近51a漳州市极端最低气温变化特征分析

苏晓玲，龚松柏，郭伟斌，陈雅丽

(福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350117)

1 引言

在全球气候变暖背景下，1901—2012年的100多年间，全球地表温度升高了0.89℃，升温幅度约为0.5～0.8℃，比同期全球升温幅度平均值略高，在20世纪80年代中后期增暖尤其明显，增温速率为0.22℃/10 a，明显高于全球或北半球同期平均增温速率;过去30 a的气温比1850年以来任何时期都要高，本世纪的头10 a是有史以来最热的10 a，人类活动是导致全球变暖主要原因［1］，并且变暖趋势短期内难以逆转［2］。这是由于该时期中国经济迅速发展，人类活动加剧、城市化和工业化的快速发展大大改变了气象站点观测环境，使观测数据随着城市化进程发生了改变。

极端温度作为极端气候事件的一种，国内外气象学者对极端最低气温事件进行了许多研究，Karl等研究结果表明，过去几十年里，极端最低气温事件发生的频率和霜冻日数都呈减少的趋势［3］;Gruze等研究结果表明，极端最低气温天数减少的速率大于极端高温天数的增加速率［4］;我国年平均日最低气温在20世纪70年代初期和80年代中期之后发生了两次变暖突变，90年代起日最低气温开始进入不同程度的迅速升温阶段［5］;1986年以来中国南方冬季整体偏暖，低温次数呈减少趋势，但仍有强烈的异常低温事件出现，如2008年1月的极端最低气温雨雪天气［6］;近50 a福建省冬季气温呈上升趋势，其增暖速度大于年平均气温，冬季气温变化存在暖月平均气温持续上升和冷月平均气温下降的两极分化趋势［7］。

漳州市位于福建省东南部，东临台湾海峡，气候温和，属南亚热带海洋性季风气候，干湿季分明;东南滨海，西部低温寒(冻)害较频繁。又处于闽南经济发展区，是海峡西岸城市群中的重要组成部分。近年来漳州市城市化速率加快，改变了下垫面的性质和局地大气成分，使局地气候发生了改变，漳州市年均温线性趋势增加显著，尤其在20世纪90年代以来增加明显高于全球变暖趋势，并且漳州市芗市区又明显高于其他县(市)［8］。本文根据漳州1962—2012年冬季(1、2、12月)日最低气温的变化，分析漳州市极端最低气温的变化特征，以期为本地气候变化预报、评估、影响和服务提供参考，为农业生产制定合理规划布局和防灾减灾提供科学依据。

2 资料与方法

2.1 数据资料

本文采用资料为漳州市10个气象站点1962—2012年1、2、12月逐日最低气温，其中选用漳州站气温观测数值代表中心市区气温，其余9个站点距离中心市区较远，作为受城市化影响小的郊区站，9个站点的平均值作为郊区站的数值。气象观测站点信息见表1。

表1 漳州气象观测站基本信息(2012年)

2.2 研究方法

本文利用漳州市10个气象站点1962—2012冬季日最低气温、低温(＜5℃)日数、中心市区站点与郊区站点多年平均极端最低温，建立各区域样本值时间序列，采用线性趋势分析、变异系数分析、距平等统计分析方法，分析近51 a内漳州极端最低气温、低温日数距平和线性倾向率，并对该时段内市区与郊区极端最低气温、低温日数变化特征及差异进行研究。

2.2.1 气候趋势分析 气候倾向率是采用一元线性回归方程来表示气象要素趋势变化，其算法为:设某站某气象要素时间序列为 y1、y2、y3…yn，可用多项式Yn(t)=a0+a1t1+a2t2…+antn表示，Yn(t)为时刻t的要素值Y(t)的趋势方程估计量，t为时间序号。气温的气候趋势用一次直线方程即可满足［9］，故采用 y(t)=a0+a1t表示，把 a1乘以10称为气候变化倾向率，正数表示上升趋势，负数反之，a1采用最小二乘法确定，见公式(1)，其单位为 ℃/10a。以年度极端最低气温超过多年极端最低气温平均值1.5个标准差的年份作为偏暖年，少于多年极端最低气温平均值1.5个标准差的年份为偏冷年，两者之间为正常年份［9］。

