近百年来中国东北与日本北海道 地区气温变化对比
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利用 M ann - Kendall法对东北及北海道地区 气温变化趋势进行检验 (表 1、图 4 ) ,从东北年均 气温变化趋势 M K检测曲线可以看出 ,东北地区气 温在 20世纪 20年代以前经历了急剧的波动上升 过程 , 1920年以后超过了 95%的信度线 ,气温上升 趋势显著 , 1920 ～1982 年间气温进入了一个相对 平缓的波动期 ,在 1982年以后气温又表现出明显 的上升趋势 ,气温进入了最温暖的 20 a。北海道地 区在 1909～1924年间 ,气温出现了两次幅度较大 的升降波动 , 1924～1963年期间 ,气温变现为缓慢 波动上升 , 1957 年以后超过了 95%的信度线 , 出 现显著升温时段晚于东北地区 ,之后气温变化又经
a. 东北地区 ; b. 北海道地区 图 3 近百年来东北与北海道地区年均温变化的小波方差 Fig. 3 The wavelet coefficient variance of mean annual temperature change over the last 100 years in Northeast China and Hokkaido
5期 董满宇等 :近百年来中国东北与日本北海道地区气温变化对比 6 85
温变化序列有非常好的代表性 ,用其代表东北地区 近百年气温变化 ,进而分析其变化特征和趋势是完 全可行的。同样 ,所建立的北海道地区的年均温变 化序列同寿都等 4个气象站点年均温的相关性也达 到了 99. 9%的信度水平 ,其代表性也很好 。本文采 用 Morlet小波 [ 13 ]对东北及北海道地区气温变化的 周期性、突变点进行分析 ,气温变化趋势分析采用 M ann - kendall法 [14 ]和 R / S非参数检验法 [15 ] 。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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全年 0. 018 6. 813 0. 012 5. 855
历了 1963～1988年的平稳期 , 1988年以后与东北 地区相一致 ,气温出现大幅度上升 。同时 ,在 95% 置信水平上 ,东北及北海道地区春季 、秋季 、冬季气 温变化都通过检验 ,上升趋势显著 ,夏季未能通过 信度检验 ,上升趋势不显著 。
中国东北和日本北海道地区都位于气候变化 敏感的东亚温带季风气候区 ,前者属于温带大陆性 季风气候 ,而后者属于温带海洋性季风气候 。中国 学者对于东北地区气候的研究主要集中在区域本 身 ,从温度 [ 8, 9 ] 、降水 [ 10, 11 ] 、相对湿度 [ 12 ] 等方面进 行过较多的探讨分析 ,而与同纬度其他区域气候变 化的比较研究很少 ,本文选取处于同纬度温带季风 气候区内的中国东北及日本北海道地区进行比较 研究 ,旨在探讨不同气候类型下气温变化的区域差 异性 ,这对于正确认识 、估计东亚地区区域尺度上 的气候变化及其对环境和社会经济发展的影响都
从 Kendall倾斜度 β值 (表 1)看 ,近百年来东 北及北海道地区年 、季气温变化都呈上升趋势 ,东 北地区年平均气温递增速率 (0. 18℃ /10 a)大于北 海道地区 ( 0. 12℃ /10 a) ,两者都明显高于全球平 均增温速率 (0. 074℃ /10 a) ,这与姜大膀等的研究 结论 :就全球而言 ,北半球高纬度地区表面气温升 温幅度大 ,同纬度带上大陆的升温幅度通常高于海
近年来 ,由于空气中 CO2 等温室气体含量的 急剧增加 ,全球气候变暖问题日益成为当今各国政 府和科学界乃至普通民众广泛关注的热点问题 。
具有重要的意义 。
1 研究区概况
IPCC第四次 ( 2007 年 )评估报告指出 : 过去 100 a 来全球地表平均温度升高 0. 74℃,特别是近 50 a 变暖幅度 0. 13℃ /10 a,几乎是近 100 a的两倍 ,达 到了过去 1 000 a以来的最高值 [ 1 ] 。在全球变暖的 大背景下 ,气温变化的区域特征十分明显 ,不同区 域的气候变化在时间和空间尺度上都存在很大的 差别 ,对当地的生态环境 、经济和农业等社会经济 发展产生不同的影响 [ 2 ] ,因此许多学者把区域气 候变化的研究作为重点 [ 3～7 ] 。
2 资料与研究方法
