賀 偉，布仁倉(cāng) ，熊在平，胡遠(yuǎn)滿(mǎn)

(1．森林與土壤生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽(yáng) 110016;2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

氣候變化及其影響研究是當(dāng)今全球廣泛關(guān)注的課題。IPCC第四次評(píng)估報(bào)告［1］指出，全球平均地表溫度一直在增加，全球地表溫度均呈現(xiàn)一致的增暖趨勢(shì)，近50年(1956—2005年)的變暖速率((0．13±0．03)℃/10 a)幾乎是近100年(1906—2005年)的兩倍。大量研究表明，中國(guó)地區(qū)氣候變化與全球氣候變化總趨勢(shì)是一致［2-9］。中國(guó)近54年(1951—2004年)來(lái)增溫速率約0．25℃/10 a，比全球或半球同期平均增溫速率高得多，而東北是全國(guó)增溫最顯著的地區(qū)之一［2，5］。

東北地區(qū)是中國(guó)最大的商品糧基地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最具發(fā)展?jié)摿Φ牡貐^(qū)之一，同時(shí)也是中國(guó)重要的工業(yè)和能源基地。東北地區(qū)位于北半球的中高緯度，是我國(guó)緯度最高的地區(qū)，是世界著名的溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，是典型的氣候脆弱區(qū)和受氣候變暖影響最為敏感的地區(qū)之一［10-11］。近年來(lái)針對(duì)東北地區(qū)氣候變化已展開(kāi)不少研究，研究結(jié)果表明東北地區(qū)近百年表現(xiàn)為明顯的增溫趨勢(shì)，年降水有減少趨勢(shì)［12］。已有研究較多的關(guān)注于對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大影響的夏季旱澇災(zāi)害、低溫冷害等方面的研究［13-16］，而針對(duì)東北地區(qū)夏季氣溫和降水變化的時(shí)空分布及變化規(guī)律的研究也不少［17-19］。這些研究對(duì)于正確認(rèn)識(shí)東北地區(qū)氣候變化規(guī)律具有重要意義。以往的研究大多都是對(duì)氣溫或降水的單一氣象要素，而且所用氣象要素資料的長(zhǎng)度和氣象臺(tái)站數(shù)也不盡一致。

本文選取東北地區(qū)96個(gè)氣象站1961—2005年的日平均氣溫和日降水量資料為基礎(chǔ)資料，借助線(xiàn)性?xún)A向率法，累積距平法，Mann-Kendall法和Morlet小波分析等方法，研究了東北地區(qū)氣溫和降水的趨勢(shì)變化，突變變化和周期變化，探討了東北地區(qū)近45年來(lái)的氣候變化對(duì)全球變暖的區(qū)域響應(yīng)。這會(huì)提高對(duì)東北地區(qū)氣候變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且有望加強(qiáng)東北地區(qū)應(yīng)對(duì)全球變暖所帶來(lái)的威脅和災(zāi)難的能力。

1 研究區(qū)概況

本文所指東北地區(qū)包括東北三省(黑龍江省、遼寧省和吉林省)和內(nèi)蒙古自治區(qū)東北的三市一盟(呼倫貝爾市、通遼市、赤峰市和興安盟)。地理位置大體在北緯 38°40'至 53°30'，東經(jīng) 115°05'至 135°02'，南北縱跨近15°，東西橫跨近20°。本地區(qū)位于東亞季風(fēng)的最北端，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是中國(guó)濕潤(rùn)的東部季風(fēng)區(qū)和干旱的內(nèi)陸之間的過(guò)渡帶，夏季高溫多雨，冬季嚴(yán)寒干燥，大陸性氣候由東向西漸強(qiáng)。地貌類(lèi)型多變，從地勢(shì)平坦的濱海平原到起伏較大的山地，海拔由0到2500 m左右。

