变化winds四季

郁珍艳,范广洲,华维,等.
气温突变对我国四季开始日期的影响[J].
气象,2010,36(11):3237.
气温突变对我国四季开始日期的影响郁珍艳1,2范广洲1华维1周定文1赖欣1刘雅星11成都信息工程学院高原大气与环境研究中心,成都6102252浙江省气候中心,杭州310017提要:利用我国599个站1961—2007年逐日温度资料,运用墨西哥帽小波函数,分析了近47年来我国四季开始日期多时空尺度的变化特征.
结果表明:我国四季开始日期的变化与温度的变化较一致.
全国平均四季开始日期均存在20年左右的周期特征,在20世纪80年代末表现出明显的春、夏季提前,秋、冬季推迟的趋势.
在第一主周期的时间尺度上做小波变换后,各个区域的变化趋势与全国平均基本一致.
但仍存在一定差异,2005—2007年东北的夏季偏迟,2004—2007年西北的冬季偏早及华南的春季偏迟,2003—2007年高原地区也有春季偏迟的现象,结合其他季节的变化,这些地区四季的变化特征与温度的变化仍有较好的对应.
关键词:四季开始日期,小波分析,四季划分标准,季节变化,全球变暖TheImpactofTemperatureMutationontheSeasonalStartDateoverChinaYUZhenyan1,2FANGGuangzhou1HUAWei1ZHOUDingwen1LAIXinLIUYaxing11CenterforPlateauAtmosphericandEnvironmentalResearch,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu6102252ZhejiangClimateCenter,Hangzhou310017犃犫狊狋狉犪犮狋:Thedailytemperaturedataat599stationsduring1961-2007areutilizedtoanalyzethemultispatialscale,multitimescalechangesofseasonalstartdatebasedonwaveletanalysis.
TheresultsshowthatthechangesofseasonalstartdateareaccordantwiththechangesoftemperatureoverChina.
Onnationalaverage,theseasonalstartdateallhasatimeperiodofnearly20years,andshowacleartrendthatspringandsummerbecameearlier,autumnandwinterbecamelaterinthelate1980s.
Afterdoingawavelettransformtothemajorcycleoverallregions,thetrendsarethesameasthenationalaveragebasically.
However,somedifferencesarestillexistinginvariedregions.
Forexample,inNortheastChinatherewasaphenomenonofsummeroccurringlaterduring2005-2007.
WinteroccurringearlierinNorthwestChinaandspringoccurringlaterinSouthChinaduring2004-2007.
InthePlateauspringalsooccurredlaterduring2003-2007,combinedwiththeotherseasonalchanges,thechangesofseasonalstartdateintheseregionsarealsocorrespondingtothechangesoftemperaturewell.
犓犲狔狑狅狉犱狊:seasonalstartdate,waveletanalysis,standardforseasonalclassification,seasonalchange,globalwarming引言全球变暖,以及由此带来的全球环境变化问题已引起人们的密切关注,全球变暖会对社会经济活动、农业、环境和生态系统产生巨大的影响.
Folland等[1]研究得到20世纪期间全球温度增加了0.
6±0.
2℃,北半球气温上升趋势更明显,增温达1℃以上[2],而20世纪80年代以来,增温最为迅速,统计学上达到了突变程度[3].
国内许多学者也对我国第36卷第11期2010年11月气象METEOROLOGICALMONTHLYVol.
36No.
11November,2010国家自然科学基金项目"我国物候变化特征及其对气候变化的响应(编号:40875053);局校合作项目"西藏近40年植被物候资料恢复重建研究"共同资助2008年11月29日收稿;2010年3月27日收修定稿第一作者:郁珍艳,主要从事气候诊断与数值模拟研究.
Email:yuzhenyan@126.
com气候变化做了一系列的研究,取得了大量成果[413].
这些研究都表明,中国近百年温度变化与全球或北半球相似,均显示出20世纪30—40年代和80年代以来两个显著的增温期.
1998年是20世纪中国最暖的一年,气温距平达到了+1.
