杭州地面和高空850 hPa气温变化特征

陈 健 任俊梅 蔡晓芬

(1.武义县气象局，浙江武义321200;2.浙江省气象局，浙江 杭州310002)

0 引言

当全球地面增暖得到广泛证实后，人们把气温变化趋势的研究延伸到整个大气层［1－2］。因为高空大气是气候系统的重要组成部分，确定高空气象要素的变化成为气候变化研究不可或缺的基础。Ross等［3］研究了北半球45°N ～75°N 之间不同区域1973—1993年地面和高空气温变化趋势，发现地面气温变化趋势大的区域其地面至500hPa高空各等压面层气温变化趋势也大，并且气温变化趋势随着高度的增加而减小。

长江三角洲地处东亚季风区，是我国东部经济最发达，城市最集中，人口密度最大，城市化进程最快的地区。过去47 a(1949—2005年)和25 a(1981—2005年)期间，由于受城市化的影响长江三角洲年均气温、年均最高和最低气温都显著增加，增温率都是冬季和春季较高，夏季最低［4］。

对于长三角地区地面气温变化的研究相对较多，相比之下，目前关于长江三角地区高空气温变化的研究尚不多，为此本文根据杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa的月平均气温资料，详细分析了杭州站两个层次上四季平均气温的时间演变特征。

1 资料方法和介绍

选取长三角地区杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa等压面上月平均气温资料，对杭州站这两个层次近34 a的四季平均气温进行分析。文中分别以4、7、10和1月表示春、夏、秋、和冬季。

文中使用的统计方法主要有:线性回归、Morlet小波分析和Mann-Kendall突变检验等［5］。

2 杭州地面和高空850 hPa气温变化趋势

为了解杭州站近34 a来地面和高空850 hPa平均气温线性变化趋势。首先利用线性回归方法，分析近34 a来这两个层次各季节平均气温的线性变化趋势。

表1给出了近34 a杭州(地面、850 hPa)四季平均气温线性变化趋势。由表1可见，杭州四季气温的年际变化率，除冬季850 hPa外都为正，其中春季地面和850 hPa增温最为明显。地面上增温速率春季0.81℃/10 a，夏季、秋季次之冬季最差。850 hPa上增温速率春季0.26℃/10 a，夏季、秋季次之冬季降温。说明地面和高空850 hPa气温升高的步调基本一致，在春季表现得最为明显。相关分析表明，在杭州地面上年际平均气温变化趋势春季和秋季极显著、夏季显著，在850 hPa上春季显著。

表1 杭州近34 a增温速率(℃/10 a)及显著性检验

2.1 杭州春季、夏季平均气温变化

线性回归方法计算表明，近34 a，杭州地面和850 hPa上的平均气温在春季和夏季总体上是呈上升趋势的，且上升趋势比较明显。在春季和夏季中杭州站点上地面平均气温增加的幅度比850 hPa平均气温增加的幅度大。杭州平均气温的变化趋势在地面和850 hPa上除冬季外都比较相似，两者具有相似的年际变化，说明杭州气温的空间变化具有较强的一致性。(图1)。此外，杭州秋季的气温变化趋势与春季、夏季的气温变化趋势相似(图略)。

2.2 杭州四季两个层次平均气温变化趋势

由图1、表1可以得出:近34 a来，除冬季850 hPa略有降低，每10 a降低0.26℃外，杭州四季地面和850 hPa平均气温大都是增加的，且地面增温更明显。在地面上，春季近34 a平均气温增加的幅度为0.81℃/10 a，夏季近34 a平均气温增加的幅度为0.69℃/10 a，秋季近34 a平均气温增加的幅度为0.59℃/10 a，冬季近34 a平均气温增加的幅度为0.10℃/10 a。在850 hPa上平均气温春季、夏季、秋季为增加，冬季为降低，春季近34 a平均气温增加的幅度为0.26℃/10 a，夏季近34 a平均气温增加的幅度0.16℃/10 a，秋季近34 a平均气温增加的幅度为0.04℃/10 a。由此可得出近34 a地面平均气温可能由于受城市化的影响而增大的趋势加大，而高空平均气温同样受到城市化的影响但相比于地面影响较小。

图1 杭州春季(a)、夏季(b)地面1.5 m和850 hPa平均气温年际变化

3 杭州地面、850 hPa气温的时空演变特征

以下采用morlet小波分析了杭州四季平均气温在不同高度上的多尺度变化特征。

3.1 杭州地面、850 hPa小波分析

分析1979—2012年期间杭州春季地面、850 hPa平均气温小波系数实部和小波方差图(图2)，通过morlet小波分析可以将气温场的显著周期及其变量定量化。在整个分析时段平均气温在地面和850 hPa都普遍具有7 a左右的显著振荡周期。在杭州春季整个分析时段平均气温在地面和850 hPa的显著震荡周期相似。说明杭州地面气温变化趋势和高空气温变化趋势两者间也具有较强的一致性。此外，杭州夏季、秋季、冬季平均气温在地面和850 hPa上显著震荡周期的对比与春季情况相似(图略)。