2.2.2 变异系数分析 变异系数Cv是表示标准差S相对于平均数大小的相对量，可描述气象要素不同年代的相对变化，通过对比不同年代变异系数，可分析不同要素变化幅度及其变化的稳定性，Cv越小，表示该要素在统计时段变化差异越小、越稳定，见公式(2)。

2.2.3 距平 距平指一组观测数据中某个数据xi相对于的差值，常用于其变量偏离正常情况的量，距平值能够确定某个时段或时次的气象观测数据，分正距平和负距平。距平值高说明某个观测数值与平均值的差值大，即相应时间段内观测数值相对于平均值出现了异常。

3 结果分析

3.1 极端最低气温时间变化规律分析

3.1.1 极端最低气温趋势分析 据图1，1962—2012年间，2012年全市平均极端最低气温最高值为6.72 ℃，最低值出现在1963年，为 -0.62 ℃，1967 年-0.59℃次之，1999年12月下旬有强冷空气入侵，当年极端最低气温也较低。采用一元线性方程对全市历年来平均极端最低气温进行拟合，拟合方程为 y=0.039 7 t+1.472 6，即近 51 a 来漳州市冬季平均极端最低气温以0.397℃/10 a(通过0.05信度检验)线性倾向率增加。

图1 漳州多年极端最低气温变化曲线

3.1.2 极端最低气温的年代际变化趋势分析 根据2.2.1小节气候趋势分析，得知偏冷年为1963、1967、1999 年，共 3 a，偏暖年为 1964、1968、1972、1980、1983、1987—1990、1996—1998、2001—2003、2006—2008、2012年，共 19 a。可见偏冷年主要在20世纪60年代，偏暖年主要出现在20世纪80年代后。据表2，年平均极端最低气温在20世纪60年代最低。而后由于改革开放以来漳州城市化的发展，年平均极端最低气温有所上升。各个年代际气候倾向率差异明显，20世纪气候倾向率均较大，20世纪80年代漳州城市发展迅速，对应的气候倾向率最大，即该时段年极端最低气温增加最快，为2.715℃/10 a;20世纪90年代有所减缓，21世纪以来气候倾向率最小为0.006℃/10 a，气候变化趋势不明显，基本属于偏暖期。从变异系数来看，5个时间段内的变异系数相差不大，并且数值都较大，其中20世纪70年代变异系数最小，即大部分时间段内极端最低气温变化都比较稳定;20世纪90年代变异系数最大，因为该时段内气温起伏变化剧烈，尤其是1999年12月下旬强冷空气对当年冬季气温影响甚大;21世纪以来，虽气候倾向率最小，但气温变异系数较大，说明有个别极端最低气温变化剧烈，如2008年1月极端气温变化剧烈。

表2 漳州市极端最低气温平均值、气候倾向率与变异系数

3.1.3 极端最低气温日数趋势分析 漳州市属南亚热带海洋性季风气候，冬季平均温度≥0℃，虽西北部低温灾害频发，但漳州市冬季极端最低气温＜0℃的日数并不多，对漳州地区种植热带、亚热带作物而言，＜5℃的低温天气足以使其遭受不同程度的寒害影响。1962—2012年间极端最低气温(＜5℃)日数以-1.6 d/10 a(通过0.05信度检验)的气候倾向率减少，1963年低温日数最多(30 d)，2012年最少(0 d)见图2，多年低温日数平均值为7.5 d。低温日数在1978年以前多为正距平，在1978年以后负距平较多，只有个别年份出现正距平，1997年以来都为负距平。

图2 1962—2012年漳州低温日数距平

3.2 极端最低气温对城市化的响应过程

3.2.1 市区与郊区极端最低气温 1962—2012年，漳州市区和郊区两地最低气温曲线走势基本一致，市区极端最低气温以0.546℃/10 a(通过0.05信度检验)气候倾向率增加，郊区以0.381℃/10 a气候倾向率增加，市区最低气温增加速率略高于郊区增加速率。市区极端最低气温在该时期以2012年最高(6.9 ℃)，1998年次之(6.5 ℃)，1967 年最低(-1.7 ℃);郊区则以 2012年最高(6.7 ℃)，1963年最低(-0.73℃)。从20世纪70年代起郊区最低气温略低于市区最低气温，本世纪来市区与郊区极端最低气温增加趋势相似，整体上郊区最低气温小于市区最低气温，但差别不大。

