临汾市近60年来气候变化特征分析田庆春;周汶【摘要】本文对临汾市气象观测站1954年～2013年的气温和降水资料,利用回归分析、小波分析、趋势分析法分析了临汾市近60年来的气候变化特征.分析结果表明:(1)近60年来,临汾年平均气温变化于10.98℃～15.18℃.临汾市年平均气温总体呈现出增长的趋势,线性倾向率为0.358℃/10 a,高于我国平均气温增长率,说明临汾市增温幅度较大,尤其是近30年来增温速率更为明显.2005年后年平均气温略呈下降的趋势.年内气温变化存在较为明显的季节差异,各季气温均呈增长趋势,夏季增温率最小,春秋两季要略大一些,冬季增温最为明显;(2)近60年来,临汾市总降水量在277.9 mm～798.6 mm之间波动,并表现出明显的降低趋势,线性倾向率约为-19.564 mm/10 a,气候变干较为明显.年内降水量变化存在明显的季节差异,春、夏、秋三个季节降水量均表现出降低的趋势.降低幅度从大到小依次是夏季、秋季和春季.其中夏季降水量减少是临汾市变干的主要原因,而冬季降水则表现出缓慢的增长趋势;(3)近60年,临汾市降水量表现出4a～5a和2a的周期特征,而温度周期信号不明显.【期刊名称】《山西师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(029)003【总页数】7页(P98-104)【关键词】临汾市;气温;降水;气候变化;小波分析【作者】田庆春;周汶【作者单位】山西师范大学地理科学学院,山西临汾041000;山西师范大学地理科学学院,山西临汾041000【正文语种】中文【中图分类】X16据IPCC第四次评估报告得出，全球近地面气温近100年来上升了0.74 ℃，并且在90年代增温最为明显[1]，气候变暖已成为国际上关注的热点问题.我国的气候变化表现出与全球气候基本一致的趋势[2]，但各区域存在明显的差异[3].关于气候变化规律的研究，我国在这方面做了不少的研究，主要集中在整个中国及西北地区，而对于小区域气候变化的研究还不够深入、全面，而小区域气候变化在农业生产、生活方面有着极为重要的作用，甚至在灾害预防方面也起到了一定的作用[4,5].本文利用临汾市地面气候资料月值数据，选择降水量、气温资料，对本区气候变化特征进行分析，从而为临汾市未来农业生产、生活以及全面了解本区气候变化特征提供依据.1 研究区概况临汾市位于山西省西南部，东倚太岳，与长治、晋城为邻；西临黄河，与陕西省隔河相望；北起韩信岭，与晋中、吕梁毗连；南与运城市接壤.地理坐标为北纬35°23′～36°57′，东经110°22′～112°34′之间，南北最大纵距170多平方公里，东西最大横距约200公里，总面积20 275平方公里，占全省13%,属半干旱、半湿润季风气候区，属温带大陆性气候，四季分明，雨热同期.临汾市地形轮廓大体呈“凹”字型分布，四周环山，中间平川，全境分山地、丘陵、盆地三大地形单元，其中，平川面积占19.4%，丘陵面积1.4 %，山地29.2 %.2 材料与方法本文选用临汾气象观测站1954 年～2012 年的气温、降水量资料，计算了1954年～2012年的气温和降水年均值及年代纪的平均值.按3月～5月为春季、6月～8月为夏季、9月～11月为秋季，12月～次年2月为冬季的划分方法，生成逐季的气温和降水资料.主要是通过回归分析、趋势线分析及小波分析等方法.利用统计的气象要素时间序列，以时间为自变量(X)，要素(Y)为因变量，建立两个变量之间的一元回归方程: Y(X) = a+bX．将b×10 称为气候倾向率，单位为℃ /10 a 或mm/10 a， b 值的符号反映上升( b > 0) 或下降( b < 0) 的变化趋势，其绝对值的大小可以反映上升或下降的程度.3 气温变化特征分析3.1 气温的年际变化从图1和表1中可以看出，近60年来气温总体上呈现出上升趋势，尤其是近三十年来增温更加明显.通过对近60年来年均气温进行线性拟合，拟合趋势方程为：Y= 0.035 8X - 58.37(R2=0.562 3)，说明临汾市的年均气温升高约为0.036 ℃，线性变化倾向率为0.358 ℃/10 a.任国玉[6]通过对基本气象站的地面资料以及国家基准气候站资料,通过统计及线性趋势等方法得出:中国近50 a来年平均地表气温变暖幅度约为1.1 ℃,增温速率接近0.22 ℃/(10 a),说明增温率比中国平均地表的增温率还要大，临汾的增温幅度较快.