2 資料與研究方法

2．1 資料

為保證各站點(diǎn)資料系列的同步性和具有較長(zhǎng)的觀測(cè)系列，建站時(shí)間為1961年以后的氣象站和缺測(cè)數(shù)據(jù)太多的氣象站點(diǎn)被剔除，最終選取東北地區(qū)及其附近96個(gè)氣象站(圖1)。各站點(diǎn)的缺測(cè)數(shù)據(jù)采用鄰近站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)用多元回歸插值補(bǔ)齊。采用的數(shù)據(jù)資料為1961—2005年的日平均氣溫和日降水量資料。

圖1 東北地區(qū)96個(gè)氣象站點(diǎn)分布圖Fig．1 The distribution of the meteorological stations

2．2 研究方法

本文對(duì)東北地區(qū)氣溫和降水量的季節(jié)、年和年代際變化進(jìn)行了研究，季節(jié)劃分方法為:春季(3月—5月)、夏季(6月—8月)、秋季(9月—11月)和冬季(12月—翌年2月)。采用一元線(xiàn)性趨勢(shì)分析和累積距平分析對(duì)資料序列進(jìn)行變化趨勢(shì)分析;采用Mann-Kendall檢驗(yàn)方法對(duì)氣候要素序列進(jìn)行氣候突變檢測(cè)，判斷突變年份與氣候要素變化趨勢(shì);采用Morlet小波分析方法提取氣候要素序列周期，在小波分析中采用一維對(duì)稱(chēng)拓展消除邊界效應(yīng)［20-21］。

2．2．1 一元線(xiàn)性趨勢(shì)分析

氣候要素的趨勢(shì)變化一般采用一元線(xiàn)性回歸模型描述，即:

式中，y為氣候要素序列，x為時(shí)間序列(本文中為1961—2005年)，b為線(xiàn)性趨勢(shì)項(xiàng)，10 b即為氣候要素每

10a的氣候傾向率［22］，用于定量分析氣候要素變化的線(xiàn)性趨勢(shì)。

2．2．2 累積距平分析

累積距平是一種由曲線(xiàn)直觀判斷氣候變化趨勢(shì)的方法。對(duì)于氣候要素序列，其某一時(shí)刻t的累積距平表示為:

將n個(gè)時(shí)刻的累積距平值全部算出，繪出累積距平曲線(xiàn)進(jìn)行趨勢(shì)分析。

2．2．3 突變檢測(cè)

氣候突變是普遍存在于氣候系統(tǒng)的一個(gè)重要現(xiàn)象，氣候突變的普遍適定義為:氣候從一種穩(wěn)定態(tài)(或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢(shì))跳躍式地轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定態(tài)(或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢(shì))的現(xiàn)象，它表現(xiàn)為氣候在時(shí)空上從一個(gè)統(tǒng)計(jì)特性到另一個(gè)統(tǒng)計(jì)特性的急劇變化［23］。本文采用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法來(lái)分析突變，該方法的優(yōu)點(diǎn)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［24］。

Mann-Kendall檢驗(yàn)的基本原理［23］設(shè)氣候序列為 x(x1，x2，…，xn)，mi表示第 i個(gè)樣本 xi大于 xj(1≤j≤i)的累積數(shù)，定義一個(gè)統(tǒng)計(jì)量:

在原序列的隨機(jī)獨(dú)立等假定下，dk的均值、方差分別為:

將dk標(biāo)準(zhǔn)化，

這里UFk為標(biāo)準(zhǔn)分布，其概率a1=prob(|U|＞|UFk|)可以通過(guò)計(jì)算或查表獲得，給出顯著水平a(取a=0．05，u0．05=1．96)，若|UF|＞u0，則表明該氣候序列呈顯著的變化趨勢(shì)。

