1960-2013年福州地区气候变化和突变分析

１９６０—２０１３年福州地区气候变化和突变分析水　福州市气象局林凌李岩赖绍钧　［摘要］　利用１９６０－－２０１３年福州地区８个国家气象观测站的气温和降水资料，采用趋势系数法对福州地区近５３年来的气候　变化特征进行定量分析，采用Ｍａｎｎ．Ｋｅｎｄａｌｌ法对气温和降水序列进行突变分析，同时利用Ｙａｍａｍｏｔｏ法和滑动ｔ检验法对突　变点的真伪做了验证。结果表明，福州地区８站平均气温、最高和最低气温的季节年际变化均呈上升趋势，其中平均气温（除　闽侯外）和最低气温都是冬季增暖幅度最大，夏季次之；最高气温春季增暖幅度最大，夏季次之。各站气温的突变点先后出　现在２０世纪９Ｏ年代。８站降水量的年和季节变化趋势不明显，除闽清和永泰的年降水量呈下降趋势外，其他６站的年降水量　均呈上升趋势。福州、长乐、福清的四季降水量均呈上升趋势，其余５站的降水量随季节有增加也有减少。但是冬季各站降　水量均呈上升趋势。除福清站的年降水量在１９９６年存在突变外，其余７站均未发生突变。这些结果对进一步研究和预测福州　地区气候有重要意义，同时也为决策者提供决策依据。　［关键词］　气候突变Ｍａｎｎ．Ｋｅｎｄａｌｌ检验Ｙａｍａｍｏｔｏ法滑动ｔ检验福州　Ｏ引言　气候突变是普遍存在于气候系统中的一种重要现象，　是指气候从一种稳定态（或稳定持续的变化趋势）跳跃式　地转变到另一稳定态（或稳定持续的变化趋势）的现象，　它表现为气候在时空上从一个统计特征到另一种统计特征　的急剧变化［１］。显然，如果能够把气候状态转变发生的条件、　充沛。福州东临台湾海峡，北面和南面都有海拔高度不同　的丘陵存在，同时闽江自西向东贯穿城市而过，这些因素　构成了福州独特的地理位置和山谷地形地貌。自２０世纪８０　年代以来，由于人类活动的加剧，大量排放的ＣＯ２、ＣＨ　等温室气体的作用，全球气候变暖越来越明显【　Ｊ。气候变暖　对自然环境和人类社会环境及各种经济活动都会产生一系　列的影响，改革开放以来，随着国民经济的迅速发展，福　发生的原因弄清楚，从而能正确预测突变发生的时间和方　式，对气候预报有重要意义　】。　州地区的气候也发生了一定的变化。一方面城市粗糙度的　改变影响了城市边界层结构，另一方面城市地表覆盖的改　变造成了地表长波辐射状况的变化。然而，福州地区的气　候变化究竟呈现什么特征，气温和降水是否存在突变，这　是值得深入研究的问题。　许多气象学家已经发现气候突变现象，并运用不同的　研究方法对我国不同省份或地区开展了气候突变的研究。　赵芳芳等【３】对黄河兰州以上气候要素突变研究表明，４２年　来全区平均变暖０．７６℃，气温、降水量和日照时数分别在　２０世纪８０年代的末期、中期和初期发生了突变，２０世纪　８０年代的突变最为明显。李珍等【４］对新疆４３年来气候突变　分析指出，年平均最低气温上升速率明显高于年平均最高　气温，年平均日较差呈显著下降趋势，年降水量为增加趋　１资料与方法　１．１资料来源与划分　本研究采用的资料来源于福州地区８个国家气象观测　站的气温和降水数据（已经过质量控制），资料时段统一　在１９６０－－２０１３年。设定研究区域的四季分别是春季３～５　月，夏季６～８月，秋季９～１１月，冬季１２月～次年２月。　１．２研究方法　势。闵晶晶等【５　对京津冀地区近３０年冰雹的气候研究表明，　该地区的冰雹有明显减少趋势，北部地区比南部地区减少　幅度要大，山地区域比平原地区减少幅度大；戴洋等【６　对若　尔盖高原湿地的气候研究表明，该地区气候呈现较明显的　暖干化趋势，总云量持续减少，ＥＩ照时数上升，平均气温　明显上升，气温日较差逐渐减小。　福州地区属亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨量　＋基金项目：福州市科技局社会发展项目（２０１３一ｓ一１１４）。　