由于东北地区选取的气象站点较少且区域内 地形存在一定差异 ,需要对所建立的东北地区气温 序列的代表性做进一步检验 。故选取均匀分布在 东北地区内的 38个气象站点 (图 1)的 1957～2001 年近 45 a来年平均气温序列 ,与基于 3 个气象站 点所建立的东北地区同期年平均气温序列进行相 关分析 。东北地区年均温序列与各气象站点年均 温的 spearman相关系数基本都在 0. 85以上 ,都达 到了 99. 9 %的信度水平 ,证明建立的东北地区气
6 86 地 理 科 学 29卷
a. 东北地区 ; b. 北海道地区 图 2 近百年来东北与北海道地区年均温变化的小波系数 Fig. 2 The wavelet coefficient of mean annual temperature change over the last 100 years in Northeast China and Hokkaido
图 3为东北与北海道地区近百年来年均温变 化的小波方差 ,据此可以确定两地区年均气温变化 序列存在的主要周期 。就东北地区而言 ,存在 3个 小波方差峰值分别对应 9、28、42 a的时间尺度 ,第 一峰值是 42 a,东北地区年均温以 42 a的周期振 荡最强 ,为第一主周期 ,第 2主周期为 28 a,第 3主 周期为 9 a。北海道地区的小波方差也存在着 3个 峰值 ,其对应的时间尺度依次为 9、28、40 a,与东北 地区基本相同 ,但其主周期的次序与前者存在差 异 , 28 a为第 1主周期 , 40、9 a依次为第 2、3主周 期。 3. 2 气温变化趋势分析
本文所指的东北地区包括辽宁 、吉林 、黑龙江 省和内蒙古自治区东部的赤峰市 、通辽市 、兴安盟 和呼伦贝尔市 ,位于 115°52′～135°09′E、38°72′～ 53°55 N 之间 ,总面积 124. 3 ×104 km2 ,属于温带大 陆性季风气候 ,年降水量 400～800 mm。北海道位 于日本列岛的北部 ,地处 139°20′～148°53′E, 40° 33′～45°33′N ,总面积为 7. 8 ×104 km2 ,是日本第 二大岛 ,属温带海洋性季风气候 ,年降水量 800 ～ 1 200 mm。
收稿日期 : 2008 - 11 - 17; 修订日期 : 2009 - 02 - 11 基金项目 :国家自然科学基金项目 (40571022, 40871055)资助 。 作者简介 :董满宇 (1983 - ) ,男 ,满族 ,辽宁兴城人 ,博士研究生 ,研究方向为自然地理与资源生态 。 E2mail: dongmy@ ires. cn 通讯作者 :吴正方 ,教授 。 E - mail: wuzf@ nenu. edu. cn
图 1 中国东北及北海道地区的气象站点分布 Fig. 1 D istribution of meteorological stations in the
regions of Northeast China and Hokkaido, Japan
3 结果与分析
3. 1 气温变化周期与突变分析 对 1909～2003年东北及北海道地区年均温距
东北地区 北海道地区
表 1 东北及北海道地区气温序列的趋势检验 Table 1 Trend test for the mean annual temperature change in the regions of Northeast China and Hokkaido
春季
夏季
秋季
冬季
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(1. 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室 , 北京 100875; 2. 东北师范大学 城市与环境科学学院 , 吉林 长春 130024; 3. 北京师范大学资源学院 , 北京 100875)
摘要 :利用东北及北海道地区 7个气象站点 1909～2003年逐月气温数据 ,建立两地区近百年来年 、季气温序列 , 对近百年来两地区气温变化特征进行对比分析 ,结果表明 :近百年来东北及北海道地区气温变化存在显著的增 温趋势 ,前者进入显著升温期早于后者 ,其中对年均温上升趋势贡献较大的是冬 、春两季 ,夏季升温幅度最小 。 两地区年均温表现出强的增温持续性 ,未来气候将继续变暖 ;两地区都存在 9、28、40～42 a的变化周期 ,但两者 主周期的次序所有不同 ;近百年来两地区气温变化在不同时间尺度上具有不同突变点 。 关 键 词 :中国东北 ;北海道地区 ;气温变化 ;对比分析 中图分类号 : P467 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 0690 (2009) 05 - 0684 - 06
第 2 9卷 第 5期 2 0 0 9年 1 0月
地 理 科 学
Vo l.
SC IENTIA GEOGRAPH ICA SIN ICA
O c t.
