吉林省 1953-2013 年气候变化研究

海建航,陈永金，逯孝强，刘晓迪，王秉芝

（聊城大学 环境与规划学院， 山东 聊城 252059）

吉林省 1953-2013 年气候变化研究

海建航,陈永金，逯孝强，刘晓迪，王秉芝

（聊城大学 环境与规划学院， 山东 聊城 252059）

基于吉林省 1953-2013 年的气候数据，利用线性倾向估计方法分析了气温、降水量的变化情况.结果表明：近六十年来，吉林省气温、降水分别呈上升、减少变化特点.对两种气候要素更近一步的分析变化特征，可将气温分成三个阶段：1953-1968 年为第一阶段，1969-1987 年为第二阶段，1988-2012 年为第三阶段.降水分为三个阶段：1953-1973 年为第一阶段，1974-2004 年为第二阶段，2005-2012 年为第三阶段.两种要素在不同的阶段表现出不同的变化规律.并分季度对 1953-2013 年的气温、降水情况进行了分析.

气温；降水；太阳黑子；厄尔尼诺；拉尼娜

气候变化近年来已经引起各国的广泛关注，尤其是工业革命以后，人类改造自然的能力增强，全球气候变化的剧烈程度前所未有.大量研究表明，以变暖为主要标志的全球气候变化已经严重威胁到了地球环境和社会经济的可持续发展[1].因此，研究气候变化的成因机制及应对全球变化带来的影响已经成为全人类重要的课题.

根据杨冬红，杨学祥等人的研究，他们把全球气候变化的原因归为以下几个方面：太阳活动、地球轨道变化、臭氧空洞、地磁、海洋活动、火山活动、大气作用等[2].本文研究 吉林省 1953-2013 年来的气候变化，研究的地域范围相对较小，研究的时间尺度也相对较短.故本文主要从太阳黑子，厄尔尼诺/拉尼娜现象和拉马德雷这几个方面与吉林省气候的关系.通过研究他们之间的相关关系，对旱涝灾害以及近年来多发的极端异常气候的预警提供帮助，并更好的服务于人类的生产生活.

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

吉林省，简称吉.地处东经 122-131 度，北纬41-46 度之间.面积 18.74 万平方公里.东西长 650公里，南北宽 300 公里.吉林省地形主要有东部的长白山区和中西部的平原两大地形区组成.吉林省属温带季风气候，四季分明，雨热同季.夏季高温多雨，冬季寒冷漫长.冬季平均气温在 -11℃以下.夏季平原平均气温在 23℃以上.吉林省气温年较差在35～42℃，日较差一般为 10～14℃.全年无霜期一般为 100～160 天. 吉林省多年平均日照时数为2259～3016 小时.年平均降水量为 400～600 毫米，但季节和区域差异较大，80%集中在夏季，以东部降雨量最为丰沛.

1.2 数据来源：

本文所利用的气候数据是由中国气象科学数据共享服务（http://cdc.cma.gov.cn）整编的中国 194个基本、基准地面气象观测站及自动站的数据集中获得，数据来源真实可靠.包括吉林省的前郭尔罗斯、四平、延吉、长春、临江五个基本基站自 1953 年-2013 年的年度、月度气温降水资料，并计算出春（3-5 月）、夏（6-8 月）、秋（9-11 月）、冬（12 月 - 次年 1、2 月）的气温降水资料.它们分别位于吉林省的西北，西南，东部，南部，东南部，且涵盖了长白山区和松嫩平原两大地形区，基本上可以代表吉林省的气候特征.

1.3 分析方法

1.3.1 线性倾向估计

xi代表样本量为 n 的某一气候变量，用 ti表示xi所对应的时间，建立 xi与 ti之间的一元线性回归方程：

其中 a 为回归常数，b 为回归系数.这是一种最简单的、特殊的线性回归形式.它的含义是用一条合理的直线表示 x与其时间 t之间的关系.