38℃[14].
而2007年,中国年平均气温较常年偏高1.
3℃,为1951年以来最暖的一年[15].
目前关于全球变暖背景下四季时空变化特征的研究甚少,所以本文运用张宝[16]提出的四季划分标准计算了四季开始日期,即以候(5天)平均气温为指标,凡5天平均气温稳定在10℃以下的时期,划为冬季;平均气温稳定在22℃以上的时期划为夏季;平均气温在10~22℃之间的季节就是春季与秋季.
由于我国幅员辽阔,各个地区四季的空间分布存在明显差异,因此参考了张家诚[17]对我国的气候分区,大致将我国分为东北、华北、西北、华东、华中、华南、西南以及高原地区,采用墨西哥帽小波分析方法[18]对全国平均和各个地区四季开始日期年际变化时间序列做了小波分析,希望可以揭示四季开始日期的多时空尺度的变化特征,为生态环境的合理配置和农业布局的调整等问题提供参考依据.
1资料选取国家气象信息中心提供的我国599个测站1961—2007年逐日气温资料,这些测站的资料相对较为完整.
并对资料进行了订正,对单个缺测值进行中央插值,对连续多个缺测值进行多年平均.
为检验订正数据的可靠性,选取了20个包括1961—2007年完整资料的站点,随机剔除一些资料,作为检验序列,然后用以上方法对人为缺测资料进行订正.
在对单个缺测值进行插值订正后,订正序列与原始序列的相关系数达到了0.
99以上,而对连续多个缺测值进行多年平均订正后,订正序列与原始序列的相关系数也可以达到0.
5以上,都通过了0.
01的显著性水平检验,因此可以认为订正后的资料是可靠的.
由于各个测站四季的情况各异,如青藏高原的广大地区全年皆冬,而华南的最南部的一些测站基本上四季皆夏.
每年的情况也有所差异,如有些站在有些年份有夏季,而有些年份却没有,所以计算得到的四季开始日期序列并不是都包含了599个站.
2结果和讨论2.
1全国平均及各个区域四季开始日期年代际变化分析四季开始日期的年代距平为年代平均四季开始日期与1961—2007年平均四季开始日期的差值.
由表1来看,20世纪90年代开始春季、夏季偏早,秋季偏晚;冬季则在21世纪初偏晚,这些变化在增温明显的21世纪初表现最明显.
从各个区域来看(表略),北方地区的变化与全国平均基本一致,只有冬季偏晚超前于全国平均,东北、西北是从20世纪90年代开始,华北更是从80年代开始.
高原地区从80年代开始春季偏早,西南在80、90年代春季反而偏晚,这与我国温度的变化有很好的对应[19].
华东的春季在21世纪初才偏早,华中地区在70年代和21世纪初春季偏早,冬季偏晚.
华南在70和90年代以后春季偏早,夏季从80年代开始偏早,秋季则在60年代和21世纪初偏晚.
可见,各个区域夏季、秋季的变化趋势基本一致,而春季、冬季的变化趋势在20世纪存在差异.
而且各个区域的变化幅度存在一定差异,华东、华中春季偏早最明显,华南最弱;夏季偏早的趋势在各个区域均较明显;高原和华东秋季、冬季偏晚的趋势最明显.
我国四季开始时间的年代际变化与温度的年代际变化[410]有较好的对应.
表11961—2007年全国平均四季开始日期年代距平(单位:犱)犜犪犫犾犲1犜犺犲犱犲犮犪犱犪犾犱犲狆犪狉狋狌狉犲狅犳狀犪狋犻狅狀犪犾犪狏犲狉犪犵犲狊犲犪狊狅狀犪犾狊狋犪狉狋犱犪狋犲犱狌狉犻狀犵1961-2007(狌狀犻狋:犱)60年代70年代80年代90年代21世纪初春1.
330.
511.
13-0.
51-3.
31夏1.
832.
921.
12-2.
34-5.
41秋-1.
06-2.
02-1.
021.
284.
03冬-1.
16-1.
29-0.
