内蒙古乌兰浩特市气温降水变化特征分析以1986—2015年为例

吴亚平 张惜伟

摘 要：利用乌兰浩特气象站（区站号50838）1986—2015年的日平均气温和降水量数据，对研究区气温和降水进行趋势分析、相关性分析、降水距平百分率分析。结果表明，近30a来，研究区年平均气温、年平均最高温、年平均最低温均处于增温的趋势，变化倾向率分别为0.247℃/10a、0.143℃/10a、0.315℃/10a。季节方面来看，春、夏、秋3个季节有升温的趋势;其中夏季升温幅度最大，变化倾向率为0.618℃/10a，而冬季则有降温的趋势，变化倾向率为-0.429℃/10a。年际降雨量有下降趋势，变化倾向率为-31.114mm/10a;干旱年份逐渐增加，30a中有13a为干旱年。季节方面，春季和冬季的年平均降水量有上升趋势，变化倾向率分别为11.238mm/10a和2.557mm/10a;而夏季和秋季年平均降水量则有下降的趋势，变化倾向率分别为-42.057mm/10a和-2.852mm/10a。年平均气温和降水量之间没有明显的相关性。季节方面，夏季和冬季的平均气温与降水量在0.01水平上呈负相关关系;在13a干旱季节主要集中在秋季和夏季，其中秋季占31%，夏季占29%，春季和冬季分别占14%、26%。

关键词：气温;降水量;相关性;乌兰浩特

中图分类号：S161文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191030061

全球气候变暖是一种和自然有关的现象，是由于温室效应不断积累，导致地气系统吸收与发射的能量不平衡，能量不断在地气系统累积，从而导致温度上升，造成全球气候变暖。气候变化是全球变化的重要组成部分，与人类的生存息息相关。人类只有详细的了解气候变化的历史、幅度、机制，才能更好的预测将来的气候变化趋势以及其对人类社会的影响。在全球变暖的背景下，内蒙古地区近几十年来气温增暖特征明显，并且增暖速率明显加快。马柱国、钱维红等人的研究表明[1-2]：我国增温的总体趋势是北方大南方小，这与全球增温分布一致，其中东北西部及内蒙古的东部增温幅度最大[3]，增温率达到0.5℃/10a;在降水量的变化趋势上，全国总的趋势是东部减少，西部增加[4]。

目前，有关乌兰浩特气候变化已有一些研究，如梁洁、范海娇等人研究指出乌兰浩特市近43a（1971—2014年）年均气温，四季温度都呈上升趋势，其中年均气温的增温速率为0.43℃/10a;年降水量呈减少趋势，春季和冬季降水量增加，夏季和秋季降水量减少。[5]

本文利用内蒙古乌兰浩特气象站1986—2015年的日平均气温和降水量数据，对乌兰浩特气温和降水进行趋势分析、相关性分析、降水距平百分率分析，发现乌兰浩特气温降水变化规律，并结合前人研究成果，对未来的演变趋势进行预测，对合理利用气候资源改善当地生态环境，促进农牧业及旅游业的发展具有十分重要的意义。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

乌兰浩特市位于内蒙古东北部，地理座标为N45°22′～46°18′，E121°51′～122°20′之间（图1）。处于大兴安岭与松辽平原接合处，属低山丘陵地貌。东与扎赉特旗、吉林省镇赉县相邻，南与吉林省白城市洮北区、洮南市接壤，西南与吉林省洮南市相连，西、北与科尔沁右翼前旗相邻，属中温带半干旱大陆性季風气候区。南部是以旱地为主的耕地和草地;中北部大多为水田和水浇地;城区为工业和商业集中区。四季分明，冬季漫长寒冷，春季干旱多风，夏季温热短促，降水集中，雨热同季。无霜期较短，日照充足，积温有效性高，降水量偏少，蒸发量大。年降水量分布没有明显的地域特征，年平均降水量为433.4mm，主要集中在6—8月，占年降水量的75%。主要气象灾害有干旱、冰雹、霜冻、大风、洪涝、沙尘暴、寒潮等，其中干旱是影响农牧业最主要的气象灾害。

1.2 数据来源

本文利用的气象数据为乌兰浩特市气象站（区站号50838）2000—2015年的逐月降水和气温记录。气象数据来自中国气象科学数据共享网（http：//data.cma.cn/）。文中所指的平均最高温、平均最低温为逐月最高温、最低温进行求和，并进行平均的结果。按照北方地区气候特征及气象研究特点，四季的划分：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—次年2月为冬季。

