揭陽(yáng)市低溫的氣候變化特征

梁潔華，陳浩，林巧美，黃文君，林錦冰

（1.揭陽(yáng)市氣象局，廣東揭陽(yáng) 522000；2.惠來(lái)縣氣象局，廣東惠來(lái) 522000）

在全球氣候變暖的背景下，盡管低溫天氣在減少，影響期在縮短，但是隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，低溫天氣造成的經(jīng)濟(jì)損失仍不可小覷［1-9]。很多學(xué)者對(duì)廣東省低溫的氣候特征以及影響因子進(jìn)行了分析：姜麗萍等［1]研究表明進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期，中山市冷害天氣無(wú)論是從強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間均呈減弱趨勢(shì)；廖裕珍等［2]研究表明梅州市的低溫日數(shù)呈減少的趨勢(shì)，低溫強(qiáng)度也呈減弱的趨勢(shì)；李曉娟等［3]統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)廣州近58年來(lái)呈現(xiàn)年低溫日數(shù)減少、低溫終日提前、低溫期縮短的趨勢(shì)。

揭陽(yáng)市在2008年遭受了連續(xù)性的低溫冷害過(guò)程，給農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)造成了嚴(yán)重的損失。揭陽(yáng)市整體呈南北走向，北部地處山區(qū)，南部沿海，南北氣候差異較大，低溫的局地性很強(qiáng)，做好低溫冷害氣候分析，有利于提高低溫的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)措施的提前部署，以減少因低溫冷害而造成經(jīng)濟(jì)損失有重大的意義。

1 資料和方法

資料來(lái)源于揭陽(yáng)市市區(qū)（1954年建站，遷站2次。1960年遷站1次，2010年遷站至今）、揭西縣（1966年建站，2000年遷站1次至今）、普寧市（1958年建站，2000年遷站1次至今）和惠來(lái)縣（1955年建站，2016年遷站1次至今）共4個(gè)國(guó)家站1966—2015年地面觀測(cè)氣溫資料。

根據(jù)《廣東省天氣預(yù)報(bào)技術(shù)手冊(cè)》的定義［10]；在冷空氣的影響下，廣東省最低氣溫出現(xiàn)在5℃或以下，稱為低溫。本研究將當(dāng)年11月至次年3月出現(xiàn)的低溫視為當(dāng)年的低溫現(xiàn)象，并按照每年第1次出現(xiàn)低溫的日期稱為“低溫初日”，次年3月之前最后1次出現(xiàn)低溫的日期稱為“低溫終日”。運(yùn)用線性擬合方法［11]、M-K檢驗(yàn)［11]以及Morlet小波分析［11]等方法對(duì)揭陽(yáng)市出現(xiàn)的低溫日數(shù)、低溫初日、低溫終日等進(jìn)行分析，以期總結(jié)出揭陽(yáng)市低溫的氣候變化特征。

2 低溫的氣候變化特征

2.1 低溫日數(shù)

統(tǒng)計(jì)分析1966—2015年揭陽(yáng)市4個(gè)市縣的低溫日數(shù)（圖略），發(fā)現(xiàn)50年來(lái)揭西縣的低溫日數(shù)最多，年均8.18 d；普寧市次之，年均3.94 d；市區(qū)年均3.34 d；惠來(lái)縣最少，年均1.02 d，這與揭陽(yáng)市的地理位置分布有關(guān)，惠來(lái)縣南臨南海，因海洋比陸地的熱容量大，冬季降溫慢，氣溫比陸地高，且受海洋的調(diào)節(jié)作用，沿海出現(xiàn)低溫的幾率比較低。50年來(lái)，揭陽(yáng)市低溫年度最多日數(shù)出現(xiàn)在1973年，市區(qū)21 d、揭西縣26 d、普寧市22 d、惠來(lái)縣8 d。全市均無(wú)低溫出現(xiàn)的年份是1974、1990、1997、1998以及2000年。從圖1還可以看出，揭陽(yáng)市低溫出現(xiàn)在當(dāng)年的11至次年的3月，主要影響在12到次年2月，其中1月低溫日數(shù)占近50年低溫總?cè)諗?shù)的40%左右。