按氣候序列 x 的逆序列(xn、xn-1、…，x1)，再重復(fù)上面的過(guò)程，同時(shí)使|UBk|=-UFk，k=n、n-1，…，UB1=0。若UF值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，若小于0，則表明呈下降趨勢(shì)，當(dāng)超過(guò)置信水平時(shí)，表明上升(下降)趨勢(shì)顯著。如果UF和UB兩條曲線(xiàn)出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)位于置信區(qū)間內(nèi)，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻即是突變開(kāi)始的時(shí)刻。

2．2．4 小波分析

小波分析在氣候變化研究中顯現(xiàn)了年與年之間，波長(zhǎng)與波長(zhǎng)之間的波幅變化形態(tài)與特征，已廣泛應(yīng)用于氣象領(lǐng)域［25-29］，并成為研究氣象要素長(zhǎng)期變化的工具。本文采用復(fù)值Morlet小波分析方法研究東北地區(qū)年均溫和年降水量的周期變化規(guī)律。

對(duì)于時(shí)間序列函數(shù)f(t)，小波變換定義為:

式中，Wf(a，b)是小波系數(shù)，a是伸縮因子，決定小波寬度;b是平移因子，是反映小波位置移動(dòng)的參數(shù)，ψ是ψ*的共軛函數(shù)。本文采用Matlab小波分析工具箱中的Morlet小波［30］為小波母函數(shù)，對(duì)東北地區(qū)氣候資料序列進(jìn)行連續(xù)小波變換。其解析形式為:

小波方差為［31］:

在一定的時(shí)間尺度下，小波方差表示時(shí)間序列在該尺度中周期波動(dòng)的強(qiáng)弱(能量大小)，小波方差隨尺度的變化過(guò)程能反映時(shí)間序列中所包含的各種時(shí)間尺度(周期)及其強(qiáng)弱(能量大小)隨尺度的變化特征，對(duì)應(yīng)峰值處的尺度即為該序列的主要時(shí)間尺度，即主要周期［32］。

3 結(jié)果分析

3．1 氣溫與降水量的年際變化

1961—2005年?yáng)|北地區(qū)年平均氣溫變化在2．45—5．72℃之間，年平均氣溫在波動(dòng)中逐漸上升，氣候傾向率0．38℃/10 a(P＜0．01)(圖2)，明顯高于全國(guó)平均增暖速率0．22℃/10 a［6］。東北地區(qū)四季平均氣溫均呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)，其中冬季增溫幅度最大，達(dá)到0．53℃/10 a;春季次之，為0．42℃/10 a;秋季為0．30℃/10 a;夏季增溫幅度最小，為0．24℃/10 a(圖2)。全國(guó)四季均溫增暖速率分別為:冬季0．36℃/10 a，春季0．23℃/10 a，秋季0．19℃/10 a，夏季0．12℃/10 a［6］，可見(jiàn)東北地區(qū)年均溫和四季均溫變化趨勢(shì)與全國(guó)年均溫和四季均溫變化趨勢(shì)相同，但東北地區(qū)年均溫和四季均溫增暖速率卻明顯高于全國(guó)水平。

1961—2005年?yáng)|北地區(qū)年降水量變化在430．40—678．72 mm之間，年降水量在波動(dòng)中下降，氣候傾向率為-5．71 mm/10 a(P＞0．05)(圖2)，與全國(guó)平均年降水量波動(dòng)略有減少的趨勢(shì)［33］相同。1961—2005年?yáng)|北地區(qū)季節(jié)降水量呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)和不同的變化強(qiáng)度。春季降水量和冬季降水量呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)，春季降水增強(qiáng)幅度最大，為1．43 mm/10 a，冬季降水為0．30 mm/10 a;夏季降水和秋季降水呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，夏季降水減少幅度最大，為-5．32 mm/10 a，秋季降水為-2．02 mm/10 a(圖2)。

圖2 東北地區(qū)氣溫與降水量的年、季節(jié)變化圖Fig．2 Variation of the annual and seasonal temperature and precipitation in Northeastern China