1.3 分析方法

1.3.1 线性倾向估计

利用样本容量为n的某一气候变量yi，用xi表示yi所对应的时间，建立yi与xi之间的一元线性回归yi=axi+b（i=1，2…，n）。气候的趋势变化用一元线性回归方程来表示，式中xi为年份，a为气候倾向率，用于定量描述气候变量随时间的变化趋势特征，式中回归系数a和常数b可以用最小二乘法进行计算。其公式为：

a=n∑xiyi-∑xi∑yin∑xi2-∑xi2[JY]（1）

b=y[TX-]-ax[TX-][JY]（2）

其中y[TX-]=1n∑ni=1yi，x[TX-]=1n∑ni=1xi[JY]（3）

回归系数a表示气候变量y的倾向趋势，a的值为正数，说明随时间x的增加，气候变量呈上升趋势;当a的数值为负值时，则说明随着时间x的推移，气候变量呈现下降的趋势。同时a值的大小还说明了气候变量y上升和下降的速度。

1.3.2 相关性分析

本文基于SPSS软件，对变量之间进行相关性分析。相关系数r可说明x与y的相关程度。当相关系数r为正数时，表示x与y之间为正相关，正相关是表示2个要素间呈同方向变化的相关，也就是y值随x的增加而变大或随x的减少而变小;负数时，表示x与y之间为负相关，负相关是表示2个要素间呈反方向变化的相关，即y随x的增大而变小或随x的减小而变大。相关系数的绝对值|r|越大，表示2个x与y相关程度越密切。当r=1时，为完全正相关;当r=-1时，为完全负相关;r=0时，则完全无关，r值介于-1≤r≤1之间。其公式为：

r=∑xy-∑x∑yn ∑x2-∑x2n∑y2-∑y2n[JY]（4）

1.3.3 降水量距平百分率（pa）

降水距平百分率反映的是，某时段内的降水量相较常年偏多或偏少的标准之一，即某时段内的降水同平均状态的偏离程度[6]。它可以反映降水异常而引起的干旱。《气象干旱等级》[7]中规定降水量距平百分率pa的计算公式为：

Pa（%）=p-p[TX-]p[TX-]×100%[JY]（5）

p[TX-]=1n∑ii=1pi[JY]（6）

式中，p-为某段时段内降水量，p[TX-]-为计算某时段同期气候平均降水量，n-为研究的年数，i=1，2，3，…，n。

1.3.4 干旱等级标准

根据《气象干旱等级》[7]其旱涝标准（表1）：

2 结果分析

2.1 气温变化特征

2.1.1 年际变化特征

乌兰浩特近30a（1986—2015年）的平均气温、平均最高温、平均最低温趋势图（图2），可以得出，从1986—2015年乌兰浩特年平均气温呈逐渐升高的趋势，并于2008年达到最高值7.1℃，比30a平均气温（5.749℃）高1.351℃。1988年达到年平均气温最低值4.225℃，比30a平均气温低1.524℃。最低温与最高温之间相差2.875℃。

1986—2015年中乌兰浩特平均最高温与最低温呈现升高的趋势，于2008年平均最高温达到最高值13.47℃，1988年平均最低温达到最小值-1.2℃。30a间平均最高温的变化幅动较小，其一元线性回归模型为y=0.0143x-16.752，温度变化速率为0.143℃/10a，即说明从1986—2015年间增温0.143℃/10a;而平均最低温的变化幅动较大，其一元线性回归模型为y=0.0315x-62.746，温度变化速率为0.315℃/10a，说明从1986—2015年间增温0.315℃/10a。

2.1.2 季节变化特征

通过对乌兰浩特1986—2015年各季节平均温度、平均最高温、平均最低温进行趋势分析（图3），结果表明，乌兰浩特1986—2015年30a以来，春、夏、秋3個季节的平均温度、平均最高温、平均最低温呈上升趋势，而冬季则呈下降趋势。乌兰浩特30a的春季平均气温为7.2463℃，夏季为22.149℃，秋季为5.829℃，冬季为-12.219℃。变化趋势方面（表3），春季的平均气温变化倾向率为0.313℃/10a，夏季的平均气温变化倾向率为0.618℃/10a，秋季的平均气温变化倾向率为0.435℃/10a，冬季的平均气温变化倾向率为-0.429℃/10a。由此可见，春季的上升幅度最小，夏季的上升幅度最大，冬季则呈下降趋势。