運(yùn)用線性擬合方法對(duì)揭陽(yáng)市低溫日數(shù)進(jìn)行線性傾向分析，結(jié)果表明全市的低溫日數(shù)均有下降趨勢(shì)，且下降趨勢(shì)顯著（圖1）。用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，市區(qū)、揭西縣和普寧市低溫日數(shù)的相關(guān)系數(shù)均通過(guò)信度0.01的顯著性檢驗(yàn)，分別為-0.425、-0.389和-0.469，表明這3個(gè)地區(qū)的低溫日數(shù)下降趨勢(shì)顯著。而惠來(lái)縣下降趨勢(shì)緩慢，且不顯著。

圖1 揭陽(yáng)市低溫日數(shù)線性相關(guān)趨勢(shì)

2.2 低溫初日與終日的變化

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，揭陽(yáng)市的低溫出現(xiàn)在11月至次年的3月。為了方便統(tǒng)計(jì)，低溫初日和終日均以11月1日為起點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，即11月1日為1 d，11月2日為2 d，依次類推。50年來(lái)，低溫初日最早出現(xiàn)在1971年的11月18日，最晚出現(xiàn)在1979年的1月31日；低溫終日則最早結(jié)束于1972年的12月14日，最晚結(jié)束在2010年的3月11日。從線性傾向趨勢(shì)分析（圖2）來(lái)看，低溫初日是一個(gè)延后的趨勢(shì)，而低溫終日則呈提前的趨勢(shì)，但低溫初日和低溫終日的相關(guān)系數(shù)均沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，表明初日與終日的變化趨勢(shì)不顯著。

圖2 揭陽(yáng)市低溫日數(shù)初日與終日的線性相關(guān)趨勢(shì)

2.3 低溫日數(shù)的突變檢驗(yàn)

從揭陽(yáng)市4個(gè)市縣的M-K檢驗(yàn)（圖略）可知，從1966年到2015年，揭陽(yáng)市的低溫日數(shù)均呈下降的趨勢(shì)，下降趨勢(shì)均超過(guò)0.05顯著性水平，表明揭陽(yáng)市的低溫日數(shù)下降趨勢(shì)顯著。從UF和UB曲線交點(diǎn)位置來(lái)看，揭陽(yáng)市區(qū)在1981年出現(xiàn)突變、揭西縣在1971—1973年左右出現(xiàn)突變、普寧市在1987年出現(xiàn)突變、惠來(lái)縣則沒(méi)有發(fā)生突變。

2.4 低溫期

將每年低溫初日到終日之間的日期定義為低溫期。50年來(lái)揭陽(yáng)市的低溫期變化較不規(guī)律，平均低溫期為40.1 d，最長(zhǎng)的低溫期為108 d，出現(xiàn)在1971年；超過(guò)平均低溫期日數(shù)的年份有21年（圖3）。

圖3 揭陽(yáng)市低溫期日數(shù)變化

從線性趨勢(shì)上看，揭陽(yáng)市的低溫期是一個(gè)下降趨勢(shì)，但是相關(guān)系數(shù)沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，表明低溫期的下降趨勢(shì)不顯著。

2.5 低溫日數(shù)的變化周期

通過(guò)對(duì)揭陽(yáng)市區(qū)低溫日數(shù)的小波系數(shù)分析（圖4a）可以看出，揭陽(yáng)市區(qū)的低溫日數(shù)存在著準(zhǔn)5和13年左右的2類尺度的周期變化規(guī)律。其中5年尺度周期在20世紀(jì)60—70年代和21世紀(jì)10年代表現(xiàn)的較穩(wěn)定，而13年尺度周期變化在20世紀(jì)60—90年代存在明顯振蕩特征。從小波方差圖（圖略）可以看出，存在4個(gè)較為明顯的峰值，依次對(duì)應(yīng)4、13、20和25年的時(shí)間尺度。13年左右的周期震蕩最強(qiáng)，為揭陽(yáng)市區(qū)低溫日數(shù)變化的第1主周期，4、20和25年的時(shí)間尺度，依次為市區(qū)低溫日數(shù)變化的第2、第3和第4周期，4個(gè)周期的波動(dòng)控制著揭陽(yáng)低溫日數(shù)在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。根據(jù)小波方差的檢驗(yàn)結(jié)果，繪制了控制市區(qū)低溫日數(shù)的第1和第2主周期小波系數(shù)圖。從圖4b可以看出，在13年時(shí)間尺度上，揭陽(yáng)市區(qū)低溫日數(shù)變化的平均周期約為8年，大約經(jīng)歷了4個(gè)周期的從多到少的振蕩；在2004年之后表現(xiàn)較平穩(wěn)；在4年的時(shí)間尺度上，20世紀(jì)70年代之前經(jīng)歷了4個(gè)周期的從多到少的振蕩，1978年之后，振蕩幅度變小，周期變化不明顯。

