丽水市四季长度的气候演变规律*

吴昊旻 李松平 麻碧华

(1.南京大学大气科学学院，江苏 南京210093;2.丽水市气象局，浙江 丽水323000)

0 引言

据统计，近58 a来丽水气温升高1.0℃，且以20世纪90年代之后升温最为显著［1］。气温的升高导致四季起止时间和长度也发生了明显改变，而四季的变化对老百姓的日常生活和社会经济发展有着直接的影响［2］。丽水市地处浙西南山区，是以农业生产为主的综合性经济产区，四季的更替直接影响着工农业生产布局，因此研究四季变化特征，揭示四季长度的多时间尺度的变化规律是十分必要的。

气候变暖及温度变化在区域和季节上差异较大，不少学者针对季节气候问题展开了研究。韩超等［3］通过分析物候春季的变化特征及其与气温的关系，得出冬春季气温的明显上升是华北地区物候春季明显提早的主要因素;汤懋苍等［4－5］指出气温变化对季节划分有着显著的影响;徐家良等［6－7］分析了长三角地区的气候趋势及季节的变化特征。本研究借鉴相关分析方法，从气候演变规律的角度出发，探索丽水季节长度变化的周期特征，希望为生态环境的合理配置和农业生产的合理布局提供参考依据。

1 资料和方法

气象数据取自丽水市国家气象观测站1953—2010 a逐日平均气温资料。季节的划分以连续五日日平均气温≥10℃，≥22℃，＜22℃和＜10℃的第一天为入春、入夏、入秋和入冬季的起始日［7］，相邻两个季节之间的时间长度则定为四季长度。

本研究首先运用趋势分析方法［8－9］对丽水市四季长度进行统计分析，其次应用Morlet小波分析［10－12］对四季长度在不同时间尺度的周期特征进行探究，最后利用多窗口谱方法［13－15］(Multi-Taper Method，简称MTM)对显著周期信号进行诊断分析。

2 四季长度的气候变化特征分析

表1给出了丽水市四季长度的气候变化统计，由四季起始日期的统计分析，得出四季长度的演变趋势。可以看出丽水四季长度，以夏季和冬季为最长，都在100 d以上，特别是夏季，平均长度达到117.7 d，横跨4个月，约占全年时长的1/3;而过渡季节春季和秋季长度则相对较短，尤其是秋季，平均长度只有63.2 d，持续时间只有2个月左右，所占比例不足20%。

从四季长度气候倾向率可以看出，春、夏、秋季长度均表现为延长，其中夏季长度的拉长相对明显，近 58 a延长 7.3 d，增长幅度约6.2%;冬季长度则表现为缩短，且气候倾向率(－2.8 d/10 a)通过0.05显著性水平，相当于近58 a冬季长度缩短了16.3 d，减少幅度达14.9%。

表1 1953—2010年丽水市四季长度气候变化统计

3 四季长度气候演变规律的小波分析

四季长度距平序列的Morlet小波变换系数在时间－频率域中的变化情况，如图1所示，虚线表示季节长度缩短，实线表示季节长度延长;等值线越密集，表示信号振荡中心强度越强，周期特征也越明显;小波系数绝对值越大，表明该时间尺度变化越显著;而正负小波系数的转折点(零等值线)反映了信号的突变转折点［10］。

图1 丽水市1953—2010年四季长度的Morlet小波变换

春季长度的周期特征主要体现在2～4 a的年际尺度上，且表现为“中间强，两头弱”的气候特征。1968年前，春季长度延长和缩短交替出现，且以3 a周期振荡为主;1969—1997年，周期振荡加强，2 a振荡成为周期变化的主要成分;1998年后，周期振荡再次减弱，且以2.4 a振荡为主。年代际尺度上，以20 a振荡为主，其中1953—1963年、1973—1982年和1994—2004年表现为春季长度延长，而 1964—1972年、1983—1993年和2005—2010年春季长度则以缩短为主，且1965年、1976年和1988年对应闭合中心的绝对值都达到1以上。

夏季长度的变化，以4—8 a年际尺度上的周期最为明显，全时域出现正负周期交替约10.5次，周期长度为 5.5 a，其中 1963—1980 年等值线最为密集，周期交替较为强烈，且频率缩短，以4 a为主。年代际尺度上，32 a周期振荡相对明显，主要分为1953—1975年的夏季长度延长期、1976—1994年的缩短期和1995—2010年的拉长期，闭合中心的绝对值都达到1.0。

秋季长度的周期变化特征，从年际尺度上来看，2 a时间尺度的周期较明显，其中1965—1970 年、1980—1985 年、1990—1995 年 和2003—2010年等值线最为密集，周期交替最为频繁。而年代际尺度上，等值线稀疏，闭合中心绝对值最大也只有0.6～0.8之间，强度稍弱，周期特征不强。

冬季长度的气候变化以年代际尺度上的32 a以上的周期较为明显，仅可分为1953—1970年的冬季缩短期、1971—1992年的延长期和1993—2010年的缩短期，正负交替转折点则出现在1970年和1992年，等值线闭合中心值分别达到－1，1.2和－1。而在年际尺度上，2 a左右周期相对明显，其他时间尺度等值线闭合中心的绝对值在0.2～0.4之间，强度较弱，且等值线分布较为稀疏，周期振荡不明显。

4 四季长度周期变化特征的多窗口谱分析

为了进一步验证丽水市四季长度的周期演变规律，对四季长度序列进行多窗口谱分析，结果如图2所示。从近58 a四季长度序列的MTM谱估计及其相应的强红噪声临界谱可以看出，在置信度95%的水平上，丽水市春、夏、秋长度序列在频率 f＜0.03，即周期大于33 a(注:f为振荡频率，周期T为频率f的倒数)的低频振荡并不明显，而冬季长度在频率f=0.01的低频振荡谱超出99%置信度检验线，但对应周期长度超过本研究的时间序列58 a，故作剔除处理。

