基于多种统计方法分析重庆荣昌高温气候特征及变化趋势

张新科 李家川 陈妍 吴汉

摘要：重庆荣昌高温频发，对当地社会经济发展、水资源和生态环境造成严重威胁，深入研究该地区高温气候特征及未来变化趋势具有重要的现实意义。本文利用气候趋势分析、Mann-kendall突变检验、小波分析以及R/S趋势分析等多种统计方法对重庆荣昌高温气候特征及未来演变趋势进行分析，结果显示：1）20世纪90年代末荣昌进入显著增暖时期，随增暖速率加快，高温日数呈明显增多趋势，尤其是40℃以上极端高温日数急剧增加。2）荣昌气温存在约42年的“冷、暖”周期交替變化，目前处于偏暖周期，预计在2019—2030年期间，仍将处于偏暖周期，增温速率将持续加快，极端高温风险加剧；约至2030年以后，受气候态偏冷周期影响，增温速率可能会有所减缓，极端高温风险亦随之降低。

关键词：高温天气；荣昌；Mann-kendall突变检验；小波分析；R/S趋势分析

1资料来源

本文所用资料来自于重亲荣昌国家气象站1967-2017年实测的日最高气温和月平均气温资料。

2高温天气特征

1967—2017年荣昌平均气温呈现升温趋势，升温速率为0.2℃/10a，尤其是90年代末，进入迅速增暖时期。通过多项式拟合来看，从20世纪60年代至今，重庆荣昌主要经历了暖～冷～暖的阶段性变化，60年代到70年代末处于偏暖期，80年代初到90代中期处于偏冷期，90年代后期以来又处于偏暖期。显著增暖期开始于20世纪90年代后期，2000年以后平均气温距平几乎全为正值，且呈现明显增加趋势。

1967—2017年期间荣昌35℃以上高温日数达886d，平均为17.3d/a。60年代初到70年代末高温日数偏多，80年代初到90代中期高温日数显著偏少且有下降趋势，且90年代中期以前没有出现40℃以上的极端高温天气。从20世纪90年代末开始，随着气温不断攀升，荣昌高温日数呈显著增加的趋势，增加速率为5.2d/10a，尤其是40℃以上极端高温日数急剧增加，1995年荣昌首次出现40℃以上的极端高温。其中2006年高温日数最多，35℃以上的高温日数达54d，远超于平均日数，37℃以上高温日数34d，40℃以上的极端高温日数多达13d，该年重庆出现百年不遇的高温干旱，给经济造成损失高达近百亿元。

3高温未来演变趋势

Mann-Kendall突变检验结果表明，2010年为气温突变年。在1967—1977年间 >0，气温有增加趋势；1978—1997年间， <0，气温有减小趋势，1997—2010年间， >0，气温有增加趋势。但在1967—2010年整个时段， ≤Uα，，序列始终在临界直线内变化，说明在此期间平均气温增加或减小趋势并不明显。在2010年以后， >Uα，超过临界直线，表明2010年以后重庆荣昌增温趋势显著增加（图1）。

图2给出了1967—2017年重庆荣昌年平均气温距平morlet小波分析特征。结果显示，小波变化能够更加直观的展现时间序列的多尺度、周期性特征（图4a）。在1967-2017年间年荣昌平均气温经历了“暖—冷—暖”三个时期变化，其中1990年为冷中心年，2010年为暖中心年，冷暖中年相差约20年。小波方差结果显示（图4b），主振荡周期约为42a，其中

4a和8a左右振荡周期相较于42a周期不明显。根据42年周期预测，距离下一个偏冷周期有12年左右。即在2019～2030年间，仍处于偏暖周期，荣昌仍有持续增温的趋势，到2030年以后将进入下一个偏冷周期，可能会延缓增温速率。

为了避免小波分析结果的片面性，同时利用R/S分析方法对重庆荣昌1967—2017年平均气温距平进行分析，并与小波分析结果比较。

R/S趋势分析法可以用来分析时间序列的分形特征和长期记忆过程。其中，Hurst指数是对log（n）和log（R/S）进行最小二乘法回归得到，其可衡量一个时间序列的统计相关性。当Hurst=0.5时，时间序列是标准的随机游走，即未来的变化趋势与过去趋势无关。当0.5≤Hurst<1时，表明该时间序列是一个持久性趋势增强的序列，即未来的变化趋势与过去变化趋势一致，hurst越接近1，则持续性越强。当0

如表1所示，目前平均气温处于加速增暖阶段，平均气温距平序列的Hurst指数为0.853，说荣昌平均气温具有强持久性增加的趋势，未来仍有持续增温的趋势。

综上所述，可以预测在2019—2030年随平均气温不断攀升，高温日数也呈现逐年增加趋势，极端高温风险加剧。至2030年以后，随气候态偏冷周期到来，气温增暖趋势将会有所减缓，极端高温风向亦随之降低。

4.结论与讨论

利用气候趋势分析、Mann-kendall突变检验、小波分析以及R/S趋势分析等多种统计方法对重庆荣昌高温日数及平均气温气候变化特征分析，得到以下结论：

1）重庆荣昌从20世纪90年代末开始进入显著增暖时期，高温日数急剧增多，尤其是40℃以上极端高温日数显著增多。

2）荣昌气温存在约42年的“冷、暖”周期交替变化，目前处于偏暖周期。小波分析与R/S分析结果一直表明，在2019—2030年期间，仍将处于偏暖周期，增温速率将持续加快，平均气温不断攀升，高温日数也呈现逐年增加趋势，极端高温风险加剧。至2030年以后，随气候态偏冷周期到来，增温速率可能会有所减缓，极端高温风险亦随之降低。

值得思考的是，在全球变暖的气候大背景下，随城市化进程和经济社会发展，极端高温风险加剧趋势不可避免，本文基于气候态变化规律分析未来高温趋势具有一定的参考价值。但是重庆荣昌增暖速率和高温风险加剧程度与全球增暖速率以及社会经济发展具有很大关系，偏冷气候态的到来对于增暖速率的延缓作用有多大效果还需进一步的研究分析，给出合理的量化结果。

参考文献

[1]徐金芳，邓振镛，陈敏. 中国高温热浪危害特征的研究综述[J]. 干旱气象，2009，27（2）：163-167.

[2] 刘建军，郑有飞，吴荣军. 热浪灾害对人体健康的影响及其方法研究[J]. 自然灾害学报，2008，17（1）：151-156.

第一作者简介：张新科（1989-）男，汉族，甘肃岷县人，硕士研究生，助理工程师，从事气象预报与服务工作。

（作者单位：重庆市荣昌区气象局）