王馥棠[7]等利用 1951 年～ 2000年资料研究表明中国大范围气候主要表现出增温的现象，西南地区出现略微变冷的趋势,这也说明不同地区的增温幅度有所不同.由此可以看出在全球气候变化的大背景下，临汾市气温也发生了变化，气温表现出增温的趋势，这与前人的研究结果基本一致，但增温率存在一定差异，临汾市增温率较大.表1中可以看出，近60年来临汾市平均气温变化较大.20世纪50年代后期、60年代和70年代的平均气温比近60年的平均气温均低0.71、0.47和0.44，其中在1961年的平均气温为13.17 ℃，比近60年来的平均气温高0.47 ℃.20世纪80年代后气温开始上升，并且各个年代的平均气温均高于近60年的平均气温，并且在2002年平均气温出现最高值15.18 ℃.杨明[8]利用1951年～2000年中国194个气象站点的气象资料，主要通过统计分析逐日地面及探空资料，得出中国的气候增温期主要发生在1980年到2000年，这与本文的结果基本一致.2005年之后气温开始出现下降趋势.气温的下降可能与临汾市采取的一系列政策措施有关，“十一五”期间，临汾市累计取缔“土小”企业1 056家，淘汰关闭746家有一定规模的落后污染企业及设施.该市焦化企业由2005年的118家减少到43家，钢铁企业由203家减少到36家.相应地，从2006年到2011年，市区综合污染指数从4.18下降到1.698；二级以上天数从202天增加到339天；在这一系列措施的实行下，可能使大气中的温室气体含量减少，由此导致年平均温度呈现降低趋势.图1 临汾市气温年际变化曲线Fig.1 Curve of annual temperature in Linfen表1 临汾市年代际平均气温及其与60年均值相比较的距平值Tab.1 Decadal changes of mean annual and seasonal temperatures and anomaliesin Linfen in recent 60 years时段年均气温距平春季气温距平夏季气温距平秋季气温距平冬季气温距平1954～196011．99-0．7113．54-0．4425．10-0．2611．81-1．16-2．40-0．411961～197012．23-0．4713．42-0．5625．550．1912．06-0．91-2．27-1．281971～198012．26-0．4413．36-0．6224．99-0．3712．18-0．79-1．42-0．431981～199012．750．0513．44-0．5424．70-0．6612．27-0．70-0．930．061991～200013．110．4114．160．1825．650．2912．75-0．22-0．120．872001～201013．921．2215．481．5025．990．6313．440．47-0．590．402011～201213．330．6315．071．0925．950．5913．330．36-0．120．871954～201212．7013．9825．3612．97-0．993.2 气温的季节变化图 2 临汾市气温季节变化曲线Fig.2 Curves of seasnnal temperature in Linfen 从临汾市各个季节平均气温线性拟合增长率(图2)可以看出，临汾市各季都表现出较为明显的增温趋势，但各季的增温幅度不同，冬季增温最为明显，春季和秋季增温相对较弱一些，而夏季的增温最小.春季平均气温表现出增长的趋势，增长幅度较大，变化倾向率为0.35 ℃/10 a.20世纪80年代之前气温的波动较为平稳略低于平均值，增长幅度不明显，从80年代开始气温呈出明显的增长趋势，尤其是90年代之后气温呈现出快速增长的趋势.进入21世纪气温较高，波动较为平稳，2008年之后温度稍有波动下降趋势.夏季是四个季节中平均气温波动幅度最大的季节，平均气温呈现增长趋势，但增长的幅度较为缓慢，线性变化倾向率为0.136 ℃/10 a，是四个季节中线性变化倾向率最小.20世纪50年代、60年代、70年代和80年代平均气温均小于夏季平均气温，并且在1956年出现近60年来的最低气温，为23.33 ℃.60年代、70年代及80年代初期气温出现缓慢的降低趋势，90年代开始气温上升较为明显，并在1997年达到近60年来的最高值27.27 ℃.