1960～2010年濮阳气温日较差的多时间尺度特征及其与气象因子的相关性分析

1960～2010年濮阳气温日较差的多时间尺度特征及其与气
象因子的相关性分析
张青珍
【摘要】利用数理统计的方法研究了1960 ～2010年濮阳市气温日较差的多时间尺度特征,分析了影响气温日较差呈减少趋势的气象因子.结果表明:全年、春季、夏季和冬季的气温日较差均呈显著的减少趋势,减少速率分别为-0.181、-0.231、-0.247和-0.258℃/10a.春季和冬季气温日较差减少主要是由平均最低气温显著升
高引起的,夏季则主要是由平均最低气温升高和平均最高气温下降共同引起的.影响
年均气温日较差的极显著因子有平均最高气温、平均最低气温、降水量、日照时数、相对湿度和水汽压,显著因子是总云量.%The multiple time scale characteristics of diurnal air temperature range in Puyang from 1960 to 2010 were studied by u-sing mathematical statistics method, and the meteorological factors influencing the decrease of the diurnal temperature range were analyzed. The results showed that the diurnal temperature range significantly decreased in the whole year, spring, summer and winter, with the reducing rate of -0.181, -0.231, -0.247 and -0.258 °C/l0a, respectively. The decrease of diurnal temperature range in spring and winter was mainly caused by the obvious rising of average lowest air temperature, and that in summer was mainly caused by the increase of average lowest air temperature and the decline of average highest air temperature. The factors extremely significantly influencing the annual average diurnal temperature range were average lowest air temperature, average highest air temperature, precipitation, sunshine duration, relative humidity and
vapour pressure, and the significantly influential factor was total cloud amount.
【期刊名称】《江西农业学报》
【年(卷),期】2011(023)012
【总页数】5页(P133-136,149)
【关键词】濮阳;气温日较差;多时间尺度;变化趋势;气象因子;相关性
【作者】张青珍
【作者单位】河南省气候中心,河南郑州450003
【正文语种】中文
【中图分类】S161.22
气候变暖已是一个不争的事实，近百年来全球和中国的气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化，它对世界和我国的生态系统及社会经济产生了并将持续产生重大影响［1］。

近年来，一些学者对全国及全球近百年气温变化的趋势作过深入研究，从宏观角度分析了增温趋势及其时空变化特征［2］，但其变化趋势不能全面反映气温的变化。

近年来，气温的非对称性变化已引起了国际上的重视，气温的非对称性即最低气温的增加明显高于最高气温的增加［3］，因而表现出一种日夜增暖的不对称性，使得气温日较差减少。

翟盘茂［4］对我国陆地气温的研究结果表明:北半球夜间平均变暖0.84℃，而白天平均变暖仅0.28℃，且所有陆地和所有季节均有这种趋势。

对中国44个气象观测站的气温资料进行统计，结果表明:冬季和夏季气温日较差分别减少了3.0℃和2.0℃，全年减少了2.0℃，这表明我国也存在
气温的非对称性变化。

平均气温日较差的变化对生态植被的生长分布、作物产量及品质、流行疾病发生都有很大的影响［5］，因此研究气温日较差的变化对深入了解气候变化的规律、气候变化的成因及其对生态环境等方面的影响具有十分重要的意义［6］。

目前国内有关日较差的研究已经开展多年，翟盘茂［4］分析了我国最高最低气温的变化，结果表明最高气温在东经95°以西及黄河以北地区普遍呈现增加趋势，而在东部黄河以南却呈降低趋势;丁一汇等［1］则认为全国范围的最低气温呈上升趋势，在高温地区增温最明显;华丽娟等［7］认为在中国北方的高纬度地区气温日较差的减少趋势最为显著，变幅也最大，温室效应是使得东北地区气温日较差呈减少趋势的主要原因;马晓波等［8］认为青藏高原地区日照主要受总云量的影响;赖栗苇等研究表明:近50年来我国台湾大部分测站的月平均较差呈现减少趋势;大多学者认为气温日较差的这种变化主要是因为月平均最低气温上升趋势高于月平均最高气温上升趋势所致，这种情况在夏季尤为明显［9－11］;杨宏青认为这种变化与日照的变化呈正相关，即与日照的变化趋势一致［12］。

