1971—2015年玉树地区气温变化特征分析

魏永亮++韩方昕++杨永寿

摘要 为了了解玉树地区1971—2015年气温的变化特征和规律，利用玉树地区近45年平均气温资料，分析了玉树地区平均气温年代际、年际、各季和各月的气候变化特征，并用小波变换方法分析了年、季平均气温的周期变化。结果表明：年平均气温呈升高趋势，其气候倾向率为0.437 ℃/10年，45年来年平均气温升高了2.0 ℃。玉树地区气候变化有明显的季节性变化，春、夏、秋、冬气温升温率分别为0.279、0.397、0.460、0.591 ℃/10年，其中春季的升温率最小，冬季的升温率最大。各月平均气温均呈升高趋势，近45年来各月平均气温增温最大的月份是12月，共增温3.2 ℃，其次是11月；增温最小的月份是10月，其次是5月。玉树地区年平均气温在1997年发生由低到高的突变，显著性水平达到了0.01。四季的平均气温分别在1994年、1994年、1993年以及2002年发生突变。玉树地区的年平均气温以及四季平均气温的主周期为22年左右。

关键词 气温；气候变化；小波变换；青海玉树；1971—2015年

中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0179-05

Analysis on Change Characteristics of Temperature in Yushu Area from 1971 to 2015

WEI Yong-liang HAN Fang-xin YANG Yong-shou

（Yushu Meteorological Administration in Qinghai Province，Yushu Qinghai 815000）

Abstract Aiming to understand the variation characteristics and regularity of temperature in Yushu area in recent 45 years，the climate change characteristics of decade，annual，seasonal and monthly temperature were analyzed based on the observed data of precipitation during 1971-2015. The periods of annual and seasonal temperature in Yushu area were also analyzed by using the wavelet transform method. The results showed that the annual temperature increased with a tendency of 0.437 ℃/10 a，the increased average temperature was about 2 ℃；in Yushu area，climate change had obvious seasonal variation，the temperature rising rate of spring，summer，autumn and winter were 0.279，0.397，0.460，0.591 ℃/10 a，spring warming rate was the lowest，winter heating rate was the highest. Monthly warming rate was in rising trend，the maximum monthly average increasing temperature appeared in December during the recent 45 years，with a total of raising temperature 3.2 ℃，and the second was in November；the minimum monthly average increasing temperature appeared in October，and the second was in May.Annual average temperature in Yushu area changecl suddenly from low to high in 1997，the significance level reached 0.01. The temperature of spring，summer，autumn and winter changecl suddenly in 1994，1994，1993 and 2002，the annual and seasonal temperature showed a main periodicity of 22 years.

Key words temperature；climate change；wavelet transform；Yushu Qinghai；1971-2015

近年来，全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化[1]，区域局地响应逐渐成为研究的热点问题。丁一汇等[2]对中国近百年来温度变化的研究结果进行了综述，王绍武等[3]给出了中国近100年温度序列，1880—1996年增温为0.44 ℃/100年，显著高于过去对中国气候变暖的估计值0.09 ℃/100年。王遵娅等[4]揭示了近50年来中国气候变化的一些新特征，近100年来中国气候变化趋势与全球总趋势基本一致，全国气温上升了0.4～0.5 ℃，略低于全球平均的0.6 ℃；中国20世纪初为冷期，之后逐步回升，到1940—1949年间达到最暖，之后又迅速变冷，且持续到70年代，然后再次出现了回升。郭志梅等[5]研究表明中国北方地区近50年来气温呈十分明显的增温态势，冬季增温比夏季更加明显。20世纪80年代中后期气温大多发生了一次显著的变暖突变。唐国利等[6]利用1957—2000年气温资料研究发现南京地区的平均温度有明显的增温趋势，其中冬季的增暖趋势最大，而夏季呈下降趋势。在过去的50年中，玉树地区的气候发生了显著的变化，温度的变化趋势呈明显增加趋势[7]。

在全球变化的大背景下，玉树地区的气温发生了相对应的变化，有必要了解气温的变化特征和变化规律，因此笔者选取玉树地区6个代表站近45年（1971—2015年）的平均气温资料进行研究，利用线性倾向估计方法、M-K检验[8]，分析了玉树地区气候变化特征和变化规律，用小波变换方法[8-11]分析了玉树地区年际、季节气温的周期变化特征。