图3 漳州市区与郊区极端最低气温分布

3.2.2 市区与郊区极端最低气温差值变化1962—2012年，漳州市区与郊区极端最低气温差值呈增加趋势，以0.165℃/10 a线性倾向率增加，市区与郊区多年平均极端最低气温差值为0.23℃。市区年平均极端最低气温21世纪以来最高，为3.72℃;郊区年平均极端最低气温除20世纪60年代外均比市区低，21世纪以来最高，为3.17℃，市区与郊区年平均极端最低气温表明20世纪80年代与21世纪以来都处于偏暖期。从气候倾向率来看，市区与郊区在20世纪80年代极端最低气温变化最快，20世纪90年代次之，21世纪以来增长速度最小。变异系数反应了极端最低气温变化程度剧烈与否，市区与郊区变异系数20世纪60年代与21世纪都比较大，且21世纪以来的气候倾向率是最小的，说明在两个时段内极端气候出现使气温变化都较剧烈。

表3 漳州市区与郊区极端最低气温平均值、气候倾向率与变异系数

图4 漳州市区与郊区极端最低气温差值

3.2.3 市区与郊区极端最低气温日数变化1962—2012年，漳州市区与郊区极端最低气温(＜5℃)日数均呈降低趋势(图5)，市区极端最低气温日数减少较多，郊区减少较少，市区与郊区极端最低气温日数平均差值为5 d;20世纪60—70年代初市区与郊区极端最低气温日数相差不大，走势基本一致，郊区低温日数自1972年以来都比市区低温日数多，且1981年以来尤为明显。1981年以来市区极端最低气温日数大部分均小于平均值(6.20 d)，部分出现极端低温(1984、1993、1995年)＞1℃，市区极端最低气温日数距平以-2.427 d/10 a的气候倾向率减小;郊区极端最低气温日数自1986年以来，大部分均小于平均值(7.64 d)，个别年份(1993、1995年)＞1℃，郊区极端最低气温日数距平以-1.509 d/10 a的气候倾向率减小，市区极端最低气温日数距平减小幅度明显比郊区大。该时段市区极端最低气温日数1963年最多(28 d)，1998年和2012年郊区低温日数最少(0 d);郊区与市区极端最低气温日数分布相似，1963年最多(平均30.33 d)，2012年郊区低温日数最少(平均为0.11 d)，1998年次之(平均0.89 d)。

图5 漳州市区与郊区极端最低气温日数分布

4 结论与讨论

①近51 a来，漳州市多年冬季平均极端最低气温为2.5℃，每10 a约增加0.397℃;20世纪80年代年极端最低气温上升最快，90年代极端最低气温变化幅度大，21世纪以来趋于稳定，但有个别极端最低气温变化剧烈，表明现阶段处于偏暖期;80年代极端最低气温以0.440 7℃/10 a增长，漳州市极端最低气温变化趋势与华南地区变化特征较一致［10］。

②1962—2012年，漳州市区、郊区极端最低气温显著增加，具有明显的阶段性，二者变化趋势与全球变暖是一致的，但增加幅度较小，低于全球和全国平均变暖趋势。近51 a来，市区与郊区极端最低气温变化趋势整体相似，但市区极端最低气温变化更明显，这与其他城市的城区与郊区极端最低气温的研究结果相似［11-13］。漳州市在20世纪80年代来发展较快，但与全国、福建省部分地区发展速度相比稍弱，其原因可能是漳州市城市化发展进程的影响。而影响地区极端气候变化的因素十分复杂，其中人类活动可能是首要因素。

③漳州市区与郊区极端最低气温(＜5℃)日数平均差值为5 d，郊区低温日数自1972年以来均比市区低温日数多。市区与郊区极端最低气温日数年际分布相似，漳州市区低温日数减少趋势比郊区明显，20世纪80年代以来尤为明显。这种差异可能与漳州城市化进程有一定对应关系，但漳州市极端最低气温不同时间尺度内的不均匀变化特征是否与太平洋、印度洋海温、ENSO事件、太阳黑子活动等气候影响因子有关尚未有明确结论，这有待今后深入研究与分析。

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