2.2 降水量变化特征

2.2.1 年际变化特征

根据乌兰浩特1986—2015年的降水资料进行趋势分析，并计算出一元线性回归模型（图4），结果显示，在降水量方面，乌兰浩特1986—2015年30a年均降雨量为434.153mm，最大年降雨量为1998年的822.4mm，最小年降雨量为2004年的157mm，最大降雨量与最小降雨量相差5倍多。30a间年均降水量有减少的趋势，趋势系数为-31.114mm/10a。乌兰浩特属中温带半干旱季风气候，30a间超过400mm的年份有16a。

2.2.2 季节变化特征

通过对乌兰浩特四季降水量进行线性拟合（图5），发现春季和冬季变化有上升的趋势，春季的上升倾向率为11.238mm/10a，冬季的上升倾向率为2.557mm/10a。夏季和秋季均呈下降趋势，夏季下降倾向率为-42.057mm/10a，秋季下降倾向率为-2.852mm/10a，其中夏季降水量下降趋势最显著。

1986—2015年的30a间，春季平均降水量为 57.353mm，夏季平均降水量为318.366mm，秋季平均降水量为50.9966mm，冬季平均降水量为7.4366mm。春季降水量于2010年达到最高值139.6mm，2004年达到最低值5.2mm;夏季降水量在1998年达到最高值672.3mm，2004年为最低值116.8mm;秋季降水量于2012年达到最高值128.3mm，2007年为最低值16.8mm;冬季降水量于2012年达到最高值22.7mm，1996和2011达到最低值，分别为0.6mm，0.7mm。

经过对30a来乌兰浩特季节降水量统计，发现研究区内降水主要集中在夏、春、秋3个季节，春季平均降水量为57.353mm，夏季平均降水量为318.366mm，秋季平均降水量为50.996mm，冬季平均降水量为7.436mm。对全年降雨量贡献最大的是夏季，占到全年降雨量的73%，其次是春季和秋季，分别占全年降雨量的13%和12%，冬季降雨稀少，只占全年降雨量的2%。

2.3 干旱时间特征变化

2.3.1 年尺度干旱特征

利用降水距平百分率计算乌兰浩特1986—2015年降水距平百分率（图6）。可以看出乌兰浩特1986—2015年间的年降水距平百分率有减少的趋势。1989年、1992年、1995—1997年、1999年、2000—2004年、2006—2009年、2011年降水距平百分率为负值，并根据干旱等级划分标准（表1），1989、1992、1997、1999、2000、2001、2002、2004、2006、2007、2008、2009、2011年出现干旱（表7），其中2001、2004年达到特旱等级，这与乌兰浩特实际干旱情况吻合。2001年和2004年的特旱使乌兰浩特农业生产遭到了巨大损失。[8]

乌兰浩特属于对气候变化反映敏感的脆弱区，抵御各种自然灾害的能力较弱，农业生产的不稳定性很大，因此农业收成的好坏很大程度上取决于自然降水量的多少及其时空分布[8]。降水量多的年份，农业获得丰收;干旱少雨季节，农业欠收。[8]

2.3.2 季节尺度干旱特征

根据降水量距平百分率公式，计算1986—2015年乌兰浩特各季节的降水距平百分率。利用表1干旱等级划分得到表5。由表5可以看出，[JP2]发生轻旱的年份为1992年、2002年、2004年、2006—2009年、2011年。发生中旱的年份为1989年、1999年、2000年，于1997年發生重旱，2001年和2004年发生特旱。季节方面来看，在13a里（表4）干旱季节主要集中在秋季和夏季，其中秋季在干旱的13a里占31%，夏季占29%，

春季和冬季分别占14%、26%。

2.4 气温与降水量的相关性分析

2.4.1 年平均气温与年降水量的相关性

通过对乌兰浩特近30a（1986—2015年）的年平均气温和降水量的相关性分析（表5）可知，乌兰浩特年平均气温和降水量之间没有明显的相关性。即表示，气温与降水量增加趋势的关系很复杂，除气温以外降水量还受地理环境、下垫面、海拔等因素的影响。