图2 丽水市1953—2010年四季长度周期特征的多窗口谱分析

在f＞0.03的高频谱段上，春季长度振荡频率 f=0.36，即周期 T=2.8 a，谱密度最强，达到718.4，突破95%置信度检验;夏季长度振荡频率没有突破90%以上的置信度检验，只有 f介于 0.15～0.20之间、f=0.35和f=0.39，分别对应周期为 5 ～ 6.7 a，2.9 a和2.6 a接近90%置信度检验线;秋季长度的振荡频率在0.46～0.50时突破95%置信度检验，甚至在 f=0.50时超过99%置信度检验线，说明秋季长度周期特征在2.0～2.2 a最明显，尤其在T=2.0 a时最为显著;冬季长度振荡频率在 f＞0.03的高频谱段上没有突破95%的置信度检验线，只有振荡频率在0.44～0.46范围内，超过90%置信度检验线，对应周期2.2～2.3 a，周期特征最明显。综上所述，四季长度在年代际尺度上周期特征不明显;而在年际尺度上，春季长度2.8 a周期最显著，夏季长度2～7 a周期相对明显，秋、冬季长度以2 a左右周期交替为主。

根据四季长度的周期发展状况(结合图1和图2)，预测未来丽水市季节长度的发展趋势。图1A中，春季长度在2～4 a时间尺度上的较强周期振荡可见，2010年时负值区域还没结束，表明2010年后的一段时间春季长度仍将延续缩短趋势。图2B显示，夏季长度的周期性在2～7 a尺度上最明显，而图1B中该时间尺度振荡在末尾时实线区域仍在发展，由此推测未来约2～3 a时间(1/2周期)内夏季长度仍是延长走势。图1C表明，秋季在2 a年际尺度上表现为实线区域刚开始发展的状态，由此推测秋季长度的拉长仍将继续。图1D看出，冬季在32 a年代际尺度上和2 a年际尺度上，虚线都没有闭合，说明冬季长度的缩短现象还将持续一段时间。由此可以总结出，近几年春、冬季长度将延续缩短趋势，而夏、秋季长度的发展态势是延长。

5 结语

1)丽水市1953—2010年四季长度气候变化特征，夏、冬季较长，春、秋季较短。且春、夏、秋季长度气候变化趋势表现为延长，其中以夏季长度的拉长相对明显;冬季长度表现为显著缩短，气候倾向率达 －2.8 d/10 a，通过0.05显著性水平。

2)四季长度的Morlet小波变换的周期演变特征，主要体现在年际尺度上，具体表现为:春季长度以2～4 a周期为主，且表现为“中间强，两头弱”的气候特征;夏季长度以4～8 a年际尺度上的周期最为明显;秋季长度的周期变化特征主要体现在年际尺度上2 a的周期;冬季长度以年代际尺度上的32 a以上的周期较为明显，而年际尺度上以2 a周期为主。

3)多窗口谱验证近58 a丽水四季长度的周期特征，表明四季长度在年代际尺度上周期特征不明显;而在年际尺度上，春季长度2.8 a周期最显著，夏季长度2～7 a周期相对明显，秋、冬季长度以2 a左右周期交替为主。

［1］ 吴昊旻，茅军念，谢敏星.丽水市近58年来气温变化周期特征和趋势分析［J］.大气科学研究与应用，2011(2):34－40.

［2］ 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.

［3］ 韩超，郑景云，葛全胜.中国华北地区近40年物候春季变化.中国农业气象，2007，28(2):113 －117.

［4］ 汤懋苍，钟海铃，李栋梁.青藏铁路沿线的四季划分及其温度变化分析.高原气象，2003，22(5):440－444.

［5］ 吴昊旻，陈惠芬，何凯玲.丽水市1953－2010年气温变化对季节长度的影响［J］.气象与环境科学，2012，35(3):76－80.

［6］ 徐家良，柯晓新，周伟东.长江三角洲城市地区近50年气候变化及其影响［M］.大气科学研究与应用.北京:气象出版社，2005:8－16.

［7］ 吴昊旻，黄安宁，黄旋旋.近50年长三角地区季节的气候变化特征［J］.中国农业气象，2012，33(3):317－324.

［8］ 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.

［9］ 吴昊旻，麻碧华，姜燕敏.浙江省1971—2009年日照时数多时间尺度分布特征［J］.气候变化研究进展，2011，7(3):228－229.

［10］ 姜燕敏，吴昊旻，孙卫国，等.我国华东地区气候变化与副高指数的小波分析［J］.广东气象，2008，30(6):17 －19.

［11］ 吴昊旻，杨羡敏，姜燕敏.浙江省夏秋季降水量时空分布特征及趋势演变规律［J］.中国农业气象，2011，32(3):326－330.

［12］ 吴昊旻，姜燕敏，茅军念.丽水汛期降水多时间尺度演变特征［J］.暴雨灾害，2010，29(2):176 －180.

［13］ 江志红，屠其璞，施能.多窗谱分析方法及其在全球变暖研究中的应用［J］.气象学报，2001，59(4):480 －490.

［14］ 吴昊旻，姜燕敏，强玉华.浙江丽水市降水特征多时间尺度周期变化规律的探究［J］.干旱气象，2012，30(1):34－38.

［15］ Park J.Envelope estimation for quasi-periodie geophysical signals in noise［C］//A multitaper approach in statistics in the environmental and earth sciences.London:Edward Arnold Press，1992:189 －219.