河南省濮阳市地处华北平原南部，位于黄河北岸，东与山东省相邻，北与河北省接壤，这里是国家粮食生产基地，当地主要粮食作物是小麦和玉米。

本文利用濮阳市自20世纪60年代以来较完整的气象资料，分析了濮阳市多时间尺度气温日较差的非对称性变化特征及其与有关气象因子的相关性。

现将研究结果报道如下。

1 材料与方法
1.1 气象资料包括濮阳市1960～2010年月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月平均气温日较差、月平均降水量、月平均相对湿度、月平均总云量、月平均风速和月平均日照时数等资料。

本文冬季指当年12月至次年2月，春季指3～5月，夏季指6～8月，秋季指9～11月。

1.2 分析方法
1.2.1 相关系数要素时间序列{Xi}(i=1，2，…，n)的相关系数计算公式如下:
1.2.2 气候倾向率设气象要素序列为{xi}(i=1，2，3，…，n)，建立xi与ti之间的一元线性回归方程，即:
(2)式中:a为气候倾向率，其值的大小反映了上升或下降的速率，其计算公式为:
1.2.3 Mann－Kendall趋势分析法 Mann－Kendall非参数统计方法是一种适合于非正态分布的数据的趋势分析方法，它的统计量方差和标准化变化量M的计算公式是:
公式(5)和公式(6)中，S为自然序列观测的对偶观测值，N为序列长度。

取
α=0.05(置信度为95%)进行显著性检验，如果某序列有明显的趋势，则|M|＞
Mα/2=1.96;若M为正，则表明该时间序列具有上升趋势或增加趋势;若M为负，则说明有下降或减少趋势。

2 气温日较差的变化趋势分析
2.1 年均气温日较差及年平均最高气温、最低气温、平均气温的年际变化趋势从图1可以看出:濮阳市年均气温日较差的下降幅度为每10年0.181℃。

与年均气温日较差的变化趋势相反，近51年来濮阳年平均气温、年最高气温和年最低气温均呈升高趋势，其中年平均最低气温升高趋势最显著，达到每10年0.211℃;年平均最高气温每10年升高0.076℃，年平均气温每10年升高0.193℃(如图2所示)。

图1 1960～2010年濮阳年均气温日较差的年际变化趋势
图2 1960～2010年濮阳年平均最高气温、最低气温、平均气温的年际变化趋势虚线:线性趋势;水平线:多年平均值;细线:年均最高气温、最低气温或年平均气温。

2.2 年均气温日较差和年平均最高气温、最低气温、年平均气温的年代际变化趋势从图1和图2可以看出:年均气温日较差在1982年附近发生了跃变，在1982年
前为正距平，在此年后为负距平。

年均气温日较差的正距平振荡期出现在20世纪60年代后半期、70年代后半期至80年代前期、90年代前半期，负距平振荡期出现在60年代前期、80年代后期、90年代后期一直到本世纪的前10年。

年平均最高气温、最低气温和年平均气温从20世纪60年代到70年代中期为低
值期;70年代中后期到80年代后期为均值振荡期，即在均值附近上下振荡;自90
年代至今，处于明显的升温期间，呈现明显的振荡攀升趋势。

年平均最高气温在
20世纪60年代为均值之上的高位振荡期;60年代末期到90年代初期为均值下方
的低位振荡期，几乎全部为负距平;自90年代中期以来，为均值上方的高位振荡期，为增温期。

2.3 Mann－Kendall趋势分析 1960～2010年濮阳各代表站四季气温日较差、平
均气温、最高气温和最低气温的Mann－Kendall趋势分析的统计值如表1所示，表1中负值表明有下降或减少趋势;正值表明有上升或增加趋势;绝对值大于临界值1.96时，意味着该要素具有明显的随时间变化的趋势。

另外，1960～2010年濮
阳市不同季节气温日较差、平均气温、最高气温和最低气温的变化趋势如图3所示。

图3 1960～2010年濮阳四季气温日较差、平均气温、最高气温和最低气温的变
化
从图3和表1可以看出:在春季，气温日较差呈显著减少趋势，每10年减少
0.231℃;平均气温、最高气温和最低气温均呈增加趋势，增加速率分别是0.165、0.047和0.277℃/10a，显然，增幅最大的是平均最低气温。

可见，春季气温日较差减少的主要驱动因子是平均最低气温。

在夏季，气温日较差呈显著减少趋势，减少速率为－0.247℃/10a;平均气温和最高
气温均呈较小的减少趋势，每10年分别减少0.12和0.17℃;而最低气温略呈增加趋势，增加速率为0.068℃/10a。