图2 杭州春季地面1.5 m(a)、850 hPa(b)小波分析

3.2 杭州各季地面和850 hPa小波分析

分别对1979—2012年期间杭州的地面和850 hPa两个层次春、夏、秋、冬4个代表月份的月平均气温进行Morlet小波分析(表2)。春季:杭州地面和850 hPa都存在7 a振荡周期。夏季:杭州地面和850 hPa都存在3 a震荡周期。秋季:杭州地面存在11 a振荡周期，850 hPa存在10 a振荡周期。冬季:杭州地面和850 hPa都存在4 a震荡周期。总结得出杭州地面和850 hPa秋季周期最长，春季、冬季次之，夏季最短。由此说明了长三角地区地面和850 hPa相互的耦合性。

表2 杭州地面和850 hPa小波分析

4 杭州四季平均气温的突变检验

由图3a可见，自1996—2012年，杭州春季地面平均气温有一明显的增暖趋势。1999年后这种增暖趋势已超过显著性水平0.05临界线，2009年甚至达到0.001显著性水平，表明杭州春季地面平均气温的上升趋势明显。根据UF和UB曲线交点的位置，确定杭州春季地面平均气温在1996年的增暖是一突变现象。在850 hPa杭州春季平均气温的Mann-Kendall检验曲线(图3b)上，自1999—2012年杭州春季850 hPa平均气温有增暖的趋势，由其UB与UF曲线交点的位置，断定变暖在1997年后发生了突变。比较杭州春季地面和850 hPa平均气温增暖趋势，地面平均气温增暖趋势更为显著。

图3 1979—2012年杭州春季地面(a)、850hPa(b)平均气温Mann-Kendall检验线

表3列出了杭州地面与850 hPa四季的Mann-Kendell检验的结果，杭州春季、夏季、冬季的地面气温是在80年代后变暖的，秋季的地面气温是在90年代后变暖的。春季、夏季和秋季升温显著，且都存在突变现象。其中春季、夏季和秋季突变开始时间均在90年代后。杭州850 hPa春季和夏季存在变暖的趋势，秋季和冬季气温变化趋势表现得较为稳定，其中春季和夏季存在突变年份。薛德强等［2］曾研究过近 40 a(1961—2000年)来，中国年平均气温变化趋势，自地面至700 hPa，绝大部分地区气温上升，尤其是地面，而西南地区有降温趋势。

表3 杭州地面与850 hPa各个季节的Mann-Kendell检验

5 结语

本文根据杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa的月平均气温资料，分别讨论了杭州站两个层次四季平均气温的时空演变特征。

1)杭州地面和850 hPa高空，气温变化的趋势在时间分布上具有一致性。表明杭州地区近34 a来地面和850 hPa高空，气温变化的步调是基本一致的。其中春、夏、秋一致性较强，冬季较弱。春季增温最强，夏季、秋季次之，冬季最差。

2)杭州地面和850 hPa高空，近34 a平均气温变化总体为上升趋势，而且地面气温上升趋势明显大于高空850 hPa。可能由于城市化进程的影响，地面气温变化趋势加大，而在对流层下层越远离地面的高空这种影响表现得就越不明显。

3)杭州四季平均气温变化具有明显的多尺度变化特征。杭州在地面、850 hPa两个层次上，同一季节的周期值相似。其中杭州地面和850 hPa秋季周期最长，春季、冬季次之，夏季最短。

4)杭州地面上的气温普遍在80—90年代开始变暖，且每个季节都存在突变年份，850 hPa上也存在变暖现象但不是每个季节都存在突变年份，突变在80年代末和90年代末。

［1］ 翟盘茂，郭艳君.高空大气温度变化研究［J］.气候变化研究进展，2006，2(5):228 －232.

［2］ 薛德强，谈哲敏，龚佃利，等.近40年中国高空温度变化的初步分析［J］.高原气象，2007，26(1):141 －149.

［3］ Ross R J，Otterman J，Starr D，et al.Regional t rends of surface and tropospheric temperature and evening－morning temperature difference in northern latitudes:1973—1993.Geophys Res Lett［J］.1996，23(22):3179 － 3182.

［4］ 崔林丽，史军，杨引明，等.长江三角洲气温变化特征及城市化影响［J］.地理研究，2008，27(4):775 －786.

［5］ 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术［M］.北京:气象出版社.1999:296.