丽水市1953-2010年气温变化对四季长度的影响

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丽水市1953-2010年气温变化对四季长度的影响

第35卷第3期 气象与环境科学 Meteorological and Environmental Sciences V0I.35 NO.3 Aug.2012 2012年8月 丽水市1 953--2010年气温变化对四季长度的影响 吴昊昊 ,陈惠芬 ,何凯玲 (1.南京大学大气科学学院,南京210093;2.丽水市气象局,浙江丽水323000 3.青田县气象局,浙江青田323900) 摘 要:根据丽水市国家气象观测站1953--2010年逐日气温资料,按照国家季节划分标准对四季长度进行划 分,运用趋势分析、Mann—Kendall检验和滑动t检验对四季长度和气温变化的趋势演变、突变转折进行研究,从而探 讨气温变化对四季长度的影响。结果表明:丽水市四季长度表现为夏季最长,冬季次之,春季和秋季相接近,秋季 略短。四季长度的变化趋势为春、秋季长度延长缓慢,夏季变长明显,冬季长度缩短显著。近58 a丽水市气温呈明 显的上升趋势,气候倾斜率为0.17℃/10a。气温变化对四季长度有较大的影响,尤其以冬季最为显著。突变检验 表明,气温上升与冬季长度缩短的突变时间都在2O世纪90年代中期;相关性检验显示气温与冬季长度的负相关 最明显,通过a=0.01的显著性检验。 关键词:季节长度;气温变化;Mann.Kendall检验;滑动t检验 中图分类号:P467;P423.3 4 文献标识码:A 文章编号:1673—7148(2012)03—0076—05 引 言 全球变暖以及由此带来的环境变化问题已经越 对该地区季节变化的研究相对较少。深入研究丽水 市季节气候变化特征及其演变规律,对防灾减灾,促 进经济发展有重要意义。本研究首先按照国家季节 来越引起人们的关注。气温的升高直接影响气候的 变化,造成四季长度和起止时间的变化¨ ,对经济 发展和老百姓的日常生活造成直接影响。因此,分 析各季节的变化特征,研究其演变规律,是非常重 要的。 划分标准对丽水市四季进行划分,得到四季长度;其 次运用趋势分析¨ 、Mann—Kendall检验 和滑 动t检验 ,分析四季长度的气候趋势和突变特 征;然后结合气温演变规律,探讨气温变化对四季长 度的影响。 对于季节气候,国内外许多专家学者作了相关 的研究工作,得出了不少有意义的结论。对于四季 1资料和方法 1.1 资料来源 本文所用的数据为1953--2010年逐t3气温观测 划分标准的讨论,张静¨ 等提出了适宜江、浙等地 气候的季节划分标准。张宝垄 。 等提出了我国、 西南、华南地区的季节分配指标和划分标准。在季 资料,来源于丽水市国家气象观测站。 1.2四季划分标准 节气候变化特征的分析研究上,张世轩 。。等研究 了我国华北地区、热带地区和四川等地的季节转换 特征与相关环流的影响;郁珍艳¨ 征的影响。 四季划分通常以3—5月为春季,6—8月为夏季, 9—11月为秋季,12月~翌年2月为冬季。由于我国地 等分别从极端 温度和气温突变等着手,研究了气温对季节演变特 丽水市地处浙江省西南浙闽两省结合部,属于 域辽阔,气候特征差异明显,因此上述划分与实际气 候状况有较大出入 。本研究以2010年8月中国 气象局通过的《气候季节划分》标准为依据。该标 准的界限温度值是:冬季和春季为10.0℃,夏季和 秋季为22.0℃。其中春季的判断方法为:以温度序 亚热带季风气候,四季分明,温暖湿润,雨量充沛。 目前针对气温、降水等方面的研究较多¨ 收稿日期:2011~11—05;修订日期:2012—01—20 基金项目:浙江省丽水市科技计划项目(2010JYZB10)资助 ,但针 作者简介:吴吴曼(1980一),男,浙江丽水人,高级工程师,学士,主要从事应用气象和气象电子等相关研究.E-mail:wuhaomin8048@gmail.com 

