王麗玉，王 鑫，李雙錦

1.福建省氣象臺，福建福州 350008；2.福建省氣象信息中心，福建福州 350008

當(dāng)前，全世界十分關(guān)注全球氣溫上升，經(jīng)過專家科研團(tuán)隊測試對比發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在全球變暖的趨勢仍在上升。全球變暖原因是人與自然相處的不夠協(xié)調(diào)，經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展破壞了生態(tài)環(huán)境，尤其是近百年內(nèi)的全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，大量生態(tài)地區(qū)被開發(fā)成居住地和生產(chǎn)用地，如今的氣溫不斷上升現(xiàn)象按照10年資料分析對比趨勢明顯。我國也受到自然災(zāi)害頻率增高的影響，福州市的氣候變化具有十分明顯的區(qū)域性和季節(jié)性特點。在生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致的氣候變化影響下，福州地區(qū)出現(xiàn)多次突發(fā)天氣事件。不同地區(qū)的自然地理和氣候條件有很大差異，因此導(dǎo)致氣候變化的原因也不盡相同。研究降水和溫度等氣候水文參數(shù)的變化趨勢，對于科學(xué)理解氣候變化引起的降水量等氣象水文因素的作用機(jī)制和區(qū)域水資源管理具有重要意義。

溫度是氣候變化最重要的標(biāo)志之一。溫度的變化對生產(chǎn)和人類生活以及自然棲息地都有很大的影響，并將對中國的發(fā)展產(chǎn)生更深刻的影響。福州地處中國東部沿海，所處的地理位置決定了其自身的溫度變化特點。為了繼續(xù)探索福州地區(qū)的氣候變化的特征，提高氣候變化研究的水平，分析一定時間內(nèi)的福州地區(qū)月溫度和年溫度、最高氣溫和最低氣溫中具備的標(biāo)志性變化現(xiàn)象，為福州市生態(tài)和自然災(zāi)害建設(shè)提供全面、科學(xué)的數(shù)據(jù)支持[1]。

1 資料與方法

1.1 資料來源

數(shù)據(jù)來源于福州國家基準(zhǔn)氣候站1951—2020年歷年逐月平均氣溫、逐日最高、最低氣溫地面觀測資料，并以此為基礎(chǔ)，分別統(tǒng)計整理出季、年長序列氣溫資料。資料時間序列長，極具有代表性。將四季劃分為：春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月）。

1.2 研究方法

采用線性傾向估計、滑動平均法等，對1951—2020年福州地區(qū)的年和各季平均氣溫、極端最高與最低氣溫、平均最高與最低氣溫分別進(jìn)行年和年代際變化趨勢分析，然后用累積距平、Mann-Kendall法分別做各氣溫序列的突變檢測。

（1）線性傾向估計法。通過線性傾向估計法分析氣溫的長期變化趨勢，計算公式如下：

式（1）中，y為氣溫，t為時間序列，a為回歸常數(shù)；b為回歸系數(shù)，a和b可以用最小二乘法進(jìn)行估計。b的符號表示氣候變量的趨勢傾向。當(dāng)b＞0時，說明氣溫呈上升趨勢；當(dāng)b＜0時，說明氣溫呈下降趨勢，b值表示上升或下降的速率。

（2）滑動平均法。用一段時間的平均值表示統(tǒng)計序列的變化趨勢，一定程度上消除序列中的反復(fù)隨機(jī)波動，滑動平均值的表達(dá)式為：

式（2）中：xi+j-1為樣本量為n的序列；k為滑動長度，k取5年。

（3）Mann-Kendall（M-K）檢驗法。采用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗法進(jìn)行突變分析，令氣候序列為x（x1，x2, …, xn），mi表示第i樣本xi大于xj（1≤j≤i）的累積數(shù)，統(tǒng)計量定義為：

