姜燕敏，吳昊旻，楊愛琴，朱泠霏

（1.南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210093；2.麗水市氣象局，浙江麗水 323000）

麗水市四季起始日期的氣候演變特征

姜燕敏1，2，吳昊旻1，2，楊愛琴2，朱泠霏2

（1.南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210093；2.麗水市氣象局，浙江麗水 323000）

根據(jù)麗水市國家氣象觀測站1953—2010年逐日氣溫資料，運用趨勢分析、Morlet小波變化和Mann-Kendall檢驗對四季起始日期的氣候變化特征、趨勢演變規(guī)律和突變轉(zhuǎn)折情況進行了研究。結(jié)果表明：四季起始日期，春季約在3月中旬，夏季在5月底，秋季在9月下旬，冬季在11月下旬，且春、秋季的長度較短，只有2個月左右，夏、冬季的長度較長，長達4個月。Morlet小波分析四季起始日期的周期變化特征，主要體現(xiàn)在年代際時間尺度上，且各周期強度有所差異，預(yù)測春、夏季起始日將按照提前趨勢發(fā)展，秋、冬季起始日繼續(xù)延后狀態(tài)。Mann-Kendall檢驗得出，春、夏兩季起始日期在21世紀(jì)初發(fā)生由推后轉(zhuǎn)向提前的突變，而秋、冬兩季起始日突變點都體現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。

氣候?qū)W；四季起始日期；變化趨勢

四季更替，影響人們生產(chǎn)生活、動植物的生長、社會環(huán)境變化，研究四季更替時間的轉(zhuǎn)變，對合理安排社會勞動，創(chuàng)造財富有積極作用。國內(nèi)外許多專家學(xué)者對季節(jié)變化做了相關(guān)研究，得出不少有意義的成果，如張世軒等[1-3]研究了氣候變暖背景下，四季的變化趨勢；張寶堃等[4-8]根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂虿町?，提出了合適的季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)；郁珍艷等[9-12]分析了四季長度、四季起始日期等季節(jié)轉(zhuǎn)換的特征。

麗水市地處浙西南山區(qū)，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤。氣溫的升高影響氣候的變化，同時也造成四季轉(zhuǎn)化時間的改變，對經(jīng)濟發(fā)展和人民生活造成直接影響。目前，針對該地區(qū)季節(jié)變化的研究還較少，深入研究麗水市季節(jié)起始時間的氣候變化特征及演變規(guī)律，對合理安排生產(chǎn)生活顯得尤為重要。本研究首先按照國家季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)對麗水市近58年的四季起始日進行估算，并在此基礎(chǔ)上運用趨勢分析[13]研究其氣候變化特征，使用Morlet小波變化[14-17]和Mann-Kendall檢驗[18-20]分析四季起始時間的演變趨勢和突變轉(zhuǎn)折，最后，通過周期演變規(guī)律預(yù)測未來四季起始時間的變化趨勢。

1 資料和方法

1.1 資料來源

本研究的數(shù)據(jù)取自于麗水市國家氣象觀測站1953—2010年逐日平均氣溫資料，時間序列長達58 a。

1.2 四季劃分標(biāo)準(zhǔn)

采用2010年8月中國氣象局通過的《氣候季節(jié)劃分》標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)[4]。以5 d滑動平均氣溫穩(wěn)定通過10℃初日為入春，穩(wěn)定通過22℃初日為入夏，穩(wěn)定通過22℃終日后一天為入秋，穩(wěn)定通過10℃終日后一天為入冬。

1.3 Morlet小波變化

小波分析主要應(yīng)用在天氣分析、氣候變化的研究上，因其在時頻域中都具有良好的局部化特征，使其成為分析氣候資料周期性及其不均勻性的有力工具，在研究氣候變化的多時間尺度結(jié)構(gòu)和突變特征等方面取得了明顯的效果[16]。具體公式見文獻[14-17]。