第3期 吴昊曼等:丽水市1953--2010年气温变化对四季长度的影响 77 列值首次大于或等于春季温度阈值为标志日,即春 点,该点对应的时刻就是突变开始的时间 …。 季起始日以5 d为滑动步长,选取该日及前后各2 滑动t检验是通过考察两组样本平均值的差异 日的日平均气温值计算滑动平均。当连续10个滑 是否显著来检验突变。其基本思想是把一气候序列 动平均值均大于或等于春季温度阈值,则以第一组 中两段子序列均值有无显著差异看作来自两个总体 滑动平均中的第一个大于或等于春季温度阈值的日 均值有无显著差异的问题来检验。如果两段子序列 期,作为春季开始的日期。其他季节的定义与此类 的均值差异超过了一定的显著性水平,可以认为均 似,只是夏季≥22℃,秋季≤22℃以及冬季≤10 值发生了质变,有突变发生 。 cI=。本研究首先将各个季节的开始日期定为四季起 始日期,然后将相邻两个季节之间的时间段定为季 2 丽水市四季长度的气候变化特征分析 节长度。 2.1 四季长度的气候变化特征 1.3 Mann.Kendall检验和滑动t检验 由1953--2010年丽水市四季长度变化统计(表 本研究利用Mann.Kendall检验和滑动t检验对 1)可知,丽水市四季长度的变化幅度较大,特别是 丽水市四季长度和年平均气温进行分析,探究其变 春季,最长天数(109 d,发生在1997年)是最短天数 化趋势和突变转折点。 (29 d,发生在1985年)的3.8倍;夏季和冬季最长 Mann.Kendall检验法是一种非参数统计检验方 天数是最短天数的近2倍;秋季最长天数是最短天 法,在该检验法中,对于具有n个样本量的时间序列 数的2倍多。四季中,最长的季节是1963年的夏 ,构造一秩序列s ,该序列是第i时刻数值大于 时 季,长度为151 d,横跨5个月份;最短的季节是 刻数值个数的累计数,在时间序列随机独立的假定 1985年的春季,长度只有29 d,不足1个月。 下,定义统计量如下: 从每个季节的平均长度上来看,夏季最长,其次 ㈦,2,…,n 是冬季,春季和秋季长度相接近,秋季略短。夏季的 平均长度约是春、秋季的2倍,而夏、冬两季的日数 式中, .=0,E(s )、Var(S )是累计数s 的均值和 就占了全年13数的62.3%,居绝对比重。对四季长 方差。按时问序列 逆序 , 一 一, ,再重复上 度的时间序列作一元线性拟合,得到各季节长度的 述过程,同时使UB =一 ( =17,,n一1,…,1), 气候倾斜率。除了冬季长度是缩短以外,其他三季 UB.=0。当 >0,则表明序列呈上升趋势;UF< 都表现为增加趋势,其中夏季长度增加相对明显,约 0,则表明序列呈下降趋势。当 F超过临界线时, 每10 a延长1.3 d。但只有冬季气候倾斜率(一2.81 表明上升或下降的趋势显著。如果 和UB曲线 d/10a)通过 =0.05的显著性检验,相当于每10 a 出现交点,且交点在临界线之间,这个交点即是突变 缩短2.6%。 表1 1953--2010年丽水市四季长度变化统计 注:・表示通过0【=0.05的显著性检验,括号中为发生的年份。 2.2 四季长度气候变化的Mann.Kendall检验及滑 长度为减少以外,其他年份都表现为增长趋势,其中 动t检验 1957--1958年春季长度的增长还超过仅=0.05的显 为了进一步验证丽水市四季长度的变化趋势和 著性检验。夏季长度的变化,主要分为三个阶段, 突变特征,利用Mann—Kendall检验,对四季长度进 1953—1976年以增长为主,1977--1998年减少,1999— 行分析,给定显著性水平O/.通过0.05,即“。。 = 2010年再次转为增长趋势。秋季长度,同样以增长为 ±1.96,图1中虚线表示 =0.05的显著性检 主,其中20世纪50年代基本表现为减少,60年代开 验线 。 始,秋季长度为一致的增长趋势,只有1964--1965年 丽水市春季长度以增长趋势为主,除了1964年、 跌落到零线以下。冬季长度,在60年代中期之前,变 1968年、1970--1971年、1986--1993年和1999年春季 化不稳定,波动为主;60年代中期之后分为1965— 

