1961—2020年青海黄南州气温变化特征分析.pdf

19612020 年青海黄南州气温变化特征分析李延林1吴宝青2丁立善1李加本2（1黄南州气象局，青海同仁 811399；2泽库县气象局，青海泽库 811400）摘要根据 19612020 年黄南州北部同仁和南部泽库两个站的气温资料，通过统计诊断方法分析了该地区气温变化特征。结果表明：在全球变暖的大背景下，近 60 年，黄南州平均气温呈明显的上升趋势，每 10 年同仁上升 0.436，泽库上升 0.466；冬季变暖趋势最明显，秋季增温次之，各个季节的显著升温导致了年平均气温显著上升；年平均最高和平均最低气温的变化存在不对称性，即年平均最低气温的上升幅度显著大于年平均最高气温的上升幅度；黄南地区年平均气温在 20 世纪 90 年代中期经历了一次突变过程，突变后升温速率明显增大。年平均最高气温突变时间与年平均气温突变时间一致，年平均最低气温突变时间在 19931994 年，略早于年平均气温。关键词气温；变化特征；变异系数；M-K 检验；青海黄南；19612020 年中图分类号P467文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）21-0159-05DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.21.039开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Analysis on Characteristics of Temperature Change in Huangnan Prefecture in Qinghaifrom 1961 to 2020LI Yanlin1WU Baoqing2DING Lishan1LI Jiaben2(1Huangnan Meteorological Bureau,Tongren Qinghai 811399;2Zeku Meteorological Bureau,Zeku Qinghai 811400)AbstractAccording to the temperature data of Tongren Station in the north and Zeku Station in the south ofHuangnan Prefecture from 1961 to 2020,the characteristics of temperature change in this region were analyzed bystatistical diagnosis methods.The results showed that under the background of global warming,the average temperaturein Huangnan Prefecture showed a significant upward trend in the past 60 years,with an increase of 0.436 in TongrenStation and 0.466 in Zeku Station every 10 years.The warming trend in winter was the most obvious,followed by thatin autumn.The significant warming in each season led to the significant warming of the annual average temperature.There was an asymmetry between the annual average maximum temperature and the average minimum temperature,thatwas,the increase of the annual average minimum temperature was significantly greater than the increase of the annualaverage maximum temperature.The annual average temperature in Huangnan region experienced a sudden changeprocess in the middle of 1990s,and the heating rate increased significantly after the sudden change.The