1981—2015年辽阳县气温变化特征及趋势分析

张琳+黄荟羽+白志娜

摘要 根据1981—2015年辽阳县35年的气温数据，采用一元线性回归分析、5年滑动平均分析、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析统计方法，对该地区多年气温的变化特征进行线性趋势分析、突变分析和周期性分析。结果表明，近35年遼阳地区年均气温呈上升趋势，气候倾向率为0.457 ℃/10年。5年滑动平均曲线得出，年均气温在研究时域内经历了3次“冷—暖”交替变化。从Mann-Kendall突变特征分析中，辽阳县年均气温在1994年发生由低温到高温的突变，从1997年开始出现显著增加。Morlet小波分析结果表明，年均气温变化过程中存在着16～35年、11～15年和2.5～10.0年3类尺度周期变化规律，主要表现在32年和7年左右的主周期。

关键词 年均气温；变化特征；趋势分析；突变检验；小波分析；辽宁辽阳；1981—2015年

中图分类号 P423.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）24-0194-02

Analysis on Characteristics and Tendency of Temperature Change in Liaoyang County from 1981 to 2015

ZHANG Lin 1 HUANG Hui-yu 1 BAI Zhi-na 2 SONG Xiao-wei 3 LI Da-wei 1 LI En-jian 1

（1 Liaoyang County Meteorological Bureau in Liaoning Province，Liaoyang Liaoning 111299； 2 Liaoyang Meteorological Bureau；

3 Shenyang Meteorological Bureau）

Abstract Based on the temperature data in the region of Liaoyang County from 1981 to 2015，linear regression analysis，5-year moving average analysis，Mann-Kendall test and Morlet wavelet analysis method were employed to analyze the linear trend，the sudden change and the periodicity of temperature change in this area. The results showed that the annual temperature of Liaoyang County had presented an upward trend in recent 35 years，and the climate tendency rate was 0.457 ℃ per 10 years. 5-year moving average curve showed that the average temperature presented 3 times of cold-warm alternating. The Mann-Kendall sudden change characteristics analysis showed that the annual average temperature changed suddenly from low to high in 1994 and increased significantly in 1997.In addition，Morlet wavelet analysis method showed that there were three scales（16-35 years，11-15 years，and 2.5-10.0 years）in the temperature periodic variation.These variations were mainly shown in the period of 32 years and 7 years.

Key words annual average temperature；change characteristics；trend analysis；sudden change test；wavelet analysis；Liaoyang Liaoning；1981-2015

全球气候变化是气候研究领域的大事件，是各国政府和相关科研机构等共同关注的焦点，包括全球变暖、极端气候、干旱洪涝灾害等一系列气候事件，对人类与地球生物圈产生重要影响。2013年9月IPCC发布的第五次评估报告中指出：过去130年全球升温0.85 ℃[1]，1983—2012年的30年中，相比之前几十年都要热，每10年的地表温度均高于1850年以来的任何时期，过去 30 年极有可能是近800～1 400年间最热的30年[2]，气候系统变暖无疑，且近百年来我国增温主要发生在东北、华北、西北地区[3]。近几十年，气温特征变化和趋势研究已成为学者们研究的热点内容[4-7]。韩 璐等[8]对1959—2008年辽宁省22个气象站点年均气温和降水量资料进行趋势分析、突变分析和周期性分析，得出气温总体呈明显上升趋势，且存在7年左右的主周期。田海峰等[9]采用M-K突变检验和小波统计分析方法研究近60年豫东农区气温变化，指出近60年来四季和年变化周期复杂，存在多时间尺度上的嵌套结构。

辽阳县属于大陆性季风气候，分为东部山区和西部平原2个部分，特殊的地理环境是气象灾害频发区。通过本文研究分析，以期能够对辽阳县地区未来农业气候资源的调整和优化起到借鉴作用，为当地农事生产提供科学指导，提高气象防灾减灾能力，并对该地区农业及社会可持续发展起到积极的增效作用。endprint

1 数据与方法

本文选取1981—2015年辽阳县国家一般站的逐日气温观测资料，通过数据预处理方法统计年均气温数据，采用一元线性回归分析、M-K突变检验、小波分析3种方法，对辽阳县年均气温的年际变化进行研究。

2 结果与分析

2.1 气温趋势分析

1981—2015年辽阳县年均气温平均值为9.3 ℃，最高值11.1 ℃出现在2014年，最小值7.9 ℃出现在1985年，两者相差达3.2 ℃。线性倾向趋势线表明，年均气温变化趋势倾向的回归系数均>0，辽阳地区近35年年均气温呈上升趋势（图1），根据线性倾向趋势线结果显示，气候倾向率为0.457 ℃/10年。从5年滑动平均曲线分析，年均气温在1997—2003年和2008—2013年2个时间段呈现明显的下降趋势，其余时间段均呈上升趋势，经历了从1981—1987年偏冷、1988—1996年偏暖、1997—2003年偏冷、2004—2007年偏暖、2008—2013年偏冷、2014年以后偏暖的“冷—暖—冷—暖—冷—暖”交替变化。整体而言，辽阳地区近35年年均气温呈平稳波动上升趋势，大约从20世纪90年代后，年均气温增加趋势显著。

