近50年川渝地区的气温变化及其原因分析_赵文虎

第28卷第3期2008年9月高原山地气象研究Plateau and Mountain Meteor ol ogy Research Vol 28No 13Sep t .2008收稿日期:2008-04-22资助项目:中国气象局业务项目———重庆三峡库区气候监测评估研究、南京信息工程大学科研课题(9922)作者简介:赵文虎,学士,现在部队工作。

E 2mail:zhao1986wh@文章编号:1674-2184(2008)03-0059-09近50年川渝地区的气温变化及其原因分析赵文虎1,孙卫国1,程炳岩2(1.南京信息工程大学应用气象学院,南京　210044;2.重庆市气候中心,重庆　401147)摘要:根据1957～2006年四川省47个站和重庆市34个站的逐日平均气温资料及对应时间内N i o3区的月平均海表温度(SST )资料,在采用线性倾向估计以及连续小波变换等方法分析近50年来四川省和重庆市气温变化时频特征的基础上,采用交叉小波变换方法分析了该地区近50年气温变化与N i o3区海表温度之间的关系。

结果表明,川渝地区气温变化具有不同时间尺度的多层次演变特征,存在2～4年、8年、12～16年和28年左右的周期振荡,其中尤以4年左右的周期最为显著。

两地年代际变化规律也大致相同,四川50年代末～60年代初较暖,60年代初～90年代末偏冷,90年代末以来气温明显升高且强度较大;重庆50年代末～60年代末较暖,70年代之后气温变化与四川省基本相同。

川渝地区气温变化与N i o3区SST 变化密切相关,两者在4年尺度周期上表现为正相关,在13年尺度周期上表现为负相关。

导致川渝地区气温异常变化的原因很多,赤道中东太平洋海表温度异常偏高(低)会引起该地区气温的偏高(低);南亚高压北进(南退)以及热带西太平洋海温的升高(降低),通过影响副热带环流系统均会造成川渝地区气温偏高(低)。

关键词:川渝地区;气温变化;小波变换中图分类号:P42313 文献标识码:A1　引言国内外对气候变化问题的研究历来十分活跃[1～5],尤其是近50年来,全球增温明显,气候变化及其影响已成为大气科学研究的热点[5～11]。

气候变化表现出显著的区域性特征,区域气候异常是气候变化的组成部分。

川渝地区毗邻青藏高原,境内有高原、山地、丘陵、盆地、平原等不同地貌,地形十分复杂,局地因子影响较大,是一个典型的气候多变区。

特殊的地理位置、相互交错的特殊地形使得川渝地区的气温变化存在显著的局地特征,具有一定的区域气候代表性。

因此,研究该地区的气温变化具有实际意义。

由于以往有关四川或重庆地区气温变化的研究所用资料序列大多是对单个或少数台站的气温分析,虽然具有一定的代表性,但是难以反映整个区域气候的整体变化。

所以,对资料不完整台站的缺测资料进行延长和插补,全面分析整个川渝地区的区域气温变化趋势及其原因,为该地区气候变化的监测、诊断、评估、预估以及影响对策提供参考和科学依据,显得很有必要。

已有学者对川渝地区气温变化的原因及其机制进行了研究。

周秀骥等[12]1996年提出一个十分重要且有意义的研究结果,认为中国西南四川和重庆地区70～80年代气温变冷的原因可能是由于大气中硫酸盐气溶胶增加,导致地面太阳辐射减少所致。

苏东玉等[13]认为,亚洲南部中低纬100hPa 环流的变化,即南亚高压位置的异常变动,对川渝盆地盛夏气温的年代际异常有重要的影响。

李跃清[14]研究指出,热带西太平洋海温偏暖(冷),引起副热带高压系统位置偏北(南),使川渝地区总云量偏少(多),造成川渝地区气温偏高(低)。

此外,青藏高原积雪异常与我国的气候异常也有内在联系[15～17]。

海洋对大气环流、长期天气气候变化的影响越来越为人们所重视,尤其是发生在赤道东太平洋的ENS O 现象,作为海洋变化的强信号,对全球范围的气候异常都有明显的影响[18]。

近年来,许多学者对海温和我国降水及温度异常等灾害性气候进行了研究。

董婕等[19]通过研究赤道东太平洋海温与中国温度、降水的关系,认为赤道东太平洋海温、El N ino 和La N ina 事件与中国温度、降水有一定关系,其中与温度冬季关系较好,与降水秋季关系最好。

对于东部地区,李麦村等[20]分析了东太平洋海温分布与长江流域降水的遥相关关系。

许多研究解释了中国东部地区气温异常与赤道东太平洋El N ino事件、热带海温变化之间的遥相关现象[21～22]。

对于西北地区,热带太平洋与西北地区东部气温的关系也日益引起人们的关注[23～24]。

为了了解海气相互作用对我国西南地区气候变化的影响,分析川渝地区气温异常变化的原因,本文拟采用线性倾向率以及小波变换方法分析近50年来四川省和重庆市气温变化的时频特征及其与N i o3区海表温度之间的关系,讨论赤道中东太平洋海温以及ENS O事件对我国川渝地区气温变化的影响。

2　资料与方法211　资料选用1957～2006年四川地区47个地面气象站和重庆地区34个地面气象站逐日气温观测资料以及同期N i o3区(150～90°W,5°N～5°S)月平均海表温度资料。