67-0.
442.
832.
2全国平均四季开始日期年际变化时间序列的小波分析2.
2.
1春季、夏季开始日期变化特征由图1d和图2d可见,全国平均春季、夏季总体上呈提前的趋势,分别通过了0.
1和0.
01的显著性水平检验.
由图1b和图2b可见,两季开始日期小波方差在21年左右的时间尺度上为一明显的峰值,说明两季在21年左右的周期振荡最强.
图1a和图33第11期郁珍艳等:气温突变对我国四季开始日期的影响2a显示了两季在不同时间尺度上的周期振荡,同样可见两季在21年左右的周期振荡非常明显,后面的等值线并未出现闭合,说明2007年以后一段时间内两季将继续偏早.
对两季开始日期在21年时间尺度上做小波变换后,小波系数在1987年处通过零点,说明两季在1987年发生了突变(图1c和图2c).
经统计,两季在发生突变的前一时段1961—1987年的距平平均值分别为0.
94和2.
03,后一时段的1988—2007年的距平平均值分别为-1.
27和-2.
75,突变前后距图1全国平均春季开始日期小波变换(a)、小波方差(b)、时间尺度约为21年的小波变换(c)、年际变化(d)正值代表春季推迟,负值代表春季提前Fig.
1Wavelettransform(a),waveletvariance(b),wavelettransformforthetimescaleof21a(c)andtheinterannual,change(d)forthestartdateofspringonnationalaveragepositivevaluedenotesthespringdelay,negativevaluedenotesthespringadvancing图2同图1,但为夏季Fig.
2AsinFig.
1,butforsummer43气象第36卷平平均值的狋检验值分别达到了-2.
32和-4.
44,通过了0.
05和0.
01的显著性水平检验.
可见,就21年时间尺度上而言,春、夏两季开始日期从1987年起由偏迟到偏早.
2.
2.
2秋季、冬季开始日期变化特征由图3c和图4c可见,全国平均秋、冬季开始日期总体上呈推迟的趋势,分别通过了0.
01和0.
05的显著性水平检验.
由图3b和图4b可见,两季的小波方差在18年左右的时间尺度上为一明显的峰值.
同样在图3a和图4a中18年左右的周期振荡非常明显,后面的等值线并未出现闭合,说明2007年以后一段时间内两季将继续偏迟.
图3同图1,为秋季,时间尺度约为18年Fig.
3AsinFig.
1,butforautumn(wavelettransformforthetimescaleof18a)图4同图1,为冬季,时间尺度约为18年Fig.
4AsinFig.
1,butforwinter(wavelettransformforthetimescaleof18a)53第11期郁珍艳等:气温突变对我国四季开始日期的影响对两季开始日期在18年时间尺度上做小波变换后,小波系数在1988年处的通过零点,两季在1988年发生了突变(图3c和图4c).
经统计,发生突变的前一时段1961—1988年的距平平均值分别为-1.
45和-1.
09,后一时段的1988—2007年的距平平均值分别为2.
14和1.
61,突变前后距平平均值的狋检验值分别达到了3.
72和2.
65,分别通过了0.
01和0.
05的显著性水平检验.
说明两季从1988年起由偏早到偏迟,变化明显.
可见,四季开始日期在20世纪80年代末发生了明显的变化,与上节结论较一致,也表明20世纪80年代以来,增温最为迅速,达到了突变程度[3],全国大范围增暖主要发生在近20余年[16].
2.
3各个区域四季开始日期年际变化时间序列的小波分析由于我国幅员辽阔,各个区域四季的空间分布及变化存在明显差异,因此有必要对我国各个区域的四季开始日期进行多尺度分析(图略).
为了使各区域四季开始日期的主要变化清晰可见,表2列出了各个区域及全国平均的第一主周期及在第一主周期时间尺度上做小波变换后得到的四季开始日期的变化.
表中字体加粗部分表示21世纪初的四季变化趋势与全国平均不一致的区域,"正常"代表四季的变化不是很明显.
