漳平市高溫變化規(guī)律研究*

陳紅菊,陳洋麟,王法?。?福建省漳平市氣象局，福建 漳平364400；.福建省龍巖市氣象局，福建 龍巖364000）

近年來高溫天氣越來越引起人們的重視，高溫天氣的出現(xiàn)對農業(yè)生產、生活帶來很大的影響。隨著全球氣候變暖，漳平的高溫天氣也發(fā)生變化。鄒燕等[1]通過對1961—1999年7～9月各高溫過程環(huán)流背景的統(tǒng)計分析，探討造成福建省高溫天氣的主要天氣系統(tǒng)及形勢特征。蔡曉禾等[2]利用1961—2010年福建省67個氣象觀測站的最高氣溫資料，研究了福建省酷熱日和福州高溫日的分布特征。本文對漳平1958—2014年≥35℃和≥37℃高溫天氣為研究對象，分析高溫日數(shù)變化規(guī)律。

1 資料來源和研究方法

波分析方法具有多種模式，本文采用Morlet小波功率譜分析。小波變換可以應用在不同頻率處包含非靜態(tài)能量分布的時間序列分析。它具有多分辨率分析的特點，而且在時頻兩域都具有表征信號局部特征的能力，是一種窗口大小固定不變，但其形狀可改變，時間窗和頻率窗都可以改變的時頻局部化分析方法，所以被譽為分析信號的顯微鏡。因為小波函數(shù)Ψ(G)通常為復數(shù)，所以其小波變換Wn(s)也是復數(shù)形式，也就是說，我們可以把它分解為實部R{Wn(s)}和虛部s{Wn(s)}，其幅度為|Wn(s)|，相位為tan-1[s(Wn(s))/R{Wn(s)}]，小波功率譜可以表示成|Wn(s)|2[6]。本文依據(jù)小波變換和小波功率譜的理論[3-5]對漳平市57a年高溫日數(shù)在時間序列上進行多尺度特征分析。為減少誤差，獲得更加準確的結果，建立相應的影響錐去除邊界效應對于溫度周期特征的影響，并對得到的溫度周期特性進行了0.05水平上的高斯白噪聲檢驗[7-9]。

根據(jù)中國氣象局規(guī)定，日極端最高氣溫≥35.0℃的天氣成為高溫天氣，另外根據(jù)高溫出現(xiàn)強度可將高溫分為3個等級：≥35.0℃為高溫，≥37.0℃為危害性高溫，≥40.0℃為強危害性高溫或酷熱高溫，連續(xù)≥1個高溫日的天氣過程，稱為一個高溫過程。

本文選取漳平觀測站1958—2014年均一性較好的逐日溫度觀測資料，對漳平最高氣溫進行時間序列分析統(tǒng)計，分析高溫時間分布規(guī)律和變化特征。

2 結果分析

1958—2014年極端最高溫度平均為38.9℃，以1988年7月17日41.2℃為最高。從極端最高溫度趨勢線可以看出極端高溫是呈微弱增長趨勢。1958—2014年溫度≥35℃過程天數(shù)以1974年7月17日—8月9日和1992年7月23日—8月15日持續(xù)性高溫天數(shù)達24d為最多。1958—2014年溫度≥35℃過程天數(shù)≥20d其余為1963年8月18日—9月7日、1978年6月28月—7月20日、2007年7月15日—8月3日。