2.2 气温突变分析

由图2可以看出，在1983年之前，UF>0，表明年均气温在1983年之前呈上升趋势；1983—1989年UF<0，表明年均气温在此期间呈现下降趋势；1989年以后，UF>0，且出现持续上升趋势，表明1989年之后年均气温持续上升，并在1997年这种上升趋势显著（置信水平α=0.05），之后年均气温出现显著增加。在置信區间内，UF与UB曲线在1994年有1个交点，说明辽阳县年均气温在1994年开始发生了由低温到高温的突变。

2.3 气温振荡周期分析

根据辽阳县年均气温的年际分布序列，采用Morlet小波变换作年均气温周期性分析，绘制小波系数实部等值线分布图、小波系数模平方图和小波方差图，正值区表示温度偏高，负值区表示温度偏低，从而得出辽阳地区35年年均气温具有多时间尺度的嵌套结构和周期变化特征。

由图3可以看出，年均气温变化过程中存在多时间尺度特征。总体来说，气温变化过程中存在着16～35、11～15、2.5～10.0年3种尺度周期变化规律。其中，年均气温序列在周期为16～35年较长时间尺度的低频振荡中，有3条突变线，突变线分别位于90年代初期、90年代后期至21世纪初期、2011年左右。此时间尺度经历了冷—暖交替的准2次振荡，冷暖情况分别为80年代初期到末期的偏冷时期、90年代初期到末期的偏暖时期、21世纪初期的偏冷时期和10年代后的偏暖时期。在11～15年尺度的周期振荡中，出现了5条突变线，分别出现在1987年左右、1993年左右、21世纪初期和00年代中后期到10年代初期。此时间尺度经历了冷—暖交替的准3次振荡，冷暖情况分别为20世纪80年代初期到中后期的偏冷期、1987—1993年左右的偏暖期、90年代中期到21世纪初期的偏冷期、2002—2007年左右的偏暖期、21世纪00年代中期到2013年左右的偏冷期和2013年以后至今的偏暖期。在2.5～10.0年尺度左右的高频振荡周期中，出现11条突变线，且出现明显准7次冷—暖交替振荡现象。

由图4年均气温小波系数模平方图分析不同周期的振荡能量得出，在整个研究时间域内，存在3个能量强、周期显著的振荡中心，由于时间制约没有完整显示，但中心时间尺度分别在32年、25年和16年左右。另外，在1989—2004年左右出现的时间域内，存在1997年左右的振荡中心，中心时间尺度为12年。在1990—2007年左右出现的时间域内，存在1998年左右的振荡中心，中心时间尺度为7年。同时，还存在振荡中心在2000年左右，中心时间尺度在5年的振荡信号、振荡中心在2009年左右，中心时间尺度在4年的振荡信号和振荡中心在2013年左右，中心时间尺度在6年的振荡信号。

年均气温的小波方差（图5）存在5个较为明显的峰值，依次对应着5、7、12、21、32年的时间尺度。其中，最大峰值对应着32年的时间尺度，说明32年左右的周期振荡最强，为年均气温变化的第一主周期；7年时间尺度对应着第二峰值，为第二主周期；5、21、12年分别对应着第三、四、五主周期，这5个主周期的波动控制着年均气温在整个时间域内的变化特征。

3 结论

（1）1981—2015年辽阳县年均气温呈上升趋势，气候倾向率为0.457 ℃/10年，并出现多次冷暖交替过程波动，从20世纪90年代以后，年均气温增温较明显。

（2）辽阳县年均气温在1994年发生突变，并在1997年以后年均气温的上升趋势出现显著增加。

（3）Morlet小波变换作辽阳县年均气温周期性分析研究得出该地区年均气温具有多时间尺度的嵌套结构和周期变化特征。在气温变化过程中存在着16～35、11～15、2.5～10.0年3种低频到高频尺度振荡的周期性变化，且在各尺度周期振荡中存在突变线和气温的冷暖交替过程。在5、7、12、21、32年的时间尺度中，不同时间域内存在能量强、周期显著的震荡中心，且以32年时间尺度的周期震荡最强，7年时间尺度周期振荡次之。

4 参考文献

[1] 薛双奕，杨东，马露.辽宁省近56年气温变化研究[J].中国农学通报，2015，31（29）：221-226.

[2] 岳高峰.临夏地区极端气温气候特征分析及预报研究[J].现代农业科技，2015（23）：268-269.

[3] 田士如，代侦勇.1961—2012年湖北省极端气温时空变化特征分析[J].国土与自然资源研究，2015（5）：45-48.

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[9] 田海峰，秦耀辰，李国栋，等.基于小波和M-K的豫东农区近60年气温变化的多时间尺度分析[J].中国农学通报，2013，29（35）：329-338.endprint