1955—2015年铜川市王益区气温变化特征分析

苏博

摘要 基于铜川市气象站1955—2015年逐日平均气温资料，利用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验和滑动t检验法对年平均气温、季平均气温、年平均最高（最低）气温、年极端气温变化特征进行分析。结果表明，近61年，铜川市王益区年平均气温气候倾向率为0.1 ℃/10年，在1997年发生增温突变；冬、春、秋季平均气温均呈增温趋势，其中春季增温幅度最大，其次为冬、秋季，夏季平均气温呈小幅度下降趋势，各季气温突变和出现时间存在差异，冬、春、秋季平均气温分别在1987年、1997年、1998年发生增温突变；年平均最高（最低）气温、极端最高（最低）气温波动上升，除极端最低气温外均发生增温突变。

关键词 气温；变化特征；Mann-Kendall突变检验法；陕西铜川；王益区；1955—2015年

中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）22-0220-03

根据IPCC的第五次评估科学基础报告，近百年全球气候持续变暖，1880—2012年全球地表平均温度大约升高0.85 ℃，冬半年增温比夏半年明显，1983—2012年是过去1 400年来最热的30年。我国气候变暖趋势与全球一致，增暖幅度为0.91 ℃，近60年尤其明显，平均增温速率（气候倾向率）为0.23 ℃/10年，几乎是全球平均增温速度的2倍。王绍武等[1]、丁一汇等[2-3]研究表明，我国西北地区气候变化与全球气候变化基本同步，逐渐趋于暖期。宁向玲等[4]研究发现，关中地区气温从1981年开始由冷变暖，1998年气温突变明显；王 涛等[5]研究表明，关中平原年际平均气温增温趋势显著且存在小区域的不一致；王德丽等[6]分析近50年铜川市气候变化特征，认为铜川市平均气温在20世纪60—90年代初呈负距平，90年代至今呈正距平，1997年发生由低温到高温的突变现象；张淑敏[7]研究发现，铜川气温在20世纪60年代到90年代初变化平稳，1994—2003年气候显著变暖，气温急剧升高。

铜川市王益区位于陕西省中部，地势西北高、东南低，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，气象灾害比较频繁，其中干旱最严重。本研究通过分析王益区1955—2015年年平均气温、季平均气温、年平均最高（最低）气温、年极端气温及其变率的变化趋势，了解区域内气温变化的基本情况和特征，同时也为气温预报提供参考。

1 资料与方法

研究资料采用铜川市气象站（35°05′N～109°04′E，海拔978.9 m）1955—2015年逐日平均气温数据。季节划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月）。研究方法包括一元线性回归、5年趨势滑动、Mann-Kendall（M-K）突变检验法、滑动t检验。

2 结果与分析

2.1 年平均气温变化特征

由图1可知，王益区1955—2015年年均气温为10.7 ℃，最小值9.5 ℃（1984年），最大值12 ℃（2013年），整体呈波动上升趋势，气候倾向率为0.1 ℃/10年。由5年滑动平均值可知，温度变化主要分3个阶段：1955—1988年为气温偏低阶段；1989—1998年为气温显著上升阶段；1999—2015年为气温调整阶段。近61年正距平的年份有30年，负距平的年份有31年，其中负距平主要出现在1955—1993年区间范围，共有26年，正距平主要出现在1994—2015年区间范围，共有17年，特别是1997—2015年这19年，正距平的年份占74%，可见该时段内气温持续上升趋势非常明显。王益区年平均气温变化与关中地区气温变化趋势一致，但低于关中其他地区气候倾向率[8]，该地区气温总体变化较小。

对王益区61年年平均气温值做M-K突变检验和滑动t检验可知（图2），20世纪80年代末前为低温阶段，90年代后增温明显。UF和UB曲线超过置信水平0.05相应的临界值，气温变化趋势明显，信度线于1997年和2000年附近出现交点，表明该时间段出现气温突变。经滑动t突变检验，1993年和1997年均超过信度线。综合分析表明，王益区年平均气温增温趋势明显，并在1997年左右发生增温突变，曲线发展仍存在上升趋势。