78 气象与环境科学 第35卷 1978年的减少趋势、1979—1999年的增长趋势和 交点;夏季和秋季,交点出现时段有所相似,都在60 年代中期之前和21世纪初,但具体时间又有所差 异;冬季长度的两条检验曲线在1996年前后存在相 2000--2010年的减少趋势,其中只有2008和2010年 减少趋势突破 =0.05的显著性检验。 就四季长度气候变化的突变情况而言,Mann— Kendall检验结论显示:春季,在60年代中期到90 交点,且交点都位于 =0.05的显著性水平临界线 之间。 年代初,长度变化不稳定,两条检验曲线存在多个相 (a)吞李 。一厂 r… ………… … 3 2 1 i四 : 21f 一 一一 一 / : 一0 l ’、Ii’ ’…厂一 jfv  V 一2 3 l953 1960 1967 1974 198l 1988 1995 2002 2009 年份 (C)秋季 …… (d)冬李 …… . … 一 , ~ 舭 ……一 由图1可知, F和UB曲线交点较多,根据魏 凤英 对Mann.Kendall检验法的分析,不是所有的 交叉点均是突变点,需要去除其中的杂点。为了能 够进一步确认四季长度的突变情况,使用滑动t检 验方法进行验证。取子序列长度5 a、10 a、15 a和 20 a。由滑动t检验的结果可知,冬季长度序列较显 著地发生了突变,而其他季节没有检验出突变点。 图2为设定子序列长度n。=n =15 a时,冬季长度 序列滑动t检验的结果。在1992--1993年,统计值序 列超过了o【=0.01的显著性水平,冬季的长度发生 了突变,由增长转为明显减少趋势。这个结论与 3 丽水市气温变化对四季长度的影响 3.1 年平均气温的气候变化特征 图3给出了1953--2010年丽水市年平均气温的 变化趋势。由图3可见,近58 a来丽水市气温整体 呈上升趋势,但期间存在“升温一降温一再升温”的 反复。1953--1958年是一个相对偏冷期,l959—1967 年进入一个相对偏暖期,1968--1996年又再次回复 偏冷阶段,1997年之后进入一个快速升温阶段。对 丽水市近58 a平均气温进行一元线性拟合,其气候 倾斜率达到0.17℃/10a,气温上升趋势明显,相当 于每10 a气温升高0.94%,近58 a气温增加了1.0 cI=,通过0【=0.01的显著性检验。 通过10 a滑动平均曲线,可以方便地观察气温 的年代际变化特征,从中可以看出,丽水市气候冷暖 交替的时间长短不一。从20世纪50年代初到60 年代末,经历了长度约为6~8 a的冷暖交替之后, 丽水市进入一个从60年代末到90年代初的偏冷阶 段,时间长达28 a,其中1976、1981和1984年气温 Mann—Kendall检验所得的结论基本一致,冬季长度 确实在20世纪90年代中期发生了突变。 4 3 2 理: 一1 1 2 3 4 0 ;一一一一一一一一一一一一一 : —— ——1967 1971 1975 1979 1983 1987 1991 1995 年份 达到最低值17.4℃。直到90年代中期后,气温才 重新走上回升的态势,且上升势头猛烈,如1997— 2010年平均气温就达19.0 oC,比58 a平均气温高 图2 1953--2010年丽水市冬季长度变化的滑动t检验 