可见最高气温和最低气温的变化趋势相反，因此，夏季气温日较差减少主要是平均最低气温升高和平均最高气温下降共同作用的结果。

在秋季，气温日较差呈极其微弱的增加趋势，增加速率为0.09℃/10a;平均气温、平均最高气温和最低气温均呈增加趋势，增加速率分别是0.106、0.188 和
0.098℃/10a，其中平均最高气温的增幅大于平均最低气温的增幅，所以秋季气温日较差呈微弱的增加趋势。

在冬季，气温日较差呈显著减少趋势，减少速率为－0.258℃/10a;平均气温、最高气温和最低气温均呈增加趋势，增加速率分别是0.366、0.200 和0.458 ℃ /10a，显然，增幅最大的是平均最低气温。

可见，冬季气温日较差减少的主要驱动因子是平均最低气温。

综上所述，濮阳四季气温日较差中，春季、夏季和冬季均呈显著减少趋势，秋季呈极其微弱的增加趋势，以冬季减少最显著，夏季和春季依次次之。

冬季平均气温上升趋势最显著，秋季和春季增加较少。

四季平均最低气温都呈上升趋势，其中以冬季最为显著，春季次之。

冬季、春季和秋季最高气温均呈上升趋势，以冬季上升最为显著;夏季最高气温不增反降。

这种平均最低气温大幅度上升、平均最高气温缓
慢上升甚至在夏季还下降的变化致使濮阳气温日较差有显著的下降趋势。

表1 1960～2010年濮阳四季气温日较差、平均气温、最高气温和最低气温的Mann－Kendall趋势分析结果注:“*”表示达到了95%的置信度。

气温日较差－2.34* －2.67* 1.51 －3.23*平均气温 2.46* －1.71 1.74 3.47*平均最高气温
2.07* －2.66* 2.68* 2.65*平均最低气温
3.65* 2.44* 2.37* 2.74*
3 影响气温日较差变化的因子分析
3.1 月气温日较差与其他因子的相关性明确引起最高气温和最低气温变化从而导
致气温日较差普遍变小的原因对于平均气温变化趋势的解释很有意义。

笔者利用
Excel软件分别对各月的气温日较差与其它气象要素之间的相关性进行了分析，结果见表2。

从表2可以看出:各月气温日较差都与最低气温、降水量、水汽压、总云量呈负相关，与日照时数呈正相关。

月气温日较差与平均气温的关系因月份的不同而不同，除3月、10月、11月和12月份为负相关外，其余各月均为正相关;与最高气温的关系除3月份呈负相关外，其余月份均为正相关。

在1月，影响气温日较差的极显著因子是最高气温、相对湿度和水汽压，显著因子是日照时数和总云量;在2月，影响极显著因子是日照时数，显著因子是最高气温、相对湿度和总云量;在3月，影响显著因子是最高气温;在4月，影响极显著因子是相对湿度和水汽压，显著因子是最低气温和降水量;在5月，影响极显著因子是最高气温、相对湿度和水汽压，显著因子是最高气温和日照时数;在6月，影响极显著因子是水汽压，显著因子是最高气温和相对湿度;在7月，影响极显著因子是日照时数和相对湿度，显著因子是最高气温和降水量;在8月，影响极显著因子是最高气温和相对湿度，显著因子是降水量和日照时数;在9月，影响极显著因子是最低气温、日照时数、相对湿度和水汽压，显著因子是最高气温和总云量;在10月，影响极显著因子是最低气温、日照时数、相对湿度、总云量和水汽压，显著因子是日照时数;在11月，影响极显著因子是最低气温，显著因子是相对湿度和水汽压;在12月，常见气象因子的相关性均没有通过显著性检验。

表2 月气温日较差趋势值与各气象要素月趋势值之间的相关系数注:“＊＊”表示通过α=1%、r=0.354的检验，为极显著因子;“*”表示通过α=5%、r=0.273的检验，为显著因子。