3．2 氣溫與降水量的年代際變化

東北地區(qū)氣溫年代際變化呈現(xiàn)明顯的增溫趨勢(shì)，1961—1970年和1971—1980年氣溫偏冷，但期間氣溫已呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，1981—1990年開(kāi)始變暖，其后氣溫逐年升高，且上升幅度逐年增大。季節(jié)溫度的年代際變化也呈現(xiàn)統(tǒng)一的增暖趨勢(shì)，春季均溫和冬季均溫在1981—1990年開(kāi)始變暖，夏季均溫和秋季均溫在1991—2000年開(kāi)始變暖(表1)。

表1 東北地區(qū)年、季節(jié)溫度距平年代際變化/℃Table 1 The decade change of annual，seasonal temperature anomaly in Northeast China

東北地區(qū)降水量年代際變化趨勢(shì)不明顯，整體上呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，其中1971—1980年和2001—2005年屬于降水偏少的年份，1981—1990年屬于降水最多的年代。春季和冬季降水量的年代際變化呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)，夏季和秋季降水量呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)(表2)。

表2 東北地區(qū)年、季節(jié)降水量距平年代際變化/mmTable 2 The decade change of annual，seasonal precipitation anomaly in Northeast China

3．3 氣溫與降水量的空間變化

采用IDW插值對(duì)96站氣溫和降水量變化的年、季節(jié)氣候傾向率進(jìn)行內(nèi)插，得到東北地區(qū)氣溫和降水量變化的空間分布圖(圖3)。

3．3．1 氣溫的空間變化

近45年來(lái)東北地區(qū)年均溫呈上升趨勢(shì)，96站增溫趨勢(shì)顯著(P＜0．05)，平均增溫幅度為0．38℃/10 a。氣溫上升幅度較大的地區(qū)位于大興安嶺地區(qū)、小興安嶺地區(qū)及松嫩平原大部分地區(qū)，升溫中心位于黑龍江省孫吳(0．66℃/10 a);增溫幅度較小的地區(qū)為遼河平原，長(zhǎng)白山南部地區(qū)及遼東平原，其中遼寧省本溪為氣溫變化幅度最小的地區(qū)(0．09℃/10 a)(圖3a)。

東北地區(qū)春季溫度呈增溫趨勢(shì)，平均升溫幅度為0．42℃/10 a，96站中94站(97．91%)增溫趨勢(shì)顯著(P＜0．05)，空間分布特征為低緯度向高緯度增溫幅度逐漸增大。氣溫增幅較大的地區(qū)位于大小興安嶺北部地區(qū)，增幅最大值出現(xiàn)在內(nèi)蒙古海拉爾(0．69℃/10 a);增幅較小的地區(qū)為燕山山脈東段，遼河平原，遼東山地及長(zhǎng)白山等地區(qū)，增幅最小值出現(xiàn)在遼寧省本溪(0．12℃/10 a)(圖3b)。

東北地區(qū)夏季溫度增溫幅度最小，平均升溫幅度為0．24℃/10 a，96站中70站(72．92%)增溫趨勢(shì)顯著(P＜0．05)，空間特征表現(xiàn)為由南向北增溫幅度逐漸增強(qiáng)。依據(jù)夏季溫度變化可將東北地區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域:新巴爾虎左旗，齊齊哈爾，北安，孫吳一線(xiàn)西北側(cè)，包括大興安嶺中北部地區(qū)，小興安嶺地區(qū)增溫幅度超過(guò)0．3℃/10 a;翁牛特旗，開(kāi)魯，雙遼，東崗一線(xiàn)以南地區(qū)，包括燕山山脈東段，遼河平原，長(zhǎng)白山南段，遼東半島，該區(qū)域升溫幅度小于0．2℃/10 a;兩線(xiàn)中間的地區(qū)升溫幅度(0．2—0．3)℃/10 a(圖3c)。

圖3 東北地區(qū)氣溫與降水量變化趨勢(shì)分布Fig．3 Distribution of climate trend coefficient of temperature and precipitation in northeastern China

