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沙坪坝库区气温和降水特点观察研究

2020-09-05 728 上传者：管理员

摘要：利用沙坪坝库区气象站观测1956-2017年的气温和降水资料，采用线性回归分析，趋势线分析、累积距平统计量与信噪比检验方法，对62年来的气温和降水变化进行特性分析。结果表明：沙坪坝区年平均气温和降水量都出现减小的趋势，不考虑量纲差异，其降低速率具有相关性，大致年平均气温每下降1℃，年降水量减少171mm。四季气温变化趋势为春、夏两季平均气温基本稳定，秋、冬两季平均气温增加，四季降水量变化表现为春、夏两季降水量有所增加，秋、冬两季降水量有所减小。

关键词：
季节变化
年际变化
气温
沙坪坝库区
降水
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1、研究背景

沙坪坝区地处中国重庆市西部，东以嘉陵江与江北区相隔、东南紧邻渝中区，南接九龙坡区。区域面积大致395.8平方千米，平均海拔600米左右，地形多为，丘陵、台地和低山交叉分布。沙坪坝区气候属于中亚热带季风性湿润气候区，其气候特点是四季分明，雨量较为充沛且雨热同期，气候特点对农业和生产生活有很大影响[1,2,3,4]。同时随着全球气候变暖及极端天气的增多，探究沙坪坝库区的气温和降水量是否有与全球气候变暖趋势一致这一问题，对社会生产和经济建设都有着及其重要的意义。

本文以来自沙坪坝区域内的气象台站的气候数据资料，研究了沙坪坝区气候条件随时间发生的变化。本文利用气象观测数据沙坪坝地区的气候时空变化特性进行研究，以多年来的降雨量和温度变化，尝试对气象观测数据进行分析，探究沙坪坝地区地表气象数据的变化特征，实现对未来社会生产和生活及经济活动提供科学的气象和降水依据。

2、数据来源和研究方法

2.1资料来源

沙坪坝区位于中国四川盆地东部（29°27′～29°46′，106°14′～106°31′），地势自西向东由高到低，平均海拔在600米左右，属于中亚热带季风性湿润气候，四季分明，雨量充足且雨热同期。区域内大量存在因燕山运动和喜马拉雅运动形成的褶皱，进而形成盆地和山脉，其地理因素对气候和降雨有很明显的影响。

文中数据来源于中国气象数据共享服务网地面气候资料日值数据，经过分析后剔除部分数据缺失较多或年限过短的站点，随后对所有筛选过的气象站点数据质量进行了检验，最终选取沙坪坝（区站号57516）气象站点1956-2017年期间共62年长度的逐日气温和降水数据。

2.2研究方法

(1）线性回归：属于时间序列趋势分析，该方法是研究气候变化问题中时间序列趋势改变普遍使用的方法之一，关键是利用时间序列和气候因素构造一元线性方程，通过方程中两者的数学关系反映气候要素的时间变化特征，表示为[5]:

公式1

其趋势变化率方程为：

表达式1

其中，yi代表气候要素，xi为yi所对应的时间，a为常数，b为趋势系数。b绝对值的大小反映了气候要素的速率变化[6,7]。通常用气候变化倾向率即b×10来描述气候要素趋势变化，单位为℃/10a或mm/10a。

(2）累积距平统计量与信噪比：时间序列的某一个数xi与均值之差为距平值，即。在对气候要素进行分析中，经常会对气候要素的时间序列进行距平化处理，即用距平序列取代气候要素原始数据。累积距平法顾名思义是对每个时间序列距平值得累计，可以通过其判断气候变化，对研究区的突变点进行分析时可以采用该方法，对于序列x，某一时刻的累计距平如下[8]:

