中国农学通报 2015,31(35): 198-203 Chinese Agricultural Science Bulletin1961—2013年滁州市气温和降水变化特征11121龚年祖 ，胡姗姗 ，金华星 ，郭 黎 ，张鑫童12（滁州市气象局，安徽滁州239000 ；黄冈市气象局，湖北黄冈438000 ）摘 要：为探究气候变化下滁州市近53 年气温和降水量变化特征，运用趋势分析法、Mann-Kendall 非参数检验法和小波分析法，探究1961—2013 年滁州市气温和降水的年代际变化特征、突变特征和周期特征。结果表明（：1 ）过去53 年，滁州市年平均气温呈明显的上升趋势，气候倾向率为0.26℃/ 10 a ；其中春季气温增势最明显，冬季和秋季次之，夏季气温略有增势。年降水量也呈明显的增加趋势，气候倾向率为15.60 mm/ 10 a ；其中，夏季和冬季降水量呈增加趋势，而春季和秋季降水量呈减少趋势。（2 ）年平均气温在2001 年发生增加突变，年降水量在1986年发生增加突变；年平均气温存在17年的主周期，年降水量存在17年左右的主周期和7~8 年次周期。（3 ）气温和降水量呈明显的负相关。在全球变暖下，滁州市气温和降水量均呈增加趋势。关键词：滁州市；气温；降水；变化特征中图分类号：P462文献标志码：A论文编号：casVariationofTemperatureandPrecipitationinChouzhouCityDuring1961-201311121GongNianzu,HuShanshan,JinHuaxing,GuoLi,ZhangXintong1(MeteorologicalBureauofChuzhouCity,ChuzhouAnhui239000;2MeteorologicalBureauofHuanggangCity,HuanggangAnhui438000)Abstract: InordertoinvestigatevariationofprecipitationandtemperatureinChouzhoCityduring 1961-2013,basedonthemethodsoftrendanalysis,Mann-Kendallnonparametrictestandwaveletanalysis,theinter-annual,inter-decadalandseasonalvariationoftemperatureandprecipitationinChouzhouCitywereanalyzed.Theresultsindicatedthattheannualandseasonaltemperatureexhibitedasignificantlyincreasingtrendwiththerateof0.26℃/10a.(1)Theincreasingtrendoftemperaturewasthestrongestinspring,stronginwinterandautumn,slighterinsummer.Obviously,theannualprecipitationalsoexhibitedasignificantlyincreasing trend with the rate of 15.60 mm/10 a, the precipitation in summer and winter exhibited anincreasingtrend,whereas,theprecipitationinspringandautumnexhibitedadecreasingtrend.(2)Theannualtemperaturehadanabruptincreasein 2001,andtheannualprecipitationhadanabruptincreasein 1986.Wavelet analysis indicated that the annual temperature had a 17-year periodic cycle and the annualprecipitationhada 17-yearprimaryperiodiccycleandasecondaryperiodiccycleof 7-8 years.(3)Crosswaveletanalysisindicatedthattheannualprecipitationhadasignificantlynegativecorrelationwithannualtemperature.ThetemperatureandprecipitationinChuzhouCityallpresentedtheincreasingtrendundertheglobalclimatechange.Keywords:ChouzhouCity;temperature;precipitation;variationcharacteristic 0 引言题，IPCC 报告表明，过去百年，全球气温和降水的变气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问化，不仅对人类赖以生存的生态环境系统，而且对人 基金项目：安徽省气象科技发展基金“滁州市短期温度降水多模式集成预报”(KM201404) 。 第一作者简介：龚年祖，男，1983年出生，湖北宜昌人，工程师，主要从事地面气象观测、装备保障、人工影响天气等业务工作。通信地址：239000 安徽 省滁州市琅琊区卫校滁州市气象局，E-mail 。 收稿日期：2015-07-18，修回日期：2015-09-18。龚年祖等：1961—2013 年滁州市气温和降水变化特征·199 · 类社会经济发展产生了深远的影响 。降水的时空 温都高于53 年的平均值。年代变化上，大致经历了先 格局的变化以及气温在全球尺度的增加改变了区域减少(1960s—1970s) 后增加(1980s—2000s) 再减少 水热资源的时空分布，导致干旱和洪水的概率增加， (2011—2013) 的变化过程。其中，在1970s 年代平均气 进一步引起了土壤侵蚀、生物锐减、大气化学成分的 温最低，仅为15.25℃；在2000s 年代平均气温的达到最 改变等问题 。大值，为16.34℃。综合分析，在全球变暖下，滁州市气前人 在大尺度上对华东地区开展了气温和降水 温增势明显，尤其是在1970年以后，但是增势在2000s 等的相关研究，表明地区气温呈明显的增加趋势，降水中后期有所减弱，在波动中减势凸显。 呈减少趋势。但是，前人的研究尺度之大，而对于小尺 度的滁州市的气温和降水的年代、突变特征研究较17.50 少。另一方面，由于自然地理环境的空间异质性，区域年际变化17.00年代变化 对全球变化的响应在不同地区有所差异，因此不同地趋势线16.50 区气温、降水等气象要素变化的速率、幅度等也可能有℃ 16.00 所不同 。