東北地區(qū)秋季溫度呈增溫趨勢(shì)，平均升溫幅度為0．30℃/10 a，96站中73站(76．04%)增溫趨勢(shì)顯著(P＜0．05)?？臻g分布上可以翁牛特旗，開(kāi)魯，雙遼，東崗一線(xiàn)為界劃分為2個(gè)區(qū)域:該線(xiàn)以北地區(qū)升溫幅度均大于0．3℃/10 a，;該線(xiàn)以南地區(qū)升溫幅度均小于0．3℃/10 a(圖3d)。

東北地區(qū)冬季溫度增溫幅度最大，平均升溫幅度為0．53℃/10 a，96站中80站(83．33%)增溫趨勢(shì)顯著(P＜0．05)。氣溫增幅較大的地區(qū)為大興安嶺北部地區(qū)，小興安嶺地區(qū)和長(zhǎng)白山南部地區(qū)(圖3e)。

東北地區(qū)氣溫增暖幅度隨緯度的升高而增大，增暖較明顯的地區(qū)為大興安嶺北部和小興安嶺地區(qū)，增暖幅度較小的地區(qū)為遼河平原，遼東半島和長(zhǎng)白山南部地區(qū)。

3．3．2 降水量的空間變化

東北地區(qū)年降水量普遍呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，平均減少幅度為-5．71 mm/10 a。年降雨量減少幅度較強(qiáng)的地區(qū)主要為遼東半島和長(zhǎng)白山南段。年降水量呈增加趨勢(shì)的地區(qū)主要為呼倫貝爾高原，大興安嶺北部地區(qū)，松嫩平原，長(zhǎng)白山中段(圖3f)。

東北地區(qū)春季降水量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，平均增加幅度為1．43 mm/10 a，春季降水變化隨經(jīng)度的升高而升高。但松嫩平原西南部地區(qū)，遼河平原和遼東半島地區(qū)春季降水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，減少最大值出現(xiàn)在遼寧省章黨(-5．47 mm/10 a)(圖 3g)。

東北地區(qū)夏季降水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，平均減少幅度為-5．32 mm/10 a。夏季降雨量減少幅度較強(qiáng)的地區(qū)主要為遼東半島和長(zhǎng)白山南段。夏季降水呈現(xiàn)增多趨勢(shì)的地區(qū)主要為大興安嶺東北側(cè)，松嫩平原，長(zhǎng)白山中段，遼河平原，增加極值出現(xiàn)在吉林省靖宇(23．18 mm/10 a)(圖3h)。

東北地區(qū)秋季降水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，平均減少幅度為-2．02 mm/10 a。在空間分布上，由東南向西北秋季降水變化趨勢(shì)由減少逐漸轉(zhuǎn)為增加?？梢园柹?，博克圖，嫩江和呼瑪一線(xiàn)為界，該線(xiàn)西北地區(qū)秋季降水呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，主要包括大興安嶺北段和呼倫貝爾高原地區(qū)，其中增加極值出現(xiàn)在內(nèi)蒙古自治區(qū)額爾古納右旗(7．12 mm/10 a);該線(xiàn)東南地區(qū)秋季降水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，減少極值出現(xiàn)在吉林省靖宇(-11．59 mm/10 a)(圖3i)。

東北地區(qū)冬季降水量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，平均增加幅度為0．30 mm/10 a。隨著緯度的升高，冬季降水量變化趨勢(shì)由減少變化增多?？梢栽斕仄?，雙遼，四平，梅河口，臨江一線(xiàn)為界，該線(xiàn)以北地區(qū)冬季降水量呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，增加極值出現(xiàn)在黑龍江省黑河(3．12 mm/10 a);該線(xiàn)以南地區(qū)冬季降水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，減少極值出現(xiàn)在遼寧省熊岳(-2．96 mm/10 a)(圖3j)。

