摘 要：利用1970—2019年吉林省47個國家站的觀測資料，采用氣候趨勢系數、（Mann-Kendall M-K）方法，分析了吉林省春季近50年的平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫和降水的年際、年代際、年內多個時間尺度變化特征及突變特征。結果表明：吉林省春季平均氣溫以0.41 ℃/10年的速率遞增，增溫較高，最高氣溫的增溫率為0.34 ℃/10年，最低氣溫的增溫率為0.50 ℃/10年，增溫最高吉林省春季氣溫突變發(fā)生在1988年，溫度分布呈現3個模態(tài)；吉林省春季降水呈現增長的趨勢，以6.2 mm/10年速率遞增，春季降水的突變發(fā)生在2007年前后，春季降水主要呈現為3個模態(tài)。

關鍵詞：氣候變化；特征分析；小波分析

中圖分類號：P467 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-03

隨著全球氣候變暖，氣候變化及其影響備受關注。聯合國政府間氣候變化專門委員會第五次氣候變化評估報告強調，1880—2012年地球表面平均溫度上升0.85 ℃[1]；《中國氣候變化藍皮書（2020）》指出，中國是全球氣候變化的敏感區(qū)和影響顯著區(qū)，中國地表年平均氣溫平均每10年升高0.24 ℃，升溫速率明顯高于同期全球平均水平。趙春雨等[2]研究表明，我國東北地區(qū)近50年來年平均氣溫變暖幅度約為1.5 ℃，增溫速率每10年接近0.3 ℃，明顯高于北半球和全國同期平均增溫速率。

吉林省地處東北地區(qū)中部，是我國重要的產糧大省和商品糧生產基地，而春季是吉林省播種的季節(jié)，氣候條件對春播生產和出苗率具有較大影響[3]。因此，在全球變暖的背景下，研究吉林省春季氣候變化特征，對科學應對氣候變化影響和趨利避害、保障糧食安全減少或避免災害損失具有重要意義?；诖耍治鲅芯苛私?0年吉林省春季日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和降水的氣候變化特征，揭示了在全球氣候變暖的背景下吉林省春季氣候特性的演變規(guī)律，以期為適應和應對氣候變化提供科學的決策支持。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

選用1970—2019年吉林省47個氣象站的氣溫和降水量觀測數據資料來源于吉林省氣象局，根據常規(guī)標準劃分季節(jié)：3—5月為春季。

1.2 分析方法

采用M-K（Mann-Kendall）和累計距平方法分析氣候變化的突變特征和階段性特征，采用氣候傾向率方法分析氣溫、降水的氣候變化趨勢，采用EOF經驗正交分解（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解分析空間變化特征，采用小波分析方法分析氣象要素的周期性變化特征。

2 結果與分析

2.1 吉林省春季氣溫氣候變化特征分析

2.1.1 氣溫變化趨勢分析

統計分析1970—2019年吉林省春季平均氣溫可知，近50年吉林省春季平均氣溫為6.7 ℃；春季平均氣溫最高值為9.3 ℃，出現于1998年；最低值為4.3 ℃，出現在2010年；平均氣溫最高值和最低值之間相差5.0 ℃?？梢?，近50年吉林省平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均呈上升趨勢，其中以最低氣溫上升最為明顯，最低氣溫的顯著升高對吉林省春季地區(qū)的氣候變暖貢獻較大，此外，日較差呈下降趨勢也說明了這點。

2.1.2 氣溫突變特征分析

（1）M-K檢驗。通過運用M-K方法對1970—2019年吉林省春季平均氣溫序列進行突變檢驗，結果表明（圖1）：吉林省春季平均氣溫序列在1988年前后經歷了一次顯著的突變。從UF曲線上看，1992年后，氣溫序列突破了顯著性閾值，并自此保持上升的趨勢，一直持續(xù)到2019年。

（2）累計距平分析。從累積距平曲線（圖2）可以看出，突變大致在1988年，與M-K的檢驗結果相同。1970—1988年累積距平呈下降，1989—2019年累積距平呈上升趨勢，這說明吉林省在20世紀80年代末春季氣溫開始突變，氣溫變暖。

