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user: 3. 研究区域气温特征变化分析 3.1. 气温的线性趋势估计 3.1.1. 年际气温平均值 选取1961~2019年平均气温计算各年气温距平值，并进行线性拟合，得到1961~2019年昌乐平均气温距平变化曲线，如图1所示，其相关系数 r 2 = 0.4242 ，通过了显著性水平 α = 0.001 的显著性检验。 图1. 1961~2019昌乐地区年均温距平 昌乐地区的年均气温在近59a来表现出明显的上涨倾向，十年际的气候倾向值为0.23℃/10a。在1961~1993期间共计33个数据中，仅有6年表现出了正向气温距平值；而在1994~2019年期间，共有20个数据表现出正向气温距平，较前33a年际平均气温升高了0.88℃。数据表明，昌乐地区的气温升高自1994年来表现得日渐明显，且在2014~2019年之间出现了持续的异常高温，其距平值皆在[0.81， 1.12]℃范围内，并在2014年出现年均温最高值14.01℃，其气温距平为+1.12℃。近6a的年际平均气温较前53a提升了1.06℃，与1994~2019年间气温提升情况相比较，可见气温升高幅度进一步扩大。 3.1.2. 年际气温最值与高、低温天气日数 图2表现了1961~2019年间昌乐地区年最低气温与最高气温的距平值分布与变化，进行线性拟合后，最低气温距平值的相关系数 r = 0.3779 ，通过显著性水平 α = 0.01 的显著性检验。最高气温距平值的相关系数 r = 0.1503 ，未通过显著性检验，可见仅表现出了极其微弱的线性趋势。 图2(a)中，昌乐地区的最低温在近59a来表现出较为鲜明的升高趋向，最低气温的增长速率高达0.58℃/10a。以1991年为分水岭，可见1991年后昌乐地区最低气温距平基本表现为正向，29a中仅有7a呈现负距平，最低气温平均值为−14.4℃；1991年前昌乐地区中30a则有21a表现出负向距平，其最低气温平均值为−17.2℃。−19℃以下极寒天气出现数亦从6降至1。可认为昌乐地区在1991年后冬季低温受影响较大。 图2(b)中表现了昌乐地区最高气温近59a的变动，可见其变化倾向极弱，仅表现微弱的下降。 图2. 1961~2019昌乐地区极端气温距平图 表1给出了1961~2019年间，昌乐地区各项气温指标的气候倾向率，可见昌乐地区气温变动更显明地体现在低温天气上，高温天气的敏感性远低于低温天气。 Table 1 1961-2019 climate trend rate of each temperature index in Changle regio 年均温 年最低温 年最高温 气候倾向率/10a 0.23*** 0.58** −0.13 表1. 1961~2019昌乐地区各气温指标气候倾向率 注：*、**、***分别指在0.05、0.01、0.001水平上显著相关，下同。 考虑到均温上升亦受较低与较高温天气日数影响，本文以中国气象学划分的−6℃低温寒冷蓝色预警标准和35℃以上的高温黄色预警标准为依据，计算了1961~2019年低温与高温日数变化。结果如图3与表2所示。 可见，与气温最值一致，在更宽的气温尺度上低温天气依然对全球变暖表现出了更明显的变动。其相关系数 r = 0.4658 ，通过了显著性水平 α = 0.001 的显著性检验，可以认为除最低气温升高以外，低温天气日数整体的减少也是导致昌乐地区均温上升的重要原因。高温天气仅表现出了微小幅度的增长。 3.1.3. 以候温划分的四季变化 计每五天为一候，以候平均气温作为区分季节指标的气温划分法，称为候温划分法。 图4与表3给出了昌乐地区以候温为标准的四季长度变化。春季与秋季两个季节长度变化的相关系数分别为 r 春 = 0.2263 与 r 秋 = 0.2680 ，均未通过显著水平 α = 0.01 下的显著性检验。夏季与冬季对气候变暖做出了更显著的响应，10a变化量皆在3 d以上，且相关系数为 r 夏 = 0.3945 与 r 冬 = 0.4265 分别通过了显著性水平 α = 0.05 与 α = 0.001 的显著性检验。可见各季节受全球变暖影响的变化存在差异，冬季敏感性最强，夏季次之，秋季、春季较弱。 图3. 1961~2019昌乐地区高温与低温天气日数变化图 Table 2 1961-2019 change rate of the number of days with low temperature and high temperature in Changle are 低温天气 高温天气 日数变化率(d/10a) −2.36*** 0.42 表2. 1961~2019昌乐地区低温与高温天气日数变化率 Table 3 The change rate of the length of four seasons in Changle area under the method of temperature differentiation from 1961 to 201 春季 夏季 秋季 冬季 长度变化率(d/10a) 1.64 3.10** −1.68 −3.06*** 表3. 1961~2019昌乐地区候温划分法下的四季长度变化率 图4. 1961~2019昌乐地区候温划分法下的四季长度变化图 3.2. 气温的小波分析 3.2.1. 年际气温平均值 图5给出昌乐地域均温的Morlet小波变换结果，囊括实部等值线与模等值线。图5(a)中可见，昌乐地区的气温变化过程中存在着3~15a、10~18a、20~32a三类尺度的周期变化。其中，20~32a存在着低温–高温交替的准三次震荡，在10~18a存在准四次震荡。计算小波方差，时间尺度模值最大的周期在20~32a附近，说明了该尺度的周期变化最为明显，显著性远远高于其他时序尺度周期性。 图5. 1961~2019昌乐地区年均温小波系数实部等值线 3.2.2. 年际气温最值 图6展示了昌乐地区最低气温与最高气温的小波分析结果。由图6(a)，可见昌乐地区的低温变化存在20~32a、10~20a与3~10a三类尺度周期。其中，在20~32a尺度上共表现出了较低–较高的准三次震荡，在10~20a尺度，则表现出准六次震荡。同时，这两类尺度变化在整个周期中体现得较为稳固，具备一定水平的全域性。20~32a时间尺度模值最大，具有较强的周期变化显著性，10~20a时间尺度次之。根据图7(b)，昌乐地区的高温变化存在22~32a、13~20a、3~10a三个较为明显的周期变化尺度。在22~32a尺度，存在着较低–较高交替的准三次震荡，在10~18a存在准四次震荡。其在22~32a周期的时间尺度上周期变化显著性较强。 图6. 1961~2019昌乐地区最低温(a)、最高温(b)小波系数实部等值线 计算昌乐地域最低气温与最高气温的小波方差，可见研究地区低温小波方差呈现出两个较为显明的峰值，分别对应6a周期和22a周期，其中以22a周期最为明显。研究地区高温小波方差存在10a、28a两个较为显著的周期的结论，其中28a周期更显著。 3.3. 气温的Hurst指数分析 为了使用Hurst指数以预测接下来一段时间气温变动的趋势，利用R/S分形算法分析昌乐地区1961~2019年间年均气温、年最低气温、年最高气温的时间序列。表4给出Hurst指数计算结果如下。 昌乐地区年均温与年最低温皆介于区间(0.5， 0.65)之间，存在弱持续性，即气温在较弱程度上将继续过去持续升高的趋势。年最高温介于区间(0.35， 0.5)之间，属于弱反持续性，即最高气温与过去下降的趋势相反，存在上升的可能，但由于Hurst指数数值非常接近0.5，可认为最高气温的变化存在一定随机性。 Table 4 1961-2019 Hurst index of various temperature indexes in changle regio 年均温 年最低温 年最高温 Hurst指数 0.5786 0.5943 0.4887 表4. 1961~2019昌乐地区各气温指标Hurst指数