2.1 時間上分布及變化規(guī)律

2.1.1 年際高溫變化規(guī)律

為了反映漳平市高溫日數(shù)年際變化規(guī)律，分別作出漳平市1958—2014年年高溫≥35℃年高溫日數(shù)時間序列圖和1958—2014年年高溫≥37℃年高溫日數(shù)時間序列圖，并用線性回歸方程表示年高溫日數(shù)時間序列的線性變化趨勢，從圖1和圖2整體趨勢看都是呈下降趨勢，趨勢變率為7/100a和4/100a。1958—2014年溫度≥35℃年高溫日數(shù)平均為46d，由高溫日數(shù)均指≥35℃研究可以看出，以1997年年高溫日數(shù)9d為最少，以1963年年高溫日數(shù)74d為最多。1958—1991年年高溫日數(shù)沒有明顯上升或下降趨勢，1991—1997年年高溫日數(shù)有明顯下降趨勢，1998—2014年高溫日數(shù)有明顯上升趨勢。從5年平均也可以很好印證以上結論。1958—2014年溫度≥37℃年高溫日數(shù)平均為14d，由高溫日數(shù)均指≥37℃可以看出，以1997年年高溫日數(shù)1d為最少，以1971年年高溫日數(shù)32d為最多。1958—1979年和2003—2011年年高溫日數(shù)沒有明顯上升或下降趨勢，1980—1985年和1990—1997年年高溫日數(shù)有明顯下降趨勢，1985—1990年、1997—2003年和2001—2014年年高溫日數(shù)有明顯上升趨勢。從5a滑動平均也可以很好得出以上結論。

為了了解漳平市年高溫日數(shù)多尺度特征，本文通過Morlet小波變換之后的功率譜、時間平均功率譜2～8a尺度平均時間序列圖來研究漳平市年高溫日數(shù)是否存在周期變化，分別稱為圖（a）、圖（b）與圖（c）。其中，圖（a）中實線所包圍閉合部分表示通過了在0.05顯著性水平上的高斯白噪聲檢驗的尺度周期，半圓包圍部分為去除邊界效應之后的尺度周期。從中可以看出漳平市年高溫日數(shù)時間序列存在顯著的2-8年的年際尺度周期。從圖4可以看出年高溫（≥35℃）日數(shù)時間序列存在顯著的準3a尺度周期（圖a，圖b），且這些周期的強度均隨著時間變化（圖a，圖c）。準3a其譜值在2005年之前和2010年之后都較強，其他年份較弱。同時小波功率譜分析還檢測出該站在年際尺度上存在準8 a周期，但0.05顯著水平檢驗發(fā)現(xiàn)并不顯著。從圖5可以看出年高溫（≥37℃）日數(shù)時間序列存在顯著的準2～4a尺度周期（圖a，圖b），且這些周期的強度均隨著時間變化（圖a，圖c）。準2～4a其譜值在1990年之前、1995—2005年和2010之后都較強，其他年份較弱。同時小波功率譜分析還檢測出該站在年際尺度上存在準8 a周期，但0.05顯著水平檢驗發(fā)現(xiàn)并不顯著。

圖1 1958—2014年年≥35℃日數(shù)小波功率譜分析

圖2 1958—2014年年≥37℃日數(shù)小波功率譜分析

2.1.2 月高溫日數(shù)分布規(guī)律

漳平市1958—2014年溫度≥35℃高溫出現(xiàn)在4—11月和溫度≥37℃高溫出現(xiàn)在4—9月，溫度≥35℃和37℃高溫主要都出現(xiàn)在7月和8月。從1958—2014年57年月累計高溫日數(shù)可以看出，溫度≥35℃以7月989d為最多，平均每年7月份有17d溫度≥35℃；11月1d為最少；溫度≥37℃以7月414d為最多，平均每年7月份有7d溫度≥37℃，4月1d為最少。

3 結論

1958—2014年極端最高溫度平均為38.9℃，以1988年7月17日41.2℃為最高。1958—2014年溫度≥35℃過程天數(shù)以1974年7月17日—8月9日和1992年7月23日—8月15日持續(xù)性高溫天數(shù)達24d為最多。1958—2014年溫度≥35℃和37℃的年高溫日數(shù)無顯著變化趨勢，溫度≥35℃和37℃高溫主要都出現(xiàn)在7月和8月。由Morlet小波功率譜分析方法得知：1958—2014年溫度≥35℃年高溫日數(shù)存在顯著的準3a尺度周期；1958—2014年溫度≥37℃年高溫日數(shù)存在顯著的準2～4a尺度周期。