回归系数b的符号表示气候变量 x的趋势倾向.当 b 的符号为正时，即当 b＞0 时，说明随时间 t的增加x呈上升趋势；当 b的符号为负时，即当b＜0 时，说明随着时间 t的增加 x 呈下降趋势.b 值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的倾向程度，因此，通常将 b 称为倾向值，而这种方法叫做线性倾向估计.

3 结果分析

3.1 气温变化分析

3.1.1 年度变化

从 1953 年到 2013 年间，吉林省平均气温为5.53℃，年平均气温呈波动上升变化 （如图 1）.其中，1953 年至 1968 年吉林省平均气温呈快速上升趋势，但是气温上升速度较快而 1969-1987 这段时间的平均气温中，只有两年的平均气温高于平均线，说明这个时期是一段温度较低时期；从1988-2012 这年的平均气温普遍较高，并且这段时期气温上升速率较快，是气候最为温暖的时期.

图1 1953-2013 吉林省平均气温变化图

进一步分析 60年吉林省气温变化可以划分为三个阶段，从 1953 年到 1968 年为第一阶段，此阶段气温最低，但是上升趋势明显，平均气温4.87℃，；第二阶段为 1969 年到 1987 年，此阶段气温相对较低，平均气温 5.17℃，是气温变化较为平稳的阶段；第三阶段是 1988 到 2012 年，此阶段气温呈显著上升趋势，平均气温为 6.22℃，是三个阶段中温度最高的阶段.

“拉马德雷”现象在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”（PDO），是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续 20 至 30 年.研究表明，近 100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期.第一周期的“冷位相”发生于 1889 年至 1924 年，而1925 年至 1945 年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于 1946 年至 1977 年，1978 年至上世纪 90年代后期为“暖位相”.自 2000 年起，“拉马德雷”又开始进入“冷位相”[3].1953-1968 年第一阶段气温偏低可能是由于“冷位相”导致的.1988 年之后气温快速回升时期，也就是“拉马德雷”的第二个“暖位相”时期.而 2006 年之后气温下降又与 2000 年之后的“冷位相”有关，但是由于在全球变暖的大背景下，气温随略有下降，但是仍然偏高.

3.1.2 季度变化

根据春（3-5 月）、夏（6-8 月）、秋（9-11 月）、冬（12 月 - 次年 1、2 月）四个季度来分析气温变化可得出：四个季度的平均温度都呈上升趋势，但上升快慢有所差别，其中冬季上升速度相对最快、夏季相对最慢.

如图 2 所示，春、夏、秋、冬气温的线性趋势分别遵循以下模型：

图2 四福图至上而下依次代表春、夏、秋、冬四个季度的气温变化趋势

由以上模型分析可得出：四个季度气温都呈上升趋势，但上升幅度各不相同；冬季气温的上升幅度最大，夏季气温的上升幅度最小.吉林省属于东北地区，冬季寒冷而漫长，气候适度变暖有利于人类生产生活和农业发展[4].

相比较来说，春季气温波动幅度较大，呈上升趋势明显；夏季气温较为平稳，波动幅度较小，上升幅度也很小.冬季温度上升幅度最大.对于春季的气温波动较大，尤其应当注意突来的倒春寒现象和由于温度忽冷忽热引发的感冒等疾病；东北地区河流大多数都有春汛，春季气温升高有可能导致春汛提前，水利部门应当引起重视.

3.2 降水量

3.2.1 年度变化

从 1953 年到 2013 年吉林省平均年降水量为600.15 mm，年际变化显著.根据降水变化情况，可将其分为三个阶段：1953 年到 1973 年为第一阶段，此阶段降水量呈下降趋势，20 年中绝大多数年份的年均降水量高于 600.15mm；1974 年到 2004年为第二个阶段，这个阶段在三个阶段中持续时间最长，降水量在平均降水量上下波动变化，但是三个阶段中降水量最为稀少的时期；2005 年到 2012为第三阶段，在这个阶段，降水量年际变化最大，且干旱与降水丰富的年份交替，且相邻年份之间的降水量之差在增大.可见，降水量总的趋势是在减少，并且降水量波动幅度在增大，年际变化越来越大.因此，对于吉林省的降水必须要做出科学的预警，以便应对近几年频发的旱、涝灾害.