详细的分析滁州市气温和降水对全球变化/温 的响应是非常有意义。因此，本研究基于滁州市7 个气 15.50 气象站的数据，分析过去53 年滁州市气温和降水的年15.00y=0.0256x+14.9862 代际变化特征及其突变特征，以期为气候变化下区域14.50R=0.4846 水热的响应和相关的研究提供理论参考。14.00 1 资料与方法1 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 36 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1.1 数据来源年份本研究利用滁州市气象站（经度：32.30N ，纬度：图1 1961—2013年滁州市年平均气温变化特征 118.30E ，海拔：275 m ）逐日气温和降水实测资料。考 虑到资料的完整性和可比较性，选用1961—2013 年的 2.1.2气温的四季变化特征 与年平均气温增势一致， 无缺测气温和降水量数据值。四季平均气温都呈现增加趋势。但是，四季平均气温 1.2 研究方法与统计分析的增幅和年代际变化上有所差异。春季平均气温增势趋势分析法是基于最小二乘法而建立的气象因子最明显（见图2a），气候倾向率为0.33℃/ 10 a(P ＜0.01) ， 间的一元回归方程，其中回归方程的系数表征气象要表明春季增温最为明显，且对全年增温的贡献最大。 素的变化趋势，本研究基于趋势分析法探究气温和降 春季平均气温的年际变化特征与年平均气温类似，但在年代变化特征有所不同。1960s 春季气温达到年代 水的变化趋势 ；基于Trend 软件运用Mann-Kendall 突最小值，为14.53℃，随后在1970s—2000s 逐渐增加，在 变检验探究气温和降水的突变特征 ；基于Origin 软 2011—2013 年达到最大值，为16.17℃。夏季平均气温 件运用小波分析探究气温和降水量的周期特征 。 小波交叉分析是基于小波交叉谱探究气象因子之间相 增势较弱，气候倾向率仅为0.09℃/ 10 a 。其中，在 位的共振，并基于交叉小波谱探究气象因子之间的相1961—2000 年，气温波动较大但增减趋势不明显，在 关性，本研究基于MATLAB 软件运用交叉小波分析探 2000—2013 年，气温增势极为明显，在2013 年达到研究时段最大值，为28.40℃。年代变化上，1960s— 究气温和降水量的共振与相关 。 2 结果与分析1990s ，年代气温高低波动，在1960s 和1980s 相对较 2.1 气温变化特征高，1970s 和1990s 相对较低，其中1970s 达到年代气温 2.1.1 年平均气温变化特征 过去53 年，滁州市年平均最小值，为26.54℃。2000s 气温增加至27.07℃；在 气温呈增加趋势，气候倾向率为0.26℃/ 10 a （图1，P ＜ 2011—2013 年达到最大值，为27.44℃。秋季和冬季气 0.05）。年际变化上可以分为2 个时段：1961—1969温也呈增加趋势，气候倾向率分别为0.28℃/ 10 a 和 年，年平均气温在波动中减少，自1961年的16.63℃减 0.32℃/ 10 a ，年际变化上都是先减少后增加的变化的 少至1969年的14.28℃；1969—2013 年，年平均气温在过程。年代变化上，秋季平均气温在1970s 达到年代 波动中增加，在2007 年达到最小值，为17.02℃。其中， 最小值(16.43℃) ，在2000s 达到年代最大值(17.66℃) ； 在1997年之前，仅有8 年的年平均气温高于53 年的平冬季平均气温在1960s 达到年代最小值(3.12℃) ，在 均值(15.68℃) ，而在1997—2013 年，逐年的年平均气 2000s 达到年代最大值(4.76℃) 。 ·200 ·中国农学通报17.50(a)春季29.00(b)年际变化年际变化夏季17.00年代变化28.50年代变化趋势线趋势线16.50y=0.0086x+26.53128.00216.00R=0.035127.50℃ 15.50℃//温 15.00温 27.00气气26.5014.5014.0026.00y=0.0333x+14.17213.50225.50R=0.403413.0025.001 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 31 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 36 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 16 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 09 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2年份年份19.50(c)7.00(d)秋季冬季年际变化年际变化19.00年代变化6.00年代变化18.50趋势线趋势线18.005.00℃℃/17.50/温温 4.00气17.00气16.503.0016.00y=0.028x+16.237y=0.0324x+3.005822.0015.50R=0.33392R=0.201615.001.001 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 31 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 36 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 16 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 09 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2年份年份图2 1961—2013年滁州市四季气温变化特征 2.2 降水变化特征1760年际变化 2.2.1 年降水量变化特征 图3 为滁州市过去53 年年降1610年代变化 水量年代际变化特征。年降水量呈明显的增加趋势，1460趋势线 气候倾向率为15.60 mm/ 10 a(P ＜0.01) 。可以看出，年1310m 降水量年际波动较大，经过了多次“减少—增加—减/m 1160量 少”的变换，但总体呈明显的增加趋势，气候倾向率为水 1010 15.50 mm/ 10a。最小降水量发生在1978年，为537.80 mm，降 860 最大降水量发生在2003 年，为1665.30 mm 。在1991710y=1.5603x+1022.35602R=0.0147 年，年降水量也达到了1632.10 mm。