可见,四季开始日期存在多区域、多时间尺度的复杂结构,但四季在各个区域的变化趋势基本还是与全国平均一致.
21世纪初,全国增温明显,但2005—2007年东北夏季偏迟,2004—2007年西北冬季偏早及华南春季偏迟,2003—2007年高原地区也有春季偏迟的现象.
结合其他季节分析,东北的夏季偏迟很弱,但有很明显的秋季推迟;西北的冬季偏早也伴随着更明显的春季提前,可见东北、西北的四季变化还是与增温趋势较一致.
华南的春季偏迟,且比夏季提前、秋季推迟更明显,这与研究得到的我国气候在季节变化上"北暖南冷"的趋势一致[20].
高原地区在2003—2007年虽有春季偏迟的现象,但冬季推迟更明显,说明21世纪初高原上增温也很明显.
各个区域四季开始日期的变化特征与我国温度的变化基本能较好的对应.
表2各区域及全国平均四季开始日期在第一主周期的小波变换结果犜犪犫犾犲2犜犺犲狉犲狊狌犾狋狊狅犳狑犪狏犲犾犲狋狋狉犪狀狊犳狅狉犿犻狀狋犺犲犿犪犼狅狉犮狔犮犾犲狅狏犲狉狏犪狉犻狅狌狊狉犲犵犻狅狀狊犪狀犱狅狀狀犪狋犻狅狀犪犾犪狏犲狉犪犵犲犳狅狉狋犺犲狊犲犪狊狅狀犪犾狊狋犪狉狋犱犪狋犲区域时间尺度春夏秋冬a偏迟年份偏早年份a偏迟年份偏早年份a偏迟年份偏早年份a偏迟年份偏早年份东北6年61-6780-9568-7996-075年67-7787-9505-0761-6678-8696-0421年88-0761-877年68-8500-0761-67(正常)86-99华北12年73-9661-7297-0721年61-8485-0721年84-0761-8321年86-0761-85西北14年66-9261-6593-0718年61-8990-0716年93-0761-924年63-93(正常)94-0304-07华东21年61-8687-0721年61-8788-0721年88-0761-873年61-67(正常)73-77、83-8788-94(正常)95-99、05-0768-7278-8200-04华中8年61-6984-9870-8399-0721年61-8788-0721年88-0761-8721年86-0761-85华南3年63-7179-8491-9604-0761-6272-7885-9097-033年61-6371-7783-8691-9764-7078-8287-9098-0712年61-7296-0773-95西南12年74-9661-7397-0711年72-9461-7195-0718年88-0761-877年61-67、79-8599-0768-7886-98高原5年67-7780-9584-9003-0761-6678-8391-0212年61-6894-0769-93全国21年61-8788-0721年61-8788-0718年89-0761-8818年89-0761-8863气象第36卷3结论我国幅员辽阔,四季分明,各个区域四季存在明显差异.
我国四季开始日期的变化有多空间尺度,多时间尺度的复杂结构.
通过分析主要得到以下3个结论:(1)从全国平均来看,20世纪90年代开始春季、夏季偏早,秋季偏晚,冬季则在21世纪初偏晚,这种变化均在增温明显的21世纪初表现最为明显.
各个区域夏、秋季的变化趋势基本一致,而春、冬季的变化趋势在20世纪存在差异.
各个区域的变化幅度也存在较大差异.
(2)全国平均四季开始日期均存在20年左右时间尺度的周期特征,小尺度的周期特征表现得并不是很明显.
在20世纪80年代末表现出明显的春季、夏季提前,秋季、冬季推迟的趋势,这很好地对应了我国从80年代开始表现出的明显的变暖趋势.
(3)在第一主周期的时间尺度上做小波变换后,各个区域的变化趋势与全国平均基本一致.
21世纪初,2005—2007年东北的夏季偏迟,2004—2007年西北的冬季偏早及华南的春季偏迟,2003—2007年高原地区也有春季偏迟的现象,但结合其他季节的变化,这些地区四季开始日期的变化特征与温度的变化仍有较好的对应.
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