图3 1953-2013 吉林省平均降雨量变化图

3.2.2 季度变化

从降水量的季节分配来看，1953-2013 年间夏季降水最多，占全年的 60%-80%之间，其次是秋季，约占全年的 20%左右，冬季降水最少占 5%左右.从春夏秋冬四季来看，60 年来，春、夏、秋、冬的线性趋势分别遵循以下模型：

由以上模型可以看出：冬、春两个季节降水逐渐增多，而夏、秋两季降水减少.夏秋两季是吉林省降水最为集中的季节，也是农作物生长最为关键的季节.而夏秋两季的干旱化趋势对于农业生产是不利的.针对于冬、春两季的降水增多的趋势，可以采取一定措施，将冬、春两个季节的降水收集，储存，以便于应对夏秋两季的旱灾.吉林省冬季严寒，降水主要是以雪的形式存在.冬季降雪增多，对人们的出行会带来不便.尤其是大暴雪，会带来严重阻碍出行，严重的雪灾甚至会造成重大财产损失.因此，做好吉林省冬季大雪的预报也是极其必要的.

图4 四福图至上而下依次代表春、夏、秋、冬四个季度的降水变化趋势

4 厄/拉与黑子对气温降水的影响

厄尔尼诺与拉尼娜是发生在东太平洋表面海水温度异常的两种现象.大量的研究表明厄尔尼诺/拉尼娜事件会对气候产生重要的影响.本文重点探究厄尔尼诺/拉尼娜与气温和降水之间的相关关系.

4.1 厄尔尼诺 /拉尼娜与气温

吉林省的气温在 1957，1969 年，1982-1988， 2009-2013 年出现气温明显偏低的现象.1989-2008年气温一直呈波动上升状态.

1953-2013 年发生了 10 次厄尔尼诺现象，其中有 6 次处于气温偏高的年份.且在 1988-1999 年连续的升温年份中，还发生了 1995，1998 年两次强厄尔尼诺现象.因此，可初步断定，厄尔尼诺的发生会导致吉林省气温偏高.

厄尔尼诺年 1958 1966（弱） 1969 1983 1987 1992 1995（强） 1998（强） 2003（强） 2010气温偏高年份 1958-1964 1988-1999 1988-1999 1988-1999 1988-1999 2002-2004

拉尼娜年 1955 1956 1972弱1974弱1975弱1976弱 1985 1989 1996 1999 2000 2008 2009 2011 2012气温偏低现象 1957 1970-1972 1974 1983-1988 2000 2009-2013 2009-2013 2009-2013

1953-2013 年，发生了 16 次拉尼娜现象，其中出现了 8 次气温偏低的现象.可以认为，拉尼娜现象促使了气温的偏低.

4.2 厄尔尼诺 /拉尼娜与降水

通过厄 /拉发生的年份与降水量的关系，我们可以看出：在厄尔尼诺发生的年份，吉林省的降水量相对较少；拉尼娜出现的年份，降水相对较多.

图5 1953-2013 年厄 /拉与降水量的关系图

进一步分析厄/拉与降水量之间的关系发现：从 1953-2013 年，六十年发生了十次 10 厄尔尼诺现象，在这 10 次厄尔尼诺年中，有 8 次降水偏少的年份与厄尔尼诺发生的时间大致吻合，可以初步推断出厄尔尼诺发生年，使得降水减少.但是并不是完全吻合.降水对于厄尔尼诺的相应可能会有迟滞，或许会在发生的第二年出现对应的异常现象.这可能是由于厄尔尼诺发生在相应那一年的年末，因此，降水的响应发生在下一年.大量的研究表明，厄尔尼诺会使我国北方地区夏季异常高温，且使其干旱化[5-8].