公式2

其中，xi为第i年的气候要素；为多年气候要素平均值。绝对值最大的年份为突变年份。

为了检验气候突变是否达到标准，计算转折年的信噪比：

公式3

其中，为转折年份前后气候要素的平均值；s1,s2为标准差。当S/N>1时，该气候要素存在突变，否则认为突变不明显。

3、结果与分析

3.1气温和降水量年际变化特性

对从沙坪坝库区获取的气象站60多年来的气象资料数据整理分析后，可以得到沙坪坝库区年平均气温曲线图，见图1。分析得到沙坪坝库区的年平均气温呈现上升趋势，且年气温上升速率为0.104℃/（10a）。根据资料得到多年平均气温为18.47℃，年际标准差为0.49。2006年最高气温是60多年气象监测测量资料中最高气温的最大值，为43℃；1956年最高气温是60多年气象监测测量资料中最高气温的最小值，为36.8℃；1996年最低气温是60多年气象监测测量资料中最低气温的最低值，为-1.7℃；2017年最低气温是60多年气象监测测量资料中最低气温的最大值，为4.7℃；年最大气温和年最小气温相差42.3℃，温差很大，对社会生产生活有很大影响。

图1年平均气温变化曲线

为了更好地对年平均气温的变化趋势进行表述，采用标准法对62年的年平均气温进行分析，当年平均气温与多年年平均气温的差值大于一个标准差时，认为气温异常，若当年平均气温大于多年平均气温，认为是偏暖年，反之为偏冷年。以此确定出，偏暖的年份为1963、1973、1998、2006、2007、2009、2013、2015、2016，偏冷的年份为1957、1968、1974、1976、1982、1984、1985、1986、1989、1993、1996其余为气温正常年，可以得到气温异常年占比32%。偏冷年大多集中在1998年前，偏暖年大多集中在1998年后。

图2年最高气温变化曲线

图3年最低气温变化曲线

从图2年最高气温变化曲线可以看出，60年来沙坪坝库区的年最大气温呈现上升趋势，气温上升速率为0.318℃/（10a）。从拟合曲线可以看出，其上升趋势较为明显，与年平均变化拟合曲线相比，其上升趋势近似为年平均气温上升趋势的3倍。从图3年最低气温变化曲线可以看出，60年来沙坪坝库区的年最低气温呈现明显的上升趋势，气温升高速率为0.371℃（10a）。从拟合曲线可以看出，其上升趋势较为明显，与年平均变化拟合曲线相比，其上升趋势近似为年平均气温下降趋势的3倍。

图4年降水量变化曲线

图4年降水量变化曲线下载原图

从图4年降水量变化曲线可以看出，60年来沙坪坝库区的年降水趋势呈现上升趋势，根据拟合曲线可以得到其降低速率为17.9mm/（10a）。其中年均降水量最大的年份出现在1998年，降水量达到1508mm，年均降水量最小的年份出现在1958年，降水量达到738.2mm，年际标准差为183.68mm。采用标准法对62年的年降水量变化进行分析，将异常降水年分为降水充沛年份和降水稀少年份[8]。依次为根据，则降水充沛年分为1965、1968、1996、1998、1999、2002、2007、2014、2015、2016降水稀少年份为1958、1959、1961、1971、1987、1995、1997、2001、2006、2011其余为正常降水年。可以得到降水量偏多年大多集中在1998年后，偏小年大多集中在1998年前。

3.2气温和降水量年代变化特性

表1气温和降水年代变化

由表1可知，沙坪坝库区的年平均气温在20世纪60年代开始下降，至90年代开始回升，21世纪初呈现下降趋势，进入10年后，温度有所上升。从最高气温的年代变化来看，20世纪70年代，最高气温有所下降，21世初以后，沙坪坝区年代最高气温呈现稳步上升趋势。从最低气温的年代变化来看，20世纪60年代到21世纪初，最低气温逐渐升高。从年代降水量上进行分析，除20世纪90年代降水量相对较少以外，其余年代降水较为充沛。

3.3气温和降水量季节变化特性

3.3.1气温季节变化

图5四季平均气温变化

为了对年气温季节变化进行分析，采用中国通用的季节划分方法，3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，12-2月为冬季，年平均气温季节变化特征见图5。