2.2 季平均气温变化特征

据统计（表1），王益区四季多年平均气温值为春季11.5 ℃、夏季22.2 ℃、秋季10.7 ℃、冬季-1.5 ℃。春、秋、冬平均气温均以不同速率呈现上升趋势，夏季平均气温以0.06 ℃/10年的速率下降。各季节温度的年际变化幅度存在偏差，但总体呈现上升趋势，与年平均气温变化趋势是相同的，其中春季增温对年增温贡献最大，其次是冬、秋季，与关中地区气温变化趋势相同。

对四季平均气温做M-K突变检验和滑动t检验，结果表明，春季平均气温在20世纪80年代前相对稳定，80年代初至90年代初出现低温期，90年代初至今增温明显，结合滑动t检验，发现在1997年附近发生突变，气温上升幅度明显增大，速率明显增快，夏季平均气温变化较为特别，与年平均气温及其他各季呈反向运行规律，整体呈降温趋势且幅度较大，这与鲍小娟等[9]研究结论相同，通过滑动t检验，表明1965年出现次低温向高温突变，1970年高温向低温突变现象明显。秋季平均气温在20世纪60年代中期至80年代初为低温时段，80年代中期后为增温阶段，1998—2003年UF和UB曲线多次相交且超过信度线，表明在这个时段存在突变，而经滑动t检验，该时段无突变现象，这是由于2种方法各自均存在缺陷所造成的误差，通过查询资料得知1998年整个关中地区都发生了低温向高温突变的现象，表明M-K突变法对王益区秋季平均气温突变检验较准确。冬季平均气温逐渐上升，在1987年发生增温突变，2001年后在信度线外零值上运行，该时段冬季平均气温上升趋势明显。

2.3 平均最高（最低）气温变化特征

1955—2015年王益区平均最高气温16.7 ℃，年际变化呈先降后升态势，1989年前平均最高气温整体偏低且呈下降趋势，之后升温明显，特别是1994—2015年仅有4年低于平均值，距平升至0.3～0.5 ℃；M-K突变检验显示，1994年存在增温突变。1955—2015年王益区平均最低气温6.2 ℃，走势为先升后降再升，具有明显的阶段性，20世纪70年代前气温上升，但整体低于多年平均值，70年代至90年代初气温下降，90年代中期后气温偏高，1994—2015年出现19年平均最低气温偏高现象；M-K突變检验显示，1998年存在增温突变。

综上所述，平均最高、最低气温存在一致性和差异性。一致性表现为两者均呈现增温趋势，气候倾向率分别为0.16、0.11 ℃/10年，1994年后气温值均大于多年平均值，且2013年出现最大值，90年代发生增温突变且超过信度线。差异性为两者年际变化走势不同，平均最高气温增温更明显，突变时间早于平均最低气温。

2.4 极端气温变化特征

1955—2015年王益区极端最高气温未超过40 ℃，多年极端最高气温平均值为35.0 ℃，总体呈上升趋势，增温速率为0.24 ℃/10年，最大值为37.7 ℃，分别出现在1966年、1998年和2006年，最小值出现在1984年（32.1 ℃）。极端最高气温年际变化较为明显，20世纪50年代较多年平均值低1.52 ℃；60—70年代相对平稳；80年代整体偏低；90年代至21世纪初极端最高气温上升尤为明显，超过多年平均值5.2～6.0 ℃，为夏季高温时期；2011年后高温出现回落现象。通过与年平均气温对比发现，两者动态变化及其极端性具有同步性。1955—2015年王益区多年极端最低气温平均值为-14.5 ℃，趋势系数为0.18 ℃/10年，最高出现在2015年（-11.1 ℃），最低出现在1991年（-21.8 ℃）。极端最低气温年际变化具有阶段性，20世纪50年代为低温期；60—80年代处于低温上升阶段，高于多年平均值3.5～7.2 ℃；90年代至21世纪初气温不断下降且降至多年平均值之下；2011年后低温回升较快，处于暖温期。与年平均气温对比得出，两者前期走势较一致，1997年后极端低温逐步降低，对年平均气温的变化产生影响。