首先利用Ｍａｎｎ．Ｋｅｎｄａｌｌ法对福州地区８个站点的气温　和降水进行了检验，该方法具有检验范围宽、定量化程度　高、人为性小等特点，是目前突变性检验方法中应用较多　且理论意义最为明显的一种。具体做法是分别计算顺序气　２０１６年第９期（总第１１７期）　３　１９６０－２０１３年福州地区气候变化和突变分析　候序列的统计量ｕＦｋ和逆序气候序列的统计量ＵＢ　，给定显　著性水平ａ＝０．０５，若ＵＦｋ＞０，则表明序列呈上升趋势，ＵＦｋ＜０，　表１　１　９６０—２０１　３年福州地区８个站点平均气温季节和　年际变化趋势数据　则表明呈下降趋势，超过临界线表明趋势显著，两条线交　点为突变点。Ｙａｍａｍｏｔｏ法通过计算信噪比判断２个相邻子　序列的均值是否存在差异来检验突变。信噪比定义为：　Ｉ一一　Ｉ／Ⅳ：—ｉｘｌ－ｘ２ｔ，其中一Ｘ１、　和　、　分别为转折年份前　—＋ｃｒ２　后两个阶段要素的平均值和标准差。规定Ｓ／Ｎ＞１时，可认　为该要素在这个年份存在气候突变。滑动ｔ检验法和　Ｙａｍａｍｏｔｏ法的原理相似，都是用来检验两随机样本平均值　的显著性差异，有直观、简便的特点。由于子序列长度　的选择带有人为性，可能使计算结果产生漂移，带来某种　程度上的困惑，为了避免这种情况的发生，在应用时结合　具体的需要选择　，并不断变动　，以增进检查结果的可靠　注：　、”、”　表不线性拟合相关系数的信度分别超过ｏ．０５、ｏ．Ｏｌ、ｏ．ＯＯｌ。　１９６０－－２０１３年福州地区８站最低气温季节和年际变化　趋势（表２）同样反映出冬季增暖幅度最大，为０．４３℃・（１０ａ）　（闽清、福清）～０．２５￣Ｃ・（１０ａ）　（闽侯）；夏季次之，为　性。经Ｍａｎｎ．Ｋｅｎｄａｌｌ法检验后，如某序列存在突变点，再　利用滑动ｔ检验法和Ｙａｍａｍｏｔｏ法对突变点进行信度检验，　判断其是否达到气候突变的标准，从而验证突变点的真伪，　增强突变分析结果的可信度。　０．３１℃・（１０ａ）　（福清）～Ｏ．Ｏ８℃・（１０ａ）　（闽侯）；秋季稍弱，为　０．２９℃・（１Ｏａ）。（长乐）一０．０８℃・（１０ａ）。（闽侯），春季稍弱，为　０．２２℃・（１０ａ）　（长乐）～０．０６￣Ｃ・（１Ｏａ）。（闽清、永泰）。８站点年　２气候特征分析　２．１气温　平均最低气温增长率为０．３０　ｏＣ・（１０ａ）　（福清）～０．１３℃・（１０ａ）。　（闽侯）。　１９６０－－２０１３年福州地区８站最高气温季节和年际变化　趋势则反映出夏季增暖幅度最大，为０．５０￣Ｃ－（１０ａ）　（闽侯）～　０．１１℃・（１０ａ）　（永泰）；春季次之，为０．４１℃・（１０ａ）　（闽侯）～　Ｏ．０１℃・（１Ｏａ）。（永泰）；秋季稍弱，为０．３４￣Ｃ・（１０ａ）。（闽侯）～　２．１．１气温变化趋势　从１９６０－－－２０１３年福州地区８个站点春、夏、秋、冬四　季及年平均气温变化趋势数据（表１）可以看出，除闽侯外，　其他站点都是冬季增暖幅度最大，为０＿３１℃・（１０ａ）。（闽清）～　Ｏ．２２　ｏＣ・（１０ａ）　（闽侯、连江）；夏季次之，为Ｏ．２８℃・（１０ａ）　（长　乐）～Ｏ．１６℃・（１０ａ）　（永泰）；秋季稍弱，为０．２２℃・（１０ａ）　（长　乐）～０．１２￣Ｃ・（１０ａ）　（永泰），春季稍弱，为０．２２℃・（１０ａ）　（长　０．１１℃・（１Ｏａ）　（闽清），冬季稍弱，为Ｏ．３４℃・（１０ａ）　（闽侯）～　０．０４￣Ｃ・Ｏ０ａ）　（永泰）。８站点年平均最高气温增长率　０．４０℃・（１Ｏａ）。（闽侯）～０．０５℃・（１Ｏａ）。（永泰）。其中闽侯最高气　温的季节和年际增长率都为８站之首。　单位：℃・（１０ａ）　乐）～０．１０￣Ｃ・（１０ａ）　（闽清）。　表２　１９６０—２０１３年福州地区８个站点平均最低和最高气温季节和年际变化趋势数据　注：・、”、一＋表示线性拟合相关系数的信度分别超过０．０５、Ｏ．