基于小波和M-K的豫东农区近60年气温变化的多时间尺度分析

摘 要：了解全球变暖背景下豫东农区气温变化规律及其演变趋势,可为农业科学发展提供必要参考依据。本文选取豫东地区5个气象观测站1951—2011年的气温观测资料,集成Mann-Kendall分析、一元线性回归分析、5a滑动平均分析、Morlet小波分析等方法,分析了豫东地区气温的突变事实、变化趋势及变化周期。结果表明：豫东地区年、冬季、春季、秋季平均气温分别于1993、1969、1984和2004年发生增温突变,夏季平均气温没有突变年份;年、冬季、春季、秋季平均气温升温趋势明显,其年际倾向率分别为0.186℃/10a、0.251℃/10a、0.259℃/10a、0.221℃/10a,夏季平均气温变化趋势不明显;近60 a来四季及年平均气温的震荡周期变化特征复杂,存在多重时间尺度上的嵌套结构,年平均气温普遍存在准3年、准10年和准16年震荡周期信号。豫东地区近10年增温显著,气候变暖对农业生产的影响既有利也有弊,冬春季增温一方面有利于提高冬小麦产量,同时会加剧病虫害及霜冻干旱灾害的发生。     

安庆市近60年降水变化特征分析

为了研究安庆市近60年降水以及四季降水变化特征,并预测短期内安庆市降水趋势,为区内农业生产和防汛抗旱提供科学依据和指导,利用Morlet小波对安庆市近60年降水数据进行分析。结果表明,安庆市降水集中在春、夏2季,年降水量呈微弱递增趋势,经历6次丰枯循环,2010年后将进入新的丰水期。四季降水变化趋势各不相同,春季和秋季呈下降趋势,夏季和冬季呈上升趋势。安庆市近60年间小尺度周期震荡显著,周期性强,年际间降水变化幅度大,降水丰枯交替频繁,易出现洪涝灾害和干旱,但是出现严重干旱的概率较小。春、夏季节时期,安庆地区受季风环流影响,大气环流年际变化频繁,降水变率大,丰枯交替频繁,小尺度周期震荡显著,年际间降水变化幅度大,突变点多,旱涝灾害频发。而秋、冬季节受西风带影响,盛行偏北气流,气流较春夏季节偏干燥,降水变率小,年际间降水变化幅度相对较小,旱涝交替较春夏季节缓慢,小尺度周期震荡不显著。     

陕西省气温降水的年际和季节变化特征

为了深入认识全球气候变化背景下区域气温、降水响应及变化趋势,通过采用距平分析、线性趋势法、5年滑动平均、Mann-Kendall突变检验以及滑动t检验方法,分析近50年陕西省气温降水的年际和季节变化特征。结果表明,陕西省1960—2009年气温的年际和季节变化以年平均气温、春季、秋季和冬季平均气温的显著升高、及冬季和秋季的较早增暖突变为特征;降水量的年际和季节变化以年降水量、春季和秋季降水量显著减少,夏季和冬季降水量显著增加,以及春季降水量的较迟减少突变、夏季降水量的较早增加突变为特征。近50年陕西省气温降水年际和季节变化趋势符合中国气候变化的总体趋势。     

潍坊市冬小麦生育期气候因子变化特征及其影响分析

为了研究气候变化对冬小麦生产的影响,利用潍坊市1981—2010年连续30年冬小麦生育期观测资料及其生育期的气温、降水量、日照等资料,采用气候变化倾向率、三次多项式函数、线性回归等方法,分析潍坊市冬小麦生育期的主要气候因子变化特征及其对冬小麦影响,以期对冬小麦种植提供依据。结果表明,潍坊市冬小麦生育期平均气温年际变化呈上升趋势,气候倾向率为0.24℃/10年,降水量年际变化呈减少趋势,气候倾向率为-0.49 mm/10年,日照时数年际变化明显减少,平均每10年减少50.18 h;冬小麦全生育期显著缩短,每年缩短0.426天,苗期、返青期和灌浆成熟期缩短,越冬期、拔节孕穗期延长;冬小麦的气候产量呈下降趋势,气候产量与气温呈负相关关系,而与降水量和日照时数呈正相关关系。     