整个21世纪温度较高，近几年略有下降趋势.秋季平均气温波动幅度较小，平均气温增长较快，线性变化倾向率为0.319 ℃/10 a.20世纪平均气温增温率不太明显，50 年代～ 90年代秋季气温平均值略低于近60年来的平均气温.从20世纪90年代后半段开始气温开始快速增长，增长幅度较为明显，并在2008年出现近60年秋季的最高温度，为14.53 ℃.21世纪温度较高，波动幅度相对平稳.冬季平均气温升高幅度最大，线性变化倾向率约为0.615 ℃/10 a，20世纪50年代气温开始增长，1959年达到一个小的峰值-0.57 ℃，此后60年代温度开始呈现波动降低趋势，直到1967年温度达到一个相对较低的值-4.33 ℃，只比近60年来1954年的最低值-4.83 ℃高0.5 ℃.再往后温度开始呈现快速增长趋势，到21世纪的2001年温度达到近60年的最大值3.13 ℃.近10年来温度呈现出降低趋势，但平均温度仍高于近60年的平均气温.青藏高原的研究也表现出类似的结果，增温和增湿主要发生在冬季[9].4 降水变化特征分析以1954年～2012年临汾市气象站年均降水量作为分析时段，从图3中可以看出，1954年～2012年，临汾市年降水量在277.9 mm～798.6 mm之间波动，近60年来年均降水量为485.02 mm，年降水量总体趋势在波动中出现降低趋势.对近60年的年均降水量进行线性拟合，线性拟合趋势方程为：Y= -1.956 4X+4 364.6，即临汾市的年均降水量减少约1.956 4 mm，线性倾向率为-19.564 mm/10 a，变干趋势相对较为明显.图3 临汾市降水量年际变化曲线Fig.3 Annual change curve of precipitation in Linfen表2 临汾市年代际平均降水及其与60年均值相比较的距平Tab. 2 Decadal changes of mean annual and seasonal precipitations and anomalies in Linfen in recent 60 years时段年均降水距平春季降水距平夏季降水距平秋季降水距平冬季降水距平1954～1960528．5443．5277．26-5．33332．0064．3982．81-35．9714．200．741961～1970534．8949．8798．8116．22256．72-10．89171．0452．269．79-3．671971～1980499．8914．8772．44-10．15296．4828．87112．09-6．6917．604．141981～1990467．14-17．8893．1710．58249．07-18．54111．03-7．7513．860．41991～2000438．54-46．4884．521．93250．66-16．95105．20-13．589．44-4．022001～2010452．53-32．4977．92-4．67244．71-22．9112．10-6．6817．063．62011～2012493．308．2879．05-3．54244．15-23．46156．9538．178．50-4．961954～2012485．022．59267．61118．7813．46由图3和表2可以看出，从20世纪50年代中期到60年代年均降水量变化不大，降水量略有增大，平均降水量由50年代中期的528.54 mm增加到60年代的534.89 mm，从20世纪70年代平均降水量呈现明显的下降趋势，到19世纪降水量为整个时段的最低值，距平值为-46.48 mm.这与朱锦红[10]的研究结果一致，1970年后东亚夏季风指数出现变弱的现象，由此导致华北进入了一个相对较干的时段.王遵娅等[11]通过对近50年来中国740个逐日气象站资料作分析，得出了西北地区和华北区湿度呈现下降趋势.说明临汾市降水量变化与中国降水量变化基本一致，但也存在一定的差异，陈烈庭[12]的研究结果显示华北地区70年代末期的变干趋势和范围要比60年代中期大得多.此后进入21世纪，降水量略有升高，但仍低于平均值，直到近几年才接近平均值.图4中可以看出，各个季节的降水变化率都表现出不同特征，春季降水量呈现降低趋势，线性倾向率为-1.5 mm/10 a，夏季和秋季的降水减少较为明显，线性倾向率分别为-12.738 mm/10 a和-3.432 6 mm/10 a，冬季降水略有增长，但增长幅度较为缓慢，线性倾向率为0.185 7 mm/10 a.