在假設(shè)的原序列的隨機(jī)獨立情況下，dk的均值和方差分別是：

將dk標(biāo)準(zhǔn)化：

給定顯著性水平a=0.01，即U0.01=±2.56，當(dāng)|UFk|>U0時，表明序列存在明顯的增長或減少趨勢。所有UFk將組成一條曲線UF，把同樣的方法應(yīng)用于反序列中，得到另一條曲線UB，將統(tǒng)計量曲線UF、UB和u0.01=±2.56兩條直線均會在同一張圖上，如果UF的值大于0，則表明序列呈上升趨勢，小于0則表明呈下降趨勢。當(dāng)他們超過臨界直線時，表明上升或下降趨勢顯著，超過臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時間區(qū)域。如果UF和UB兩條曲線出現(xiàn)交點，且交點在臨界線之間，那么交點對應(yīng)的時刻便是突變開始的時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 福州市氣溫年變化特征

從福州市氣溫年變化曲線可以看出，福州市年平均氣溫最暖年出現(xiàn)子在2020年，為21.5℃；最冷年出現(xiàn)在1976年，為19.1℃（圖1a）。1951—1996年屬偏冷年份，自1997年起為偏暖年份，平均氣溫均大于多年平均值，且呈波動上升變化。運用一元線性回歸法對福州市年平均氣溫變化進(jìn)行趨勢分析，得出其變化趨勢方程為y=0.0237t+19.181，通過α=0.01的顯著檢驗，其氣候傾向率為0.237℃/10年，說明福州市年平均氣溫近70年來呈明顯的上升趨勢[2]。從5年的滑動平均變化來看，1951—1996年的年平均氣溫處于多年平均以下，1997—2020年的年平均氣溫處于多年平均以上；根據(jù)5年滑動平均變化曲線與平均值線判斷，1951—1996年屬偏冷年，1997—2020年屬偏暖年。

由圖1b累積距平曲線可知，福州市過去70年的氣溫變化可以分為2個階段，自1951—1993年氣溫平均值為19.64℃，大多數(shù)年份為負(fù)距平，說明這一時期該地區(qū)是偏冷階段；1994—2020年氣溫平均值為20.63℃，除了1995、1996年為負(fù)距平，其余年份均為正距平，而2020年的平均氣溫距平達(dá)1.5℃，為70年來最高，說明該地區(qū)處于偏暖階段，氣溫具有明顯的升溫趨勢。

圖1 福州市1951—2020年的年平均氣溫變化趨勢及累積距平

2.2 平均最高氣溫、最低氣溫變化特征

平均最高氣溫、最低溫度是反映某地冷熱狀況最直接的指標(biāo)。從福州市近70年的年平均最高氣溫、最低氣溫變化來看（圖2）。福州市年平均最高、最低氣溫隨時間演變情況與年平均氣溫相似，總體呈上升趨勢。

從福州近70年來的年平均最高氣溫的變化曲線圖來看，平均最高氣溫呈上升趨勢，其氣候傾向率為0.195℃/10年，低于年平均氣溫，多年平均值為24.6℃，最暖年和最冷年的年平均最高氣溫差值達(dá)2.9℃（圖2a）。2000年前年平均最高氣溫大多數(shù)低于平均值，進(jìn)入21世紀(jì)以來，多數(shù)年份高于平均值（除2011、2012年低于平均值外）。

從福州市70年的平均最低氣溫變化趨勢（圖2b）來看，近70年來的平均最低氣溫呈上升趨勢，其氣候傾向率為0.245℃/10年，高于年平均氣溫，年平均最低氣溫以20世紀(jì)90年中后期為界（1997年），前46年偏低，普遍低于平均值（37年低于平均值）以下；后24年波動升溫，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來的頭10年平均最低氣溫增溫明顯，在21世紀(jì)01年代的初中期 氣溫出現(xiàn)回落現(xiàn)象[3]。1997—2020年的平均最低氣溫均高于平均值，70年來的平均最低氣溫為15.9℃（1962年）。