第3期 吴昊曼等:丽水市1953--2010年气温变化对四季长度的影响 79 出0.7 oC,其中最高气温是19.6 oC,出现在 2007年。 G 19 Ro.0  ^ :0一 l29 32 / 1953 l958 1963 1968 l973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 2008 年份 图3 1953--2010年丽水市年平均气温变化趋势 3.2气温变化的Mann.Kendall检验 对气温序列作Mann.Kendall检验,在分析气温 变化趋势的同时,检验其突变点。由图4的咿曲 线变化情况可知,近58 a来,丽水市气温整体呈上 升趋势,但在不同时段上变化有所反复,其中1958、 1982和1991年是“冷一暖一冷一暖”的转折点。在 1953--1957年间,丽水市气温处于较低水平;1958年 开始,气温处于明显上升阶段,除了1982--1990年气 温的咿曲线跌落至零线以下,其他时段上升趋势 明显,特别是1963--1968年和2000--2010年超越仅= 0.05的显著性水平,其中1966--1967年和2002--2010 年甚至突破了0l=0.01的显著性检验( = 2.56),呈极显著的增温趋势。咿和UB曲线在 1996--1997年相交,且交点都位于仅=0.05显著性 水平临界线之间,说明在此期间丽水市气温变化发 生了突变,具体为气温上升速度的趋势突变,由平缓 升温转为急剧升温。 6 4 --1--; ■ 、 / 番 /、、 .、一 ., R . 一~ 一1 —2 1953 1960 1967 19 74 198l 1988 1995 2002 2009 年份 图4 1953--2010年丽水市年平均气温变化的 Mann—Kendall检验 3.3 气温变化对四季长度的影响 将表1与图3进行对比分析可知,随着年平均 气温的显著上升,四季长度发生了明显的变化,四季 长度中除了冬季是缩短以外,春、夏、秋季都表现为 延长态势。四季气温相比而言,冬季气温最低,冬季 长度的缩短导致另外三个季节长度的拉长,且表1 显示夏季长度的延长最为明显,夏季又是气温最高 的季节,所以与年平均气温的上升相吻合。 由图1、2和4可见,四季长度的突变情况只有 冬季较为明显,发生在90年代中期。年平均气温是 从1958年开始上升,两条检验曲线在1996--1997年 相交。从突变时间的吻合度来看,气温与冬季长度 的突变点相一致,都在90年代中期发生了较为显著 的突变,气温开始显著上升,冬季长度开始急剧 缩短。 近58 a,气温与春、夏、秋、冬季节长度的相关系 数分别为一0.011、0.258、0.127和一0.354。由此 可知,春季长度与气温的相关性较低;夏、秋季长度 与气温呈正相关,且夏季长度与气温的相关性明显 高于秋季;而冬季长度与气温呈负相关,且相关系数 最大,还通过 =0.01的显著性检验。这再次验证 了气温上升、气候变暖对四季长度的变化有较大的 影响,特别是对冬季长度的缩短,影响最为显著。 4结论与讨论 (1)丽水市四季长度,夏季最长,冬季次之,春 季和秋季长度相接近,秋季略短,其中夏、冬两季的 日数占全年日数的62.3%。四季长度的气候变化 趋势为:春、秋季长度延长缓慢,夏季变长明显,冬季 长度缩短显著。 (2)综合四季长度的Mann.Kendall检验和滑动 £检验的结果可知,春季、夏季和秋季的长度没有明 显的突变情况;而冬季长度在20世纪90年代中期 发生突变,由增长转变为明显缩短。 (3)丽水市气温呈明显上升趋势,气候倾斜率 为0.17 oC/10a,其中以20世纪90年代中期之后的 升温最为显著。Mann—Kendall检验得出:气温在 1996--1997年发生突变,由平缓上升转为急剧升温, 21世纪初的增温幅度最大。 (4)气温的明显上升,对四季长度的变化有较 大的影响,特别是冬季长度的缩短,主要表现在:年 平均气温的突变时间和冬季长度的转折时间相一 致,都在20世纪90年代中期;而且气温与冬季长度 的负相关最明显,通过Ot=0.01的显著性检验。 参考文献 [1]张静,吕军,项瑛,等.江苏省四季变化的分析[J].气象科学,2008,28 (5):568—572. [2]杨诗芳,毛裕定.浙江省近50年气温变化及四季划分[J].浙江 气象,2008,29(4):1—6. [3]张宝垄.中国季节之分配[J].地理学报,1934,1(I):29—74. [4]徐晓,肖天贵,麻素红.西南地区气候季节划分及特征分析[J]. 高原山地气象研究,2010,30(1):35—40. 

