年代后期到 1970年代中期、
1980年代。自1980年代初以来,最高气温一直呈波动
上升趋势,1990年代后期至 21世纪头 5年增暖达到
最强。
另外,从近 45a黄冈市四季最高气温变化来看
(图略),春、秋、冬季最高气温均呈上升趋势,夏季最高
气温基本持平;最高气温倾向率春季最大,为 0.31℃/
(10a),夏季最小,为-0.05℃/(10a),这表明春季最高
气温增加幅度较大、夏季最高气温略有下降并基本持
平。近 45a黄冈市最高气温变化与覃军等
[7]
指出的
“湖北省最高气温在年平均情况下为弱的降温趋势,
在夏季则为强降温趋势”并不一致。
通过对黄冈市近 45a最高气温的时间序列进
行 Morlet小波分析,得到其不同时间尺度的变化特
征(图略):黄冈最高气温周期性变化较为明显,与平
均气温周期性变化相近,最高气温 13a和 20a左
右的年代际周期在近 45a里始终存在;主要的年际
周期是 4a、6a左右,其中以 4a左右为年际周期
的强振荡信号出现在 1970年代初至 21世纪初,以 6
a左右为年际周期的强振荡信号出现在 1960年代初
至 1970年代中期。
3.3最低气温变化
统计黄冈市近 45a各年代的年、季平均最低气
温,以 T
、T
mc
、T
mx
、T
mq
、T
md
分别表示年、春季、夏季、秋
季、冬季的最低气温,其结果见表3。
从表4中可见,近45a黄冈市的年和春、夏、冬三
季最低气温一直呈上升趋势,秋季最低气温自 1970
年代以后也呈上升趋势;1990年代最低气温较 1960
年代的年、春、夏、秋、冬季分别偏高 1.0、0.9、0.4、0.4、
1.7℃,21世纪头5年最低气温较 1960年代的年、春、
秋、冬季分别偏高 1.3、1.2、0.7、0.9、1.9℃,近 5年增加
明显加快;从各季看,最低气温增加幅度最显著的是
冬季,其次是春、秋季。
从近 45a黄冈市年最低气温的年际变化情况来
看(图 5),呈明显的上升趋势,其倾向率为 0.28℃/(10
a),具有两个明显的波动阶段,即 1960年代初至 1960
年代末波动下降、自 1960年代末到 21世纪头 5年波
动上升,1990年代中后期之后最低气温持续上升达到
最大。
另外,从近 45a黄冈市四季最低气温变化来看
(图略),各季最低气温均呈上升趋势,其中,最低气温
倾向率冬季最大,其值为0.52℃/(10a),夏季最小,为
0.14℃/(10a),表明最低气温增加幅度冬季最大、夏季
最小。这与覃军等
[7]
指出的“年平均情况下最低气温在
全省大部分地区为升温趋势,冬季则为强升温趋势”
的结果一致。
对黄冈市 45a最低气温的时间序列进行 Morlet
小波分析,得到其不同时间尺度的变化特征(图略):该
市最低气温周期性变化明显,13a和 22a左右的年
代际周期在近45a里始终存在;主要的年际周期是4a、
7~8a左右,其中以 4a左右为年际周期的强振荡信
号出现在 1970年代中期至 21世纪初,以 7~8a为年
际周期的强振荡信号出现在 1960年代初至 1990年
代中期。
年代 T
mx
md
1961~1970 12.3 11.9 23.4 13.6 0.8
1971~1980 12.7 12.0 23.6 13.3 1.5
1981~1990 12.9 12.2 23.7 13.9 1.6
1991~2000 13.3 12.8 23.8 14.0 2.5
2001~2005 13.6 13.1 24.1 14.5 2.7
表 31961~2005年黄冈市各年代的年、季最低气温(℃)
61 李建平等:近 45a黄冈市气温和降水的变化与异常特征分析 第 1期
3.4降水变化
统计黄冈市 1960年代 (1961~1970年)、1970年
代(1971~1980年)、1980年代(1981~1990年)、1990年
