甘肃省近54年气温时空变化特征分析

甘肃省近54年气温时空变化特征分析

刘娅菲;李雪梅

【摘 要】The temporal and spatial characteristics of the temperature

variation are analyzed during 1960-2013 in Gansu bined with

spatial analysis technology of GIS,Mann-Kendall examination and

mathematical statistic method,the temperature variation is analyzed in

Gansu province.Results show that the temperature is increasing during last

54 years.The annual aver-age temperature (AAT),annual average maximum

temperature,average minimum temperature and extreme maximum

temperature are increasing significantly at 0.05 significance level.Espe-cially AAT rises with the largest rate.At the seasonal time scale,AAT in

spring,summer,au-tumn and winter also presents increasing trends with

fluctuation,and the temperature in winter rises at the largest rate.At the

decadal time scale,the abrupt change of AAT occurs during 1960s.And it

increases significantly from the late 1990s.At the spatial scale,the

temperature presents a decreasing trend from the northwest to the

southeast of Gansu province due to the effect of the altitude,topography

and underlying surface.On the whole,the temperature in Hexi area is

higher than that in Hedong area,urban areas is higher than rural areas.And

the highest temperature happens in Wudu.Besides,the lowest

temperature area is located in Wushaoling. Urban areas are significant

warming.%基于甘肃省1960～2013年27个气象站点以及省外16个站点的年尺度和月尺度的气温数据，通过 GIS 空间分析技术、Mann-Kendall 非参数检验和其他数理统计方法相结合分析了54年来甘肃省气温时空变化特征及其演变规律．结果表明，54年来甘肃省气温总体呈上升趋势，其中年平均气温、年平均最高和最低气温、年极端最高气温在0．05显著性水平下均呈显著上升趋势，尤其年平均最低气温增幅最大，只有极端最低气温呈小幅下降趋势，但在0．05显著性水平下不显著．季节尺度上，春夏秋冬四季各气温参数也均呈现出波动式上升趋势，尤其冬季气温上升幅度最大．年际尺度上，各气温参数在20世纪60年代均发生突变，20世纪90年代末开始甘肃省气温整体上升趋势显著．空间变化上，受海拔高度、地形及下垫面等因素影响显著，整体上呈现出河西地区高于河东地区，城市地区高于农村地区，其中陇南的武都区气温最高，而气温最低的地区是位于河西走廊与陇中高原分界线的乌鞘岭，且城市区域增温显著．

【期刊名称】《兰州交通大学学报》

【年(卷),期】2016(035)004

【总页数】10页(P153-161,164)

【关键词】气温;Mann-Kendall 非参数检验;时空变化特征

【作 者】刘娅菲;李雪梅

【作者单位】兰州交通大学 测绘与地理信息学院，甘肃 兰州 730070; 甘肃省地理国情监测工程实验室，甘肃 兰州 730070;兰州交通大学 测绘与地理信息学院，甘肃 兰州 730070; 甘肃省地理国情监测工程实验室，甘肃 兰州 730070

【正文语种】中 文

【中图分类】P468.0 众所周知，全球变暖已经成为人类关注的热点问题，联合国政府间气候变化专业委员会第五次评估报告指出：过去的130年全球升温0.85 ℃，近30年可能是史上最热的一段时期，气候系统目前发生的增温变化以及极端气候事件的频繁发生给人类生产活动带来了巨大的影响[1].如近年来Makowski等[2]对欧洲1950～2005年的日温差进行了研究，结果表明24个调查地区中有17个地区自1990年以来日温差显著增加；Kuglitsch等[3]认为1960年以来地中海东部整个地区夏季白天和夜间的平均温度分别增加了0.38±0.04 ℃/10a和0.30±0.02 ℃/10a；Hansen等[4]分析了2012年的全球气温变化，指出2012年全球地表平均温度比1951～1980年的平均气温升高了0.56 ℃.我国相关学者通过研究发现，近百年来中国的气温正经历由低到高的变化过程，这一变化趋势与全球变暖趋势整体一致[5-6].王艳姣等[7]研究表明我国区域持续性高温事件显著增加，而发生强度和频次较多的地区主要位于中国西北和东南地区；任志艳等[8]研究发现黄土高原地区气温呈明显上升趋势，气候倾向率为0.30 ℃/10a，并在1991年发生增温突变，年平均气温在空间上自北向南逐渐增加，气候倾向率自南向北逐渐增加.其中又有诸多学者对我国近几十年气候变化特征做了详细分析[9-15]，张霏燕等[12]分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征，研究结果表明近50年来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态：全区一致变化型和南北反相变化型；而且西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流，致使东北夏季极端低温异常.鲍小娟等[13]发现近50年来陕北高原最高、最低气温均有明显增温趋势，且最高、最低气温增温幅度存在季节差异，最高、最低气温增温的地区差异也较显著且气温突变显著，最低气温突变早于最高气温.包云等[14]逐年、逐季地分析了内蒙古气温47年时空变化特征，结果表明内蒙古气温以0.45 ℃/10a的速度升高，年气温与四季气温的空间分布具有典型的一致性，全区气温状况在大尺度的气候系统支配下冷、暖趋于一致的空间特征.马玉霞等[16]分析了甘肃省近45年气温变化，发现1951～2010年甘肃省气温一直在波动中上升，冬季升温最快.赵美玲等[17]研究也表明甘肃省1961～2005年甘肃省气温年际和年代际变化均呈上升趋势.气温的变化总体呈现升高趋势，然而这种趋势却表现出了很大的地域差异，因此，对局部地区气温变化特征进行研究是非常有价值的.但以往对甘肃省气温研究的内容还不够全面，主要集中在平均气温的时空变化特征的研究，而对整体的气温，包括平均气温、最高气温、最低气温以及极端最高和最低气温的研究相对较少.本文在前人的基础上，通过分析气温各个参数的时空演变规律来研究甘肃省54年来气温在年际尺度和季节尺度上的时空变化特征，并对气温变化的显著性和突变性进行了分析，以了解甘肃省气温变化的一些基本事实和特征.