（3）空間分布特征。通過對1970—2019年吉林省春季平均氣溫數據先行標準化預處理，確保數據具有可比性后，運用EOF分析法探究氣溫變化的空間結構與主導模式。其中，首個主成分反映的氣溫變化占據了所有主成分中方差的最大份額。而第二個主成分相較于第一個，其體現的氣溫變化方差占比顯著減少。隨后的其他主成分在總氣溫變化方差中的貢獻則越發(fā)微弱。在解釋整個數據集的方差時，也呈現出類似的趨勢，即前三主成分共同解釋了接近95%的數據變異性?；谶@一高度概括性的特點，研究著重展示了前三主成分各自對應的特征場。

（4）時間分布。EOF分析能夠通過一系列時間系數反映氣溫的變化。每個時間系數與特定的氣溫變化模式相對應，且隨著時間的推進，這些系數會發(fā)生變化。從前10個時間系數可以判斷出，第一時間系數的變化范圍是30～65，第二時間系數的變化范圍是3～9，而第三時間系數的變化范圍是-3～2，后續(xù)的時間系數序列的變化幅度依次遞減。這表明隨著時間的推移，氣溫變化的主要特征可以通過前3個時間系數捕捉，故僅給出前3個時間系數對應的曲線。比較可知，第一時間系數被強調為最重要的，它等同于各站平均溫度變化。當第一時間系數較大時，該年的平均溫度值也較大；反之，則平均溫度值較小。以2010、1970、1971、1984年和1988年為例，這些年份的第一時間系數分別為29.64、32.68、33.84、35.59、35.77，相應的平均氣溫分別為4.3、4.8、5.0、5.2、5.2 ℃。這些年份的平均溫度均低于全省多年的平均溫度6.7 ℃。第二和第三時間系數則反映了氣溫的年際變化特征，即逐年的差異。第二時間系數的正值越大，表示該年的氣溫分布接近于EOF分析中的第二個特征場（東西部差異）分布；負值越大，則表示氣溫分布接近于第二個特征場的反向分布。第三時間系數也有類似的表現。

2.2 吉林省春季降水氣候變化特征

2.2.1 降水變化趨勢

對1970—2019年吉林省春季降水進行統計分析，結果表明：近50年吉林省春季降水平均值為100.0 mm，春季降水最大值為180.3 mm，出現在2016年；最小值為54.7 mm，出現在1993年。最大值和最小值之間相差125.6 mm，最大值為最小值的2倍多，這說明吉林省春季降水量波動起伏特別大，極易發(fā)生旱澇災害。從全省春季降水的空間分布來看（圖略），最大值在通化和池西，最小值在白城。吉林省近50年來年春季降水量呈上升的變化趨勢（圖略），氣候傾向率為6.2 mm/10年，達到顯著性水平檢驗水平。

2.2.2 降水突變檢驗

從圖3上可以看出降水突變發(fā)生在2007年前后，由于M-K檢驗有多點交叉點，再用STARS（Sequential-test analysis of regime shifts）方法作突變分析，結果表明突變發(fā)生在2007年，從累計距平的變化曲線（圖4）也可以看出，吉林省春季降水突變發(fā)生在2007前后，2007年后春季降水呈增長趨勢。

2.2.3 降水的空間分布

對吉林省1970—2019年春季的降水數據進行標準化處理，消除原始數據中的量綱影響，使得數據之間的比較和分析更為準確。進行EOF分析，將多變量的數據集分解為一系列的正交函數（即主成分）和相應的時間系數，從而揭示數據中的主要空間和時間變化模式。分析前7個主成分的主要結果可知，第一主成分的方差貢獻最大，這表明第一主成分捕獲了整個春季降水數據集的大部分變異性。隨后的第二主成分相較于第一主成分，其方差貢獻顯著下降，而后續(xù)的主成分的方差貢獻更是微乎其微。解釋方差也有同樣的現象，前3個主成分加起來幾乎解釋了整個數據集72%的方差，這表明春季降水的空間分布和時間變化在很大限度上可以通過前3個主要的EOF模式得以體現。因而給出前3個主成分所對應的特征場。