1 资料与方法

1.1 研究资料

本研究选择了均匀分布在玉树地区内的6个雨量站作为代表性站点，6个代表性站点分别为玉树站、囊谦站、杂多站、曲麻莱站、治多站、清水河站。考虑到资料的连续性和完整性，提取站点1971—2015年45年同期日平均气温资料作为研究资料。文中所指春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11月，冬季为12月至次年2月。

1.2 研究方法

研究方法包括线性倾向估计、Mann-Kendall法、滑动T检验、小波变换等方法以及其他数理统计方法。采用线性倾向估计对玉树地区1971—2015年45年的气温进行趋势分析；用Mann-Kendall法和滑动T检验检验气温变量是否表现出明显的变化趋势，判断突变点发生的位置，据此可直观而准确地确定发生突变的年份；利用小波变换对玉树地区1971—2015年45年平均气温进行细化分析，得到序列在不同时间尺度下的升降交替规律，再利用小波方差确定序列的主周期。

2 结果与分析

2.1 气温的气候变化特征

2.1.1 年代际变化。玉树地区年代际平均气温阶段性变化非常明显（图1），20世纪70年代至21世纪00年代年均气温呈持续增加的趋势，尤其是进入21世纪之后，年平均气温升高趋势更为显著。21世纪00年代与2011—2015年年均气温一致，均为1.1 ℃，比20世纪70年代、80年代以及90年代年均气温分别增加了1.4、1.3、1.0 ℃。分别对6个站的年代际变化进行分析，得到玉树市年平均气温在20世纪70年代至21世纪00年代呈增加趋势，在00年代年平均气温升至最高，为4.6 ℃，00年代至2011—2015年呈降低趋势；杂多县的年代际变化趋势与玉树地区的变化趋势一致，均为20世纪70年代至21世纪00年代年均气温呈持续增加的趋势，00年代与2011—2015年年均气温一致；囊谦县、治多县、曲麻莱县和称多清水河的年平均气温在20世纪70年代以后呈升高的趋势。

2.1.2 年际变化。图2为1971—2015年玉树地区年平均气温的线性变化，可以看出，1971—1997年为年平均气温偏低期，其中只有1984年、1988年、1994年、1996年的年平均气温高于多年平均值（0.3 ℃）；1998—2015年为年平均气温偏高期，其中只有2000年的平均气温低于多年平均值。年均气温最高为1.9 ℃，在2009年出现，最低为-1.1 ℃，出现在1983年和1997年，两者相差3.0 ℃。从总的气候趋势看，玉树地区年气温呈明显升高趋势，其气候倾向率为0.437 ℃/10年，45年来年平均气温升高了2.0 ℃。

分析玉树地区6个代表站1971—2015年年平均气温变化趋势，得到玉树地区6个代表站的年平均气温均呈升高趋势，治多县、曲麻莱县、囊谦县、称多清水河、杂多县以及玉树市的倾向率分别为0.468、0.451、0.415、0.461、0.457、0.355 ℃/10年，45年来各县站年平均气温分别升高了2.11、2.03、1.87、2.08、2.06、1.60 ℃；其中治多县的升高趋势最大，其次为称多清水河，然后分别为杂多县、曲麻莱县、囊谦县，玉树市的升高趋势最小。

2.1.3 气温的季节变化。由表1和图3可以看出，玉树地区气候变化有明显的季节性变化，春、夏、秋、冬气温升温率分别为0.279、0.397、0.460、0.591 ℃/10年，近45年来各季的平均气温分别升高了1.26、1.77、2.07、2.66 ℃，其中春季的升温率最小，冬季的升温率最大。

气温在各年代间变化也不一致，20世纪70年代和80年代四季的平均气温均为偏低期，90年代的增温主要出现在春季，平均气温较70年代和80年代增加了0.6、0.8 ℃。进入21世纪后各季节均在增温，以冬季增温最为明显，平均气温比20世纪90年代增加了2.1 ℃，其次是秋季和夏季的增温，平均气温分别较90年代增加了0.8、0.7 ℃，春季的增温趋势最小，平均气温较90年代增加了0.2 ℃。2011—2015年代春季和夏季的平均气温与00年代持平，秋季平均气温较00年代升高了0.1 ℃，冬季平均气温较00年代降低了0.4 ℃。从总体来看，近45年间秋冬两季变暖最为明显，但是各年代间其变化趋势和变化幅度也不尽一致。进入90年代以后，春季的增加趋势较为显著，而进入21世纪之后，冬季的增温趋势最为显著。