廊坊地区夏玉米气候适宜度评价分析

为了研究廊坊地区夏玉米对气候变化的适宜程度,笔者对廊坊地区夏玉米各生育期和全生育期气温、降水、日照的气候适宜度进行了综合分析。结果表明:各个生育期和全生育期气温适宜度最高,其次是日照适宜度,降水适宜度最低;所有生育期气温适宜度年变化均呈弱的上升趋势,日照适宜度呈下降趋势,七叶—拔节、乳熟—成熟2个生育期的降水适宜度呈微弱上升趋势,其他生育期均呈下降趋势,且年际间波动较大。气候适宜度因受降水的影响最大,各生育期和全生育期年变化趋势和降水适宜度相同,但年际间变化小于降水适宜度。对廊坊地区而言,气温对夏玉米的生长发育是适宜的,而降水是影响夏玉米产量的主要因子。     

1964—2013年天水市热量资源变化及对农业生产的影响

分析天水市主要粮食作物玉米和冬小麦对气候变暖的响应特征,为提高对气候变化的应变能力、减轻气候变暖对农业生产的不利影响和种植结构调整提供参考依据。根据天水市7个国家气象观测站1964—2013年的气温资料,用气候倾向率和Mann-Kendall统计检验方法,对天水市50年来气温变化特征和热量资源进行统计分析;利用天水市1981—2013年玉米和冬小麦产量资料,结合对应时段的气象资料应用SPSS 13.0软件建立回归模拟方程,探讨作物生育期与温度的关系及变化趋势。结果表明,天水市1964—2013年的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温均呈上升趋势,负积温绝对值呈减少趋势。1994年前后气温发生了突变,进入了显著增暖时期,增暖前后年平均气温升高了0.97℃;各季节的气温变化幅度以春季最大、冬季次之。1994—2013年内相继出现了13个暖冬年份,是近50年中较暖的时期。自1981年以来,冬小麦全生育期天数平均以0.59天/年的速度线性减少,1981—2013年全生育期总天数减少了20天,其中返青期—拔节期、抽穗期—开花期减少趋势分别为0.57天/年、0.16天/年;玉米全生育期1981—2013年减少了5—7天,气候增暖后1994—2013年玉米生长期内平均气温增温变率为0.43℃/10年。气候变暖已对农作物生长发育产生了较大影响。喜温作物和越冬作物种植面积扩大,种植区北界抬升;春播作物玉米播种提前,生殖生长期延长;越冬作物冬小麦推迟播种,春初提前返青,全生育期缩短。     

气候变暖背景下长治市极端降水变化趋势

为了研究气候变化背景下长治市极端降水的变化趋势,掌握其变化规律,本文使用1961—2015年长治市所属11个县站的逐日降水和气温资料,对降水极端气候事件的分析侧重于大雨、暴雨、大暴雨、大雪和暴雪的变化特征,研究不同级别频数的年际变化规律。利用降水要素倾向率计算、Morlet小波分析、Mann-Kendal突变分析等对长治气候变暖前后各级别降水频数进行分析。结果表明：1、长治市年平均气温增高背景下,各量级的降水日变化不尽相同,其中以小雪日的增加和小雨日的减少最为显著;有降水日（日降水量≥0.1 mm）呈减少趋势,同时大暴雨、大雪和暴雪日数呈不同程度的增加。2、暴雨、大暴雨和大雪、暴雪都有25～30年的低频振荡周期,在高频部分有准两年振荡周期,在整个时间序列中各级别降水还具有4年、6年和8年左右的周期。3、暴雨极端降水在1962年发生突变;大雪日数突变年份在1990年前后,2006年之后大雪日数增加趋势更加显著。其他级别降水日数无明显突变。     

