论文总字数：20741字

目 录

引言 4

1国内外研究现状 4

1.1国外插值与气温时空分布研究现状 4

1.2国内插值气温时空分布研究现状 5

2资料来源与研究方法 7

2.1资料来源 7

2.2研究方法 8

3甘肃省1958年以来气温时间序列变化特征分析 8

3.1温度的变化特征 8

3.1.1 1958-2015年春、夏、秋、冬四季平均气温的变化线性趋势 9

3.1.2 1958-2015年年平均最高、最低气温以及四季平均最高、最低气温的变化趋势 12

3.2 Mann-Kendall特征的气温突变分析 16

3.2.1 Mann-Kendall检验法 16

3.2.2在Excel软件中实现M-K突变检测 17

3.2.3在Matlab中实现Mann-Kendall检验法 18

3.3气温周期变化特征分析 21

4甘肃省1958年以来气温空间特征变化分析 23

4.1甘肃省年平均气温及气温变率空间分布 23

4.2气温突变前后甘肃省年平均气温空间分布分析 25

5结论与展望 28

参考文献 28

致谢 32

甘肃省1958年以来气温时空分布特征分析

马家骥

，China

Abstract：Based on the monthly mean temperature data of 24 meteorological stations in Gansu Province from 1958 to 2015, the linear regression analysis, Mann-Kendall nonparametric test, wavelet analysis and other spatial statistical methods and GIS spatial analysis techniques were used to analyze the different time and Characteristics of Spatial Temperature Variation at Space Scale. The results are as follows: In the past 60 years, there have been obvious warming trends in Gansu Province, Hedong and Hexi areas. The interannual variation of the three temperatures is basically in line with two stages: 1958-1969 and the decline period from 1971 to 1974; 1969-1971 Year, 1976 - so far the temperature rise. Gansu Province, the temperature of the year is 1995. The spatial variation of temperature in Gansu Province is in accordance with the global change pattern, which is mainly caused by human factors and natural factors. The spatial distribution of air temperature in Gansu is low in the west, Low, north and south high head of the characteristics of high temperature trend and altitude is inversely proportional to the urban area temperature is higher than the township temperature.

Key words：abrupt change；Mann-Kendall non-parametric test；temperature；temporal-spatial distribution

引言

查阅文献发现，国内外相关学者通过各种分析表明世界气候在近百年来有暖化的趋势，我国的气候变化趋势与全球变化基本相同。气候变暖时时刻刻影响着我们的生活：在社会生活方面，人类健康取决于良好的生态环境，全球变暖造成的极端高温使得生活环境里病虫害肆虐，主要体现为发病率和死亡率增加；在社会经济方面，气温与农业生产关系密切，一个地区的优良作物品种的选择，以及普通的农事活动，气候的变化还是很重要的决定因素；除了农业，在其他方面，比如经济建设、商贸活动都无不与气温密切相关。掌握气候的分布的特征以及变化的规律，对人类的生产生活具有非常重要的意义^[1]。

甘肃省位于中国西部，属于大陆强大的温带季风气候，因为位于内陆离海岸线比较远，所以空气中的湿度不容易达到降雨的湿度，下雨的机会少；省域大部分处于我国干旱、半干旱气候区，其年平均气温在0-16℃，日温差大。近年来，在西部大开发政策的推动下，该地区的可持续发展问题倍受关注。在翻阅文献时发现，甘肃省以及河西走廊、河东地区的气温时间变化的研究不在少数，但是大部分文献是针对研究某一个地区的温度变化，因而没有整体性，而且缺乏最高、最低气温的分季变化和气温突变情况研究。基于此，本文会以甘肃省为整体，把黄河作为分界线，将甘肃省分为河东、河西地区两个小尺度范围，分类说明1958—2015年的气温变化特征，全面认识甘肃省气温变化趋势，进一步探讨全球变暖背景下的气温响应程度——以甘肃省为例。研究了甘肃省的气温时空变化规律，总结气候变化原因， 能为政府部门做最好的生态建设、中小城市规划建设的参考资料，同时也可以为研究更大范围比如西部地区的气候变化规律提供有效的资料，提高研究效率。

本文在前人的基础上，通过分析气温要素的变化规律，对气温变化的显著性和突变性进行了分析，来研究甘肃省近60年来气温在年际尺度和季节尺度上的时空变化特征，从而了解甘肃省近60年气温变化的一些基本事实。