2.4.2 季平均气温与季降水量的相关性

通过对乌兰浩特近30a（1986—2015年）的各季平均气温与降水量的相关性分析，与其它季节相比，夏季气温与夏季降水量的相关系数为r=-0.489，在0.01水平上呈负相关关系，表示随着夏季气温的增高，夏季降水量逐渐减少;冬季气温与冬季降水量的相关系数为r=-0.552，在0.01水平上呈负相关关系，说明随着冬季气温的减少，冬季降水量在逐渐增多。

3 讨论

研究区近30a的气温总体呈上升趋势，年际平均气温变化速率为0.247℃/10a，蒋春宇，张圣微[9]等人在40～50a的较大时间尺度上的研究表明，内蒙古全区气温增温速率为0.41℃/10a，内蒙古东部地区气温上升速率为0.36℃/10a。因此，本文结果与前人研究结果基本吻合。降水量方面年均降水量有减少的趋势，趋势系数为-31.114mm/10a，这与前人研究的内蒙古全区30a（1981—2010年）的年降水变化趋势系数-30.8mm/10a[10]基本一致。

在气温与降水量的相关性中，降水量除了受气温方面的影响外，还包括地形、植被、人类活动等等。对气温和降水量的变化趋势的原因，因受数据所限，未对此作深入探讨。

4 结论

本文利用内蒙古乌兰浩特气象站（区站号50838）1986—2015年的日平均气温和降水量数据，对乌兰浩特近30a的气温和降水的变化趋势进行分析。运用线性倾向估计、相关性分析、降水距平百分率分析等方法得出以下结论。

4.1 气温方面

平均气温、年平均最高温、年平均最低温均处于增温的趋势，变化倾向率分别为0.247℃/10a、0.143℃/10a、0.315℃/10a。极端天气方面来看，极端最高温与极端最低温均有上升的趋势;其中极端最高温的变化幅度最大，达到了0.835℃/10a，极端最低温的变化倾向率为0.445℃/10a。季节方面来看，春、夏、秋3个季节有升温的趋势;其中夏季升温幅度最大，变化倾向率为0.618℃/10a，春季和秋季变化倾向率分别为0.313℃/10a、0.435℃/10a，而冬季则有降温的趋势，变化倾向率为-0.429℃/10a。

4.2 降水方面

年际降雨量有下降趋势，变化倾向率为-31.114mm/10a。乌兰浩特1986—2015年间干旱年份逐渐增加，30a中有13a为干旱年，其中2001、2004年达到特旱等级。季节方面来看，春季和冬季的年平均降水量有上升趋势，变化倾向率为分别为11.238mm/10a和2.557mm/10a。而夏季和秋季年平均降水量则有下降的趋势，变化倾向率分别为-42.057mm/10a和-2.852mm/10a。在13a干旱季节主要集中在秋季和夏季，其中秋季占31%，夏季占29%，春季和冬季分别占14%、26%。

4.3 年平均气温和降水量之间没有明显的相关性

季节方面来看夏季平均气温与夏季降水量在0.01水平上呈负相关关系，相关系数为r= -0.489;冬季的平均气温与降水量在0.01水平上呈负相关关系，相关系数为r=-0.552。

参考文献

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[3]王美莲，杨达.内蒙古通辽市气温变化规律与趋势分析[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2013，34（2）：77-82.

[4]包姝芬，马志宪，催学明.近50年锡林郭勒盟的气候变化特征分析[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2011，32（3）：157-161.

[5]梁洁，范海娇.乌兰浩特市近43年气温与降水量的耦合分析[J]. 内蒙古农业大学学报（自然科学版），2017（1）：57-63.

[6]魏风英.现代气候统计诊断与预测技术（第2版）[M].北京：气象出版社，2007.

[7]GB/T20481-2006.气象干旱等级[S].2006.

[8]唐红艳，幺文.异常气候对兴安盟农业经济的影响[J].内蒙古气象，2002（3）：30-32.

[9]蒋春宇，张圣微，赵鸿彬，等.内蒙古地区近50年气温时空变化特征分析[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2014，35（3）：69-80.

[10]包刚，吴琼，阿拉腾图雅，等.内蒙古地区近50年气温时空变化研究[J]. 内蒙古师范大学学报（自然科学版），2012，41（6）：668-674.

作者简介：

吴亚平（1997-），女，在读硕士研究生。研究方向：土地资源可持续利用;

张惜伟（1980-），女，博士，副教授。研究方向：土地资源利用与评价。