2007年5月M ay 2007 华南师范大学学报(自然科学版)J O URNAL OF SOUTH CH I NA NOR M AL UN I VERS I TY (NATURAL SC I ENCE EDITI ON ) 2007年第2期 N o .2,2007收稿日期:2006-11-07基金项目:国家自然科学基金资助项目(40541002);广东省自然科学基金资助项目(5005943)作者简介:许争艳(1983-),女,江西吉安人,华南师范大学2004级硕士研究生,Em ai:l xu z hengyanm ail @126.co m;孙武(1963-),男,甘肃武威人,华南师范大学教授,主要研究方向:环境与资源经济,Em ai:l sunw@scnu .edu .cn.文章编号:1000-5463(2007)02-0137-06近百年来广东省3地(广州、汕头、澳门)气温的变化特征许争艳1,孙 武1,罗森波2,李 勇1,蒋海荣1(1.华南师范大学地理科学学院,广东广州510631;2.广州国际专业气象台,广东广州510080)摘要:在对1949年之前广州、汕头、澳门气温资料进行系统整理的基础上,建立了3站近百年气温变化的序列,分析了广东省东南沿海近百年来气温的变化特征.广州、汕头、澳门百年来年均温分别上升了0.61 、0.62 、0.43 ,增幅在全球平均范围之内.同我国其他城市主要由冬季增温不同,广东省春季增温幅度最大,其次是冬季.广州、澳门、汕头的增温分别由最高、最低、最高和最低气温共同引起.此外,3站普遍存在20年、12年与5年左右的3个周期.关键词:广东省;年均温;年均最高气温;年均最低气温中图分类号:K 903 文献标识码:ATHE VAR I ATI ON C HARACTER ISTICS F OR TE MPERATURE OF 3CITIES OFGUANGDONG PROV I NCE I N THE PA ST ONE HUNDRED YEARSXU Zheng-yan 1,S UN W u 1,LUO sen-bo 2,L I Y ong 1,JI ANG H ai-rong 1(1.School ofG eography ,South Ch i na N or m alUn ivers i ty ,Guangzhou 510631,Ch i na ;2.Gu angz hou I n tern ati ona lS peciali zed W eather S erv i ces ,Guangzhou 510008,Ch i na)Abstract :On the basis of a syste m atica l classification fo r the te m perat u re data o f Guang zhou ,Shantou and M acao before 1949,t h e sequences o f te m perature variation duri n g the past 100years fo r the above three sites w ere established and the te m perature chang i n g fea tures o f the sou t h east coastal area near Guangdong prov i n ce over the past centur y w ere ana l y zed.The annual average te m perature has a rise of 0.61 ,0.62 ,0.43 i n Guang zhou ,Shantou and M acao respecti v ely during the past 100years ,and t h e increasing range is w ith i n the g lobal average scope .The hugest increasing range of te m perature i n Guang dong pr ov i n ce takes place i n Spring ,and secondly inW inter ,w hich is different fro m other c ities in China ,w here the rising o f te m perat u re happened m ainly i n W i n ter .The te mpera ture rise i n Guangzhou ,Shantou andM acao could be caused by