下同。

1 0.164 0.454＊＊－0.175 －0.239 0.290* －0.380＊＊－0.276* －0.477＊＊2 0.107 0.307* －0.104 －0.124 0.394＊＊－
0.311* －0.334* －0.211 3 －0.182 －0.018 －0.328* 0.107 0.134 －0.023 0.105 －0.192 4 0.051 0.207 －0.307* －0.334* 0.258 －0.354＊＊ 0.069 －0.370＊＊5 0.127 0.401＊＊－0.334* －0.259 0.347* －0.472＊＊－0.116 －
0.490＊＊6 0.070 0.171 －0.267 －0.059 0.187 －0.310* 0.060 －0.381＊＊7 0.181 0.280* －0.089 －0.307* 0.361＊＊－0.442＊＊－0.190 －0.243 8
0.197 0.355＊＊－0.238 －0.312* 0.306* －0.438＊＊－0.239 －0.239 9
0.004 0.336* －0.531＊＊－0.272 0.435＊＊－0.559＊＊－0.277* －0.479＊＊10 －0.095 0.223 －0.501＊＊－0.212 0.511＊＊－0.366＊＊－0.387＊＊
－0.402＊＊11 －0.232 0.045 －0.442＊＊－0.027 0.245 －0.274* －0.135 －0.321*12 －0.116 0.022 －0.226 0.028 0.066 －0.168 0.031－0.165
3.2 季气温日较差与其他气象因子的相关性从表3中可以看出:影响季气温日较差
的气象因子随季节不同而不同，其中相对湿度和水汽压在四季都通过了α=1%、
r=0.354的检验，为极显著负相关因子，说明它们是影响季气温日较差的四季因子;其次是日照时数与季气温日较差呈正相关，秋季和冬季均通过了极显著临界值，其余通过了α=5%、r=0.273的显著临界值，它是影响季气温日较差的正相关因子。

影响春季气温日较差的极显著相关因子是最高气温、相对湿度和水汽压，显著因子是日照时数和总云量;影响夏季气温日较差的极显著相关因子是最低气温、相对湿
度和水汽压，显著因子是降水量和日照时数;影响秋季气温日较差的极显著相关因
子是最高气温、降水量、日照时数、相对湿度、总云量和水汽压;影响冬季气温日
较差的极显著相关因子是最低气温、日照时数、相对湿度、总云量和水汽压，显著因子是最高气温、降水量;影响全年气温日较差的极显著相关因子有平均最高气温、平均最低气温、降水量、日照时数、相对湿度和水汽压，显著因子是总云量，除日照时数与全年气温日较差呈正相关外，其余与之均呈负相关(表3)。

表3 季气温日较差趋势值与各气象要素季节趋势值之间的相关系数春季 0.080
0.398＊＊－0.230 －0.181 0.351* －0.456＊＊－0.291* －0.463＊＊夏季－0.001 0.271 －0.418＊＊－0.312* 0.328* －0.401＊＊ 0.036 －0.495＊＊秋季0.206 0.371＊＊－0.256 －0.433＊＊ 0.360＊＊－0.451＊＊－0.232 －0.381
＊＊冬季－0.191 0.277* －0.663＊＊－0.312* 0.588＊＊－0.531＊＊－
0.447＊＊－0.571＊＊全年 0.064 －0.454＊＊－0.565＊＊－0.567＊＊ 0.542＊＊－0.380＊＊－0.276* －0.477＊＊
4 结论
近51年来，濮阳市年均气温日较差的下降幅度为每10年0.181℃;但年平均气温、年最高气温和年最低气温均呈升高趋势。

在四季气温日较差中，春季、夏季和冬季均呈显著减少趋势，秋季呈极其微弱的增加趋势，以冬季减少最显著。

冬季平均气温上升趋势最显著。

四季平均最低气温都呈上升趋势，其中以冬季最为显著。

冬季、春季和秋季最高气温均呈上升趋势，以冬季上升最为显著;夏季最高气温不增反降。

引起濮阳四季气温日较差变化的原因是不同的，春季和冬季主要是由平均最低气温显著升高引起的，夏季则主要是由平均最低气温升高和平均最高气温下降共同引起的。

影响春季气温日较差的极显著相关因子是最高气温、相对湿度和水汽压，显著因子是日照时数和总云量;影响夏季气温日较差的极显著相关因子是最低气温、相对湿
度和水汽压，显著因子是降水量和日照时数;影响秋季气温日较差的极显著相关因
子是最高气温、降水量、日照时数、相对湿度、总云量和水汽压;影响冬季气温日
较差的极显著相关因子是最低气温、日照时数、相对湿度、总云量和水汽压，显著因子是最高气温、降水量;影响全年气温日较差的极显著相关因子有平均最高气温、平均最低气温、降水量、日照时数、相对湿度和水汽压，显著因子是总云量。

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