1国内外研究现状

1.1国外插值与气温时空分布研究现状

随着经济的快速发展全球变暖现象已经成为人类愈加关注的热点问题， IPCC（联合国政府气候变化专业委员会）第五次评估报告指出：全球气候一直是呈波动式变化的，也就是冷暖交替出现，而目前正处于暖期，同时提出在过去的130年里全球升温了0.85度，近30年可能是历史上最热的时期，全球性的变暖效应以及非正常的极端气候事件的频繁发生给人类生产活动带来了巨大的影响^[2]。如Makowski等^[3]对欧洲24个地区的1950-2005年的日温差数据进行了分析，结果表明有17个地区自1990年以来日温差显著增加。Kuglitsch等^[5]研究表明地中海东部整个地区在1960年以来，夏季白天和夜间的平均温度分别增加了0.38±0.04℃和0.30±0.02℃；Hansen^[5]等研究指出全球地表均温在2012年要比1951-1980年的升高了0.56℃，还指出自20世纪初以来，全球地表均温已上升了0.5摄氏度，在过去1000年北半球的任何世纪中，此次升温最为剧烈。国外卡尔等人^[6]发现，在过去几十年中，前苏联和美国极端最低气温呈明显上升趋势, 极端最高气温呈强区域性。弗利奇等^[7]发现在本世纪后半期年极端最高温度与极端最低温度的差异显著下降。Mantou等^[8]发现极端低温和极端高温升温的不对称性引起了较明显的气温现象，例如，东南亚和南太平洋地区寒冷的白天和夜晚减少,炎热的白天和温暖的夜晚增加等。Cao等^[9]研究发现：地球在近一万年来一共经历了3次暖期，即距今8000年至3000年前的全新世大暖期、中世纪温暖期（10世纪至13世纪）以及从19世纪中后期开始的这次暖期；气温自19世纪中后期开始到20世纪40年代一直处于上升期，自20世纪60年代至70年代气候变冷，然后又上升，所以20世纪90年代是近百年来最暖的时期。

在要素插值方法方面，威尔莫特^[10]等(1990)提出了一种气候辅助年平均温度反距离加权插值方法（CAI，Computer Aided Instruction）。Nalder^[11] 等(1998)以经纬度、海拔高度的变化为参数提出了梯度距离的逆平方反比法。Paul V.Bolstad等^[12](1998)比较了区域直减率、区域回归和Kriging气温预测方法，并估计了区域回归、区域直减率在局部地区的变化的影响。Katsuaki Koike等^[13](2001)利用多层神经网络的Kriging方法分析和评价了大气温度分布的空间内插的精度。

1.2国内插值气温时空分布研究现状

在插值研究方面国内学者也取得了大量的成果：翁笃呜^[14]等提出了对小地形温差的推算方法，而且在起伏地形中，温度的变化和状况的形成是由本身地形条件来决定的。傅抱璞^[15](1984) 推算海拔高度和温度的控制点，利用地域差异，小的地形校正方法，如温度直减率等。李新^[16](1999)在博士论文中，使用Kriging温度分布模型考虑海拔效应，分析青藏高原气温分布特征。卢其尧^[17](1988) 使用Kriging气温分布利用模型法对福建省山区的年平均气温和月平均气温进行了估算，并提供了相应的小地形温度校正方法。陈万隆^[18](1980) 在针对山区平均温度的估算方面，有采用三角面积的加权估算法来推算，该方法在早期应用性很高。

针对气温时间序列变化特征的分析，张勃^[19]等根据50年的气象数据资料对甘肃省张掖市进行冬季气温变化的时空特征分析，研究表明：张掖市冬季气温总体还是呈现增暖的趋势，线性增长率为0.56℃/10年，和整个西北地区冬季增温幅度一致，但还是高于全国的0.36℃/10年的冬季平均增温速率；张掖市冬季气温在近50年里升高了有2.8℃；张掖市冬季气温于1985年发生突变，突变年前为偏冷期，突变年后为偏暖期, 且增温趋势在1987年后愈加显著。赵美玲等^[20]研究表明甘肃省1961-2005年气温呈上升趋势，在这44年里季平均气温同样呈上升趋势，其中冬季气温上升幅度最大，54年来上升了2.38℃。张先恭^[21]等气候科学家的研究成果表明近100年中国地区气温的变化趋势与北半球的趋势大体相当，并且发现在1880年-1950年间我华东地区温度变化趋势接近一致。罗永忠^[22]等经过多重论证表明增湿使得生产潜力的增加更为明显；陈丽丽^[23]等研究后发现，干旱在甘肃省的空间分布上很显著，有从西北至东南逐渐增加的趋势。丁一汇^[24]回顾了在中国在过去的100年的温度变化的研究结果。王绍武等^[25]气候研究后得到的结论：近百年来中国气候变化与全球趋势基本相同，温度上升0.4-0.5摄氏度,略低于0.6摄氏度的全球平均温度；在二十世纪中期开始温度逐渐升高，然后迅速冷却至70年代，最后反弹。陈隆勋等^[26]和翟盘茂^[27]全国年降水量在近40-50年呈减少趋势，减少在西北最为明显，而在中国西南部的一些地区不明显；季节上看，冬季降水量显著增加，秋季降水趋于减少^[28]。丁一汇^[29]还做了在中国西北部的气候变化与全球气候变化基本一致的研究。甘肃河西西北地区北靠外蒙古，其属于广阔荒芜的戈壁地貌所以人类活动量极小，西邻新疆，东接我国内蒙；同时，由于地处广袤戈壁深处的特殊地理位置，该地区的气候变化对周边地区的气候变化具有一定的代表性和指示意义^[41]。

2资料来源与研究方法

2.1资料来源

来自中国气象局气象数据中心共享服务网提供的甘肃省境内24个气象站点的月平均气温气象数据（因为个别台站(会宁、麦积、皋兰) 1958-2016年的温度数据不全，故缺失的温度数据用临近站点的数据进行克里金（Kriging）插值，经过订正处理后的24个台站的气象数据具有较好的连续性），时间为 1958—2016年共 58年，因为2016年数据只到5月份，算出来的平均气温很小，所以舍去了2016年的气温数据。

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