滁州市近50年气温和降水变化特征

为探究气候变化下滁州市近50 a气温和降水量变化特征。[方法]运用趋势分析法、Mann-Kendall非参数检验法和小波分析法探究了1961~2013年滁州市气温和降水的年代际变化特征、突变特征和周期特征。[结果]主要结论如下：(1)过去53年,滁州市年平均气温呈明显的增加趋势,气候倾向率为0.26℃/10a;其中春季气温增势最明显,冬季和秋季次之,夏季气温略有增势。年降水量也呈明显的增加趋势,气候倾向率为15.60mm/10a;其中夏季和冬季降水量呈增加趋势,而春季和秋季降水量呈减少趋势。(2)年平均气温在2001年发生增加突变,年降水量在1986年发生增加突变;年平均气温存在17a的主周期,年降水量存在17a左右的主周期和7~8a次周期。(3)气温和降水量呈明显的负相关。[结论]全球变化下,滁州市气温和降水量均呈增加趋势。     

辽西朝阳地区近60年玉米生长季降水变化特征分析

利用气候倾向率、降水相对变率,划分基准年方法,研究近60年朝阳地区玉米生长季及各个发育期降水变化特征。结果表明：近60年玉米生长季降水量气候倾向率为-6.55mm /10 a,呈下降趋势。玉米各生育期降水变化趋势不同,玉米播种—苗期、成熟期的降水量呈增加趋势,气候倾向率分别为 4.2 mm/10 a和0.3 mm/10 a,拔节—孕穗期的降水量呈下降趋势,气候倾向率为-10.6 mm /10 a。不同基准年降水变化趋势差异显著,第Ⅱ基准年降水减少最明显,气候倾向率达-23.7 mm/10 a。第Ⅲ基准年降水增加最明显,气候倾向率达29.0 mm/10 a。朝阳地区玉米生长季及各个发育期降水相对变率大,降水偏少年最多,正常年最少。研究结果为该地区玉米生产良种选择、栽培方式改进及趋利避害、防灾减灾等提供气候依据。     

1961—2013年滁州市气温和降水变化特征

为探究气候变化下滁州市近53年气温和降水量变化特征,运用趋势分析法、Mann-Kendall非参数检验法和小波分析法,探究1961—2013年滁州市气温和降水的年代际变化特征、突变特征和周期特征。结果表明:(1)过去53年,滁州市年平均气温呈明显的上升趋势,气候倾向率为0.26℃/10 a;其中春季气温增势最明显,冬季和秋季次之,夏季气温略有增势。年降水量也呈明显的增加趋势,气候倾向率为15.60 mm/10 a;其中,夏季和冬季降水量呈增加趋势,而春季和秋季降水量呈减少趋势。(2)年平均气温在2001年发生增加突变,年降水量在1986年发生增加突变;年平均气温存在17年的主周期,年降水量存在17年左右的主周期和7~8年次周期。(3)气温和降水量呈明显的负相关。在全球变暖下,滁州市气温和降水量均呈增加趋势。     

环县55年气温降水变化趋势及对干旱影响分析

为了应对气候变化,探讨环县干旱发展规律,达到趋利避害,合理开发利用气候资源的目的。利用甘肃省环县1957—2012年的55年气温、降水资料,用最小二乘法计算了1957年以来的平均气温、最高气温、最低气温和平均降水量、降水日数的气候倾向率,结果表明：环县20世纪80年代中期以后气候变暖已成事实,气温变化趋势与同期中国气温变化趋势基本一致,增温率为0.385℃/10 a,平均最高温度增温率高达0.597℃/10 a,显著高于全国增温率,通过YAMAMOTO、累积距平等方法检验1987年是气候突变点,1987—2012年与1957—1986年相比,平均温度增加了1.2℃,冬季增加了1.3℃;环县年降水量有减少的趋势,倾向率为-14.013 mm/10 a,其中春、夏、秋季降水量都呈减少趋势,秋季减少最显著;气候变暖,降水减少后大旱、大涝的极端气候事件明显增多,1987年气候变暖后大旱的概率增加5%,大涝概率增加3%。     