从图3a可以看到，1971—1990年为气温偏低期，其中只有1972年、1979年、1984年的平均气温高于多年平均值（0.8 ℃）；1991—2002年为平均气温持平期，在多年平均值上下波动；2003—2015年为气温偏高期，气温均高于多年平均值。春季最高平均气温为2.7 ℃，在1999年出现；最低平均气温为-0.7 ℃，出现在1990年，两者相差3.4 ℃。

从图3b可以看到，1971—1997年为气温偏低期，其中只有1972年、1979年、1988年、1989年、1991年、1995年以及1996年的平均气温高于多年平均值（9.6 ℃）；1998—2015年为气温偏高期，其中只有2015年的气温低于多年平均值。夏季最高平均气温为11.3 ℃，在2010年出现；最低平均气温为7.8 ℃，出现在1976年，两者相差3.5 ℃。

从图3c可以看到，1971—1987年为气温偏低期，其中只有1974年、1975年的平均气温高于多年平均值（0.5 ℃）；1988—2002年为平均气温持平期，在均值上下波动；2003—2015年为气温偏高期，气温均高于多年平均值。秋季最高平均气温为2.4 ℃，在2015年出现；最低平均气温为-2.1 ℃，出现在1972年，两者相差4.5 ℃。

从图3d可以看到，1971—2000年为气温偏低期，其中只有1987年、1994年、1999年的平均气温高于多年平均值（-9.7 ℃）；2001—2015年为平均气温偏高期，气温均高于多年平均值。冬季最高平均气温为-6.9 ℃，在2006年出现；平均最低气温为-12.2 ℃，出现在1983年，两者相差5.3 ℃。

2.1.4 气温的月变化。表2为玉树地区1971—2015年各年代各月气温距平变化及变化倾向率。从表2可以看出，20世纪70年代和80年代各月平均气温均为负距平；90年代3—7月以及11月的平均气温为正距平，其余均为负距平；00年代和2011—2015年代各月的平均气温均为正距平。说明玉树地区3—7月以及11月自20世纪90年代以来气温持续升高，其余月份自进入21世纪气温持续升高。

从气候变化趋势看，玉树地区各月（1—12月）降水量气候倾向率分别为0.505、0.595、0.293、0.298、0.280、0.374、0.466、0.351、0.487、0.203、0.691、0.706 ℃/10年，玉树地区各月气温均呈升高趋势，近45年来各月平均气温增温最大的月份是12月，共增温3.2 ℃，其次是11月；增温最小的月份是10月，其次是5月。

2.2 突变检验

2.2.1 年平均气温的突变检验。图4为玉树地区年平均气温突变的Mann-Kendall检验，从图4中的UF曲线可以得到，自20世纪70年代后期以来，玉树地区年平均气温有一明显的上升趋势，这种上升趋势在90年代中期超过了显著性水平临界线0.05，21世纪之后远远超过了显著性水平临界线0.001。从图中还可以看到，正序列曲线UF和反序列曲线UB 2条曲线在1997年相交，说明玉树地区年平均气温在20时间90年代后期的上升趋势是一突变现象，并且是在1997年开始的。利用滑动t检验的结果与Mann-Kendall检验结果一致，结果显示玉树地区年平均气温是1997年发生突变的，显著性水平达到了0.01。

2.2.2 季节平均气温的突变检验。从图5中的UF曲线可以得到，自20世纪70年代后期以来，玉树地区各季的平均气温均有一明显的上升趋势，夏季和秋季的上升趋势在90年代中期超过了显著性水平临界线0.05，21世纪00年代中期以后远远超过了显著性水平临界线0.001；春季和冬季的上升趋势在21世纪00年代中期超过了显著性水平临界线0.05。从图中还可以看到，各季的正序列曲线UF和反序列曲线UB 2条曲线分别在1994—2000年、1994年、1993年以及在2002年相交，再利用滑动t检验对上述的检验结果进行检验，春季平均气温的t统计值极大值出现在1994年，说明玉树地区春季在21世纪90年代中期的上升趋势是一突变现象，并且是在1994年开始的。夏、秋、冬季的滑动t检验的结果与Mann-Kendall检验结果一致。

