昌都市气温气候季节性变化规律研究

杨腾域，丁 增

西藏八宿县气象局 , 昌都 , 中国 ,854600

摘要：本文利用昌都地区1961-2010年逐月平均气温统计资料，采用回归分析、核密度函数、EEMD经验模态分解方法，首先研究4个季节下逐年平均气温整体变化趋势，其次研究不同季节气温概率分布情况，最后研究冬季气温不同时间尺度周期变换规律。研究表明： 4个季节气温均呈递增趋势，且冬季气温增温幅度最大，气温变化率为0.035℃/a，且主要集中在-2℃~0℃区间；春季气温递增幅度最小，气温变化率为0.009℃/a；冬季气温存在3年、10年、40年周期变换规律。

关键词：回归分析；气温；EEMD；周期变换

1 引言

随着近几十年我国乃至全球气候飞速变化的特点，越来越多的学者对小区域、大区域气候变化特征中小尺度以及长时间尺度变化规律进行统计分析研究。对区域性气候变化规律的总结，不仅为农业生产、资源配置、应急抢险等均具有重要意义。

西藏由于及其恶劣的环境特征，该地区气候的变化对我国、全球气候变化均构成一定促进或抑制作用。目前有些学者对西藏地区气候变化规律进行了研究，主要有：次央等^[1]利用45年藏北地区气象要素资料，研究藏北地区气象要素变化特征。研究指出，气温呈显著性增高趋势，风速递减趋势也较为显著，而降水呈弱显著变化趋势。陈定梅等^[2]利用西藏山南地区40年最高、最低气温资料，研究该地区最高、最低气温年际变化趋势。研究得出，最高、最低气温均呈递增趋势，且最高气温变化速率高于最低气温，同时最高、最低气温变化趋势均是在冬季最为显著。格桑卓玛等^[3]利用藏西北草原地区近45年气温观测资料，研究草原地区气温变化规律。研究指出，从时间角度看年平均气温呈显著性递增趋势，从空间分布上，阿里地区气温要普遍高于其余区域。

昌都地区海拔高程差异性较大，由于其大高差海拔特征，形成其特有的具有小气候区较多，导致该地区气温变化差异性较大。因此，本文利用昌都地区1961-2010年逐月平均气温统计资料，采用回归分析、核密度函数、EEMD经验模态分解等方法，总结该地区4个季节气温变化规律特征以及不同时间尺度周期变化规律进行分析。

2 气温气候变化特征

2.1 年平均气温季节性变化趋势

根据对1961-2010年逐月平均气温统计资料，昌都市4个季节多年平均气温分别为：8.3℃、31.5℃、7.8℃、-1.0℃，可以看出该地区4个季节气温差异性较大。基于此，本文采用回归分析模型^[4-5]分别对4个季节气温进行拟合，研究其不同季节下气温变化趋势以及演变规律。图1为本文对昌都市1961-2020年4个季节气温变化趋势分别拟合结果，根据一次拟合结果可以看出，4个季节气温方程斜率分别为：0.009℃/a、0.012℃/a、0.012℃/a、0.035℃/a均为正值，这说明在近50年的演变过程中，该地区4个季节气温均呈递增趋势，其中冬季气温增温幅度最大，而春季增温幅度最小。同时，根据二次曲线拟合结果显示，对于春季，在1985年之前春季气温呈递减趋势，而1985年之后开始递增；对于夏季，在1980年之前春季气温呈递减趋势，而1980年之后开始递增；而秋季气温波动趋势相对较小，没有较为显著的二次拟合结果，因此本文不讨论秋季气温二次拟合变化曲线；对于东季，在1970年之前春季气温呈递减趋势，而1970年之后开始递增。因此可以看出，冬季气温开始增温的年份要远远早于其余3个季节。

图1 昌都市4个季节气温变化趋势拟合结果

2.2 年平均气温季节性概率分布

为研究昌都市4个季节气温概率分布情况，本文主要采用核密度估计方法(KS density) ^[6]，分别对各个季节气温进行概率估计计算，该算法能够在事先不需要知道气候时间序列分布规律前提下，不需要设定假设条件，直接从时间序列数据出发，研究其规律分布情况，其核心表达式为：

公式中： 为时间序列总长度(本文取值50)， 为算法窗口间隔(本文取值0.05)， 为核函数。

图2为昌都市4个季节气温概率分布核密度估计结果，可以看出4个气温概率分布均呈二次函数形式，其中对于春季，气温主要集中在8℃~9℃区间，计算春季气温在该区间出现的年份占总样本数的82%；对于夏季，气温主要集中在15℃~16.5℃区间，计算夏季气温在该区间出现的年份占总样本数的91%；对于秋季，气温主要集中在7℃~8.5℃区间，计算秋季气温在该区间出现的年份占总样本数的92.6%；对于冬季，气温主要集中在-2℃~0℃区间，计算冬季气温在该区间出现的年份占总样本数的91.3%。

a.春季 b.夏季

c.秋季 d.冬季

图2 昌都市4个季节气温概率分布核密度估计结果

2.3 年平均气温季节性周期变换规律

通过本文上述分析得出，冬季气温增温幅度远大于其余3个季节，因此本章节主要研究冬季气温不同时间尺度周期变化规律。目前，对于长时间序列数据周期变化规律的研究，常用的方法为小波变换，该算法基于傅里叶变化，计算待研究对象时域-频域系数，然后研究周期变化规律，但该方法计算过程较为复杂，且较难从空间分布图上准确的识别出时间序列变换周期。因此，本文采用经验模态分解算法(EEMD) ^[7-8]，该方法能够对时间序列数据分解为多个IMF线性分量以及趋势项r，通过计算各个IMF分量的波动周期即为研究对象周期变化尺度。图3为昌都市冬季气温EEMD分解结果，从IMF1~5分量可以看出，昌都市冬季气温存在3年、10年、40年周期变换规律，同时根据趋势项结果显示，呈递增趋势，进一步说明了冬季气温呈显著性递增趋势。

图3 昌都市冬季气温EEMD分解结果

3 结论

本文利用昌都地区1961-2010年逐月平均气温统计资料，通过对逐月资料进行分季节处理，主要采用回归分析、核密度函数，分别研究4个季节逐年气温整体变化趋势，以及概率分布情况。同时，采用EEMD经验模态分解方法，研究冬季气温不同时间尺度变换规律。主要有以下结论：昌都市4个季节气温变化率分别为：0.009℃/a、0.012℃/a、0.012℃/a、0.035℃/a，冬季气温增温幅度最大，而春季增温幅度最小，且冬季气温开始增温的年份要远远早于其余3个季节；春季气温主要集中在8℃~9℃区间，夏季气温主要集中在15℃~16.5℃区间，秋季气温主要集中在7℃~8.5℃区间，冬季气温主要集中在-2℃~0℃区间；冬季气温存在3年、10年、40年周期变换规律。

参考文献

[1] 次央, 洛桑平措, 罗布. 1973—2017年藏北高寒牧区主要气象要素变化特征分析[J]. 中国农学通报, 2020, 36 (7):105-110.

[2] 陈定梅, 赤桑单吉, 张庆莲. 西藏山南地区日最高最低气温及气温日较差的变化特征分析[J]. 西藏科技, 2019, 3(9):39-41.

[3] 格桑卓玛, 拉巴, 普布贵吉. 藏西北草原区近45年气温变化特征分析[J]. 西藏科技, 2019:59-61.

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作者简介：杨腾域（1991.04）男，汉族，重庆市武隆区人，大学本科，12级助理工程师，从事西藏八宿县气象局综合业务管理科综合业务岗位。