南充市近50年主要气候要素变化分析

何清玉, 徐健雄, 杜忠, 等. 南充市近50年主要气候要素变化分析[J]. 四川林业科技, 2022, 43（4）: 60−66 doi: 10.12172/202204070002 引用本文: 何清玉, 徐健雄, 杜忠, 等. 南充市近50年主要气候要素变化分析[J]. 四川林业科技, 2022, 43（4）: 60−66 doi: 10.12172/202204070002 HE Q Y, XU J X, DU Z, et al. Analysis on main climate elements changes in Nanchong city in the past 50 years[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2022, 43（4）: 60−66 doi: 10.12172/202204070002 Citation: HE Q Y, XU J X, DU Z, et al. Analysis on main climate elements changes in Nanchong city in the past 50 years[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2022, 43（4）: 60−66 doi: 10.12172/202204070002 为了更好地利用南充市气候资源，预测南充市未来的气候变化趋势，促进区域内的生产生活。利用1970—2019年南充市地面气象观测数据，选取气温，降水，日照3个气候要素，通过使用线性回归和R/S分析法，分析南充市近50年来年际和四季的气候变化特征，预测南充市未来年际和四季的气候变化趋势。研究结果表明，1970—2019年间，年平均气温和四季平均气温总体呈上升趋势；年日照时数和夏、秋季日照时数总体呈下降趋势，而春季与冬季日照时数呈上升趋势；降水量除秋季呈下降趋势，其余均呈上升趋势。南充市未来的年平均气温和四季平均气温呈下降趋势；年日照时数和春、秋、冬季日照时数呈下降趋势，夏季日照时数呈上升趋势；年降水量和春、秋、冬季降水量呈下降趋势，夏季降水量呈上升趋势。南充市; R/S分析; 变化趋势; 气候要素; Abstract: In order to make better use of the climate resources in Nanchong city, forecast the future climate change trend in Nanchong city, and promote the production and life in the region. Based on the ground meteorological observation data of Nanchong city from 1970—2019, three climate elements: temperature, precipitation and sunshine, were selected. By using the linear regression method and R/S analysis method, the characteristics of inter-annual and four-season climate change in Nanchong city over the past 50 years were analyzed, and the future inter-annual and four-season climate change trends in Nanchong city were predicted. The results showed that, from 1970—2019, the annual average temperature and the four-season average temperature showed an overall upward trend; the annual, summer and autumn sunshine hours showed an downward trend, and the spring and winter sunshine hours showed an upward trend; precipitation showed an downward trend in autumn, and the rest showed an upward trend. In the future, the annual average temperature and four-season average temperature in Nanchong city will show a downward trend; the sunshine hours in Nanchong city for the annual, spring, autumn and winter will show a downward trend, and the sunshine hours in summer will show an upward trend; the annual, spring, autumn and winter precipitation will show a downward trend, and the summer precipitation will show a upward trend. Key words: Nanchong city; R/S analysis; Change trend; Climate elements; Linear regression

南充市 /

R/S分析 /

变化趋势 /

气候要素 /

线性回归

摘要: 为了更好地利用南充市气候资源，预测南充市未来的气候变化趋势，促进区域内的生产生活。利用1970—2019年南充市地面气象观测数据，选取气温，降水，日照3个气候要素，通过使用线性回归和R/S分析法，分析南充市近50年来年际和四季的气候变化特征，预测南充市未来年际和四季的气候变化趋势。研究结果表明，1970—2019年间，年平均气温和四季平均气温总体呈上升趋势；年日照时数和夏、秋季日照时数总体呈下降趋势，而春季与冬季日照时数呈上升趋势；降水量除秋季呈下降趋势，其余均呈上升趋势。南充市未来的年平均气温和四季平均气温呈下降趋势；年日照时数和春、秋、冬季日照时数呈下降趋势，夏季日照时数呈上升趋势；年降水量和春、秋、冬季降水量呈下降趋势，夏季降水量呈上升趋势。

1. China West Normal University School of Geographical Sciences

2. China West Normal University School of Computer Science, Nanchong 637009, China

Corresponding author: [email protected]

Keywords:

Nanchong city /

R/S analysis /

Change trend /

Climate elements /

Linear regression

Abstract: In order to make better use of the climate resources in Nanchong city, forecast the future climate change trend in Nanchong city, and promote the production and life in the region. Based on the ground meteorological observation data of Nanchong city from 1970—2019, three climate elements: temperature, precipitation and sunshine, were selected. By using the linear regression method and R/S analysis method, the characteristics of inter-annual and four-season climate change in Nanchong city over the past 50 years were analyzed, and the future inter-annual and four-season climate change trends in Nanchong city were predicted. The results showed that, from 1970—2019, the annual average temperature and the four-season average temperature showed an overall upward trend; the annual, summer and autumn sunshine hours showed an downward trend, and the spring and winter sunshine hours showed an upward trend; precipitation showed an downward trend in autumn, and the rest showed an upward trend. In the future, the annual average temperature and four-season average temperature in Nanchong city will show a downward trend; the sunshine hours in Nanchong city for the annual, spring, autumn and winter will show a downward trend, and the sunshine hours in summer will show an upward trend; the annual, spring, autumn and winter precipitation will show a downward trend, and the summer precipitation will show a upward trend.

