1957—2016年环县气候变化趋势及周期特征分析

李巧霞++张永霞

摘要 利用1957—2016年环县站常规地面资料，分析该县温度、降水及日照的长期气候变化特征及其周期变化特征。结果表明，温度的长期变化特征表现为明显的上升趋势，气候倾向率为0.35 ℃/10年；降水则呈现减少的趋势，气候倾向率为-7.4 mm/10年；日照时数呈现持平的变化趋势，气候倾向率为-0.7 h/10年。从小波分析周期性变化规律来看，环县气温、降水及年日照时数均有一个28～30年的长时间周期，短时间周期各要素随时间变化较大。根据各要素主周期的变化特征，环县目前处于降水、温度和日照时数的减弱期，在未来5年内三者均有所下降，之后将有所上升。

关键词 气候；变化趋势；周期特征；小波分析；甘肃环县；1957—2016年

中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）23-0211-02

20世纪80年代以来，气候变化及其影响成为全球关注的热点。IPCC第四次评估报告指出，全球地表温度在过去100年来升高0.74 ℃，自20世纪90年代以来变暖幅度明显增加。我国大部分县市气温、降水分别呈明显升高、减少趋势[1-5]。目前，研究多着眼于较大区域的气候变化规律，针对小区域气候变化的研究还不是很全面和深入，而小区域的气候变化对该区域内人民生活、农业生产及气象灾害发生、发展都具有重要的作用。环县地处毛乌素沙漠边缘的丘陵沟壑区，属温和半湿润温带大陆性季风气候，旱、雹、风、冻、虫五灾俱全，尤以旱灾为重。环县畜牧产业发展壮大，且是主要的粮食和蔬菜生产基地，研究其气候变化趋势对当地农业生产合理布局和经济发展具有重要的现实意义[6]。

利用1957—2016年环县观测资料分析该县的气候变化，以期对环县气候变化趋势预测及气象防灾减灾提供科学参考[7]。环县位于甘肃省东部、庆阳地区西北部，南北长约127 km，东西宽约124 km。东临华池县、陕西定边县，南靠庆阳、镇原县，西接宁夏固原、同心县，北连宁夏盐池县。全县总面积3.44万hm2，耕地0.328万hm2，总人口35.31万人。年平均气温9.2 ℃，历史极端最高气温38.6 ℃，最低气温-25.1 ℃；年平均降水量409.5 mm，最大降水量812.9 mm，最小为258.1 mm；年均日照时数为2 527.0 h，最多（5月）为312.4 h，最少（10月）为9 h；年均无霜期168 d。环县气象站是国家基本站，位于城镇远郊，观测环境变化小，能够反映本地自然环境的演变，可以代表气候变化的基本事实。

1 资料与方法

资料为1957—2016年环县国家基本气象站经过质控的逐月数据，选取逐年平均气温、降水量和日照时数等气象要素原始资料。采用5点滑动平均、线性趋势拟合方法和小波分析方法，研究环县气温、降水量和日照时数的年际变化趋势规律、倾向率及其周期性变化特征。

2 年际变化

从图1可以看出，1957—2016年，环县平均温度为8.9 ℃，极大值为10.4 ℃（2006年、2016年），极小值为6.5 ℃（1967年），变化趋势为较明显的振荡上升，气候倾向率为0.35 ℃/10年；年代际间的变化趋势及变化幅度有所不同，呈现4个较为明显的变化区间（上升—下降—振荡持平—持续上升）。1960—1968年温度逐年持续回落，变冷趋势较明显；从20世纪70年代到90年代初期，表现为振荡持平略上升；90年代开始至2012年，温度上升趋势最为明显，年平均温度超过10 ℃的年份均出现在这一时期，其中2006年和2016年达到了10.4 ℃的历史最高值，该时期增暖最明显的时期是1992—2007年，其间温度气候倾向率达到了0.8 ℃/10年。

从年降水量的变化趋势可以看出，1957—2016年总体表现为年降水量减少趋势，与其他研究结论基本一致。环县年平均降水量为409.5 mm，极大值为812.9 mm（1964年），极小值为258.1 mm（2006年），气候倾向率为-7.4 mm/10年；年代际间变化趋势有4个较为明显的变化阶段（增多—减少—增多—减少）。1957—1964年表现为年降水量增多的变化趋势；之后至80年代中期，表现为持续减少的趋势，多个年份年降水量只有300 mm左右；自1988年开始，降水量开始突增，但增多的趋势未维持太久；自1991年开始一直到2016年，年降水量又开始振荡减少，大部分年份年降水量均在气候平均值以下，只有个别年份值在500 mm以上，总体维持减少的趋势。