年代变化上，自410 1960s—2000s，年代降水量逐渐增加，分别为1012.08、1 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 36 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 0 1044.11、1048.87、1101.18 和 1146.00 mm ；在2011—1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2年份 2013 年，降水量减少至964.07 mm ，远远低于多年平均图3 1961—2013年滁州市年降水量变化特征 降水量的平均值(1064.43 mm) 。 2.2.2 降水的四季变化特征 滁州市四季降水量变化趋减势。年际变化上，四季的降水量波动都较大，但在不 势差异明显，春季和秋季降水量呈减少趋势，气候倾向同年份变幅不同。年代变化上，春季降水量在1960s、 率分别为- 10.71 mm/ 10 a 和- 12.29 mm/ 10 a ；夏季和冬季1970s 和1990s 较大，在1980s 和2011—2013 年较小； 降水量呈增加趋势，气候倾向率分别为32.43 mm/ 10a 和秋季降水量在1960s 和1980s 较大，在其他年代时段较 6.01 mm/ 10 a 。因此，夏季和冬季降水量的增势对年小，尤其是在2011—2013 年最小(133.87 mm) 。夏季降 降水量的增加贡献较大，且大于春季和秋季降水量的水量在 1960s—1980s 都较小 ，在 1990s、2000s 和龚年祖等：1961—2013 年滁州市气温和降水变化特征·201 ·513 (a)1025(b)春季年际变化年际变化夏季463年代变化925年代变化413趋势线825趋势线363mm 313mm 725//625量 263量525水213水降 163降425113y=-1.0712x+278.73325y=3.2428x+431.876322252R=0.0375R=0.0963131251 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 31 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 36 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 16 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 09 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2年份年份(c)秋季年际变化240(d)年际变化冬季400 y=-1.2286x+226.46年代变化年代变化3502趋势线200趋势线R=0.0595m 300m 160/m 250/m量量120水200水降降 8015040y=0.601x+85.5391002R=0.05565001 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 31 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 36 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 16 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 09 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2年份年份图4 1961—2013年滁州市四季降水量变化特征 2011—2013 年都较大；冬季降水量在1960s—2000s 逐示。可以看出，年平均气温（见图5a）和降水量（见图 步增加，在2000s 达到最大值(123.95 mm) ，在2011—5b ）都存在明显的突变。其中，年平均气温在2001 年 2013 年减少至88.97 mm 。发生增加突变，年降水量在1986年发生增加突变。降 2.3 气温和降水的突变分析水量的UF 值在1964 年以后稳定通过0 ，表明1965—k为进一步探究突变特征，分别对年平均气温和降 2014 年降水量明显的增加趋势；气温的UF 值在1969k 水量进行Mann-Kendall 非参数检验，结果如图5 所年稳定通过0 ，表明1969—2014 年气温明显的增加趋UFk3(b)4 (a)降水量气温UBk322量量 1计 1计统统 0K- 0K-MM -1UFk-1UBk-2-2-3-31 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 31 5 9 3 7 1 5 9 3 7 1 5 9 36 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 16 6 6 7 7 8 8 8 9 9 0 0 0 19 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 09 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2年份年份图5 1961—2013年滁州市年平均气温和降水的突变特征 ·202 ·中国农学通报 势，这与趋势分析法的结果一致。应全球变化并共同影响着区域的水热资源的演变。由 2.4 气温和降水的周期分析图7a 交叉小波可以看出，两者共同震荡的高能量区主基于Morlet 小波，对年降水量（见图6a）和年平均要分布在1~2 年周期的1970s 中期和1年周期的1990s 气温（见图6b ）进行了小波分析。可以看出，年降水量 初期，且都通过95%显著性检验。因此，滁州市气温和 周期较为复杂，大周期嵌套小周期变换；在小周期尺度降水具有一定周期尺度的共振与相关。由图7b 可以 上，存在7~8 年的周期变换，经历了“偏多—偏少—偏看出，气温和降水呈明显的负相关，在3 年（年际变化） 多”5 次变换过程；在大周期尺度上，存在17年左右的 和6~8 年尺度都存在明显的负相关。年际尺度上，两 周期，经历了“偏多—偏少—偏多”2 次变换过程。年者在1960s 初期、1980s 末和1990s 初期以及2000s 初 平均气温存在明显的17年左右的周期，且贯穿整个研期，气温和降水的负相关达到极显著水平。在6~8 年 究时段，且气温变化大致经历了2 次“偏高—偏低—偏尺度周期上，1960s、1990—2013 年，两者负相关也达 高”的变换过程。到极显著水平。表明滁州市气温和降水存在明显的负 2.5 气温与降水的共振与相关相关，滁州市气温的升高会引起降水减少，而降水的增在气候变化背景下，气温和降水相互作用，共同响加会引起气温的降低。图6 1961—2013年滁州市年平均气温和降水的周期特征图中黑色粗线的区域表示通过95%红噪声