临汾市春季降水波动幅度较大，略呈降低的趋势.20世纪50年代中期开始到60年代末期降水波动幅度较大，60年代平均降水量超过了平均值，整体变化和最大的降水量表现出约5年～6年的周期性.70年代降水量变化比较平稳，整体较低，距平值为-3.15 mm，为一个相对干旱的时期.从80年代开始春季降水量波动幅度增大，略有增加，但增长幅度不是太大，90年代增长率更小仅为1.93 mm.进入21世纪春季降水量又呈现出降低趋势，低值主要出现在2000年和2001年，仅为20.6 mm和12.8 mm.此后降水量呈增长趋势，但增长幅度较小，在均值附近波动.夏季平均降水量是四季变干幅度最大的季节，20世纪50年代夏季降水量是近60年来降水量的最大值，降水最高峰出现在1958年为586.8 mm.60年代降水量呈波动降低，降低的幅度较小，70年代降水量略大于平均值，从1976年开始出现一个峰值后，降水量呈现出明显的降低，一直到1986年为一个相对较低的值.此后降水波动较快，1988年降水量为一个峰值，后期降水量又降低.90年夏季降水量初期1991年为一低值，后几年一直较高，直到1997年又出现一个低值，为近60年夏季降水的最低值，约114.8 mm.进入21世纪初期降水呈降低趋势，低值出现在2002年，为122.6 mm.2003年降水量达到一个较高值，为394.8 mm，之后夏季平均降水量呈现出波动下降的趋势.图4 临汾市降水量季节变化曲线Fig.4 Curves of seasonal precipitation in Linfen秋季平均降水量呈现出波动下降趋势，50年代中后期降水量为各个时代的最低值，最低值出现在1957年，为31.6 mm.60年代秋季降水量为各个年代的最高值，降水量波动幅度最大.70年代降水量前5年降水量呈波动增长趋势，直到1975年降水量达到70年代的最大值197.5 mm，此后5年秋季降水量下降幅度明显.80年代降水量表现出和70年代类似的特征，前5年降水呈现出快速增长趋势，1985年达到最大值182.5 mm，后5年降水量为降低趋势，1988年以后降水量略有增加.90年代降水量比上一阶段略多一点，但仍低于平均值，波动幅度呈现出逐渐增大的趋势.进入21世纪平均降水量为一个相对较高的值，只比60年代稍低一些，但降水的波动幅度仍较大.冬季降水量与其他各阶段都表现出不同的特征，呈现出增长趋势，但增长幅度较为缓慢.50年代降水量略高于平均值，各年波动幅度较大.60年代降水呈现较低趋势，其中在1963年出现一个高值，其他年代降水量稍低一些.70年代降水量为各阶段的最大值，出现三个明显的高峰，1973年,1975年和1977年，降水量为33.2 mm、33.8 mm和29.5 mm.80年代前3年降水量为低值，1984年出现一个相对较大的值，此后又表现出波动降低趋势，直到1989年出现更大的峰值，为全时段的最大值.90年代降水量整体较低，并在1998年降水量为0 mm.进入21世纪降水量变化幅度比较平稳，2006年为一个相对的低值，后期又呈现增加的趋势，近几年来出现明显的降低趋势.5 气候变化的周期分析运用Matlab程序对临汾市年均温度和年降水量进行连续小波(Morlet小波)分析[13]，分析结果见图5和图6.使用Morlet母小波，小波数为4个，红噪声背景AR(1)=0.57，在实曲线和坐标轴所围绕限的区域表示影响锥(cone of influence)，在这个区域小波分析受到边缘效应(edge effect)的影响较大，结果需要小心解释.小波功率谱中由黑线所包围的区域表明其通过了95%的统计显著性检验.图5 临汾市气温变化的Morlet小波系数等值线图Fig.5 The counters of thereal part of Morlet wavelet coefficients of annual average temperature in Linfen图6 临汾市降水变化的 Morlet 小波系数等值线图Fig.6 The counters of thereal part of Morlet wavelet coefficients of annual average precipitation in Linfen由图可以看出，临汾市降水量表现出4 a～5 a和2 a的周期特征，但周期信号在整个时间序列也不是一直相同，50年代到70年代中期5 a和2 a和周期特征较为明显，此后周期信号相对模糊，直到80年代后期为5 a的周期信号.90年代后期到21世纪周期信号以4 a和2 a为主.