中国东北近60年气温时间变化的研究

朱灵珊

自1980年来，对全球气候变化的预测一直是人类的热门话题之一。最近的气候异常现象，由于对世界上许多国家在农业、工业等方面造成严重影响，而成为世界上公认的问题。IPCC提交的第4次评估报告显示，全球地表温度一直呈上升趋势［1］。从1956年到2005年，气候变暖速率为(0.13±0.03)℃/10年，相当于1906至2005年的两倍。最近54年(1951－2004年)，约0.25℃/10年的中国区域增温率，与气候变暖在同一时期全球或半球相比，平均增长率变高，其中东北地区最显著［2－3］。东北地区近年来降水量和生长季降水量均呈减少趋势，其中地区和季节差异性显著［4］。作为世界三大黑土带的东北地区，粮食产量占全国总产量的三分之一，是中国重要的商品粮基地。因此，深入分析气候变化和研究其对农业的影响，对中国粮食市场的稳定是非常重要的，也在农业防灾减灾具有重要意义。

1 研究方法

1.1 资料来源

本文的数据是由国家气象局提供的东北地区1953－2012年间96个站点逐日气温和降水的观测数据，包括逐日平均气温和逐日降水量(图1)。

1.2 研究方法

1.2.1 一元线性趋势分析

气候变化的趋势，一般采用一元线性回归模型的描述［5］，即:

式中，y为气候要素，x为时间序列(本文中为1953－2012年)，b为线性趋势项，即为每个气候倾向率，用于定量分析气候要素变化的线性趋势。

1.2.2 累积距平分析

累计距平是一种由曲线气候变化的趋势直观判断的方法［5］。在某一时刻的气候序列，累积距平可表示为:

图1 东北地区气候站点分布图

将各时刻的累积距平值全部算出，绘出累积距平曲线进行趋势分析。

1.2.3 小波分析法

利用小波分析对东北地区站点的气温和降水量变化周期进行分析。其中各个站点多年平均气温和降水量与整个区域有很强的相关性，且统计数据年代较长，所有可用站点的研究结果代表整个东北地区的情况［6］。

小波变换:设为满足下列条件的任意函数，

式(5)是式(4)的一种类型的频谱，根据信号类型的小波(5)变换是:

式(6)为时间参数，称为平移因子，反映有关时间上的位移。本文以墨西哥帽状小波形式(Marr)为母小波函数，表达式为:

在实数域，式(6)的离散表达式:

式(8)为采样间隔，N为样本大小。在本研究中，式(7)与用于计算的式(8)取同样的尺度因子。由式(8)，小振幅的参数和变更，通过小波变换，该序列为一维的要素序列和作为坐标的二维图像，通过对二维图像进行分析可以得到关于元素的区域特性。

2 数据分析

2.1 东北地区气温的年际变化

东北地区1953－2012年年平均温度在3.97～5.92℃之间，年平均气温在波动中逐渐上升，气候倾向率分析为0.15℃/10a。东北地区四季平均气温均呈现增高的趋势，春季增温幅度最大，为0.31℃/10a;夏季增温幅度次之，为0.25℃/10a;秋季增温幅度为0.09℃/10a;冬季增温幅度最小，为0.04℃/10a(图2)。

2.2 东北地区气温的年代际变化

1973－1982年间，春季、秋季和冬季均温开始变暖。1983－1992年间，夏季均温开始变暖。由此得知，季节性温度的年代际转变也呈现出了统一的变暖趋向。1973－1982年间，东北地区气温年代际变化开始变暖。气温随年代逐年升高，幅度逐年增大。虽然1953－1962年和1963－1972年气温偏冷，但总体呈现上升趋向(表1)。

表1 东北地区年、季节温度距平年代际变化 ℃

夏－0.26 －0.29 －0.99 0.42 0.53 0.61秋－0.17 －0.07 0.05 0.48 0.97 1.05冬－0.66 －0.04 0.18 0.49 0.26 0.89

图2 东北地区气温的年、季节变化图

2.3 东北地区气候变化对农业的影响

气候变化将对农业产生重要影响，改变东北地区的作物种植结构。玉米、小麦、水稻等作物在黑龙江省的高产中心将发生移动，大大提高了单位面积的产量［7］。

由于气候的变化，使研究气候变化的事实具有不确定性、区域差异性。通过着眼于部分地区空间尺度的局限性等研究，将明显有利于减少这些研究上的不确定性。在东北农业生产过程中，根据时空变化特征、农业的影响气候变化和变化规律等进行更深层次的研究，对评价农业气候影响是非常有意义的。

气候变化对农业的影响是不确定的，但事实证明，由于气候的变化，我国农业发展已经受到了影响。为了确保未来的粮食安全，学习对策和适应技术是十分必要的。适应技术可以分为以下两个方面:一方面，对于因为气候变化对作物产量增减变化而产生的，相关决策机构的人民政府应当开展积极的宣传和引导，有计划地进行农业结构调整，以实现潜在利益和减少损失，提高适应能力。另一方面，在气候变化面前，农民和农村社区应该有意识地调整种植制度，调整管理措施，调整农业结构，完善农业设备，发展生物技术。

3 结论

利用小波分析的方法，通过对中国东北的近60年的温度分布和变化特征分析，可以得到如下结论。

(1)1953年以来，东北地区年平均气温一次线性拟合的气温倾向率为0.15℃/10a，从20世纪90年代起平均值超出了约50年的年平均气温值。20世纪50－80年代中后期是冷期，大多数是负距平。20世纪90年代和21世纪初是暖期，大多数呈现正距平。

(2)根据小波系数的时间尺度的变化趋势，得到了最近的东北地区温度有下降趋势的结论。(3)调整种植制度，调整管理措施，调整农业结构，完善农业设备，发展生物技术，趋利避害。

［1］Solomon S.Climate Change2007:The scientific basis∥ Contribution of Working Group Ito the Forth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge and New York:Cambridge University Press，2007.

［2］Chen L X，Zhou X J，Li W L，et al.Characteristics of the climate change and its formation mechanism in China in last 80 years［J］.Acta Meteorologica Sinica，2004，62(5):634－646.

［3］Lin X C，Yu SQ，Tang GL.Series of average air temperature over China for the last 100－year speriod［J］.Scientia Atospherica Sinica，1995，19(5):525－534.

［4］付长超，刘吉平，刘志明.近60年东北地区气候变化时空分异规律的研究［J］.干旱区资源与环境，2009，23(12):60－65.

［5］贺伟，布仁仓，熊在平，等.1961－2005年东北地区气温和降水变化趋势［N］.生态学报，2013，33(2):519－531.

［6］吉奇，宋冀风，刘辉.近50年东北地区温度降水变化特征分析［J］.气象与环境学报，2006，22(5):1－5.

［7］孙芳.农业适应气候变化能力研究－种植结构与技术方向［D］.北京:中国农业科学研究院农业环境与可持续发展研究所，2008.