the te m perature chang i n g o f t h e highes,t the lo w es,t the h i g hest and t h e lo w est toge t h er .M oreover ,there ex isted three c ircles o f 20a ,12a and 5a for the above three cities .138华南师范大学学报(自然科学版)2007年Key words:Guangdong;annual average te m perature;annual average highest te m perature;annual average l o w est te m peratureIPCC第3次评估报告得出结论:全球平均地表温度自1861年以来一直在增高,20世纪增加了0.60.2 [1].国内外很多学者都对全国以及国内的一些省份的百年气温变化进行了深入的研究.其中有组科学家[2-4]采用不同的资料与方法各自论述了中国近百年温度序列,虽然不同序列之间存在着一定的差异,但结果都表明近百年来我国温度的变化与北半球的情况基本相似,同时也证明了百年来的温度有变暖的趋势,尤其是近50年变暖十分明显.全国范围内有百年气象资料记载的城市主要有北京、上海、广州等20个城市左右,由于解放前战乱和其他原因导致的部分资料的缺失,为了建立完整的温度序列,一般采用其他站点的资料线性内插,或用多年平均值代替,或用多变量相关与经验正交函数展开相结合,或采用树轮、冰芯等代用资料恢复.在温度变化的趋势上,除了个别城市外,全国大部分城市都呈现不同程度的上升趋势,最高可达2 /100a[5-10].近百年来温度的增长主要是在自然气候变化的基础上,加上了人类活动如:温室效应、热岛效应和气溶胶影响共同作用形成的.针对广东省百年气候的研究有早期的!广东气候∀[11],书中详细描绘了1880-1980年间广州、澳门、香港3地的1、4、7、10月的气温变化曲线以及广州和香港的冬季极端最低气温. 1950年前因为站点较少,资料的缺乏,并且很多站点的观测次数与时刻都不同,造成资料上的不统一,同一站点气温数据也不连续,所以研究相对较少.1950年后的研究都指出近50年来广东气温呈上升趋势,持续升温始于80年代后期,广东的升温速度快于全球[12-14].本文在对解放前广东省中部和东部沿海3站气温资料进行系统整理的基础上,对解放前2次测量和解放后4次测量的气温数据进行了统计校准.利用校准后的资料,建立了广东省中部和东部沿海3站百年气温资料序列,在此基础上分析了广东省近百年来气温的波动变化特征,希望对广东省百年来气温变化的研究进行补充与更新.1 资料的来源及数据处理本文所引用各台站的气温记录有:月均温、季均温、月平均最高温和月平均最低温,数据来源主要有:中央气象局和中国科学院地球物理研究所联合资料史1954年7月编印出版的!中国气温资料∀(以下用#表示)、解放以后国家气象中心台站的资料(用∃表示),广东省气象台出版的!广州逐日基本气候资料(1908-1972)∀(用%表示),广东省气象局编制的!汕头气象资料∀(用&表示),见表1.鉴于百年来广东各测站及其观测方法不统一,为了建立连续的气温序列,本文在以下几方面对数据进行了处理:(1)不同观测次数的处理.1945年以前有的站点的平均温采用最高温和最低温平均的方法计算得出,1952年后均为4次观测数据的平均值.根据大量的气温资料表明,1945年之前由最高最低算得的平均值的计算方法要比1952年之后4次测量的温度要高,并且这两者之间有很强的相关性.选取广州站1957-2004年的气温数据加以说明.对2种方法测得的历史值曲线分别作趋势线.2次测量趋势线的方程为:y=0.0201x+22.149,4次测量趋势线为:y=0.0209x+ 21.512,可以看出条趋势线的斜率相差很小,几乎平行,所以条趋势线在Y轴上的截距的差值可以看作是2种测量方法的误差.这样可以得出广州站的这2种测量方法差值为0.637 .表1 广东省台站百年来记录资料与数据来源台站记录数据年份缺失数据年份数据来源广州1908-20041938-1939,1945-1949#∃%汕头1904-20041910,1919,1922,1939,1940,1943-1950#∃&澳门1904-20001911澳门地球物理暨气象局同理,可以算出汕头站为0.54 .澳门在20世纪初时,每天进行5次观测(4、10、13、16、22时),20年代至50年代初为每天3次观测(9、15、21时),每日5次、3次与4次观测方法算得的数据误差不大,可忽略.(2)1950年以前气温缺失数据的处理.