羊毛湾水库流域气温和降水变化特征分析

本文旨在通过对羊毛湾水库流域的气候变化特征进行研究，深入了解水库流域气候的长期演变规律，为水库后期建设规划、运营管理及水库的水源预报提供一定的理论基础和参考意义。利用流域内气象站1960—2017年气候资料，采用统计、距平分析及Morlet小波分析等，对水库流域近58年来气温及降水时间序列的季节变化和年际变化进行多尺度分析。结果表明：水库流域年平均气温以0.24℃/10a的倾向率呈上升趋势，尤其是10年代以来气温升高趋势最为显著；年降水量以1.6mm/10a的倾向率呈弱下降趋势，但夏季和冬季呈弱增加趋势；气温的小波分析表明流域内平均气温存在4年、10年、20年的变化周期，其中20年的强显著周期。降水存在4年、8年、22年的变化周期，强显著周期为22年；通过小波变换系数图可知，流域未来几年内气温仍呈现偏高趋势，降水则呈偏少趋势发展。     

关中-天水经济区气候变化特征分析

为正确认识关中-天水经济区气候变化特征,以1960—2014年研究区所辖的七市一区气象站点逐日气温和降水量实测值为基础,综合运用气候倾向率、累积距平法、Morlet小波函数、Mann-Kendall非参数检验法,并结合滑动t检验、Yamamoto分析对其气候变化特征进行诊断分析。研究结果表明:关天经济区近55年来,年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温及降水强度均有上升趋势,年降水量、降水日数呈下降趋势。20世纪90年代是气候变化的转折点,降水量、年平均气温较其它年代增幅明显。降水量存在准6、14、22、32年周期;降水强度存在准6、10、22、27、32年周期,年平均气温存在准28、22年尺度的变化周期。降水要素仅存在弱突变,气温要素呈现相对较强突变。研究区气候整体态势偏向暖湿化趋势发展。     

ERA20C资料探究1900—2010年浙江省气温变化

利用ERA20C再分析数据集1900—2010年逐月资料,在研究浙江省年际、年代际气温时空分布和年际变率的基础上,检验气温的突变情况,同时细化时间尺度,进一步分析四季气温的时空分布特征,结果显示：浙江省年平均气温16.0℃,增温极为显著,111年来升温0.9℃。地面气温低值区域主要分布在浙江中西部,而高值中心主要出现在沿海地区,气温年际变率最大的地区分布浙江西北部,而变率最小的地方出现在东南沿海一带。Mann-Kendall检验结果显示,1947年气温发生了突变,由缓慢变化转为快速增温。除了冬季之外,浙江省的春、夏、秋3个季节均表现出显著的增温趋势,夏季最为明显,其显著增温趋势为0.13℃/10 a,111年升温1.4℃。春季气温呈现出明显的由东北向西南递增的趋势;夏季的温度变化梯度大,由西南向东北递增,与气候带的纬向分布有较大差别;秋季的气温分布与全年平均较为相似;冬季表现出气温沿海岸线向内陆方向递减（浙江东部）以及由南向北递减（浙江西部）的特点。     

新疆喀什市冬小麦生育期气候因子变化特征及其影响分析

为研究喀什冬小麦区气候对小麦生长的影响以及为农作物生产提供气象服务。利用1981—2014 年喀什市冬小麦生育期气温、降水量、日照时数等资料,采用气候学统计方法,研究了喀什市主要气候因子变化特征及其对冬小麦发育期的影响。结果表明,喀什市冬小麦生育期平均气温年际变化呈上升趋势;降水量除了越冬后前2 个月（3—4 月）呈线性减少趋势外,其余时期呈明显的增加趋势;有效积温、日照时数均呈增加趋势;近34 年冬小麦各发育期均表现出不同程度的提前趋势,尤其是起身期、拔节期的提前趋势较明显,但是越冬开始期呈延迟趋势。气温、有效积温、日照时数与冬小麦各发育期呈负相关。总之,气温升高、有效积温、日照时数增加是喀什冬小麦生育期提前的主要原因,喀什地区气候变暖对冬小麦生育期的影响较为显著。     

宝鸡市气候变化及其对小麦产量的影响

为了定量评估气候变化对小麦产量的影响,进而指导区域建立适应气候模式。在运用滑动平均、线性回归对气候变化趋势探讨的基础上,对关键气候因子与小麦产量进行相关分析,采用标准时段解析小麦气候产量与技术产量。结果表明,宝鸡市气温及降水突变发生在1991 年,但季节性突变存在差异,气温及降水突变春、秋季均晚于夏、冬季。宝鸡市气温呈升温趋势,升温幅度为0.15℃/10 a,以冬季升温为主。降水呈下降趋势,下降幅度约为15.4 mm/10 a,夏秋季降水减少贡献最大。春季气温与小麦气候产量的相关系数达0.67,气候产量以27.5 kg/(hm2 ·10 a)速率增加。近54 年宝鸡市气候变化呈暖干化趋势,在满足灌溉的基础上,气温升高对小麦生产具有增产作用。     