对日照时数的气候变化趋势进行分析，可以看出，相比于温度明显增温的趋势和降水缓慢减少的趋势，日照变化幅度不大，总体呈现微弱减少趋势，气候变化倾向率为 -0.7 h/10年。环县平均年日照时数为2 545.6 h，最大值为2 929.6 h（1965年），最小值为1 875.4 h（1989年），这2个极值与降水的相对较少年份和较多年份是相对应的，说明降水和日照存在明显的负相关关系（相关系数达到-0.3）。1957—2016年，年日照时數经历了“增多—振荡减少—持平”3个变化阶段。1957年至20世纪60年代中期，日照时数增多明显；其后至80年代末期，振荡回落较为明显；而进入90年代后有比较清楚的增多趋势。因此，总体在过去60年间基本保持略微减少的趋势。

3 周期变化

Morlet小波分析具有多时间尺度分辨率分析的特点，优于传统的Fourier分析，近年来被广泛应用于多尺度气候分析研究，并取得了较好的效果。为了研究1957—2016年环县各气象要素的周期变化趋势，对其时间序列的多时间尺度特征，采用基小波Morlet连续复小波变换分析。用Matlab小波分析工具箱进行分析。

3.1 小波实部等值线分析

分析1957—2016年各气象要素各时间尺度的周期变化特征（图2）。年降水变化周期在70年代中期之前存在一个5年左右的短时间周期和15年左右的周期，之后至今5年和15年的周期明显增长，分别达到了6～9年和18～20年，但在整个60年间一直存在一个较为稳定的25～27年的长时间周期，从这几个周期的能量看（图3），25～27年的长时间周期能量较强，并且比较稳定，18～20年周期能量也较为稳定，短时间周期的5～9年周期能量较弱且多变，分别有5年和8年的2个能量峰值，这也是和70年代中期的周期突变有关。

1957—2016年，温度的各时间尺度的周期特征表现为4个较为明显和稳定的周期，即5～6年、12～13年、22～23年和27～28年周期。各周期在60年间的变化中总体变化较为稳定，但5～6年的短时间周期在进入20世纪90年代以来有周期缩短、能量减弱的趋势；12～13年周期在80年代后期有略增长的趋势；其他2个长时间周期表现较为稳定，能量也较强。

1957—2016年，年日照时数的周期变化特征表现为3个周期，即11～12年、22～23年和27～28年周期。11～12年的周期在20世纪90年代之前表现较为明显和稳定，虽然有缩短的趋势，但总体表现较强；在90年代之后，该周期突变较为明显，表现为能量急剧减弱，尤其1990—2000年，基本没有明显的周期变化特征。进入21世纪后，出现一个弱能量的5～6年短时间周期，而该短时间周期在1957—1967年间也有所表现。22～23年的周期能量较强，进入90年代后，该周期有逐渐缩短的趋势。27～28年的长时间周期在60年间总体表现出稳定而能量较强，没出现明显的变化。

3.2 主周期变化趋势分析

对1957—2016年环县温度的长期变化过程中28～30年长时间尺度周期进行叠加分析，目前处于该周期的下降时期，估计在未来5年内年平均温度仍有所下降。5～6年短时间尺度周期变化在环县降水量长期变化过程中较明显，对该尺度周期和19年的次周期进行叠加分析，目前为短时间周期的降水减弱期，降水将在未来5年呈减少趋势，之后有所增多。从长时间尺度28～30年周期的叠加分析环县日照时数可知，目前为该周期的下降时期，日照时数将在未来5年内略有下降，之后出现10年左右的上升期。

4 结论

（1）1957—2016年，环县气温呈现明显的上升趋势，其气候倾向率为0.35 ℃/10年；降水量与日照时数呈略减少趋势，其气候倾向率分别为-7.4 mm/10年和-0.7 h/10年。

（2）从周期性变化规律来看，1957—2016年环县气温、降水及日照时数均有一个28～30年的长时间周期，短时间周期各要素随时间变化较大。

（3）根据各要素主周期的变化特征，环县目前处于降水、温度和日照的减弱期，在未来5年内三者均有所下降，之后将有所上升。

5 参考文献

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