从气象观测资料及图表可以得知，沙坪坝区春季平均气温在18.4℃左右，气温略有上升趋势，根据拟合曲线可知气温上升速率为0.095℃/（10a）；夏季平均气温在27.4℃左右，气温略有上升趋势，气温上升速率为0.035℃/（10a）；秋季平均气温在18.9℃左右，气温呈现上升趋势，气温升高速率为0.169℃/（10a）。冬季平均气温在9.0℃左右，气温略有上升，气温降低速率为0.142℃/（10a）。

由以上分析可知，沙坪坝库区四季气温均有所上升，其中秋季和冬季气温上升趋势较为明显，春、夏两季气温基本保持稳定。从离散性上分析，沙坪坝区春季、夏季气温较为稳定，秋、冬季年平均气温的差异较大。

3.3.2降水季节变化

图6四季降水变化

年降水季节划分与年气温季节划分相同，年降水季节变化特征见图6。

从气象观测资料及图表可以得知，沙坪坝库区春季降水在288.3mm左右，降水量呈现上升趋势，根据拟合曲线可知降水量上升速率为6.8mm/（10a）；夏季降水量在483.1m左右，降水量呈现上升趋势，降水量上升速率为12.2mm/（10a）；秋季降水在273.5mm左右，降水量呈现下降趋势，降水量降低速率为1.2mm/（10a）；冬季降水量在66.1mm左右，降水量呈现下降趋势，降水量下降速率为可忽略不计。

由以上分析可知，沙坪坝库区春季、夏季降水量有所增多且夏降水量上升趋势大致为春季的2倍。秋季、冬季降水量有所减少，其中冬季降水量较少趋势基本可忽略不计。

3.4气温和降水量突变年分析

图7是沙坪坝库区年平均气温变化的累计距平曲线，根据曲线进行分析可以得知，沙坪坝库区年平均气温累计距平值大致呈现先减小后增加的趋势，既1956年至1996年逐步下降1996年以后呈现逐步上升趋势。1999年作为转折年，极有可能是突变年，经过检测信噪比0.64<1.0，不存在突变年份。

图8是沙坪坝库区年降水量变化的累计距平曲线，根据曲线进行分析可以得知，沙坪坝库区年降水量累计距平值整体呈现先减小后增加的复杂变化趋势，既1956年至1996年有所减小，1996年至2011年呈现略有上升并保持稳定，2011年后呈现快速上降趋势。1995年作为转折年经过信噪比检测0.20<1.0，因此年平均降水也不存在突变年份。

图7年平均气温累计距平变化曲线

图8降水量累计距平变化曲线

4、结论与展望

4.1根据气温和降水量年代变化特性，62年来沙坪坝库区气温和降水呈现减小趋势，大致年平均气温每下降1℃，年降水量减少171mm。根据气温和降水量年际变化特性分析，沙坪坝区冬季最低气温在逐渐上升。

4.2沙坪坝区四季气温变化趋势为春、夏两季平均气温基本稳定，秋、冬两季平均气温升高，四季降水量变化表现为春、夏两季降水量有所增加，秋、冬两季降水量有所减小。

4.3降水量增加主要集中在春、夏两个阶段，温度增加主要体现在秋、冬两季，降水与温度增加不具有明显的相关性。

参考文献：

[1]吴哲红,詹沛刚,陈贞宏,等.基于CI指数和K指数的近40a贵州安顺区域干旱演变特征[J].冰川冻土,2013,35(4):1044-1055.

[2]黄桂东,陈波,罗林勇,等.基于黔南州区域自动气象站资料的干旱分析[J].中低纬山地气象,2018,42(1):61-65.

[3]徐德智,张杰,杨帆,等.基于SPI的黔东南州近52a的干旱特征分析[J].贵州气象,2015,39(1):9-13.

[4]姚正兰,赵大清,姚章福.遵义市近63a气象干旱变化趋势及成因分析[J].贵州气象,2015,39(5):8-13.

[5]殷红,张美玲,辛明月,等.近50年沈阳气温变化与城市化发展的关系[J].生态环境学报,2011,20(3):544-548.