圖4 1966—2015年揭陽(yáng)市區(qū)低溫日數(shù)小波系數(shù)（a）和低溫日數(shù)變化的13和4年特征時(shí)間尺度小波實(shí)部過(guò)程線（b）

圖5 1966—2015年揭西縣低溫日數(shù)小波系數(shù)（a）和低溫日數(shù)變化的5和13年特征時(shí)間尺度小波實(shí)部過(guò)程線（b）

通過(guò)對(duì)揭西縣低溫日數(shù)的小波系數(shù)分析（圖5a）可以看出，存在準(zhǔn)5以及13年左右的2類尺度的周期變化規(guī)律。2個(gè)尺度的周期變化在整個(gè)分析時(shí)段都表現(xiàn)的非常穩(wěn)定，具有全域性。從小波方差圖（圖略）可以看出存在3個(gè)較為明顯的峰值，依次對(duì)應(yīng)著5、13和27年的時(shí)間尺度。其中5年左右的周期震蕩最強(qiáng)，為揭西縣低溫日數(shù)變化的第1主周期；13和27年依次為第2、第3周期，上述3個(gè)周期的波動(dòng)控制著揭西縣低溫日數(shù)在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。根據(jù)小波方差的檢驗(yàn)結(jié)果，繪制了控制揭西縣低溫日數(shù)的第1和第2主周期小波系數(shù)圖。從圖5b可以看出在5年時(shí)間尺度上，揭西縣低溫日數(shù)變化的平均周期約為3年左右，20世紀(jì)60—90年代大約經(jīng)歷了10個(gè)周期的從少到多的振蕩，2000到2006年周期變化不明顯，2006年以后又經(jīng)歷3個(gè)周期的從少到多的振蕩；在13年的時(shí)間尺度上，平均周期約為8.5年，大約經(jīng)歷了5個(gè)周期的從少到多的振蕩，1996年之后振蕩幅度變小。

3 結(jié)論

1）1966—2015年，揭西縣低溫霜凍日數(shù)最多，年均8.18 d。全市低溫最主要影響時(shí)段在1月份，低溫日數(shù)減少趨勢(shì)顯著。

2）低溫初日是一個(gè)延后的趨勢(shì)，低溫終日則是一個(gè)提前的趨勢(shì)。初日與終日的變化趨勢(shì)不顯著。

3）從M-K檢驗(yàn)上看，揭陽(yáng)市區(qū)低溫日數(shù)在1981年出現(xiàn)突變，揭西縣在1971—1973年左右出現(xiàn)突變，普寧市在1987年出現(xiàn)突變，惠來(lái)縣則沒(méi)有發(fā)生突變。

4）揭陽(yáng)市的低溫期下降趨勢(shì)不顯著。

5）市區(qū)低溫日數(shù)在13年尺度上，平均周期約為8年，約經(jīng)歷了4個(gè)周期的從多到少的振蕩，在2004年之后表現(xiàn)較平穩(wěn)；在4年的尺度上，20世紀(jì)70年代之前經(jīng)歷了4個(gè)周期的從多到少的振蕩，1978年之后振蕩幅度變小，周期變化不明顯。揭西縣低溫日數(shù)在5年尺度上，平均周期約為3年左右，20世紀(jì)60—90年代約經(jīng)歷了10個(gè)周期的從少到多的振蕩，2000年到2006年周期變化不明顯，2006年以后又經(jīng)歷3個(gè)周期的從少到多的振蕩；在13年的尺度上，平均周期約為8.5年，約經(jīng)歷了5個(gè)周期的從少到多的振蕩，1996年之后振蕩幅度變小。