1973—2010年肃北县气候资源特征分析

郭海瑛　王胜

摘要 利用肃北国家一般气象站1973—2010年气温、降水观测资料，通过Excel、SPSS、Matlab软件对肃北县城区气象要素的年代、年际、季节以及月变化特征进行了统计，运用线性倾向估计法、滑动平均值法、小波分析法进行了分析和研究。结果表明：近38年肃北县的年平均气温呈现上升趋势，降水量略有下降的趋势。四季当中，冬季、夏季增温趋势明显；春季、秋季次之；春季、秋季、冬季降水量逐年增加，夏季降水量表现为减少的特征。

关键词 气候变化；气温；降水量；甘肃肃北；1973—2010年

中图分类号 S162.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）04-0190-02

Abstract Using annual temperature and precipitation observation data of Subei General Weather Station during 1973-2010，the decadal，inter-annual，seasonal and monthly variation characteristics of the meteorological elements of Subei County were figured out by Excel，SPSS，Matlab software，linear trend estimation，the running average method and wavelet analysis.The results showed that during the past 38 years，the annual average temperature of Subei County had a upward trend，and a slight downward trend in rainfall. Among the four seasons，the trend of increasing temperature was obvious in winter and summer，followed by spring and autumn.The precipitation of spring，autumn and winter increased every year，and that in summer decreased.

Key words climate change；temperature；precipitation；Subei Gansu；1973-2010

天氣系统变化不仅是全球性的，而且具有局地特征[1]。目前，全球异常天气常规化，气候变化引起了众多研究者的关注[2-3]。天气要素中的降水量和气温的周期变化会极大地影响气候变化。肃北县具有悠久的养畜历史，农业生产的主体是牧业，占农业总产值的95%以上，南山片区河流与泉水较多，水源充足。境内4条常年河流均发源于祁连山区，且落差很大，年总径流量达14.5亿m3，水能资源蕴藏量达50万kW，得天独厚的水利资源开发前景十分广阔。因此，分析研究本地区的气温、降水量变化特征，不仅可以得到肃北县气候变化的时空变化特征和规律，而且对该地区进行气候预测、气象资源合理应用及保障农牧业生产有着重要的意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

对肃北国家一般观测站1973—2010年气温资料（四季平均气温、年均气温）和降水资料（四季降水量、年总降水量）进行研究，对该期间的季节进行定义（冬季为12月至翌年2月，春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11月）。

1.2 研究方法

对1973—2010年气象资料进行研究时，利用数学方法建立一元线性回归方程，利用线性气候倾向估计法[4]，对气候趋势变化进行分析，线性倾向趋势系数利用最小二乘法求出[5]，降雨和气温变化规律使用一元线性回归方程来演示：

y（t）=a0+a1t（1）

其中t为时间（t=1，2，3，…，n），单位为年，a0为常数，a1为回归系数，当a1为正（负）时，表示相应的气象要素在该时段内线性增加（减弱）。

运用小波分析法分别对气温、降水量进行小波分析，获得气象要素在不同时间尺度上的变化特征，从而总结出气温、降水量的变化周期，以及对未来的变化趋势进行预测。

2 结果与分析

2.1 气温变化

2.1.1 年平均气温变化。从总的变化趋势来看肃北县年平均气温整体呈现震荡上升趋势，气候倾向率为0.5 ℃/10年，也就是说1973—2010年肃北县年平均气温上升1.9 ℃。利用5年滑动平均法对年平均气温距平时间序列进行平滑，可以看到气温升高较快的时段分别为1983—1990年、1994—1998以及2003—2006年，其中年平均气温最大值出现在2009年，达到了8.4 ℃；而气温呈现比较明显下降趋势的时段只有1998—2003年，年最低气温出现在1976年，为5.6 ℃。从平均气温距平曲线可以看到气温变化波动较大，1987年以前气温距平值基本为负值，之后的年份气温距平基本为正值。分析1973—2010年逐年平均气温距平Morlet小波变换图（图1）可以发现研究区域近40年年平均气温变化有2个尺度的结构，其中4～6年的周期性变化为小时间尺度，大时间尺度存在着10～20年上的周期振荡非常明显，期间经历了气温低—高的交替。1992年以前年平均气温表现为低值期，1992年之后表现为高值期。