sudden changetime of the annual average maximum temperature was consistent with the sudden change time of the annual averagetemperature.The sudden change time of the annual average minimum temperature was about 1993-1994,which wasslightly earlier than that of the annual average temperature.Keywordstemperature;change characteristic;variable coefficient;M-K test;Huangnan Qinghai;1961-2020第一作者 李延林（1977），男，副研级高级工程师，从事应用气象工作。E-mail：lmsj_收稿日期 2023-02-23随着全球极端气候事件频发，以变暖为代表的气候变化成为人们最为关注的科学问题之一。IPCC 第五次报告指出，全球地表持续升温，增温趋势在19792012 年间达到 0.2540.273/10 a1。中国区域对全球变暖响应显著，近 50 年增温幅度为 0.61.1/10 a2。气候变化会改变水资源量的时空分布，影响生态环境并制约社会经济发展。气温作为最基现代农业科技2023 年第 21 期资源与环境科学159现代农业科技2023 年第 21 期资源与环境科学本的气候要素，对生态环境的变化起着决定性作用3。许多研究表明，全球气温变化区域差异明显4-7，高原气候变暖显著8-12。黄南藏族自治州简称黄南州，位于青海省东南部、三江源保护区东部，因地处黄河之南而得名。全州总面积 1.82 万 km2，下辖 1 个市、3 个县，自北而南依次为尖扎县、同仁市、泽库县、河南蒙古族自治县。州域地势南高北低，南部泽库、河南两县属于青南牧区，海拔在 3 500 m 以上，气候高寒，是自治州发展畜牧业的主要基地；而北部尖扎县、同仁市主要是隆务河谷和黄河河谷地，海拔较低，在 2 0002 600 m 之间，是重要的农业生产区。热量是农作物生长发育和牧草生长的重要因子，而温度的高低及其变化特点是衡量一个地区热量资源多寡的主要标志。在全球变暖的背景下，黄南州气候变化趋势特别是区域气温变化，在以往的研究中涉及较少。因此，本文对黄南州区域气温变化进行分析研究，其结果对生态文明建设和农牧业生产具有重要意义。1资料与方法1.1数据资料来源本文主要数据资料来源于黄南州地区的同仁、泽库 2 个国家气象观测站，其资料年限长、站址无迁移。同仁站海拔高度 2 491.4 m，位于北纬 3533、东经 10202，代表黄南州北部农业区；泽库站海拔高度3 662.8 m，位于北纬 3502、东经 10128，代表黄南州南部高寒牧区。选取平均、最高、最低气温资料进行分析，均为经过青海省气象信息中心数据质量控制的数据资料。文中四季划分如下：35 月为春季，68 月为夏季，911 月为秋季，12 月至次年 2 月为冬季。1.2研究方法本文利用变异系数、线性倾向率、M-K 检验分析等方法分析 19612020 年黄南州北部和南部气温的年际和各季节时空分布特征。变异系数（Cv）能够描述气象要素在不同年代的相对变化情况，分析其可以了解气象要素变化的程度及其稳定性13-14。Cv1.0 为高度变异性。线性倾向估计方法以时间为自变量、气象要素为因变量建立一元回归方程，根据回归系数确定气温变化的趋势与大小。M-K 检验是一种非参数统计检验方法，其主要优点是样本可不服从正态分布。在 M-K 突变检验中，分析统计量曲线 UF 和 UB 两条曲线，当它们超过临界值时，表明上升或下降趋势显著，超过临界值的范围可确定为出现突变时间的区域。如果 UF 和 UB 两条曲线出现交点，且交点在两条临界线之间，则交点对应年份便是突变开始的时间15-16。2结果与分析2.1年平均气温变异系数表 1 为同仁、泽库各年代平均气温的变异系数，可反映气温的变异程度。可以看出，同仁年平均气温各个年代均表现为弱变异性，泽库年平均气温除 20 世纪 60 年代是弱变异性外，其他各个年代均表现出中等变异性。两地变异系数最大值均在 20 世纪 90 年代，说明黄南州在 90 年代是分析期内气温年际变化波动最明显的阶段。进入 21 世纪以后，两地变异系数都相对较小，说明气温变化波动较前期平缓，基本处于偏暖阶段。2.2年平均气温变化2.2.1年平均气温距平变化气温距平表示一个地区温度序列的振幅区间。经统计，近 60 年（19612020 年）同仁和泽库的平均气温分别为 5.9 和-1.5。