1.4 Mann-Kendall檢驗

Mann-Kendall檢驗法是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾[18-20]。在該檢驗法中，對于具有n個樣本量的時間序列x，構(gòu)造一正序列UF與逆序列UB。當(dāng)UF≥（≤）0則表明序列呈上升（下降）趨勢，當(dāng)UF超過臨界線時，表明上升（下降）的趨勢顯著。如果UF和UB曲線出現(xiàn)交點，且交點在臨界線之間，這個交點即是突變點，該點對應(yīng)的時刻就是突變開始的時間[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 四季起始日期的氣候變化特征分析

從四季起始日的年際變化趨勢（圖1）可以看出，春、夏季起始日隨時間的變化幅度較大，且變化曲線有細微下傾的趨勢；而秋、冬季則波動較小，且曲線變化有上揚的特征。從四季起始日期之間的間隔（四季長度）的角度出發(fā)，可見春、秋季之間的長度間隔較短，而夏、冬季的長度較長。四季中，最短的季節(jié)是1985年的春季，入春時間是4月1日，而在4月30日就入夏，春季長度只有29 d；而最長的季節(jié)是1963年的夏季，入夏在5月6日，入秋在10月4日，夏季長度達到151 d，橫跨5個月。

圖1 麗水市1953—2010年四季起始日期年際變化趨勢

表1給出了四季起始日的氣候變化特征，可以看出：春、夏季的最早起始日與最晚的時間差距較大，約2個月左右，而秋、冬季最早起始日與最晚的日期間隔縮短，約1個多月。.從四季的平均起始日期來看，春季開始約在3月中旬，夏季在5月底，秋季為9月下旬，冬季在11月下旬。與陽歷劃分四季法[9-10]（3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季）相比，春、秋季的長度較短，約只有2個月，而夏、冬季的長度則較長，長度約橫跨4個月。對四季起始日做一元線性擬合，得到各季開始時間的氣候傾向率。其中，春季和夏季的為負(fù)，表示春、夏季起始日都有提前趨勢，特別是春季，約每10 a提前1.5 d；而秋、冬季起始日的氣候傾向率為正，表示季節(jié)開始時間向后推遲，尤其是冬季起始日期的延后較明顯，氣候傾向率達到1.1 d/ 10a，相當(dāng)于近58 a向后推遲了6.5 d。這與氣候變暖大背景下，我國四季開始日期的變化趨勢相一致[1-2，12]，只是變化幅度有所差異。按照春、夏季開始時間提前，秋、冬季起始時間延后來看，夏季長度將被拉長，冬季長度將進一步縮短。

表1 1953—2010年麗水四季起始日期氣候變化統(tǒng)計

2.2 四季起始日期的小波變化分析

氣候變化含有多種時間尺度，在時域中存在著多時間尺度結(jié)構(gòu)和局部化特征。由于氣候信號一般是以波狀形式變化的，Morlet小波變換系數(shù)的變化趨勢與氣候信號的變化趨勢基本一致[15]，因此可以用不同時間尺度下小波系數(shù)的變化評估四季起始日的氣候變化特征。

起始日的統(tǒng)計，以每年的1月1日為第1天，計算四季起始日距離第一天的長度，按照春夏秋冬的順序排列。在這基礎(chǔ)上，得出四季起始日距平序列的Morlet小波變換系數(shù)在時間—頻率域中的變化情況（圖2），虛線表示季節(jié)起始日提前，實線表示起始日延后，等值線越密集，表示信號振蕩中心強度越強，周期特征也越明顯，其所代表的氣候因子振蕩也越強；小波系數(shù)絕對值越大，表明該時間尺度變化越顯著，而正負(fù)小波系數(shù)的轉(zhuǎn)折點（零等值線）反映了信號的突變點[17]。