用M-K突变检验法、滑动t检验法对极端最高、最低气温进行突变检验，发现极端最高气温增温突变年为1994年，突变年前后差值3.1 ℃，20世纪初期以来走势平缓且小幅下降；极端最低气温未发生明显突变。

3 结论

在全球变暖的背景下，王益区发生暖突变，其中冬、春季增温对气候变暖贡献最大，夏季出现小幅度降温趋势，与其他地区相比又存在自身特点，表现为气候变化不明显、气候倾向率较小、未出现40 ℃以上高温天气、暖突变发生时间较晚。

（1）王益区年平均气温呈上升趋势，升温速率小于全省近50年来平均水平，升温幅度较小、升温趋势不明显[10]，1997年发生增温突变，较其他地区突变时间晚且增温幅度最小。

（2）分季节讨论发现，各季节温度变化幅度存在差异性，除夏季出现小幅度降温趋势外，总体呈现上升趋势，增温速率均低于对应季节全省同期水平，各季度增温幅度从大到小依次为春季>冬季>秋季>夏季。四季突变现象和出现时间存在差异性，其中冬季在1987年发生增温突变，2001年后增温趋势明显；春季在1997年附近发生突变，气温上升明显增强较快；夏季在1965年出现次低温向高温突变，1970年高温向低温突变现象明显；秋季在1998年发生低温向高温突变现象。

（3）平均最高、最低气温的增温趋势与平均气温的趋势基本一致，对于平均气温的增高，平均最高气温的贡献比平均最低气温大；1994年后平均最高、最低气温整体上升明显，均大于其多年平均值；增温突变时间为平均最高气温（1994年）提前于平均气温，平均最低气温增温突变最晚（1998年）。

（4）年极端最高、最低气温动态变化前期较同步，后期相悖发展，但整体呈上升趋势，极端最高气温增温幅度大于极端最低气温；年平均气温升温趋势不显著与极端最低气温不断降低有一定关系；极端最高气温在1994年出现增温突变，与平均最高气温突变时间一致，极端最低气温未发生突变现象。

4 参考文献

[1] 王绍武，叶瑾林，龚道溢，等.近百年中国年气温序列的建立[J].应用气象学报，1998，9（4）：392-401.

[2] 丁一汇，王守荣.中国西北地区气候与生态环境概论[M].北京：气象出版社，2001：77-154.

[3] 丁一汇，戴晓苏.中国近百年来的温度变化[J].气象，1994，20（12）：19-26.

[4] 宁向玲，董婕，延军平.陕西省近60a气温时空变化特征[J].干旱气象，2011，29（4）：455-460.

[5] 王涛，崔晓临，杨强.陕西省气温降水变化特征的区域差异[J].云南地理环境研究，2013，25（6）：27-34.

[6] 王德丽，殷淑燕，王海燕，等.近50年来铜川市气候变化特征分析[J].干旱区资源与环境，2011，25（3）：88-91.

[7] 张淑敏.铜川气温气候特点及成因分析[J].陕西气象，2009（1）：27-29.

[8] 高蓓，栗珂，李艳丽.陕西近40年气候变化特征的分析[J].成都信息工程学院学报，2006，21（2）：290-295.

[9] 鲍小娟，殷淑燕，彭维英.关中地区近50年来最高、最低气温时空变化特征分析[J].资源开发与市场，2011，27（7）：635-640.

[10] 熊光红.关中降水与气温时空动态演变特征研究[D].西安：长安大学，2015.