第一特征向量場：第一特征向量場在整個吉林省區(qū)域內顯示出同符號（均為正值），這表明在春季，吉林省各地的降水變化趨勢具有一致性，即當某個區(qū)域降水增加時，其他區(qū)域的降水也傾向于增加。這種空間上的一致性說明春季降水的變率中心位于吉林中部，即整個省域內的降水同步性強。全省一致的降水特征占據了總體方差的46.045%，占比極高。這種降水特性是由于大尺度天氣系統的影響。春季主要受西風帶系統的影響，春季高空西風環(huán)流平直，小槽活動增多，速度較快，地面氣旋活動頻繁，造成全省澇趨于一致。根據第一特征向量所反映的這種全省降水分布的特點，將其定義為吉林省春季月降水分布的第一型，即“總體一致型”。

第二特征向量場：吉林省的降水分布呈現東西反位相結構。吉林省西北部，尤其是在乾安和長嶺附近，出現了最大的負距平中心，而在吉林省東南部，尤其是在集安和池西附近，則構成了正距平中心區(qū)域。這種反位相的分布格局說明，在吉林省春季月降水的總趨勢中，存在一種空間上的非均勻性，表現為東西兩側的降水呈現出相反的波動特征，即當西部降水偏少時，東南部通常降水偏多，反之亦然。第二特征向量所反映的空間模式定義為吉林省春季月降水分布的第二型，即“東西差異型”。

第三特征向量場：中部與西北、東南的反位相變化分布特征，即西部和東南多雨，中部少雨，或中部多雨，西部和東南少雨。這種分布類型表明吉林省月降水存在上述2種分布類型外，還存在第三種分布類型，即模態(tài)是中部與西北、東南的反位相變化分布特征類型。

2.2.4 時間分布特征

EOF分析產生了多個時間系數，這些系數能夠反映降水隨時間的變化規(guī)律。第一時間系數的范圍是359～1 287，第二時間系數的范圍是-23.43～381.4，第三時間系數的范圍是-168.1～240，后續(xù)的時間系數序列的變化幅度依次遞減。比較可知，第一時間系數參考價值更大，其等同于各站降水變化。當第一時間系數較大時，該年的降水值越大；反之，則降水值越小。第二、第三時間系數也表現出明顯的逐年變化現象，反映了降水量的年際變化特征。當第二時間系數正值較大時，該年的降水分布更接近于EOF分析得到的第二特征場分布，即西部少雨、東南部多雨或相反的情況。當第二時間系數負值較大時，降水分布則更接近于第二特征場的反向分布。第三時間系數的變化也有類似的情況。

3 結論

（1）吉林省近50年來春季年平均氣溫上升趨勢顯著，年平均氣溫以0.412 ℃/10年的速率上升，累計距平經過了下降—上升的過程。最高、最低氣溫也呈上升趨勢，氣候傾向率分別為0.344、0.495 ℃/10年，日較差呈下降趨勢。

（2）春季平均氣溫的突變發(fā)生在20世紀80年代末，20世紀70年、80年代主要為冷年份，20世紀90年代至21世紀以偏暖年份為主。

（3）吉林省春季氣溫存在3種類型的分布：全省一致型、東西差異型、西部局部、南部局部與整體的反位相變化的類型。

（4）吉林省近50年春季降水量整體上呈增加的變化趨勢，降水氣候傾向率是6.178 mm/10年；吉林省春季降水量波動起伏特別大，極易發(fā)生旱澇災害。吉林省春季降水突變發(fā)生在2007年前后。

（5）吉林省春季降水呈現3個模態(tài)：全省一致型、西北部與東部是反位相、中部與西北、東南的反位相變化的類型。

參考文獻

[1] 董思言，高學杰.長期氣候變化：IPCC第五次評估報告解讀[J].氣候變化研究進展，2014，10（1）：56-59.

[2] 趙春雨，任國玉，張運福，等.近50年東北地區(qū)的氣候變化事實檢測分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23（7）：25-30.

[3] 高永剛，那濟海，顧紅，等.黑龍江省氣候變化特征分析[J].東北林業(yè)大學學報，2007（5）：47-50.