厄尔尼诺年 1958 1966 1969 1983 1987 1992 1995 1998 2003 2010降水偏少年份 1958 1970 1973-1985 1988 1991-1994 1999-2004 1999-2004 2011

1953-2013 年中，有 9 次降水偏多的年份与拉尼娜发生的时间吻合.则可以说明拉尼娜与降水增多之间存在较强的正相关.

拉尼娜年 1955 1956 1972 1974 1975 1976 1985 1989 1996 1999 2000 2008 2010 2011 2012降水偏多的年份 1956 1956 1972 1986 1989 1996 2008 2011 2012

4.2 太阳黑子

4.2.1 太阳黑子与气温

太阳黑子相对数与气温呈负相关.通过图 6 可以看出，太阳黑子在达到峰值的年份，大多数都是气温偏低的年份，而太阳黑子在呈现谷值的时候，气温绝大大多数都是偏低的年份；而且，通过两条曲线的对比，也可以发现太阳黑子的变化趋势大致与气温的变化趋势相反[8-10].

图6 1953-2013 年吉林省太阳黑子数量与年平均气温变化关系

4.2.2 太阳黑子与降水

太阳黑子相对数与年降水量之间存在一定的相关性.这种相关性主要表现在当太阳黑子呈现峰值或者谷值时，降水量也是处于极值的年份.有时候太阳黑子在峰值年前后时，降水量是最近几年的极小值，有时太阳黑子在谷值年前后，降水量确是极大值年份[11-12].但是可以确定的是太阳黑子处于极值时，降水量同时也大致会是极端的状况.

图7 1953-2013 年吉林省太阳黑子数量与年平均气温变化关系

5 结论

（1）1953-2013 年吉林省气温变化可以划分为三个阶段，从 1953 年到 1968 年为第一阶段，此阶段气温平均值最低，平均气温 4.87℃，但是温度快速上升的阶段；第二阶段为 1969 年到 1987 年，此阶段气温变化平缓，平均气温 5.17℃，是三个阶段平均气温变化幅度最小的阶段，但平均气温仍保持较低状态；第三阶段是 1989 到 2013 年，此阶段平均气温为 6.12℃，是三个阶段中温度最高的阶段.但吉林省气温在 60年来总体是上升趋势.

吉林省的温暖与寒冷时期与第二周期的拉马德雷冷暖位交替有关，即 1946-1977 冷位相时期，吉林省气温一直较低；1978-90 年代后期暖位相时期，吉林省气温在 1988 年之后迅速回升；2000 年至今的冷位相时期，吉林省气温在 2005 年之后迅速下降.

（2）1953-2013 年吉林省降水的趋势是减少，按照降水变化情况可将其分为三个阶段：1953 年到 1973 年为第一阶段，此阶段降水量呈下降趋势；1974 年到 2004 年为第二个阶段，这个阶段在三个阶段中持续时间最长，降水量在平均降水量上下波动变化，是三个阶段中降水量最为稀少的时期；2005 年到 2012 为第三阶段，第三个阶段降水量的年际变化最大.

按照季节的降水量分析结果表明，吉林省冬、春两季的降水在增多，夏、秋两个季节降水在减少.吉林省应当重点做好夏秋两季旱灾的预防和冬季强降雪天气带来的不利影响.

（3）在厄尔尼诺发生的年份，吉林省的降水量相对较多，年平均气温易偏高；拉尼娜出现的年份，降水相对较少，年气温容易偏低.

（4）太阳黑子相对数与吉林省气温呈现负相关，太阳黑子数量变化与年平均气温变化趋势有负相关到正相关的转变，在由正相关转变为负相关；但是气温的极值总是发生在太阳黑子峰值或者谷值的年前后.可以通过增强对太阳黑子的监测来预测气候的变化趋势.

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P343.6

：A

：1673-260X（2016）02-0025-05

2015 年 9 月 10 日

2014 年国家国家大学生创新创业训练计划项目（201410447013）