在已有的研究中，学者们从不同区域尺度，通过多种方法研究分析各种气候要素的变化趋势、突变情况以及变化周期等。研究区域尺度上，魏凤英等 ^{[

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]} 研究了中国、北半球和全球气温历史序列的突变现象，发现中国、北半球和全球的气温变化趋势基本相同；韩翠华等 ^{[

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]} 依据年、夏半年气温变化特征将全国划分成8个不同的区域，并且通过变化趋势分析发现1951—2010年间，我国各区域气温均呈上升趋势；周伟东等 ^{[

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]} 探讨了中国东部3个气候带冬季气温和降水的变化特征及与大气环流和海温的关系；冯新灵等 ^{[

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]} 对成都的平均值气温、极端气温值及降水累积值进行了计算分析，预测出今后成都将继续变暖，降水量将继续减少。在研究方法上，孙娴等 ^{[

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]} 用经验模态分解（EMD）方法对中国的月平均气温进行分析；郝振纯等 ^{[

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]} 采用M-K法检验了1961—2009年我国全年和四季气温空间和时间变化规律，发现该时段我国地面观测温度普遍升高；李双双等 ^{[

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]} 采用趋势分析、M-K检验和相关分析等气候诊断方法，分析了秦岭—淮河南北极端降水时空变化特征，并且探讨了极端降水变化与ENSO事件的关系；林培松 ^{[

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]} 等利用一元线性回归和数理统计方法对海南岛西部气温和降水两要素的变化特征进行分析，并根据冷暖波动将海南岛西部气候划分成两个冷期和两个暖期；赵晶等 ^{[

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]} 运用R/S分析法分析了兰州市未来的气候变化倾向；赵嘉阳 ^{[

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]} 等应用线性回归和R/S分析法分析了龙岩市的气温和降水变化趋势。

R/S分析法和线性回归的研究方式，在区域气候要素变化分析上取得了一定的成功 ^{[

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]} 。南充作为川东北的重要城市之一，降水量季节分布不均，干旱年发生频率达48%以上，灾害性天气（如秋绵雨、旱干、洪涝等）频率较大且持续时间较长，对其进行气候要素变化分析，不但能预测其未来气候变化趋势，还能更好地利用南充的气候资源，促进区域内生产生活。现有的研究方式大都选取气温、降水和日照等气候要素进行分析 ^{[

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]} 。鉴于此，本文选取南充市1970—2019年间的南充市地面50年的气候观测数据作为研究对象，利用R/S分析法和线性回归方式，从年均和不同季节分别进行气温、降水和日照时数的实验和结果分析。利用最新的长期数据，不但能够体现南充市最近的气候变化趋势，也能保证利用R/S分析法和线性回归方式得到实验结果的准确和有效性。

$$ < L{ > _\beta } = \frac{1}{\beta }\sum\limits_{t = 1}^\beta {L(t),\beta = 1,2,3,\cdots,n} $$

$$\begin{aligned} R(\beta )&={\rm{max}}X(t,\beta )-\mathrm{min}X(t,\beta )\text{，}\\ \beta &=1,2,3,\cdots,n\text{，}1\leqslant t\leqslant \beta \end{aligned}$$

$$ S(\beta ) = \sqrt {\left[\frac{1}{\beta }\sum\limits_{\beta = 1}^\beta {{{\left[L(t) - < L{ > _\beta }\right]}^2}} \right]} ,\beta = 1,2,3,\cdots,n $$

从图5 南充市1970 — 2019年，各季节日照时数的线性回归分析图中可以看到，夏季日照时数总体最多，春秋次之，冬季最少。春季与冬季的日照时数的拟合直线斜率大于0，呈上升趋势。而夏季和秋季日照时数的拟合直线斜率小于0，呈下降趋势。从图6 各季节日照时数Hurst值柱状图中可以看到，除秋季1992年后25年实验的Hurst值达到1级外，春季、夏季和冬季的Hurst值均小于0.5，分别为−2级，−3级与−4级。这表明，南充市秋季的日照时数时间序列具有正向持续性，未来南充市秋季的日照时数将下降。而春季、夏季和冬季的日照时数时间序列皆具有反向持续性，未来南充市春季与冬季的日照时数将下降，而夏季的日照时数将会增多。总体与3.2.1节分析的年日照时数变化趋势一致。

从图7 （a）线性回归分析图中可以看到，南充市1970—2019年，年降水量线性回归拟合直线的斜率大于0，总体呈上升趋势，上升速率为1.53341 mm·a ⁻¹ 。图7 （b）Hurst值柱状图中可以看到，1970—1978年25年实验的Hurst值总体小于0.5。自1979年后的25年实验开始，Hurst值持续大于0.5，一直到1985年。1986年25年实验的Hurst值结果骤降，之后一直持续到1990年，Hurst值始终在0.5上下波动。从1991年的25年实验开始，Hurst值持续小于0.5，除1993年为−2级外，其余年份皆达到−3级。说明南充市年降水量时间序列具有反向持续性，未来南充市年降水量呈下降趋势。

从图8 南充市1970—2019年，各季节降水量线性回归分析图中可以看到，夏季降水量最多，冬季降水量最少，符合降水集中，夏季湿润，冬季干燥的特点。春季、夏季和冬季降水量的拟合直线斜率均大于0，呈上升趋势，秋季降水量的拟合直线的斜率小于0，呈下降趋势。从图9 南充市1970—2019年，各季节降水量的Hurst值柱状图中可以看到，夏季与秋季降水量Hurst值在1985年后均大于0.5，并在1993年达到3级，说明了夏季与秋季降水量时间序列具有正向持续性，未来南充市夏季降水量呈上升趋势而秋季降水量呈下降趋势。春季和冬季的降水量时间序列具有反向持续性，两个季节的降水量Hurst值在1990年后均小于0.5，分别为−1级和−3级，未来南充市春季和冬季的降水量均呈下降趋势，总体与3.3.1小节分析得到的年降水量变化趋势一致。