这与祁连山地区气候研究结果相同，降水量变化包括5 a和2 a左右周期信号[14]，广东湛江地区也表现出5 a、2 a的周期特征[15].5 a的周期信号可能与ENSO有关，2 a左右的周期受准两年震荡(QBO)即热带平流层风向每 2.2 a转向的准周期震荡[14].临汾市气温的周期信号较为模糊，只有90年代才出现5 a和2 a的周期信号，但信号强度较弱.而其他一些研究区温度和降水量则表现出年代纪的10 a以上周期特征[16,17]，具体原因还有待更详细、更长时间尺度的研究.6 结论(1)临汾近60年来年平均气温呈现明显的增长趋势，增温率要高于全国的增长趋势.各季的增温幅度不同，夏季增温幅度为各季的最小，春秋两季增温率稍大，冬季的增温幅度最为明显.(2)临汾市近60年来年均降水量呈现出明显的降低趋势，年内降水量变化存在明显的季节差异，春、夏、秋三个季节降水量均表现出降低的趋势.降低幅度从大到小依次是夏季、秋季和春季.其中夏季降水量减少是临汾市变干的主要原因，而冬季降水则出现缓慢的增长趋势.(3)临汾市近60年来温度表现出4 a～5 a和2 a的周期特征，而降水量没有明显的规律.本文通过现有气象数据，对临汾市近60年来的气温和降水的规律进行了初步分析，而对于气候变化的驱动因素、气候变化的规律，还有待进一步深入的研究.【相关文献】[1] IPCC． Climate Change 2007 synthesis report[R].Cambridge UK:Cambridge University Press, 2007.[2] 任国玉, 初子莹, 周雅清.中国气温变化研究最新进展[J].气候与环境研究, 2005,10(4):701～716.[3] 罗成德, 罗驰, 王付军. 以10个城市气候数据为主看中国气候变化[J].乐山师范学院学报, 2014,29(12):100～105.[4] 张强, 杨贤为, 黄朝迎. 近 30 年气候变化对黄土高原地区玉米生产潜力的影响[J].中国农业气象, 1995,16(6):19～23.[5] 马晓群, 张爱民, 陈晓艺. 气候变化对安徽省淮河区域旱涝灾害的影响[J].中国农业气象,2002,23(4):1～4.[6] 任国玉,郭军,徐铭志,等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报,2005,63(6):943～956.[7] 王馥棠, 赵宗慈, 王石立,等. 气候变化对农业生态的影响[M].北京:气象出版社, 2003.7～10.[8] 杨明. 近50年中国气候变化特征研究[D].南京信息工程大学,2008.[9] 牛涛,刘洪利,宋燕,等.青藏高原气候有暖干到暖湿时期的年代际变化特征研究[J].应用气象学,2005, 16(6): 763～771.[10] 朱锦红,王绍武,慕巧珍.华北夏季降水80年振荡及其与东亚夏季风的关系[J].自然科学进展,2003,13(11): 1205～1209.[11] 王遵娅,丁一汇,何金海,等.近50年来中国气候变化特征的再分析[J].气象学报,2004,62(2):228～236.[12] 陈烈庭.华北各区夏季降水年际和年代记变化的地域性特征[J].高原气象,1999, 18(4):477～485.[13] Torrenece Christopher，Compo Gilbert P.A Practical guide to waveletanalysis[J].Bulletin of the American Meteorological Society, 1998,79:61～78.[14] 张耀宗.近50年来祁连山地区的气候变化[D]. 西北师范大学,2009.[15] 薛宇峰.近 50年来湛江、韶关气候变化的小波分析[J]. 广东气象,2006,(1):29～32.[16] 马振锋,彭骏,高文良,等.近40年西南地区的气候变化事实.高原气象,2006,25(4):633～642.[17] 何明花, 赵景波,周强. 西宁市近50年气候变化特征分析[J].青海环境,2014,24(1):40～45.。