東北地區(qū)降水量減少較明顯的地區(qū)為遼東半島和長(zhǎng)白山南段，降水量增加較明顯的地區(qū)為大興安嶺北部，松嫩平原。

3．4 年均溫和年降水量突變檢測(cè)

用Mann-Kendall法對(duì)東北地區(qū)1961—2005年平均氣溫進(jìn)行突變檢驗(yàn)分析(圖4)。由圖4可以看出，UF曲線(xiàn)在1966年前呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)，之后呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，1990年這種上升趨勢(shì)超過(guò)了顯著性水平0．05的置信水平。UF曲線(xiàn)在置信區(qū)間內(nèi)與UB曲線(xiàn)有一個(gè)交點(diǎn)(1988—1989年間)。累積距平分析結(jié)果顯示，1961—2005年?yáng)|北地區(qū)年平均氣溫累積距平呈現(xiàn)先下降后上升的“V”字形趨勢(shì)，1961—1987年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，1988—2005呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明東北地區(qū)溫度經(jīng)歷了下降-上升的過(guò)程。氣溫突變可能發(fā)生在1987年左右(圖5)。結(jié)合兩種方法的分析結(jié)果，判斷東北地區(qū)年平均氣溫在1988—1989年間發(fā)生了由低溫到高溫的突變。

年降水量的Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果顯示(圖6)，UF線(xiàn)波動(dòng)下降，但這種下降趨勢(shì)未能越過(guò)置信水平，UF線(xiàn)在置信區(qū)間內(nèi)與UB線(xiàn)有5個(gè)交點(diǎn)(1967年，1968—1969年間，1969—1970年間，1983年，1995—1996年間)。累積距平分析表明，1961—2005年?yáng)|北地區(qū)年降水量經(jīng)歷了明顯的升降變化過(guò)程(圖7)。1961—1964年年降雨量呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，1964—1974年降雨量在波動(dòng)中緩慢下降，1975—1982年降雨量減少明顯，低于多年平均降水量，1982年下降到最低值，1982—1998年降雨量逐漸增加，1998年上升到最大值，1998—2005年降雨量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，由此推斷1982年和1998年可能是降水發(fā)生突變的年份。結(jié)合兩種方法的分析結(jié)果，判斷東北地區(qū)降水量在1982—1983年間可能發(fā)生了由少到多的突變。

圖4 東北地區(qū)年平均氣溫Mann-Kendall突變判別曲線(xiàn)Fig．4 Mann-Kendalltestofannualmeantemperaturein northeastern China

圖5 東北地區(qū)年平均氣溫累積距平值Fig．5 Accumulated annual mean temperature anomaly in Northeastern China

圖6 東北地區(qū)年降水量Mann-Kendall突變判別曲線(xiàn)Fig．6 Mann-Kendall test of annual precipitation in Northeastern China

圖7 東北地區(qū)年降水量累積距平值Fig．7 Accumulated annual precipitation anomaly in Northeastern China

3．5 年均溫和年降水量周期變化分析

圖8a給出了東北地區(qū)年平均氣溫的Morlet小波變換系數(shù)的實(shí)部時(shí)頻變化，正值區(qū)表示氣溫偏高，負(fù)值區(qū)表示氣溫偏低。由圖8a可以看出年平均氣溫小波系數(shù)等值線(xiàn)在5—6a，9—11a和23—26a左右時(shí)間尺度上較為密集，且發(fā)生了小波系數(shù)高、低值中心的變化。年平均氣溫小波方差圖(圖8b)顯示小波方差在11 a、24 a和6 a存在極值，因此，可以得出東北地區(qū)年平均氣溫在45 a尺度內(nèi)存在11 a的強(qiáng)顯著周期，此外還有24 a和6 a的尺度變化周期。