2.2.3 月平均气温的突变检验。利用M-K检验和滑动t检验对玉树地区各月的平均气温进行检验得到，1—9月以及11月和12月存在明显的突变点，均通过了显著性水平0.05的检验，其中5月、6月以及12月的通过了显著性水平0.01的检验，7月、8月、9月以及11月的通过了显著性水平0.001的检验；10月突变不明显，没有通过0.05的显著性水平检验。

2.3 年以及各季平均气温的周期变化特征

用小波变换方法对45年来玉树地区年平均气温（图6）进行了分析，玉树地区年平均气温时间序列在近45年变化过程中存在22年左右尺度的周期，在22年左右长的时间尺度变化层次上，年平均气温发生了由气温偏低到偏高的变化过程，突变的时间约为1997年左右。玉树地区年平均气温的小波系数方差存在1个极大值，对应的时间尺度是22年，说明22年左右周期是年平均气温的主周期。

用小波变换方法对45年来玉树地区四季的平均气温进行了分析，玉树地区春季平均气温时间序列在近45年变化过程中存在多时间尺度特征，研究期内玉树地区气温存在3年以及22年左右尺度的周期，在3年左右长的时间尺度变化层次上，气温发生了由偏高→偏低→……6次交替循环过程；在22年左右长的时间尺度变化层次上，平均气温发生了由气温偏低到偏高的变化过程，突变的时间在1995年左右。玉树地区春季平均气温的小波系数方差存在2个极大值，对应的时间尺度是3年和22年，其中第一峰值为22年，说明22年左右周期是春季平均气温的主周期。玉树地区夏季平均气温时间序列在近45年变化过程中存在多时间尺度特征，研究期内玉树地区气温存在5年以及22年左右尺度的周期，在5年左右长的时间尺度变化层次上，气温发生了由偏高→偏低→……6次交替循环过程；在22年左右长的时间尺度变化层次上，平均气温发生了由气温偏低到偏高的变化过程，突变的时间在1994年左右。玉树地区春季平均气温的小波系数方差存在2个极大值，对应的时间尺度是5年和22年，其中第一峰值为22年，说明22年左右周期是夏季平均气温的主周期。玉树地区秋季平均气温时间序列在近45年变化过程中存在多时间尺度特征，研究期内玉树地区气温存在2年以及22年左右尺度的周期，在2年左右长的时间尺度变化层次上，气温发生了由偏低→偏高→……14次交替循环过程；在22年左右长的时间尺度变化层次上，平均气温发生了由气温偏低到偏高的变化过程，突变的时间在1995年左右。玉树地区秋季平均气温的小波系数方差存在2个极大值，对应的时间尺度是2年和22年，其中第一峰值为22年，说明22年左右周期是秋季平均气温的主周期。

玉树地区冬季平均气温时间序列在近45年变化过程中存在多时间尺度特征，研究期内玉树地区气温存在4年以及22年左右尺度的周期，在4年左右的时间尺度变化层次上，气温发生了由偏低→偏高→……5次交替循环过程；在22年左右长的时间尺度变化层次上，平均气温发生了由气温偏低到偏高的变化过程，突变的时间在1995年左右。玉树地区秋季平均气温的小波系数方差存在2个极大值，对应的时间尺度是4年和22年，其中第一峰值为22年，说明22年左右周期是秋季平均气温的主周期。

3 结论与讨论

（1）玉树地区年代际平均气温阶段性变化非常明显，20世纪70年代至21世纪00年代年均气温呈持续增加的趋势，尤其是进入21世纪之后，年平均气温升高趋势更为显著。年平均气温最高为1.9 ℃，在2009年出现，最低为-1.1 ℃，出现在1983年和1997年，两者相差3.0 ℃。玉树地区年气温呈明显升高趋势，其气候倾向率为0.437 ℃/10年，45年来年平均气温升高了2.0 ℃。

（2）玉树地区气候变化有明显的季节性变化，春夏秋冬气温升温率分别为0.279、0.397、0.460、0.591 ℃/10年，近45年来各季的平均气温分别升高了1.26、1.77、2.07、2.66 ℃，其中春季的升温率最小，冬季的升温率最大。玉树地区各月平均气温均呈升高趋势，近45年来各月平均气温增温最大的月份是12月，共增温3.2 ℃，其次是11月；增温最小的月份是10月，其次是5月。

（3）玉树地区年平均气温是1997年发生突变的，显著性水平达到了0.01。玉树地区四季的平均气温分别是1994年、1994年、1993年以及在2002年发生突变的。玉树地区的年平均气温以及四季平均气温的主周期是22年左右的周期。

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