29 No. , 200
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近百年来中国东北与日本北海道 地区气温变化对比
董满宇 1, 2, 3 ,吴正方 23 ,江 源 1, 3
平序列进行 Morlet连续小波变换 ,图 2为近百年来 东北和北海道地区年均温的小波系数图 ,从图中可 以看到不同时间尺度所对应的气温变化结构是不 同的 ,小尺度的多少变化表现为嵌套在较大尺度下 的较为复杂的多少结构 。在 40 ～50 a 时间尺度 上 ,东北地区 (图 2a)气温经历了低 - 高 - 低 - 高 的交替变化过程 , 1925 年以前的偏冷期 , 1925 ～ 1958年的偏暖期 , 1959 ～1988 年的偏冷期 , 1988 年以后的偏暖期 , 1925、1958、1989 年为突变年份 , 而直到 2003年等值线并没有闭合 ,说明在大时间 尺度上 ,未来一段时间东北地区气温仍将处在一个 偏暖期 。在 20 ～30 a 时间尺度上 ,主要经历了 6 个变化阶段 ,其中 1973年以前气温变化的冷暖周 期振荡较为明显 ,即 1918年以前的偏冷期 , 1918～ 1934年的偏暖期 , 1934～1955年的偏冷期 , 1955～ 1973年的偏暖期 , 1973 ～1993 年的偏冷期 , 1993
年以 后 的 偏 暖 期 , 突 变 点 为 1918、1934、1955、 1973、1993 年 。在小于 10 a 时间尺度上 , 1939 ～ 1973年期间 , 8 ～9 a 左右的周期振荡较为显著 。 就北海道地区 (图 2b)来说 ,在大的时间尺度 40～ 50 a上 ,气温变化的冷暖周期振荡与东北地区相一 致 ,气温变化的突变年份与东北地区相同 ,这与章 名立等 [ 3 ]对全球增暖过程中亚洲东部区域气候特 点的研究结果 :亚洲东部 1889 ～1990 年来气温变 化存在两个突变点 : 1921、1986 年有所不同 ,这可 能是因为研究选取的时段存在差异 。在 20 ～30 a 中时间尺度上 ,气温变化的振荡信号更为明显 ,表 现为 1918年以前的偏冷期 , 1918～1934年的偏暖 期 , 1934～1954年的偏冷期 , 1954～1972年的偏暖 期 , 1972～1988年的偏冷期 , 1988～1999年的偏暖 期 , 1999年以后的偏冷期 , 1918、1934、1954、1972、 1988、1999年为突变年份 。在 10 a时间尺度以下 , 其变化与东北地区的气温变化基本一致 ,有更多的 气温偏暖期与偏冷期的循环交替 ,气温突变点增 多。
a. 东北地区 ; b. 北海道地区 图 3 近百年来东北与北海道地区年均温变化的小波方差 Fig. 3 The wavelet coefficient variance of mean annual temperature change over the last 100 years in Northeast China and Hokkaido
5期 董满宇等 :近百年来中国东北与日本北海道地区气温变化对比 6 85
温变化序列有非常好的代表性 ,用其代表东北地区 近百年气温变化 ,进而分析其变化特征和趋势是完 全可行的。同样 ,所建立的北海道地区的年均温变 化序列同寿都等 4个气象站点年均温的相关性也达 到了 99. 9%的信度水平 ,其代表性也很好 。本文采 用 Morlet小波 [ 13 ]对东北及北海道地区气温变化的 周期性、突变点进行分析 ,气温变化趋势分析采用 M ann - kendall法 [14 ]和 R / S非参数检验法 [15 ] 。
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历了 1963～1988年的平稳期 , 1988年以后与东北 地区相一致 ,气温出现大幅度上升 。同时 ,在 95% 置信水平上 ,东北及北海道地区春季 、秋季 、冬季气 温变化都通过检验 ,上升趋势显著 ,夏季未能通过 信度检验 ,上升趋势不显著 。
中国东北和日本北海道地区都位于气候变化 敏感的东亚温带季风气候区 ,前者属于温带大陆性 季风气候 ,而后者属于温带海洋性季风气候 。中国 学者对于东北地区气候的研究主要集中在区域本 身 ,从温度 [ 8, 9 ] 、降水 [ 10, 11 ] 、相对湿度 [ 12 ] 等方面进 行过较多的探讨分析 ,而与同纬度其他区域气候变 化的比较研究很少 ,本文选取处于同纬度温带季风 气候区内的中国东北及日本北海道地区进行比较 研究 ,旨在探讨不同气候类型下气温变化的区域差 异性 ,这对于正确认识 、估计东亚地区区域尺度上 的气候变化及其对环境和社会经济发展的影响都