数据选用的是1960～2013年甘肃省34个气象站的逐年和逐月的平均气温、最高气温、最低气温、极端最高气温、极端最低气温等时间序列数据，在进行空间分析时为提高插值精度，加入了西北五省除甘肃外其他四省的16个站点数据，这16个站点是通过对甘肃省矢量图做多边形缓冲区，选取西北五省所有站点落入缓冲区的站点，缓冲区距离选取的是50公里.将季节划分为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月至次年2月).由于其中有7个站点(梧桐沟，金塔，松山，会宁，玛曲，郎木寺，天水北道区)数据缺测严重，故实际使用了甘肃省27个站点的数据，新疆、青海、宁夏、陕西总共16个站点数据，站点分布情况如图1所示.

主要采用GIS空间分析技术，通过实验对比了克里金、样条法和反距离权重插值法的插值结果，发现克里金插值效果最优，同时根据Peter[18]等人对插值方法的研究结果表明克里金插值法适于气象要素插值，最终使用ArcGIS9.3地学统计模块中的克里金插值(Kriging)法进行空间插值[19]，分析气温年代尺度和季节尺度变化的空间分布状况及特征；通过线性趋势法分析气温的时间演变特征，同时在Matlab7.0软件中用Mann-Kendall趋势检验法来检验变化趋势的显著程度[20]；再采用Mann-Kendall突变检验法分析气温的突变年份[15]，最后进行综合分析.

2.1 气温时间序列变化特征

2.1.1 气温年内变化特征

图2为甘肃省20世纪60年代和21世纪以来的月平均气温的年内分布状况图.从图中可以看出，月平均气温的年内变化呈近似正态分布，最小值出现在1月份，最大值出现在7月份；从变化趋势来看，2月份开始气温上升趋势增大，6～8月份气温变化差异较小，8月以后又开始呈现显著下降趋势.对图中两条曲线进行比较可发现，20世纪60年代至今有显著增温趋势，且气温上升在1～7月份和11月～12月份较为显著，9月～11月份有小幅上升.

2.1.2 气温年际变化特征

自1960年以来，甘肃省气温整体呈上升趋势(见图3)，其中年平均最低气温的上升最为显著，以每10年0.29℃的速率上升.从图3中可以看出年平均气温与年平均最低气温变化趋势相似，整体呈上升趋势，从1966～1997年期间大部分年份的气温几乎全部低于历年的平均气温值，从而得出20世纪90年代末开始气温的上升趋势十分显著.年平均最高气温的上升幅度明显小于年平均最低气温上升幅度.甘肃省年极端最高气温的平均值为38.9 ℃，极大值出现在2005年，其值为42.1 ℃.整体来说，甘肃省的年极端最高气温变化趋势并不显著，趋于平稳，通过Mann-Kendall趋势检验法验证得到甘肃省近54年来年极端最高气温没有显著变化，但年际变化波动幅度较大.极端最低气温在60年代到70年代初期间波动幅度小，70年代中期开始，气温波动幅度明显增大，谷值出现次数增多，即从这一时期开始气温呈现小幅下降趋势，在2004年达到最低值-37.1 ℃.总体上，54年来甘肃省年极端最低气温呈下降趋势，Mann-Kendall检验发现，下降趋势并不显著.

2.1.3 气温季节变化特征