春季起始日的周期特征主要體現(xiàn)在20—32 a時間尺度上，分為1953—1965年、1981—1995年的推遲階段，和1966—1980年、1996—2010年的提前階段，對應(yīng)閉合中心的絕對值都達到1以上，振蕩較為強烈。而在年際尺度上，1985年前等值線比較稀疏，以5 a周期交替為主；1986年后等值線密集，6 a振蕩成為周期變化的主要成分，但閉合中心的絕對值都在1以下，周期特征不明顯。

夏季起始日的變化，10～18 a尺度上的周期最為明顯，主要表現(xiàn)為“中間強，兩頭弱”的周期特征。1970—1993年等值線密集，閉合中心的絕對值達到1以上，變化周期約為12 a；而首尾的1953—1969年和1994—2010年，等值線閉合中心的絕對值在0.6～0.8之間，強度稍弱，1970年前，夏季起始日的周期交替以10 a為主，而1993年后起始日提前與推后的交替時間略有拉長，為12 a。

秋季起始日的周期變化特征，從年際尺度上來看，6 a周期較明顯，但也只是集中在20世紀(jì)70年代中期之前，正負(fù)中心有規(guī)律地交替出現(xiàn)，而在1978年以后，等值線稀疏，閉合中心絕對值最大也只有0.6，周期性不強。在年代際時間尺度上，周期特征較為強烈，主要表現(xiàn)在1953—1961年的推遲期、1974—1994年的提前期和1995—2010年的推遲期，閉合中心的絕對值分別達到1.2、-1.0和1.2，周期交替時間約為38 a。

冬季起始日的氣候變化以16 a以上的周期為主，在20 a時間尺度上，大體分為1953—1961年、1973—1983年和1992—1999年的提前期，1962—1972年、1984—1991年和2000—2010年的推后期。在32 a時間尺度上，分為1953—1972年的延后期、1973—1988年的提前期、1989—2010年的推后期，等值線中心的絕對值在1以上，正負(fù)交替轉(zhuǎn)折點則出現(xiàn)在1973年和1989年。

圖2 麗水市1953—2010年四季起始日期的Morlet小波變換

根據(jù)四季起始日的周期演變規(guī)律預(yù)測未來發(fā)展趨勢。圖2a中，春季起始日在20～32 a尺度上存在較強周期振蕩，2010年時虛線還沒有閉合，說明2010年后的一段時間春季起始日仍將延續(xù)提早趨勢。圖2b顯示，夏季起始日的周期性在10～18 a尺度上最明顯，而在末尾時虛線接近尾聲，由此推測夏季起始日的提前狀態(tài)還要持續(xù)一段時候后，繼而轉(zhuǎn)為延后。圖2c表明，秋季在年際和年代際尺度上都表現(xiàn)為實線還沒有閉合的狀態(tài)，由此看出秋季起始日的延后仍將繼續(xù)，但持續(xù)時間不長。圖2d看出，冬季在16 a周期尺度上，實線閉合即將結(jié)束，說明冬季起始日的推后現(xiàn)象還將持續(xù)一段時間，再轉(zhuǎn)為提前。而在32 a時間尺度上，正值區(qū)域仍在延續(xù)，表明冬季延后現(xiàn)象仍處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)。由此可以總結(jié)出，春、夏季起始日近幾年的發(fā)展趨勢是提前，而秋、冬季起始日的變化將繼續(xù)按照延后狀態(tài)發(fā)展。

2.3 四季起始日期的Mann-Kendall檢驗

為了進一步驗證麗水市四季起始時間的變化趨勢和突變特征，利用Mann-Kendall檢驗，對四季起始日期做檢驗分析，給定顯著性水平α通過0.05，即u0.05=±1.96。