冬小麦水分动态和水分利用效率的综合模拟

为了预测未来气候变暖对农业产生的影响,通过利用ENWATBAL动态模型模拟未来十年甚至几十年气候变化、尤其是气温和降水的变化对冬小麦田蒸散量的影响,借助历史资料推测同期气候变化对冬小麦产量的影响,从而获得相应的冬小麦水分利用效率的变化情况。结果表明,气候变暖会导致冬小麦蒸散量增加,产量下降,水分利用效率降低。说明气候变暖会加剧农业缺水问题,十分有必要开展节水农业。     

1960—2013年甘肃省气温、降水变化特征分析

为了研究近54年来甘肃省气候变化特征,根据甘肃境内28个气象站1960—2013年温度、降水数据,利用气候趋势分析、气候突变分析及Morlet小波分析等,分析甘肃省近54年来气温、降水变化特征。结果表明:(1)近54年来甘肃省的年均温总体呈上升趋势,年均降水量的总体上呈微弱增加趋势。(2)甘肃省中部地区处于暖湿化过程,而南部地区处于暖干化过程,北部地区仍然处于干旱化。(3)年均温在1994年前后出现明显的突变点,年均降水量正反序列曲线均未超过95%置信度线,但正反序列曲线在置信度区间内存在1个交叉点,出现在1993—1994年之间,有可能在1993—1994年发生突变;(4)Morlet小波分析显示,甘肃省年均温存在8年左右的显著变化周期,年均降水量的周期性较差。     

1961—2013年吉林省气温与降水变化特征

为了研究吉林省气候变化现状,根据1961—2013年20个气象站的平均气温、平均最高气温、平均最低气温及降水量的年、月数据资料,采用线性分析、滑动平均、Mann-Kendall突变检验、空间插值等方法对吉林省气温和降水量变化特征进行分析。结果表明:近53年吉林省年平均气温变化在3.25~6.63℃之间,存在显著的上升趋势,倾向率为0.286℃/10 a,并在1986年发生突变。季节气温变化中冬季增温最明显。吉林省气温受海拔影响较大,其中中西部平原地区和敦化、靖宇两地为平均气温增温最明显地区。年降水量变化在489.28~825.26 mm之间,整体呈微增长态势,倾向率为0.5 mm/10 a,突变年份为1987年。季节降水量变化趋势较为平缓,主要表现出春冬增长、夏秋减少的趋势差异。年降水量减少较明显地区为吉林省的西北部和长白山地区,而松花江流域则表现出明显的增长趋势。吉林省气候整体表现出有暖干化的趋势。     

近35年柴达木盆地气温变化特征

为了进一步研究分析柴达木盆地藜麦种植的气候适应性分析及气候区划,笔者利用1981—2015年盆地11个观测站逐月平均气温资料,采用气候统计诊断分析方法计算气温的年、季、月平均值以及气候倾向率,研究其相关系数、突变特点及变化周期。结果表明：近35年来盆地气温经历了2个时期,1981—1997年为相对偏冷期,1998—2015年是相对偏暖期;年平均气温、最高气温、最低气温增温趋势分别为0.50℃/10 a、0.49℃/10 a和0.62℃/10 a;春季最高气温增温显著,其他季节最低气温增温显著,四季平均气温增温显著;在逐月变化中12月、1月增温不显著;在空间分布上,天峻为气温的低值中心,格尔木和诺木洪为气温的高值中心,气温升幅分别以西部的冷湖和东部的都兰为低值中心,而中部偏高。通过累积距平以及Mann-Kendall进一步检验确定,平均气温、最高气温和最低气温的气候突变年份分别为1996年、1993年和1998年;用Morlet小波变换对盆地气温变化周期分析发现,平均气温与最高气温在不同时段的对应关系均较好。