代(1991~2000年)及 21世纪头 5年(2001~2005年)的
年、各季平均降水量,这里以 R
、R
、R
、R
、R
分别表
示年、春季、夏季、秋季、冬季平均降水量,其结果详
见表 4。
由表 2可见,1980年代是黄冈市 45a来降水量
最大的 10年,1960年代是降水量最小的10年,年降
水量在 1960年代和 1970年代明显偏少,在 1980年
代和 1990年代明显偏多;黄冈市春季降水量最大的
10年是 1970年代,夏季降水量最大的 10年是 1990
年代,秋季降水量最大的 10年是 1980年代,冬季年
际最大降水量出现在 1990年代之后的近 15年,尤
其是 21世纪头 5年的降水量明显偏多。统计结果表
明,年降水量最大值(1996.2mm)出现在 1983年,最
小值(862.8mm)出现在 1978年,其最大值与最小值相
差 1133.4mm。
从近 45a年黄冈市年降水量变化来看 (图 6),
1960、1970年代降水偏少,1980年代相对最多,1990
年代以后的近 15年与 1980年代相比降水又呈下降
趋势,21世纪头5年下降趋势尤其明显。近45a黄冈
市年降水量倾向率为37.9mm/(10a),年降水量变化
的波动性较为明显,最多出现在 1960年代末期、1980
年代初期、1980年代末至 1990年代初及 1990年代后
期,最少出现在 1960年代中期、1970年代后期及
1990年代末至 21世纪初,1990年代以后,降水波动
明显加剧。
从近 45年黄冈市春、夏、秋、冬各季降水量变化
来看(图 7),夏、冬、春季降水倾向率均为正值,分别为
28.8mm/(10a)、13.6mm/(10a)、1.5mm/(10a),秋
季降水倾向率为负值,即-13.6mm/(10a),这说明黄
冈夏季降水变化较突出,降水增加明显。特别是进入
1990年代以后,春、夏、冬三季降水有所增加,而秋季
降水递减突出。
对黄冈市 45a降水量的时间序列进行 Morlet小
波分析,得到其不同时间尺度的变化特征(图 8)。从图
8中可见,降水量周期性变化较为明显,主要有 6~7a
年际周期、13a年代际周期,这两个周期在 45a中始
终存在。
3.5气温和降水的异常分析
3.5.1平均气温的异常
在统计黄冈市近 45a的平均气温时,以 T表示
平均气温,T
表示多年气温平均值,S表示平均气温标
准差,其冷暖等级标准
[8]
如下:T≥T
+2.0S,为异常偏暖;
+2.0S>T≥T
+1.5S,为显著偏暖;T
+1.5S>T≥T
+1.0S,
偏暖;T
+1.0S>T≥T
-1.0S,为正常;T
-1.0S>T≥T
-1.5S,
偏冷;T
-1.5S>T>T
-2.0S,为显著偏冷;T
-2.0S≥T,为异
常偏冷。
根据上述标准所作的统计结果发现:黄冈市近
45a没有出现异常偏冷年;显著偏冷年出现过两次
年代 R
1961~1970 1252.7 401.3 528.0 195.0 125.4
1971~1980 1271.6 444.2 489.0 199.3 142.4
1981~1990 1427.2 408.9 594.2 286.2 132.6
1991~2000 1407.2 430.8 641.0 187.4 151.0
2001~2005 1289.5 403.5 516.3 172.7 200.3
表 41961~2005年黄冈市各年代的年、季平均降水量(mm)
62 暴雨灾害 第 27卷
(1969、1984年),偏冷年和显著偏冷年都出现在 1994
年以前,1994年以后没有出现过偏冷年;异常偏暖年
出现过1次 (1998年),显著偏暖年出现过4次(1961、
2001、2002、2004年),偏暖年和显著偏暖年主要集中在