就四季起始日期的提前與推遲來看，四季在不同時段差異較大。春季起始日變化主要分為4階段，1953—1971和1985—2001年的推遲階段，1972—1984和2002—2010年的提前時段。夏季起始日變化以延后為主，其中1961—1962年起始日推遲較為強烈，突破95%置信度檢驗，只是隨著時間的推移，起始日推遲幅度有所減輕，直至2008年UF曲線處于零線以下，轉(zhuǎn)為提前趨勢。秋季起始日主要分為3部分，20世紀(jì)70年代中期之前，秋季開始時間主要表現(xiàn)為推遲；70年代中期之后一直到90年代末轉(zhuǎn)為提前趨勢，其中只有1986年的提前態(tài)勢超過95%的置信度檢驗線，直到21世紀(jì)初又再次轉(zhuǎn)為推后的勢頭。冬季起始日變化，以推遲的趨勢為主，只在1953—1955和1976—1987年表現(xiàn)為提前，其它時間都為延后，特別是2004年以后，冬季開始時間的推遲現(xiàn)象明顯，突破95%置信度檢驗。

就四季開始時間的突變情況而言，春、夏兩季較為相似，秋、冬兩季也存在相似點。春、夏季的突變點主要體現(xiàn)在21世紀(jì)初，但具體時間又有所差異，春季具體表現(xiàn)在2000年，夏季在2007、2008和2010年，且都是由推后向提前趨勢轉(zhuǎn)變。而秋、冬季的突變情況，都在60年代前后有所體現(xiàn)，主要是受起始日期提前與推后反復(fù)波動的影響，具體時間秋季出現(xiàn)在1958、1961和1965年，冬季則表現(xiàn)為1961和1963年；除此之外，秋季起始日突變還表現(xiàn)在21世紀(jì)初的2002、2004和2006年，冬季起始日在1988年也有所體現(xiàn)，都是起始日由提前轉(zhuǎn)為延后過程中的突變。

3 結(jié)論與討論

（1）麗水市1953—2010年四季起始日的年際變化，春、夏季變化幅度較大，秋、冬季變化平緩。平均起始日期，春季約在3月中旬，夏季在5月底，秋季在9月下旬，冬季在11月下旬。在四季持續(xù)時間上，春、秋季的長度較短，約2個月，而夏、冬季的長度較長，橫跨4個月。近58 a來，四季起始日的變化趨勢，春、夏季表現(xiàn)為提前，秋、冬季表現(xiàn)為推遲。本研究結(jié)論符合中國四季變化總趨勢，如郁珍艷等[2]在研究氣候變暖背景下我國四季開始時間的變化特征中指出，四季開始日期在全國范圍內(nèi)主要表現(xiàn)為春季、夏季提早，秋季、冬季推遲的變化趨勢。但麗水處于中國東部，浙江西南面，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季變化與中國西北部的新疆等地還是具有一定差異，如李如琦等[21]在分析新疆哈密近54 a四季變化時提出，在時間跨度上，夏季和冬季明顯要比春季和秋季大，夏季最長，秋季最短，這與本研究結(jié)論一致；但新疆哈密春季時間跨度的最大偏差最大，冬季時間跨度出現(xiàn)異常的概率最小，這與麗水四季變化幅度既存在共同點，又存在差異，如春、冬季變化幅度相似，但夏、秋季又有所不同；從長期趨勢上來看，新疆哈密的春季、秋季逐漸延長，冬季明顯縮短，夏季變化不大，但在整體上前移，這與麗水冬季長度縮短趨勢相一致，夏季則完全相反，地域差異是造成這種差異的主要原因。

（2）四季起始日期的周期變化特征，主要體現(xiàn)在年代際時間尺度上，具體為：春季起始日以20～32 a周期為主，夏季在10～18 a的周期特征最明顯，秋季的周期交替時間約為38 a，冬季主要表現(xiàn)在16 a以上的時間尺度上。且以四季起始日的周期發(fā)展規(guī)律，預(yù)測未來一段時間春、夏季起始日將按照提前趨勢發(fā)展，秋、冬季起始日繼續(xù)延后的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。郁珍艷等[12]在研究氣溫突變對我國四季開始日期的影響中指出，我國四季開始日期的變化與溫度的變化較一致，全國平均四季開始日期均存在20 a左右的周期特征，小尺度的周期特征表現(xiàn)得并不是很明顯。本研究四季起始日期的周期變化也主要體現(xiàn)在年代際尺度上，但不同季節(jié)還存在差異。