圖2 福州市年平均最高氣溫（a）和平均最低氣溫（b）的年際變化

2.3 福州市四季氣溫變化特征

從福州市四季氣溫變化趨勢分析可知，福州市春、夏、秋、冬季氣溫變化趨勢與年平均氣溫變化趨勢基本相似，均呈升溫趨勢，氣候傾向率分別為0.257、0.222、0.226、0.25℃/10年。進(jìn)入21世紀(jì)，升溫更加明顯。春季最冷出現(xiàn)在1951年（16.2℃），最暖出現(xiàn)在2018年（21℃）；夏季最低出現(xiàn)在1973年（26.6℃），最高出現(xiàn)在2020年（29.8℃）；秋季最低出現(xiàn)在1976年（20.1℃），最高出現(xiàn)在2018年（23.8℃）；冬季最冷出現(xiàn)在1967年（8.9℃），最暖出現(xiàn)在2020年（14℃）。

運用累積距平法分析福州四季氣溫變化趨勢（圖3）?？梢钥闯?，春季氣溫變化大致分為2個階段：1951—1996年為偏冷階段；1997—2020年為偏暖年，2個階段平均氣溫相差1.3℃；夏季氣溫變化大致分為2個階段：1951—1987年為氣溫偏低階段，1988—2020年為氣溫偏高階段年，2個階段平均氣溫相差0.8℃；秋季氣溫總體分為2個階段：1951—1992年表現(xiàn)為偏冷階段，在20世紀(jì)60年代初期和80年代初中期氣溫出現(xiàn)回暖，1993—2020年為偏暖階段，在2000年前后出現(xiàn)氣溫回落，2個階段平均氣溫相差1.0℃；冬季氣溫總體分為2個階段：1951—1985年表現(xiàn)為偏冷階段，在70年代前后氣溫出現(xiàn)回暖，1986—2020年為偏暖階段，在201年前后出現(xiàn)氣溫回落，2個階段平均氣溫相差1.1℃。

圖3 福州市1951—2020年的四季累積距平曲線

2.4 氣溫的突變檢驗分析

氣候突變是指在較短時期內(nèi)由一種相對穩(wěn)定的氣候狀態(tài)過渡到另一種氣候狀態(tài)的變化，是氣候系統(tǒng)非線性性質(zhì)的一種表現(xiàn)[4]。由圖4可知，福州市年氣溫從1951—2020年一直呈增溫趨勢，UF值從1973—2020年超過1.96，UF和UB線在1993年附近發(fā)生交叉，交叉點處于α=0.05信度線之外，從Mann-Kendall檢驗曲線不能判斷年平均氣溫突變年份，但從UF曲線變化趨勢可知，福州市年平均氣溫從1973呈顯著增溫趨勢。結(jié)合累積距平和信噪比（S/N=1.4），結(jié)果表明：福州市年平均氣溫在1993年出現(xiàn)拐點，且信噪比大于1，說明福州市年平均氣溫在1993年發(fā)生增溫突變的可能。

圖4 福州市1951—2020年的年平均氣溫Mann-Kendall檢驗曲線

福州市氣溫趨勢將如何變化，變暖趨勢是否會上升，對生態(tài)環(huán)境的影響程度等問題需要進(jìn)行深入研究。當(dāng)前，相關(guān)部門必須采取切實有效的環(huán)境保護(hù)措施，進(jìn)一步保護(hù)福州生態(tài)系統(tǒng)，深入研究氣候變化的影響，提高應(yīng)對氣候變化和自然災(zāi)害的自救能力，最大限度地降低氣候變暖的負(fù)面影響[5]。

3 結(jié)論

（1）福州市年1951—2020年平均氣溫呈明顯增溫趨勢，70年間氣溫上升了1.7℃，以1992年為界，后期增溫顯著，其中2011—2020年升溫幅度最大，比多年平均氣溫增加0.8℃。

（2）運用Mann-Kendall檢驗法，對年平均氣溫進(jìn)行突變分析，年平均氣溫交叉點初相在α=0.05置信區(qū)間外，結(jié)合累積距平和信噪比分析福州70年間年平均氣溫在1993年出現(xiàn)拐點，基本上可以判定1993年為年平均氣溫增暖突變的年份，且UF線趨勢可知年平均氣溫長序列呈升溫趨勢，尤其以1978年以后的氣溫呈顯著升溫趨勢。

由此可見，福州市年極端最低氣溫顯著上升和極端最高氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，表明福州的極端氣溫變化正向變暖的方向發(fā)展。