肃北县近38年气温变化多尺度研究

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1、肃北县近38年气温变化多尺度研究　　摘 要： 利用matlab软件Morlet小波对1973～2010年肃北县年、四季气温序列进行了小波变换和分析。结果表明：近38年来肃北城区的气温不断升高，38年气温升高了1.9℃。年平均气温存在4～6a、10～20a的周期震荡，春季气温存在5a和14～19a的周期，夏季气温在4a、8a、19a尺度周期明显，秋季气温存在3～4a、17～18a、两个显著周期，冬季气温存在4a、8～10a、19a三个周期。从二维小波系数图可以清晰的显示出气温变化在不同时间尺度上的演变特征，经

2、过分析得出了肃北城区不同时间尺度气温变化的周期，并对未来一段时间的气温演变趋势作了估计。关键词：肃北；小波变换；气温；Morlet小波变换中图分类号：P423文献标识码：A引言：9气候变化及影响已成为全球广泛关注的热点。气温是重要的气象要素，它的周期性变化对本地的气候变化起到至关重要的作用，肃北蒙古族自治县地处河西走廊西部，祁连山西端，大部分位于高山地带，属西北干旱气候区，高寒半干旱气候带。气候较干燥，蒸发量大，降水集中在夏季，光照充足。春季多沙尘天气，时有寒潮活动；入夏较迟，雨热同季，降水集中，但时有伏旱，局地有洪涝；秋季气

3、温较高，降水量少；冬季大风多，有时发生雪灾。因此，分析研究本地区的气温特征及变化趋势，对该地区气候预测，保障农业生产有着重要的意义。资料来源于统计方法1.1资料来源本文利用肃北县城区观测站1973～2010年气温资料，包括：逐年平均气温、年代平均气温、四季平均气温作为基础资料。四季划分为：（3-5月）为春季、（6-8月）为夏季、（9-11月）为秋季、（12-2月）为冬季。首先根据逐日的气温数据分别统计得到各年、以及四季的气温资料，然后对年平均气温距平数据进行连续小波变换得到小波变换的系数，通过对小波变换系数的分析就可以判别气候

4、资料序列中所包含的不同时间尺度下的气温变化特征[5]。从而通过分析得到肃北县气温变化的周期特征。1.2统计方法1.2.1线性气候倾向率方法[1]利用spss得到线性回归方程、气温5a的滑动平均[2]。通过线性回归方程y（t）=ａ０＋ａ１ｔ（t=1，2，3…n）来拟合气温序列，ａ０为常数,9ａ１为回归系数，当ａ１为正(负)时,表示相应的气象要素在该时段内线性增加(减弱)，ａ１×10称为气候倾向率,其单位为气象要素单位/10a。[3-4]1.2.2小波分析法小波变换是时间(空间)频率的局部化分析，它通过伸缩平移运算对信号逐步进行多

5、尺度细化，高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，小波分析优于傅立叶变换的是时域和频域同时具有良好的局部化性质。所以，近些年来被广泛的应用于气候的多尺度分析研究，并取得了显著性的效果[5-7]。本文利用小波分析理论，对肃北县38年来各气温时序变化特征和规律进行诊断分析，发现了气温变化的周期特征，这些特征对进一步探讨、研究肃北县气候变暖和变化趋势提供了一定的参考。结果分析2.1年平均气温分析通过对气温资料的统计可以看到，20世纪70年代的平均气温为6.4℃，较多年平均气温7.0℃低8.6%；80年代的平均气

6、温为6.7℃，较多年平均气温7.0℃低4.3%；990年代的平均气温为7.3℃，较多年平均气温7.0℃高4.3%；21世纪前10年平均气温为7.6℃，较多年平均气温7.0℃高8.6%；很明显看出从70年代到21世纪前10年气温一直在升高，而且增温的幅度在不断的提升，90年代气温较80年代升高0.6℃，90年代是20世纪最暖的10年，这与全球气温变暖的趋势一致[8]，21世纪的前十年，平均气温较多年平均气温增幅达到了8.6%，总体上看气温在随着年代的变化逐渐升高。表1.肃北县1973～2010年气温变化统计（℃）时段70年代平均

7、温度80年代平均温度90年代平均温度21世纪前十年平均温度多年平均温度多年平均最高温多年平均最低温年6.46.77.37.67.08.45.6春季7.17.48.08.57.810.06.0夏季17.918.118.819.818.720.516.6秋季6.76.77.47.77.19.34.9冬季-6.4-5.3-4.9-4.5-5.3-1.5-8.12.2年平均气温变化的多尺度分析图1a为1973～2010年肃北县逐年平均气温距平Morlet小波变换图。由图可以明显看出肃北县的年平均气温变化存在多时间尺度结构。小时间尺度存

8、在着4～6a的周期性变化，年平均气温变化表现为四个高值期和四个低值期，1980～1983年、1989～1993年、1999-2002、92008-2010年为气温高值期，1973～1979年、1984～1988年、1994～1998年、2003～2007年为气温低值期；大时间