首先对个别台站的缺测、错测资料进行插补处理,对于缺测1年的站点其缺测值取该站点前后2年实测资料的平均值,对于连续几年缺测的台站采用差值法进行订正[25]。

经过订正处理后81个测站资料具有较好的连续性。

分别利用四川49个测站和重庆34个测站的日平均气温计算整理得到四川和重庆地区的月平均值和年平均值;其中,四川与重庆地区的区域平均气温序列分别为四川区域内47个站点和重庆区域内34个站点的算术平均值。

212　方法21211　线性倾向估计用xi 表示样本量为n的某一气候变量,ti表示xi所对应的时间,建立xi 与ti之间的一元线性回归方程x i =a+b ti　(i=1,2,Λ,n)(1)式中,回归系数a、b可以采用最小二乘法进行估计。

系数b又称为线性倾向,其符号表示气候变量x 的趋势倾向。

判断变化趋势的程度是否显著,需要对相关系数进行显著性检验,给定显著性信度水平α,若|r|>rα,表示x随t的变化趋势是显著的,否则表明变化趋势不显著[26]。

21212　小波分析传统的谱分析方法[29]是建立在Fourier变换的基础之上的,能够判别出信号异常变化在时域中的大致位置。

小波变换是一种新型的时频分析方法,与Fou2rier变换相比,它在时间域和频率域上同时具有良好的局部化性质。

由于小波变换是采用逐步精细的时域和频域取样,从而可以细致地分析气候信号的局部特征以及在任意点附近的振荡行为,能够分辨局地的奇异点;根据不同尺度的周期随时间的演变可以分析不同尺度的扰动特征,并判断出气候序列的显著周期。

因此,小波变换被广泛应用于气候变化的诊断分析[26～28]。

本文将Morlet小波应用于气温变化分析,研究表明[30～32],小波系数的变化趋势与气候信号的起伏是基本一致的,适用于对气候资料序列连续进行时频局部化分析。

交叉小波变换可以用来判别两种信号的不同时间尺度变化周期在时域中的相关性,也可以判别其相关显著性;交叉小波变换系数较大的区域,表明在时频尺度上,这两种信号具有较好的相关关系。

3　结果分析311　气温与海温变化趋势31111　气温变化图1为1957～2006年四川省年平均气温的变化曲线。

由图可见,四川年平均气温以010116℃/年左右的线性倾向增暖;其时间相关系数为014717,经检验四川气温增暖趋势达到了信度α=01001的显著性水平。

近50年四川省年平均气温为1211℃,偏高的年份有23年,正常到偏低的有27年;其中2006年最暖,其次是1998、2003年;最冷年为1976年,其次是1992和1968年。

近50年来四川省平均气温具有明显的年际和年代际变化特征,总体上呈上升趋势,气温变率约为01116℃/10年。

1957～2006年四川年平均气温变化大体上可以分为4个阶段,即1958～1968年的降温阶段、1968～1973年的升温阶段、1973～1985年的降温阶段和1985～2006年的升温阶段。

年平均气温距平的锯齿状变化,表明其年际变化主要表现为2～4年左右的周期性振荡。

图2为1957～2006年重庆市年平均气温的变化曲线。

由图可见,重庆年平均气温以010029℃/年左右的线性倾向增暖;其时间相关系数为011086,经检验重庆气温增暖趋势在信度α=0105的水平上不显著。

近50年重庆市年平均气温为1715℃,偏高的年份有24年,正常和偏低的有26年;其中2006年最暖,其次是1998年;最冷年为1996年,其次是1982年。

近50年来重庆市年平均气温也具有明显的年际和年代际变化特征;总体上呈上升趋势,气温变率约为06高原山地气象研究 第28卷01029℃/10a。

1957～2006年重庆市年平均气温变化大体上可以分为3个阶段,即1957～1963年的升温阶段、1963～1986年的降温阶段、1986～2006年的升温阶段;其年际变化也主要表现为2～4年左右的周期性振荡。

分析表明,四川与重庆地区的气温变化规律相似,尤其是气温突变点基本一致,如2006、1998、1978等年份气温的异常偏高以及1976、1982等年份气温的异常偏低,表现出明显的相似性,说明整个川渝地区的气温变化具有一致性,并且四川和重庆地区的气温变化趋势与王遵娅等[9]研究的整个西南区域的变化趋势相同;从1950年代后期开始温度不断下降,至1970年代后期降至最低,尔后缓慢升温,到1990年代以后,开始大幅度升温。

此前曾有学者[33～38]对2000年之前西南地区或四川、重庆地区的平均气温变化进行了研究,结果表明平均气温有一定的下降;本文分析的四川、重庆地区1985年之前的气温变化趋势也与此相符。

31112　海表温度变化图3为1957～2006年N i o3区年平均海表温度的变化曲线。

由图可见,N i o3区平均海表温度以010056℃/年的线性倾向增暖;其时间相关系数为011253,经检验增暖趋势在信度α=0105的水平上不显著。

近50年N i o3区年平均海表温度为2518℃,偏高的年份有26年,正常和偏低的有24年;其中1972、1982、1983、1987、1997年偏高110℃以上,而1988年偏低110℃以上,1997年最暖,其次是1982年;最冷年为1988年。

其中强El N ino事件发生在1957、1965、1968、1972、1982～1983、1986、1997年,强La N ina事件发生在1954、1967、1970、1973、1975、1988、1999年。

近50年来,N i o3区平均海表温度具有明显的年际和年代际变化特征;总体上呈上升趋势,气温变率约为01056℃/10年。