从 Kendall倾斜度 β值 (表 1)看 ,近百年来东 北及北海道地区年 、季气温变化都呈上升趋势 ,东 北地区年平均气温递增速率 (0. 18℃ /10 a)大于北 海道地区 ( 0. 12℃ /10 a) ,两者都明显高于全球平 均增温速率 (0. 074℃ /10 a) ,这与姜大膀等的研究 结论 :就全球而言 ,北半球高纬度地区表面气温升 温幅度大 ,同纬度带上大陆的升温幅度通常高于海
近年来 ,由于空气中 CO2 等温室气体含量的 急剧增加 ,全球气候变暖问题日益成为当今各国政 府和科学界乃至普通民众广泛关注的热点问题 。
具有重要的意义 。
1 研究区概况
IPCC第四次 ( 2007 年 )评估报告指出 : 过去 100 a 来全球地表平均温度升高 0. 74℃,特别是近 50 a 变暖幅度 0. 13℃ /10 a,几乎是近 100 a的两倍 ,达 到了过去 1 000 a以来的最高值 [ 1 ] 。在全球变暖的 大背景下 ,气温变化的区域特征十分明显 ,不同区 域的气候变化在时间和空间尺度上都存在很大的 差别 ,对当地的生态环境 、经济和农业等社会经济 发展产生不同的影响 [ 2 ] ,因此许多学者把区域气 候变化的研究作为重点 [ 3～7 ] 。
2 资料与研究方法
由于东北地区选取的气象站点较少且区域内 地形存在一定差异 ,需要对所建立的东北地区气温 序列的代表性做进一步检验 。故选取均匀分布在 东北地区内的 38个气象站点 (图 1)的 1957～2001 年近 45 a来年平均气温序列 ,与基于 3 个气象站 点所建立的东北地区同期年平均气温序列进行相 关分析 。东北地区年均温序列与各气象站点年均 温的 spearman相关系数基本都在 0. 85以上 ,都达 到了 99. 9 %的信度水平 ,证明建立的东北地区气
6 86 地 理 科 学 29卷
a. 东北地区 ; b. 北海道地区 图 2 近百年来东北与北海道地区年均温变化的小波系数 Fig. 2 The wavelet coefficient of mean annual temperature change over the last 100 years in Northeast China and Hokkaido
图 3为东北与北海道地区近百年来年均温变 化的小波方差 ,据此可以确定两地区年均气温变化 序列存在的主要周期 。就东北地区而言 ,存在 3个 小波方差峰值分别对应 9、28、42 a的时间尺度 ,第 一峰值是 42 a,东北地区年均温以 42 a的周期振 荡最强 ,为第一主周期 ,第 2主周期为 28 a,第 3主 周期为 9 a。北海道地区的小波方差也存在着 3个 峰值 ,其对应的时间尺度依次为 9、28、40 a,与东北 地区基本相同 ,但其主周期的次序与前者存在差 异 , 28 a为第 1主周期 , 40、9 a依次为第 2、3主周 期。 3. 2 气温变化趋势分析
本文所指的东北地区包括辽宁 、吉林 、黑龙江 省和内蒙古自治区东部的赤峰市 、通辽市 、兴安盟 和呼伦贝尔市 ,位于 115°52′～135°09′E、38°72′～ 53°55 N 之间 ,总面积 124. 3 ×104 km2 ,属于温带大 陆性季风气候 ,年降水量 400～800 mm。北海道位 于日本列岛的北部 ,地处 139°20′～148°53′E, 40° 33′～45°33′N ,总面积为 7. 8 ×104 km2 ,是日本第 二大岛 ,属温带海洋性季风气候 ,年降水量 800 ～ 1 200 mm。
收稿日期 : 2008 - 11 - 17; 修订日期 : 2009 - 02 - 11 基金项目 :国家自然科学基金项目 (40571022, 40871055)资助 。 作者简介 :董满宇 (1983 - ) ,男 ,满族 ,辽宁兴城人 ,博士研究生 ,研究方向为自然地理与资源生态 。 E2mail: dongmy@ ires. cn 通讯作者 :吴正方 ,教授 。 E - mail: wuzf@ nenu. edu. cn
图 1 中国东北及北海道地区的气象站点分布 Fig. 1 D istribution of meteorological stations in the
regions of Northeast China and Hokkaido, Japan
3 结果与分析
3. 1 气温变化周期与突变分析 对 1909～2003年东北及北海道地区年均温距