1990年代后期和21世纪头5年。另外,异常冷春和显
著冷春均只出现过1次(分别是1970年和1991年),异
常暖春出现过 2次(1997、2000年),显著暖春出现过 3
次(2001、2004、2005年),由春季偏暖出现的年份可知,
自1990年代以来黄冈市春季增温趋势明显;异常冷夏
出现过1次(1968年),显著冷夏出现过2次(1980、1999
年),异常暖夏没有出现,显著暖夏出现过3次(1961、
1967、1978年);异常冷秋和显著冷秋各出现过1次(分
别在1981、1976年),异常暖秋出现过2次(1998、2005
年),显著暖秋出现过 1次(2001年);异常冷冬出现过 1
次 (1968年),显著冷冬出现过4次(1964、1972、1977、
1984年),由此可见,冷冬只在1960~1980年代出现过,
异常暖冬、显著暖冬各出现过 1次 (其分别出现在
1999、2002年)。
3.5.2降水量的异常
在分析黄冈市降水量异常时,采用的降水异常等
级标准是中国气象局现行的业务规定,即按降水距平
百分率(ΔR)划分:ΔR≥80%,降水异常偏多;50%≤ΔR<
80%,降水显著偏多;20%<ΔR<50%,降水偏多;-20%
≤ΔR≤20%,降水正常;-50%<ΔR<-20%,降水偏少;-
80%<ΔR≤-50%,降水显著偏少;ΔR≤-80%,降水异
常偏少。
根据上述标准,统计黄冈市近 45a年逐年、四季
降水发现:该市无降水异常偏多、异常偏少、显著偏多、
显著偏少年出现;春季降水异常偏多、异常偏少均未
出现,显著偏少也未出现,显著偏多出现 1次(1977
年);夏季降水异常偏多出现 2次(1969、1996年),异常
偏少未出现,显著偏多出现 4次(1980、1983、1991、
1999年),显著偏少出现 1次(1978年);秋季降水异常
偏多出现 3次(1972、1981、1983年),异常偏少未出现,
显著偏多出现 3次(1989、1993、2005年),显著偏少也
出现 3次(1966、1979、2004年);冬季降水异常偏多出
现 2次(1969、2003年),异常偏少没有出现,显著偏多
出现 3次(1973、1990、1998年),显著偏少出现过 4次
(1963、1968、1986、1999年)。
通过分析发现,45a来(1961~2005年),黄冈市年
平均气温呈上升趋势,自 1980年代后期开始,其上升
尤为明显,冬、春季增温对该市年平均气温的贡献最
大;最高气温呈弱上升趋势,阶段性冷暖变化交替出
现;最低气温呈明显的上升趋势,1960年代波动下降,
此后一直波动上升;异常偏暖年出现过 1次(1998年),
异常偏冷年未出现;年降水量呈增多趋势,1960、1970
年代降水偏少,1980年代为降水峰值期,1990年之后
降水又呈下降趋势;降水异常偏多和异常偏少年均未
出现。
上述结论是从对黄冈市 1964 ̄2005年气温和降
水资料的分析中得出的,但该市未来数十年气温和降
水变化趋势更值得关注。史瑞琴等
[9]
在分析了未来 30
年(2001~2030年)湖北省气温和降水的变化趋势之后,
得到的预测结果是,年平均气温全省普遍呈上升趋
势,年平均降水量鄂东呈增加趋势,与近 45a黄冈气
温、降水量总体呈上升变化趋势相吻合。对该市农业
经济发展和农业产业结构优化调整而言,上述气候变
化有利也有弊。如春季降水增多、气温偏高,有利于春
耕春播;夏季降水增加,易造成渍涝灾害;秋季气温升
高及少雨,可延长双季晚稻生长发育时间;冬季气温
升高,既可减少小麦等越冬作物的受冻几率,也易造
成越冬作物疯长、病虫害流行。至于这种气候变化对
该市农业经济的具体影响范围和程度,还有待于今后
做进一步研究。
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