由圖8a和圖8b判讀還可以得到，在45 a尺度內(nèi)東北地區(qū)年平均氣溫變化的主周期約為11 a。通過(guò)提取該尺度的小波系數(shù)作圖，得到主周期下年平均氣溫變化的小波系數(shù)過(guò)程線(xiàn)(圖8c)。由于小波系數(shù)過(guò)程線(xiàn)是對(duì)特定尺度下原數(shù)據(jù)序列信息的提取，因此，小波系數(shù)過(guò)程線(xiàn)可以反映數(shù)據(jù)序列在該尺度下的波動(dòng)信息。從圖8c上可以看出，東北地區(qū)年平均氣溫相對(duì)偏高的階段:1961—1963年，1966—1969年，1973—1977年，1981—1984年，1988—1992年，1996—1999年，2002—2005年;年平均氣溫相對(duì)偏低階段為:1964—1965年，1970—1972年，1978—1980年，1985—1987年，1993—1995年，1999—2001年。從圖中還可以看出，東北地區(qū)年平均氣溫的突變年份為:1963年，1966年，1969年，1973年，1977年，1981年，1984年，1988年，1992年，1995年，1999年，2002年。結(jié)合累積距平分析和突變檢測(cè)的結(jié)果，東北地區(qū)年平均氣溫突變的年份為1988年。

圖8d為年降水量的Morlet小波變換系數(shù)的實(shí)部時(shí)頻變化，正值區(qū)表示降水偏多，負(fù)值區(qū)表示降水偏少。年降水量在小波系數(shù)等值線(xiàn)在5—6 a和15—18 a時(shí)間尺度上較為密集，且發(fā)生了小波系數(shù)高、低值中心的變化。年降水量的小波方差圖(圖8e)顯示小波方差在16 a和6 a存在極值。由此可推斷東北地區(qū)年降水量存在16 a的強(qiáng)顯著周期和6 a的小尺度變化周期。

通過(guò)對(duì)圖8d和圖8e的判讀還可以得出，在45 a尺度內(nèi)東北地區(qū)年降水量變化的主周期約為16 a。提取該尺度的小波系數(shù)作圖，得到主周期下年降水量變化的小波系數(shù)過(guò)程線(xiàn)(圖8f)。從圖8f上可以看出，東北地區(qū)年降水量相對(duì)偏多的階段:1961—1964年，1971—1976年，1983—1987年，1993—1998年，2004—2005年;年降水量相對(duì)偏少的階段為:1965—1970年，1977—1982年，1988—1992年，1999—2003年。從圖中還可以看出，東北地區(qū)年降水量的突變年份為:1964年，1970年，1976年，1982年，1987年，1993年，1998年，2003年。結(jié)合累積距平分析和突變檢測(cè)的結(jié)果，東北地區(qū)年降水量突變的年份為1993年。

圖8 小波變換系數(shù)實(shí)部等值線(xiàn)圖、小波方差圖、主周期小波系數(shù)過(guò)程線(xiàn)Fig．8 The isoline of the real part of Morlet Wavelet coefficients，wavelet variance and the wavelet coefficient curves in the principal period scales

4 結(jié)論與討論

4．1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)我國(guó)東北地區(qū)1961—2005年氣溫和降水量的變化特征分析，1961—2005年?yáng)|北地區(qū)氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，降水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總體氣候呈現(xiàn)暖干化趨勢(shì)，對(duì)全球變暖響應(yīng)顯著。

(1)東北地區(qū)年平均氣溫上升趨勢(shì)顯著，年平均氣溫以0．38℃/10 a(P＜0．01)的速率上升，年平均氣溫累積距平經(jīng)過(guò)了下降-上升的過(guò)程，年平均氣溫在1988—1989年發(fā)生了由低溫到高溫的突變。四季平均氣溫均呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)，冬季增溫幅度最大。東北地區(qū)年均溫和季節(jié)均溫年代際變化亦呈現(xiàn)明顯的增暖趨勢(shì)，年均溫，春季均溫和冬季均溫均在1981—1990年開(kāi)始變暖，夏季均溫和秋季均溫在1991—2000年開(kāi)始變暖。