80 气象与环境科学 第35卷 [5]简茂球.华南地区气候季节的划分[J].中山大学学报:自然科学 版,1994,33(2):131—133. 变化分析[J].气象与环境科学,2008,31(增刊):7—10. [14]曹李兴,邱泉成,曹营,等.建瓯市48 a四季长短及极端气温变 化特征[J].气象与环境科学,2009,32(增刊):198—202. [15]王荣英,周顺武,吴萍,等.近30 a华北地区高空气温时空演变 特征[J].气象与环境科学,2010,33(4):31—37. [16]王小瑞,刘喜迎.安阳市近58 a气温及降水量的变化趋势分析 [J].气象与环境科学,2009,32(增刊):213—216. [17]周伟东,朱洁华,史军.华东地区最高最低气温时空变化特征 [J].气象与环境科学,2009,32(1):16—21. [18]施能,陈家其,屠其璞.中国近100年来4个年代际的气候变化 特征[J].气象学报,1995,53(4):431—439. [19]曹洁萍,迟道才,武立强.Mann-Kendall检验方法在降水趋势分 析中的应用研究[J].农业技术与装备,2008(5):35—40. [2O]董新宁,孙照渤.北极海冰变化及其与中国秋季气温的相关分 析[J].南京气象学院学报,2006,29(1):82—87. [21]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].2版.北京:气象出 版社,1999:58—66. [6]张世轩,张璐,孙树鹏,等.全球变暖情况下中国季节的变化[J] 高原气象,2011,30(3):659—667. [7]郁珍艳,范广洲,华维,等.近47年我国四季长度的变化研究 [J].高原气象,2011,30(1):182—190. [8]孙继松,李晓艳,丁德平.华北地区的季节变化特征与季风[J] 大气科学,1999,23(4):487—496. [9]谢安,孙力强.热带地区的季节转换特征[J].海洋学报,1991,13 (6):786—796. [10]李湘,肖天贵,汪丽.四川地区44年来气候季节划分及变化特征 的研究[J].成都信息工程学院学报,2007,22(4):531—538. [11]郁珍艳,范广洲,华维,等.气温突变对我国四季开始日期的影 响[J].气象,2010,36(11):32—37. [12]孙凤华,袁健,关颖.东北地区最高、最低温度非对称变化的季 节演变特征[J].地理科学,2008,28(4):532—536. [13]马志红,李树岩,许蓬蓬.郑州市近37年季节长短及极端气温 Impact of Temperature Change from 1 953 to 20 1 0 on the Season Length in Lishui Wu Haomin ,Chen Huifen ,He Kailing (1.School of Atmospheric Sciences of Nanjing University,Nanjing 210093,China 2.Lishui Meteorological Office,Lishui 323000,China; 3.Qingtian Weather Station,Qingtian 323900,China) Abstract:Based on the daily temperature data supplied by Lishui National Meteorological Observa— tory from 1953 to 2010,according to state delineation of the season,the trend analysis,Mann—Kendall method and moving t test were used to analyze time—frequency characteristics and abrupt change of the season length and temperature,in order to investigate the impact of temperature change O13 the season length.The results showed that:the length of summer was the longest,the next was winter,and the length of spring was near the autumn,and autumn was shorter.The trends of season length elimate char— acteristics displayed such as:the spring and autumn became longer slowly,and the summer became ion— ger obviously,also the winter became more and more shorter.There was a signiicantfly increased trend with an increased rate of 0.17℃/10a in Lishui over the past 58 years.The temperature displayed a sig— nificantly impact on the season length,especially winter.The abrupt test showed the winter length be— came shorter with the temperature increased at the same abrupt change time of the middle of the 1 990s. Also the variation of temperature was opposite correlated to winter length.exceeded :0.0 1 confidence test. Key words:season length;temperature change;Mann—Kendall test;moving t test 

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