图 1 为 19612020 年同仁和泽库年平均气温距平变化和 5 阶多项式拟合曲线。可以看出，年平均气温的整体上升趋势非常明显。20 世纪 6080 年代，黄南州南、北部平均气温都较低，一直呈现为负距平，同仁年际变化较平缓，泽库呈明显的上升趋势；20 世纪 90 年代两地平均气温都在较大的范围内波动，1997 年以后两地年平均气温都呈正距平，均呈明显的上升趋势；2011 年以后，这种变化趋于平缓。总体来看，黄南地区年平均气温的变化可以分为两个阶段，即 19611995 年是冷期，1996 年至今为暖期。依据中国气象局发布的 气候公报编写规范（QX/T 5732020）17，年平均气温距平小于-1.0、大于 1.0 的年份分别为偏冷年、偏暖年。统计得到，同仁 1962 年、1967 年、1970 年、1976 年、1977 年、表 1同仁、泽库各年代平均气温变异系数年代196119701971198019811990199120002001201020112020变异系数同仁0.0590.0580.0690.0750.0420.044泽库0.0800.1250.1090.1300.1120.1271601983 年、1984 年为偏冷年，共 7 年；1998 年、2006 年、2009 年、2010 年、2013 年、2014 年、2015 年、2016 年、2017 年、2018 年、2019 年为偏暖年，共 11 年。泽库1962 年、1963 年、1965 年、1967 年、1968 年、1970 年、1976 年、1977 年、1983 年为偏冷年，共 9 年；2006 年、2009 年、2010 年、2013 年、2014 年、2015 年、2016 年、2017 年、2018 年、2019 年、2020 年 为偏 暖年，共11 年。可见，偏冷年主要出现在 20 世纪 60 年代和 70年代，而偏暖年集中在 20012020 年，这也从年平均气温距平变化上得到了印证。2.2.2年平均气温变化倾向率分别计算 19612020 年同仁和泽库气温变化的线性倾向率。结果表明：近 60 年，同仁线性倾向率为0.436/10 a（趋势系数 r=0.864），泽库线性倾向率为0.466/10 a（趋势系数 r=0.902），并且均通过 0.01 水平的显著性检验。黄南州气温呈明显的上升趋势，显著高于全球地表增温趋势（0.2540.273/10 a1），也高于 19512020 年全国平均 0.26/10 a 的增长速率18。从增温趋势来看，黄南州南部增温速度明显高于北部。2.3气温的季节性变化分析表明，黄南州气温变化存在着季节性差异，表 2 列出了黄南州北部同仁和南部泽库在各年代春、夏、秋、冬四季平均气温距平值。可以看出，20 世纪80 年代以前各季平均气温都为负距平；80 年代起秋季和冬季率先增温，其与 60 年代相比，秋季平均气温同仁升高 0.5、泽库升高 0.9，冬季平均气温同仁升高 0.9、泽库升高 1.7；进入 90 年代以后，各季节都在明显变暖，秋、冬两季的增温趋势较缓，而春、夏两季增温加剧。对于各季节的气温变化，增温幅度最大的是冬季，20112020 年平均气温距平较 20 世纪 60 年代上升 2.33.2，秋季增温次之，各个季节的显著升温导致年平均气温的显著上升。2.4年平均最高气温和最低气温变化2.4.1年平均最高气温图 2 为年平均最高气温变化曲线。可以看出：黄南州整体年平均最高气温整体呈上升趋势，其线性倾向率同仁为 0.339/10 a（趋势系数 r=0.681），泽库为0.307/10 a（趋势系数 r=0.682），均通过 0.01 水平的显著性检验。两地平均最高气温变化较相似，20 世纪6070 年代均呈波动变化，进入 80 年代以后，两县年平均最高气温呈明显的波动上升趋势。2.4.2年平均最低气温年平均最低气温变化如图 3 所示，其整体上升趋势较平均最高气温明显，计算其线性倾向率，年平均最低气温同仁以 0.587/10 a（趋势系数 r=0.936）、泽库以 0.640/10 a（趋势系数 r=0.908）的速率上升，均通过 0.01 水平的显著性检验。两地年平均最低气温2.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.019601966197219781984199019962002200820142020年份年平均气温距平/多项式（同仁）线性（同仁）y=0.043 6x-86.783y=510-8x5-910-6x4+0.000 6x3-0.014 1x2+0.133 4x-1.134 82.