2.1.2 各季平均气温变化。肃北县气温变化也存在着随季节变化不同程度升高的特征：其中夏季平均气温增加最为明显，气候倾向率略高于年平均气温，达到了0.7 ℃/10年，表明夏季增温贡献最大；冬季与春季次之，气候倾向率均为0.5 ℃/10年；秋季气候倾向率等于年平均气温气候倾向率，为0.4 ℃/10年。冬季平均气温5年滑动平均曲线波动最为明显，特别是1980年之前，说明冬季平均气温年际变化最为突出；春季、夏季、秋季平均气温5年滑动平均曲线较平稳，表明年际变化较小。

2.2 降水量变化

2.2.1 逐年降水量变化。根据肃北县1973—2010年年平均降水量的变化情况，能够清晰地看到降水量随年代变化的波动性比较大，其中波动频率较大的时间段主要有1979—1988年、1994—2002年，从总的变化趋势来看降水量随着时间的推移呈现出较弱的下降趋势，气候倾向率为-1.0 mm/10年，也就是说1973—2010年肃北县年降水量下降了3.8 mm。降水量在1991—1993年增加速率较快，而年最大降水量就出现在1993年，达到了252.3 mm；年降水量最小值出现在2009年，为73 mm，较历年平均降水量少了52%。

由图2可知，降水量变化有2个较为明显的周期：5年和15年。在15年时间尺度上，降雨量变化周期为2002—2010年为降雨偏多期，1994—2001年为降雨偏少期，1983—1993年同样为降雨偏多期，而1982年以前为降雨偏少期，所以15年时间尺度降雨量变化为4个变化周期。同时分析图2还可发现2002—2010年这个降雨周期的降雨等值线已经完全闭合，这表明2010年以后的下个10年间降雨量变化可能为偏少期。在5年的时间尺度研究肃北县降雨量发现，在1998年之前降雨量變化明显存在相关的变化周期，共有7个周期，分别为1988—1990年、1983—1984年、1977—1979年3个降雨量偏多期和1991—1994年、1985—1987年、1980—1982年、1973—1976年4个降雨偏少期。

2.2.2 各季降水量变化。春季、夏季、秋季、冬季降水量气候倾向率分别为7.9、-14.0、5.1、0.6 mm/10年，可以看到四季降水量变化趋势差异较大：夏季降水量呈减少趋势，春季、秋季、冬季平均降水量均呈增加的趋势。秋季、冬季曲线的波动比较明显，说明这两季降水量的年际变化特征突出，春季、夏季曲线较平滑，表明降水量的年际变化趋势不明显。

经过统计分析，春、夏、秋、冬四季的降水量分别占全年降水总量的20%、63%、11%、6%，由此可见，肃北县降水量的60%～70%都集中在夏季，对该地区水资源的变化起着重要的作用。

3 结论与讨论

（1）1973—2010年肃北县气温整体呈现震荡上升趋势，气候倾向率为0.5 ℃/10年；降水量呈现下降的趋势，降水量气候倾向率为-1.0 mm/10年；同时，气温、降水量均存在着季节性的变化。气温在四季具有不断升高的特性，具体表现为：夏季平均气温增加最为明显，气温气候倾向率为0.7 ℃/10年；冬季与春季次之，为0.5 ℃/10年；秋季气温增加最缓慢，气温气候倾向率为0.4 ℃/10年，与年平均气温气候倾向率相等。

（2）四季降水量表现为：春季、夏季、秋季、冬季降水量气候倾向率分别为7.9、-14.0、5.1、0.6 mm/10年，说明四季降水量变化趋势差异较大，其中夏季降水量表现为减少的特征，春季、秋季、冬季平均降水量均表现为增加的趋势。通过降水序列的小波分析发现2002—2010年等值线已闭合，由此预测未来10年降水量有可能减少。四季中春季降水量增加趋势最为明显，降水量气候倾向率高达7.9 mm/10年，由于春季降水量占全年总降水量的比重仅次于夏季，为20%，这可能是导致肃北县春季易发生雪灾的主要原因[6]。

4 参考文献

[1] 邓自旺，林振山，周晓兰.西安市近50年来气候变化多时间尺度分析[J].高原气象，1997，16（1）：81-93.

[2] 丁丽佳.潮州气候变化特征及其对农业生产的影响和对策[J].气象科技，2009，37（2）：190-195.

[3] 黄向荣，葛红卫.合肥市近55年日照时数气候变化特征分析[J].安徽农业科学，2008（20）：8723-8725.

[4] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007.

[5] 黄嘉佑.气象统计分析与预报方法[M].北京：气象出版社，2004：28-30.

[6] 杨建明，王胜.近38年肃北县气温变化趋势分析[J].甘肃农业科技，2012（1）：22-24.