东北地区 北海道地区
表 1 东北及北海道地区气温序列的趋势检验 Table 1 Trend test for the mean annual temperature change in the regions of Northeast China and Hokkaido
春季
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(1. 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室 , 北京 100875; 2. 东北师范大学 城市与环境科学学院 , 吉林 长春 130024; 3. 北京师范大学资源学院 , 北京 100875)
摘要 :利用东北及北海道地区 7个气象站点 1909～2003年逐月气温数据 ,建立两地区近百年来年 、季气温序列 , 对近百年来两地区气温变化特征进行对比分析 ,结果表明 :近百年来东北及北海道地区气温变化存在显著的增 温趋势 ,前者进入显著升温期早于后者 ,其中对年均温上升趋势贡献较大的是冬 、春两季 ,夏季升温幅度最小 。 两地区年均温表现出强的增温持续性 ,未来气候将继续变暖 ;两地区都存在 9、28、40～42 a的变化周期 ,但两者 主周期的次序所有不同 ;近百年来两地区气温变化在不同时间尺度上具有不同突变点 。 关 键 词 :中国东北 ;北海道地区 ;气温变化 ;对比分析 中图分类号 : P467 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 0690 (2009) 05 - 0684 - 06
第 2 9卷 第 5期 2 0 0 9年 1 0月
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SC IENTIA GEOGRAPH ICA SIN ICA
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近百年来中国东北与日本北海道 地区气温变化对比
董满宇 1, 2, 3 ,吴正方 23 ,江 源 1, 3
平序列进行 Morlet连续小波变换 ,图 2为近百年来 东北和北海道地区年均温的小波系数图 ,从图中可 以看到不同时间尺度所对应的气温变化结构是不 同的 ,小尺度的多少变化表现为嵌套在较大尺度下 的较为复杂的多少结构 。在 40 ～50 a 时间尺度 上 ,东北地区 (图 2a)气温经历了低 - 高 - 低 - 高 的交替变化过程 , 1925 年以前的偏冷期 , 1925 ～ 1958年的偏暖期 , 1959 ～1988 年的偏冷期 , 1988 年以后的偏暖期 , 1925、1958、1989 年为突变年份 , 而直到 2003年等值线并没有闭合 ,说明在大时间 尺度上 ,未来一段时间东北地区气温仍将处在一个 偏暖期 。在 20 ～30 a 时间尺度上 ,主要经历了 6 个变化阶段 ,其中 1973年以前气温变化的冷暖周 期振荡较为明显 ,即 1918年以前的偏冷期 , 1918～ 1934年的偏暖期 , 1934～1955年的偏冷期 , 1955～ 1973年的偏暖期 , 1973 ～1993 年的偏冷期 , 1993
年以 后 的 偏 暖 期 , 突 变 点 为 1918、1934、1955、 1973、1993 年 。在小于 10 a 时间尺度上 , 1939 ～ 1973年期间 , 8 ～9 a 左右的周期振荡较为显著 。 就北海道地区 (图 2b)来说 ,在大的时间尺度 40～ 50 a上 ,气温变化的冷暖周期振荡与东北地区相一 致 ,气温变化的突变年份与东北地区相同 ,这与章 名立等 [ 3 ]对全球增暖过程中亚洲东部区域气候特 点的研究结果 :亚洲东部 1889 ～1990 年来气温变 化存在两个突变点 : 1921、1986 年有所不同 ,这可 能是因为研究选取的时段存在差异 。在 20 ～30 a 中时间尺度上 ,气温变化的振荡信号更为明显 ,表 现为 1918年以前的偏冷期 , 1918～1934年的偏暖 期 , 1934～1954年的偏冷期 , 1954～1972年的偏暖 期 , 1972～1988年的偏冷期 , 1988～1999年的偏暖 期 , 1999年以后的偏冷期 , 1918、1934、1954、1972、 1988、1999年为突变年份 。在 10 a时间尺度以下 , 其变化与东北地区的气温变化基本一致 ,有更多的 气温偏暖期与偏冷期的循环交替 ,气温突变点增 多。