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0年平均气温距平/19601965197019751980198519901995200020052020年份20102015多项式（泽库）线性（泽库）y=0.046 6x-92.665y=-410-8x5+610-6x4-0.000 3x3+0.006 1x2-0.022 6x-1.086 3ab注：a 为同仁年平均气温距平；b 为泽库年平均气温距平。图 1同仁和泽库年平均气温距平变化曲线表 219612020 年同仁和泽库各年代季平均气温距平单位：站点同仁泽库年代196119701971198019811990199120002001201020112020196119701971198019811990199120002001201020112020气温距平春季-0.4-0.5-0.80.00.71.0-0.7-0.3-0.30.10.60.8夏季-0.7-0.7-0.60.00.81.2-0.9-0.6-0.40.00.61.1秋季-0.9-0.7-0.40.10.81.1-1.1-1.0-0.20.00.81.4冬季-1.2-0.9-0.30.21.11.1-1.8-0.6-0.1-0.11.31.4李延林等：19612020 年青海黄南州气温变化特征分析161现代农业科技2023 年第 21 期资源与环境科学在 20 世纪 90 年代有一平缓期，其他时期都呈明显的波动上升趋势。结合图 2 和图 3 可以看出，气温变化不仅存在明显的季节性差异，而且年平均最高和平均最低气温的变化存在不对称性，即年平均最低气温的上升幅度显著大于年平均最高气温的上升幅度。2.5气温的突变分析气候突变是指在较短的时间内由一种相对较为稳定的气候状态过渡到另一种气候状态的变化。它是气候系统非线性性质的一种表现，是普遍存在于气候变化中的一个重要现象，也是气候预测与模拟要考虑的重要因素。图 4、图 5 分别给出了泽库和同仁年平均气温的 M-K 检验曲线。可以看出，同仁和泽库的两条曲线都在 19941995 年有一个交点，这可以说明黄南州地区气温在 20 世纪 90 年代中期经历了一次突变过程，突变后升温速率明显增大。用同样的方法对黄南州两地年平均最高和最低气温进行检验，发现也均存在突变现象，年平均最高气温突变时间与年平均气温突变时间一致，而年平均最低气温突变时间在 19931994 年，突变时间略早于年平均气温。3结论分析结果表明，19612020 年这 60 年间，黄南州北部同仁年平均气温各个年代均表现为弱变异性，南部泽库年平均气温除了 20 世纪 60 年代是弱变异性以外，其他各个年代均表现为中等变异性。黄南地区年平均气温的变化可以分为两个阶段：19611995 年是冷期，19962020 年为暖期。统计偏冷和偏暖年份，偏冷年主要出现在 20 世纪 60 年代和 70 年代，而偏暖年集中在 20012020 年，其与年际气温变化的冷期和暖期相一致。近 60 年，黄南州平均气温呈明显的上升趋势，每 10 年北部的同仁上升 0.436，南部的泽库上升 0.466。从增温的趋势来看，黄南州南部增温速度明显快于北部。黄南州气温变化存在着明显的季节性差异。冬季变暖趋势最明显，秋季增温次之，各个季节的显著升温导致了年平均气温的显著升高。年平均最高和平均最低气温的变化存在不对称性，即年平均最低气温的上升幅度显著大于年平均最高气温的上升幅度。通过 M-K 突变检验，黄南地区年平均气温在 20 世纪 90 年代中期经历了一次突变过程，突变后升温速率明显增大。年平均最高气温突变时间与年平均气温突变时间一致；年平均最低1641412108619601965197019751980198519901995200020052020年份20102015年平均最高气温/同仁泽库线性（同仁）线性（泽库）y=0.033 9x-54.046y=0.030 7x-54.316图 2同仁和泽库年平均最高气温变化曲线3-11年平均最低气温/-3-5-7-9-1119601965197019751980198519901995200020052020年份20102015y=0.058 7x-116.68R2=0.876 2y=0.064x-135.42R2=0.824 6同仁泽库线性（同仁）线性（泽库）图 3同仁和泽库年平均最低气温变化曲线8-2-4642019601965197019751980198519901995200020052020年份20102015UFUB临界线统计值图 4同仁年平均气温的 M-K 检验曲线196019701980199020002020年份2010UFUB临界线10-2-464208统计值图 5泽库年平均气温的 M-K 检验曲线162气温突变时间在 19931994 年，略早于年平均气温突变时间。