(2)東北地區(qū)年降水量變化不明顯，整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-5．71 mm/10 a(P＞0．05)，1981—1990年為降水量最多的年代，東北地區(qū)年降水量突變發(fā)生在1982—1983年間。春季降水和冬季降水量呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)，夏季降水和秋季降水呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。

(3)近45年?yáng)|北地區(qū)氣溫增幅較大的地區(qū)為大興安嶺北部和小興安嶺地區(qū)，增幅較小的地區(qū)為遼河平原，遼東半島和長(zhǎng)白山南部地區(qū)。東北地區(qū)降水量減少較明顯的地區(qū)為遼東半島和長(zhǎng)白山南段，增加較明顯的地區(qū)為大興安嶺北部和松嫩平原。

(4)Morlet小波分析結(jié)果表明，東北地區(qū)年平均氣溫存11 a的強(qiáng)顯著周期，此外還有24 a和6 a尺度的變化周期，東北地區(qū)年降水量存在16 a強(qiáng)顯著周期和6 a的小尺度變化周期。

4．2 討論

本研究中東北地區(qū)年平均氣溫上升趨勢(shì)顯著:年平均氣溫以0．38℃/10 a(P＜0．01)的速率上升，該結(jié)果略高于前人的增暖趨勢(shì)估計(jì)值［34-35］。其原因主要為不同的研究者對(duì)東北地區(qū)范圍定義不一，氣候要素序列的起止時(shí)間不同和區(qū)域站點(diǎn)選擇等方面存在差異。研究表明，全國(guó)臺(tái)站中城鎮(zhèn)站的氣象資料大多數(shù)可能存在城市熱島效應(yīng)增強(qiáng)所造成的影響［36-37］，如果能剔除城市化對(duì)地表氣溫的影響，東北地區(qū)的增溫速率將小于0．38℃/10 a，這將有待今后的進(jìn)一步研究。年平均氣溫累積距平經(jīng)歷了下降—上升的變化過(guò)程，年平均氣溫在1988—1989年發(fā)生了由低溫到高溫的突變，東北地區(qū)年降水量變化不明顯，整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-5．71 mm/10 a(P＞0．05)。

氣溫的顯著增高和降水的減少加劇了東北地區(qū)的暖干化發(fā)展態(tài)勢(shì)，將影響到東北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)與環(huán)境等諸多方面，首先是農(nóng)業(yè)，已有研究表明氣候變暖對(duì)東北地區(qū)農(nóng)業(yè)影響總體有利，溫度的升高緩解了低溫對(duì)東北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的危害，低溫冷害、冰雹災(zāi)害發(fā)生機(jī)率明顯降低。氣候變暖帶來(lái)了新生的農(nóng)業(yè)氣候資源，為作物種植制度的調(diào)整提供了可能。但氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響的研究存在較大的不確定性，有必要針對(duì)農(nóng)業(yè)氣候變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)影響展開(kāi)系統(tǒng)性研究［16］。其次，氣候變暖使得東北地區(qū)自然環(huán)境發(fā)生著變化。東北地區(qū)的濕地正面臨著巨大的威脅，氣候變暖使蒸騰蒸發(fā)量增大，降水變率增大，極端降水事件(旱澇災(zāi)害)的頻率和強(qiáng)度增加，致使許多濕地干涸，濕地生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化［38］。大興安嶺地區(qū)凍土呈現(xiàn)出自南向北的區(qū)域性退化趨勢(shì)，島狀融區(qū)在擴(kuò)大，多年凍土上限下降，下限在上移，氣候變暖是其變化的最主要原因［39］。氣候因素是荒漠化發(fā)展的一個(gè)基本因素，在全球氣候變化的大背景下，東北地區(qū)在向著干旱發(fā)展［14］，東北平原西部的荒漠化和沙漠化問(wèn)題比較嚴(yán)重［40］。

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