Ｏｌ、ｏ．ｏｏ１。　从１９６０－－２０１３年福州地区８站平均气温的年际变化趋　势可以看出，近５３年来，８站年平均气温均呈上升趋势，并　且相关系数在０【＝０．００１显著性水平上是显著的。其中，长乐　４　２０１６年第９期（总第１１７期）　和福清的年平均气温倾向率分别达到０．２５　ｏＣ・（１０ａ）。和　Ｏ．２２　ｏＣ－（１０ａ）～，略高于福州市区的Ｏ．２１℃・（１０ａ）～；罗　源、闽清、闽侯的气温倾向率略低于福州市区，均为　０．２０￣Ｃ・（１０ａ）～；其次是连江，为０．１９￣Ｃ・（１０ａ）～；增暖幅　ｎ　ｎ　柏　Ｓ　Ｏ　５　Ｏ　Ｓ　螗　墟　Ｏ　Ｓ　ｎ　ｎ　５　Ｏ　Ｓ　Ｏ　∞蜉矩　Ｓ　Ｏ　Ｓ　度最小的是永泰，为０．１４℃・（１０ａ）～。８站年平均最高和最　低气温倾向率分别为０．３４＂Ｃ・（１０ａ）　（长乐）～０．０４℃・（１０ａ）　（永泰）和０．３００Ｃ・（１０ａ）　（福清）一０．１３￣Ｃ・（１０ａ）　（闽侯）。　Ｙ＝０．０２Ｓｘ・３１．２８　Ｒｚ＝Ｏ　４７６　＾＾．　＾』　ｌ　＾＾。　．．１　Ｉ。Ｖ　赠　）［　ｌ＾／ｖ　ｙ　Ｉ　Ｉ　１９６０　ｌ９７Ｏ　１９８０　ｉ９９０　２０００　２０１０　年份　（ａ）长乐年平均气温变化趋势　Ｙ　０．０２１ｘ　２２．０５　＝０２４３１　ｔ　一　．＾八＾Ｉ一　．．　．．．　五Ａ１　１ｒ　、』、　ⅣＶｙ　赠　Ｔ’ｙ—Ｖ　ｙ　１９ｒａｏ　１９１０　１９８０　１９９０　Ｚ０００　Ｚ０１０　年份　（ｂ）福州年平均气温变化趋势　图１　１９６０—２０１３年长乐、福州平均气温年际变化趋势图　２．１．２气温突变分析　对１９６０－－２０１３年福州地区８站年平均气温作Ｍａｎｎ．　Ｋｅｎｄａｌｌ检验曲线（图２）可以看出，福州站从２０世纪６０　年代中期至８０年代中前期基本上ＵＦｋ＜０，年平均气温呈下　降趋势；之后ｕ　值由负值转为正值并逐渐增大，年平均　气温处于上升趋势，并在９０年代中期超过＋１．９６信度线，　增温趋势显著。在土１．９６临界线之间，ＵＦｋ和ＵＢｋ相交于１９９０　年，是突变的开始，年平均气温向着变暖的方向变化。同　理可以得到其它站点年平均气温的突变点均为１９９０年（部　分图略）。　羹　（ａ）福州　嘲　：　ｊ蠹；　年份　（ｂ）长乐　嘲　螺　年份　（ｃ）闽清　嘲　鑫　年份　（ｄ）永泰　图２　１９６０—２０１３年福州４个站点年平均气温　Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ检验曲线图　同理，对８站年平均最高和最低气温做Ｍａｎｎ．Ｋｅｎｄａｌｌ　检验可见，８站年平均最高气温的突变点分别是长乐１９９０　年，闽侯１９９１年，福清、福州、连江１９９６年，闽清、永　泰１９９８年，罗源１９９９年；年平均最低气温的突变点分别　是福州１９９２年，长乐、永泰１９９３年，罗源１９９５年，闽清　１９９５年，福清、闽候１９９６年，连江２０００年。　对福州站年平均气温（１９９０年）、年平均最高气温（１９９６　年）和年平均最低气温（１９９２年）突变点前后不同时段作　滑动ｔ检验和Ｙａｍａｍｏｔｏ检验（表３）表明，对于福州站年　平均气温序列，当　Ｊ＝ｎ２＝８，１０，１７时，ｔｏ＞ｔａ分别通过了　２０１６年第９期（总第１１７期）　５　１９６０—２０１３年福州地区气候变化和突变分析　ａ＝０．０５，Ｏ．０１，０．００１的信度水平检验，且信噪比Ｓ／Ｎ＞１，表　明福州站１９９０年平均气温突然上升，突变点是可信的。同　理，福州站年平均最高气温（１９９６年）和年平均最低气温　（１９９２年）的突变点也是可信的。另外对其余７站年平均　气温、年平均最高和最低气温各突变点前后不同时段作滑　动ｔ检验和Ｙａｍａｍｏｔｏ检验（表略）也表明，之前经　Ｍａｎｎ．Ｋｅｎｄａｌｌ检验出的突变点是可信的。　