参考文献1 董思言，高学杰.长期气候变化：IPCC 第五次评估报告解读J.气候变化研究进展，2014，10（1）：56-59.2 赵宗慈，王绍武，徐影，等.近百年我国地表气温趋势变化的可能原因J.气候与环境研究，2005，10（4）：808-817.3 唐红玉，杨小丹，王希娟，等.三江源地区近 50 年降水变化分析J.高原气象，2007，26（1）：47-54.4 陈效逑，彭嘉栋，李慧敏.内蒙古地区气温变化的季节和区域差异J.地理研究，2009，28（1）：27-35.5 李宗省，何元庆，辛惠娟，等.我国横断山区 19602008 年气温和降水时空变化特征J.地理学报，2010，65（5）：563-579.6 王少鹏，王志恒，朴世龙，等.我国 40 年来增温时间存在显著的区域差异J.科学通报，2010，55（16）：1538-1543.7 尹云鹤，吴绍洪，陈刚.19612006 年我国气候变化趋势与突变的区域差异J.自然资源学报，2009，24（12）：2147-2157.8 林振耀，赵昕奕.青藏高原气温降水变化的空间特征J.中国科学（D 辑：地球科学），1996，26（4）：354-358.9 宋辞，裴韬，周成虎.1960 年以来青藏高原气温变化研究进展J.地理科学进展，2012，31（11）：1503-1509.10 吴成启，唐登勇.近 50 年来全球变暖背景下青藏高原气温变化特征J.水土保持研究，2017，24（6）：262-266.11 吴绍洪，尹云鹤，郑度，等.青藏高原近 30 年气候变化趋势J.地理学报，2005，60（1）：3-11.12 余莲，封彩云.青藏高原近期气候变化研究进展J.高原山地气象研究，2012，32（3）：84-88.13 马开玉，张耀存，陈星.现代应用统计学M.北京：气象出版社，2004：15-16.14 孙特生，李波，张新时.内蒙古皇甫川流域作物生长期气候旬变异特征及其对作物产量效应分析J.干旱地区农业研究，2012，30（3）：184-193.15 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术M.2 版.北京：气象出版社，2007.16 符淙斌，王强.气候突变的定义和检测方法J.大气科学，1992，16（4）：482-493.17 中国气象局.气候公报编写规范：QX/T 5732020S.北京：气象出版社，2020.18 中国气象局气候变化中心.中国气候变化蓝皮书：2021M.北京：科学出版社，2021.（上接第 148 页）63.32%，平均土壤侵蚀模数为 1 085 t/（km2a），年土壤侵蚀总量 9.68 万 t。侵蚀类型主要为水力侵蚀，面蚀分布较为广泛，且部分地区有沟蚀出现。因此，对小流域的水土流失现象应进行适当的人工干预，合理配置和种植固堤防沙类植株，保护水土资源，推动水土流失治理，提高农业生产能力10。同时，开展小流域水土流失综合治理规划研究和生态环境退化机制研究11，并加强对附近居民的宣传教育，让更多的人加入小流域环境保护工作中，蓄水保土，涵养水源，使该区域的物种多样性得到有效保护，助推沙堆河生态清洁小流域建设。参考文献1 伍霞.生态清洁小流域水土保持综合治理对策探究J.南方农业，2022，16（4）：211-213.2 杨忠发，胡永胜.无为市丁家山生态清洁小流域治理模式分析J.江淮水利科技，2020（5）：18.3 周黄接.生态清洁小流域综合治理对水源地保护的意义J.农业开发与装备，2021（6）：81-82.4 张菁，杨晓菁，伊剑锋，等.湖北通城繁殖季节鸟类多样性年际动态及生境差异J.湖北林业科技，2021，50（4）：24-29.5 马鹏飞.不同坡度及降雨条件下通城县崩岗崩壁稳定性分析D.宜昌：三峡大学，2021.6 徐涵秋.福建省长汀县河田盆地区近 35 年来地表裸土变化的遥感时空分析J.生态学报，2013，33（10）：2946-2953.7 李坚.基于分形理论滇池流域水土流失生态影响评价D.北京：北京林业大学，2011.8 刘小瑜.日本岩垂草在岩溶地区土壤改良效应研究：以重庆市中梁山为例D.重庆：西南大学，2012.9 刘建，季舒平，黄绵松，等.绿化植物在海绵城市中的作用及应用J.人民长江，2019，50（增刊 2）：35-41.10 田甜，包鹏威，姚成平，等.关于新时期广东省水土流失综合治理的思考J.广东水利水电，2022（11）：101-104.11 李学伟.基于流域空间尺度的小流域水土流失综合治理规划J.水利科技与经济，2022，28（9）：89-93.李延林等：19612020 年青海黄南州气温变化特征分析163