以广州站的年均温为例,广州站缺失1938、1939、1945和1949年的年均温,缺失的数据可以找同时期的香港、汕头或澳门的数据进行插补.以香港、汕头或澳门的气温数据(x )作为自变量,广州市(y )作为因变量,建立一元线性回归方程:Y (x )=ax +b .然后分析在缺失数据年份的前后几十年间与广州站最相关的站,最后用此站的数据带入相应的回归方程中求出即可.(3)广州站在1945年之前有多个测站点的地方,取其所有测站点平均数.2 年均温的变化从图1可以看出广东省3站年均温呈现波动上升趋势,用线性倾向的最小二乘法来估计百年变化趋势,得出线性回归方程,即:Y(t)=at +b ,其趋势变化率方程为:dy (t)/dt =a,a ∋100年为百年气候倾向率,单位为: /100a .广州、澳门和汕头一百年来年均温分别上升了0.61 、0.62 、0.43 ,达到全球平均增温水平,但低于国内一些城市,如:青岛(0.9 /100a)[15]、上海(0.86 /100a),齐齐哈尔(2.1 /100a).3站波动也基本一致,分别对3站两两之间做相关分析,结果显示广州与汕头间的相关系数为0.665,汕头与澳门为0.602,广州与澳门为0.766,且都通过P =0.01检验.除了澳门在20世纪30年代与60年代,汕头90年代后与其他两站曲线趋势不同,总体来说3个站点波动一致.图1 广州、澳门、汕头3站百年来年均温10年滑动曲线图 近百年来广州的冷暖期和全国基本是一致的,都是表现为20世纪初-30年代的冷期、30年代中后期-50年代初的暖期、50年代中期-80年代初的冷期和80年代中期至今的暖期这4个阶段的变化,只是广州的后1个暖期比全国推迟10年左右.澳门与汕头的情况相对复杂,且冷暖期的出现时间与持续时间都比较特殊.澳门的暖期出现在20世纪30年代(40年代中期、50年代末(60年代末和80年代末至今,所以第1个暖期要比全国提前结束,而澳门在50年代末(60年代末的温度高出平均线,这与广州、汕头有微小幅度的上升不同,而与丁一汇[24]的全球年平均温度变化曲线在描绘这一时期时相似,第3个暖期和广州一致.汕头的暖期发生于20世纪10年代、30年代中期-40年代中期、90年代至今,第1个短暂的暖期,可能是19世纪末的暖期[16]还在持续,第2个暖期持续了10年,比澳门的15年和广州的20年都要短,之后进入到过于漫长的第2个冷期,长达将近50年.139第2期许争艳等:近百年来广东省3地(广州、汕头、澳门)气温的变化特征3 各季平均气温的变化取3、4、5月平均值为春季气温平均值,6、7、8月平均值为夏季气温平均值,9、10、11月代表秋季气温平均值和12、1、2月平均值为冬季气温平均值.表2给出了每个站点各个季节的百年来的增长速率以及与年均温的相关系数.表2 广东各季节增长率与年均温的相关系数 站点春季夏季秋季冬季广州季节增长率( /100a)0.51-0.1-0.10.27与年均温的相关系数0.627**0.1720.393**0.637**澳门季节增长率( /100a)0.970.520.450.55与年均温的相关系数0.71**0.446**0.556**0.672**汕头季节增长率( /100a)1.220.050.030.4与年均温的相关系数0.64**0.63**0.606**0.705** 注:**表示通过P =0.01检验从表2可以看出:#广州市百年来的春季增温最大,其次是冬季,夏秋两季的温度没有增加,反而有所减少,温度相对较低的春冬季和温度相对较高的夏秋季朝反方向发展,可见广州的年较差近百年来是降低;澳门的每个季节对温度的增长都有贡献,澳门贡献最大的是春季,然后是冬季、夏季和秋季;汕头贡献最大的是春季、然后是冬季,夏、秋季基本上没有增长.∃再从各季与年均温的相关系数可以看出,广州等3站冬春两季与年均温更密切相关,这说明冬春季节温度的波动更与年均温波动趋于一致.根据以上两点得出广州、澳门和汕头年均温的增长主要是由于春季引起的和其次是冬季,这与全国及一些城市如上海、青岛等地百年来的增温主要由冬季增温引起,其次是春季的结论不一致.4 年均最高、最低气温的变化图2 广州、澳门、汕头3站百年来年均最低温10年滑动曲线图图3 广州、澳门、汕头3站百年来年均最高温10年滑动曲线图百年来广州、澳门、汕头3站的年均最低、最高气温的变化如图2、图3所示.用回归分析得出广州年均最高温一百年来增长了0 71 ,而年均最低温没有增长,所以广州百年来年均温的增温主要是平均最高气温增温引起.对比广州年最高温、最低温与年均温的曲线波动变化,年最高气温在1957年前和年均温变化趋势相反,1957年之后又是一致的;年均最低温曲线在1906-1918年出现一高值区,在近百年来出现3个波峰和2个波谷,其他140华南师范大学学报(自然科学版)2007年时期的变化趋势和年均温曲线的变化规律一致.