（3）用Mann-Kendall檢驗方法驗證麗水市四季起始時間的變化趨勢和突變特征，表明：春、秋、冬季起始日提前與延后趨勢交替出現(xiàn)，夏季在全時域以延后趨勢為主，且逐漸轉(zhuǎn)向提前。四季開始時間的突變情況，春、夏兩季較為相似，主要體現(xiàn)在21世紀(jì)初，都是由推后向提前趨勢的轉(zhuǎn)變；秋、冬兩季起始時間突變均在20世紀(jì)60年代前后有所體現(xiàn)，不同點是秋季起始日突變還表現(xiàn)在21世紀(jì)初，冬季則在80年代末。張世軒等[1]指出全球變暖情況下中國季節(jié)的變化存在一定的差異，中國大部分地區(qū)冬季起始時間變化最為明顯，同一季節(jié)不同區(qū)域的響應(yīng)也不同，就全國而言，北方比南方的響應(yīng)更明顯，而以新疆為代表的西北地區(qū)變化最為明顯。文獻[2]中也提到我國平均四季開始日期的年代際變化在20世紀(jì)并不是很明顯，而在顯著增溫的21世紀(jì)初最為明顯，這種趨勢在空間分布上有所差異。東北最北部、華南最南部以及新疆局部區(qū)域春季推遲[21]，青海東部以及內(nèi)蒙古最北部的小范圍地區(qū)夏季推遲，華南及西南局部地區(qū)冬季提早。但年代際變化特征存在區(qū)域性差異，高原地區(qū)20世紀(jì)80年代和90年代春季提早，冬季推遲。而在21世紀(jì)初春季、冬季均推遲，但冬季的變化比春季明顯得多。華南南部地區(qū)春季推遲、冬季提早。西南地區(qū)在21世紀(jì)初春季、夏季明顯提早，秋季、冬季推遲，但之前這種趨勢并不明顯。且文獻[9]在我國四季長度變化的研究中提到了四季更替發(fā)生改變的主要原因，即我國年平均氣溫的明顯上升，對四季長度的變化有較大的影響。

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The Variation Characteristics of Seasons Start Dates in Lishui

JIANG Yanmin1，2，WU Haomin1，2，YANG Aiqin2，ZHU Lingfei2
（1.College of Atmospheric Science，Nanjing University，Nanjing 210093，China；2.Lishui Meteorological Bureau，Lishui 323000，China）

Based on the daily temperature data supplied by Lishui National Meteorological Observatory from 1953 to 2010,the trend analysis,Morlet wavelet transform and Mann-Kendall test were used to analyze the climate variation,time-frequency characteristics and abrupt change of seasons start dates.The results showed as follows.Spring started at mid-March,summer started at the end of May,autumn at late September and winter at late November.The length of spring and autumn were shorter,only two months,the length of summer and winter were longer,about four months.There were different periodic oscillations mainly on decadal scales and cycles varied in intensity.The trends of seasons start dates presented that springs and summers started earlier,and autumns and winters started later.The result of Mann-Kendall test showed that spring and summer start dates became earlier because of the abrupt change in the early 21th century,while autumn and winter start dates had the mutation in the 1960s.

climatology；season start dates；change tendency

P468

B

1002-0799（2013）06-0058-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2013.06.009

2012-06-06；

2012-06-26

麗水市社會科學(xué)研究課題（LC201202）和麗水市科技計劃項目（2010JYZB10）共同資助。

姜燕敏（1984-），女，工程師，主要從事應(yīng)用氣象和氣象服務(wù)等相關(guān)工作。E-mail：ziyajiang1984@gmail.com