表３福州站年平均气温、年平均最高和　最低气温突变点信度检验　注：　、　、　表不线性拟合相关系数的信度分别超过０．０５、０．Ｏｌ、ｏ．ＯＯｌ。　２．２降水　２．２．１降水变化趋势　从１９６ｏ＿＿２Ｏ１３年福州地区８站春、夏、秋、冬四季及　年降水量的变化趋势数据（表４）可以看出，降水量的季节　和年际变化趋势都不明显（仅福清站年降水量趋势线性拟　合相关系数的信度超过０．０１）。福州、长乐、福清的四季　降水量均呈上升趋势，其余５站的降水量在不同季节有增　加也有减少。冬季各站降水量均呈上升趋势，降水增加率　为１．０３０ｍｍ／ａ（闽侯）～０．５５４ｍｍ／ａ（长乐）。年降水量除　闽清和永泰呈下降趋势外（降水量减少率分别为　一１．５１８ｍｍ／ａ和一１．１３１ｍｍ／ａ），其余６站均呈上升趋势，降　水量增加率为８．０１８ｍｍ／ａ（福清）～Ｏ．２１１　ｍｍ／ａ（罗源）。　表４　１　９６０—２０１　３年福州地区８站点降水量季节和　年际变化趋势数据　（ｍｍ／ａ）　注：　＋表示线性拟合相关系数的信度超过０．Ｏ１。　６　２０１６年第９期（总第１１７期）　２．２．２降水突变分析　对１９６０－－２０１３年８站年降水量作Ｍａｎｎ　Ｋｅｎｄａｌｌ检验曲　线可以得出，除福清外，其余７站ＵＦ　曲线均没有超过置　信区间，年降水量没有发生突变。福清站的ＵＦｋ和ＵＢｋ曲　线相交于１９９６年，位于置信区间内，是突变的开始，且ｕＦｋ　曲线在２００６年开始超过＋１．９６信度线，增加趋势显著。为　进一步验证该突变点的真伪，对福清站年降水量突变点　（１９９６年）前后不同时段作滑动ｔ检验，发现当＂，＝　＝１４，　１５，１６，１７时，　均通过了ａ＝０．０５的信度水平检验，该　突变点可信。　３结果与讨论　经过分析１９６０－－２０１３年福州地区８站的气温和降水资　料，得到以下结论：　（１）８站平均气温、最高气温和最低气温的年和季节　变化均呈现上升趋势，其中平均气温（除闽侯外）和最低　气温都是冬季增暖幅度最大，夏季次之；最高气温春季增　暖幅度最大，夏季次之。各站气温的突变点先后出现在２０　世纪９Ｏ年代。　（２）８站降水量的年和季节变化趋势不明显，除闽清　和永泰的年降水量呈下降趋势外，其余６站的年降水量均　呈上升趋势。福州、长乐、福清的四季降水量均呈上升趋　势，其余５站的降水量在不同的季节有增加也有减少。但　是冬季各站降水量均呈上升趋势。除福清站在１　９９６年存在　突变外，其余７站的年降水量都没有发生突变。　以上结果对进一步研究和预测福州地区气候有重要意　义，但是造成福州地区气候突变的原因比较复杂，既包括　全球气候变化的宏观效应，也有区域人类活动影响的成分。　特别是改革开放以来，福州地区经历了一个快速的城市化　过程，由此带来的城市气候和环境问题也引起人们的广泛　关注。那么，福州地区的气候突变是否与城市化有关，其　程度将会如何进一步变化，这些问题将在下一步研究工作　中进行深入探讨。　参考文献：　【１］符淙斌，王强．气候突变的定义与检测方法［Ｊ］＿大气科学，１９９２，１６（４）：　４８２．４９２．　［２】符淙斌．气候突变现象的研究［Ｊ］．大气科学，１９９４，１８（３）：３７３—３８４．　［３赵芳芳，３】徐宗学．黄河兰州以上气候要素长期变化趋势和突变特征分析【Ｊ】　气象学报，２００６，６４（２）：２４６．２５５．　［４］李珍，姜逢清．１９６１－－２００４年新疆气候突变分析【Ｊ】．冰川冻土，２００７，２９（３）：　３５ｌ一３５９．　［５］闵晶晶，曹晓钟，段宇辉，等．近３Ｏ年“京津冀”地区冰雹的气候特征和突变　分析［Ｊ］气象，２０１２，３８（２）：１８９－１９６．　［６］戴洋，罗勇，王长科，等．１９６１－２００８年若尔盖高原湿地的气候变化和突　变分析［Ｊ］．冰川冻土，２０１０，３２（１）：３５—４２．　［７】王绍武．近百年气候变化与变率的诊断研究［Ｊ］．气象学报，１９９４，５２（３）：　２６１—２７４