汕头的年最高、最低气温都增长很快,分别是0.66 、0.56 /100a ,百年来的增温是由二者共同贡献的结果.年平均最高、最低气温的曲线和平均气温曲线波动基本一致.澳门上个世纪的年平均最高气温没有明显的增温,趋势线和平均线基本重合,而年平均最低气温在波动上升,百年来上升了0.85 ,可以看出澳门百年来的增温主要是平均最低气温增长引起.根据以上的分析,白天以最高气温为代表,夜间以最低气温为代表,广州在20世纪40年代暖期的时候,年均最高温为负距平,年均最低温为正距平,所以这个时候的暖期增温不是那么明显,且这个时候的增温主要发生在夜间;1980年后的暖期,年平均最高、最低气温均为正值,贡献率一样,这个时候的暖期由白天和晚上共同增温引起.汕头20世纪10年代、40年代与90年代的暖期增温都是由最高与最低气温共同引起,即白天与晚上贡献率一样.澳门20世纪30-40年代和60年代的暖期主要是最高气温增长,增温由白天引起,80年代末则是最低气温增长贡献更大,增温发生在夜间.5波动周期图4 广州1908-2004平均气温FFT 频谱图傅立叶分析是信号处理中最重要、最基本的工具之一[17].本文用广州站1908-2004年的平均气温数据,在MATLAB 7.1进行快速傅立叶变换分析(FFT),输出图形如图 4.频谱图共分2个图层,上方为相位谱,下方为幅度谱,最下方工作表窗口表示的是频率,频率的倒数即是周期.第1个波峰处frequency =0.046875,周期是21.5a .表3列出了各个波峰处的频率以及周期.可以看出广州近百年主要是出现21.5a 的周期,然后是12.5a 和9.15a 的周期.表3 波动频率与周期频率/H z 0.04690.07810.10940.04690.17970.2109周期/年21.512.59.156.755.54.75 同理,汕头存在30、25、20.9、15.6、11.5、6.3的周期,澳门则是17.8、14.4、11.9、8.5、5.1.所以可以看出这3站都有20a 、12a 与5a 左右的周期,其中20a 是属于我国年、季平均气温的显著振荡周期2~3a 和18~29a 的范围内,20a 与12a 都与太阳黑子活动周期的11、22a 周期接近.6 结论本文对1949年前广州与汕头的平均气温是采用最高气温与最低气温平均这种方法进行141第2期许争艳等:近百年来广东省3地(广州、汕头、澳门)气温的变化特征142华南师范大学学报(自然科学版)2007年了校正,再运用插补法,对缺失年份的数据进行补充,得到广州、汕头和澳门3站近百年的气温序列.虽然由于每个站都多次搬站,造成数据的不连贯,令气候数据的可比性降低,但经过数据校准后,还是能反映百年尺度的一般变化规律.广州、澳门和汕头一百年来年均温分别上升了0.61 、0.62 、0.43 ,分别是由最高、最低、最高和最低气温引起,且都是春季增温幅度最大,然后是冬季,这与全国大多数地方不不致,而有着自己独特的特征.这3站空间相距不远,广州与澳门直线距离是130km,与汕头相距350k m,但内部温度指标上存着许多差异,其原因还需进一步探讨.在全球自然气候波动与温室效应影响的基础上,广东在20世纪80年代后城市快速发展,排放出大量的热量导致的热岛效应,均是广东各地气温急剧上升的原因.现在广东的增强温速度要快于全球,如何减缓这个增温趋势,防止成为气候难民,改善环境,是目前的当务之急.致谢:华南师范大学地科院学生参加了数据的录入,在此谨表感谢.参考文献:[1] HOUGHTON J T.IPCC:C li m ate Change2000,The sc i entifi c basis[M].Cambr i dg e:Ca m bri dge U niversityP ress,2001:881.[2] 王绍武,叶瑾琳,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.[3] 林学椿,于淑秋,唐国利.中国近百年温度序列[J].大气科学,1995,19(5):525-534[4] 唐国利,任国玉.近百年中国地表气温变化趋势的再分析[J].气候与环境研究,2005,10(4):791-798.[5] 郑祚芳,祁 文,张秀丽.武汉市近百年气温变化特征[J].气象,2002,28(7):17-21.[6] 娄德君,孙卫国,李治民.近百年齐齐哈尔市的气温变化[J].气象,2004,30(12):65-67.[7] 丁裕国,金莲姬,江志红.近百年江苏中部和南部地区气温趋势及其变化率估计[J].气象科学,1998,18(3):248-255.[8] 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