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近50年青岛地面风速气温的变化周期及突变形势分析
近50年青岛地面风速、气温的变化周期及突变形势分析
摘要:
利用来自青岛地区近50年的地面观测资料,对该地区地面风速、气温的长期变化趋势进行分析,主要分析了变化周期、突变现象等。
研究发现:
(1)青岛地区逐年平均的地面风速、气温存在多种尺度的显著性变化周期。
气温具有显著的2.1-2.7年、3.6-5.3年的变化周期以及32年以上的长周期震荡;风速存在显著的2-4年的变化周期以及16年以上的长周期震荡。
(2)1月、7月的地面气温、风速均存在显著性变化周期。
(3)青岛地区的地面气温在近50年期间存在显著的突变现象,突变期为1989年;地面风速在近50年期间并不存在显著的突变形势。
(4)青岛地区的地面气温在冬季的突变期为1986年,夏季的突变期为20世纪70年代后期和20世纪80年代初期;青岛地区的地面风速在冬季不存在显著的突变现象,夏季的突变期为2003年。
关键词:
青岛;地面风速;气温;变化周期;突变形势
PeriodsandAbruptPhenomenonAnalysisofTemperatureandSurfaceWindSpeedinTsingtaoduringtheLast50Years
Abstract:
ThispaperpresentthevabariationperiodsandabruptphenomenonofTsingtaosurfacewindspeedandtemperaturewereanalyzedbyusingtheobserveddata.Resultsshowthat,
(1)Tsingtaosurfacewindspeedandtemperaturehaveobviousvabariationperiods,ofabout2.1-2.7years,3.6-5.3yearsandabove32yearsintemperature,2-4yearsandabove16yearsinwindspeed.
(2)BothtemperatureandwindspeedinJanuaryandAprilhavesignificantvabariationperiods.(3)Duringthelast50years,annualaveragetemperatureinTsingtaohasobviousabruptphenomenon,andtheabrupttimeis1989.ButtheannualaveragewindspeedinTsingtaohasnoabruptphenomenon.(4)WintertemperatureinTsingtaohassignificantabruptphenomenonin1986,summertemperatureinTsingtaohassignificantabruptphenomenoninthelaterstageof70decadeandbeginningof80decadein20century.SummerwindspeedinTsingtaohassignificantabruptphenomenonin2003,butnoabruptphenomenoninwinter.
Keywords:
Tsingtao;surfacewindspeed;temperature;vabariationperiods;abruptphenomenon
1引言
气温、地面风速是重要的两项气象要素,对人类的影响很大。
全球变暖导致的海平面上升、冰川退化、资源危机、环境危机等现象对人类的生存与可持续发展构成了严重威胁,在环境和资源严重困扰人类、众多国家和地区都面临能源危机的当今世界,全球气候变化越来越成为关注的焦点[1-4]。
IPCC(联合国政府间气候变化委员会——IntergovernmentalPanelonClimateChange)第四次评估报告[5]指出在1906-2005年期间全球变暖趋势为0.074℃/10a。
廖春花等[6]根据1951-2007年长沙的月平均气温资料,分析了近57年来长沙的气温变化特征,发现近57年期间,长沙存在着冷-暖-冷-暖的波动现象,且总体上年平均气温呈显著的上升趋势,除了8月和9月气温呈下降趋势之外,其余各月都呈升高趋势,4月和5月升高趋势最显著,其次是2月,最高气温和最低气温也都呈上升趋势,其中最高气温上升趋势显著,上升速度也较快。
年平均气温近期的增温从1997年开始,明显偏晚,在21世纪初开始显著增暖,但没有发生突变。
另外,年平均气温变化还存在准4年的周期振荡。
刘志宏等[7]的研究发现大连地区的气温存在多种尺度的变化周期,存在明显的2.13-2.67年、4-5.33年的变化周期以及32年以上的长周期震荡,该地区的地面气温还存在明显的突变,突变期为1988年。
本文利用地面观测资料,采用功率谱、MK检验方法,分析了该地区地面风速、气温的变化周期、突变形势,为研究全球气候变化规律提供参考。
2气温、风速的变化周期
2.1逐年平均气温、风速的变化周期
将青岛地区的地面气温、风速分别从1961-2010年进行逐年平均,然后采用功率谱分析方法,分析近50年期间该地区地面气温、风速的变化周期,见图1,如果谱密度大于红(白)噪音检验标准谱,则表明该周期是显著的。
通过分析不难发现青岛地区的地面气温、风速存在多种尺度的显著性变化周期。
气温具有显著的2.1-2.7年、3.6-5.3年的变化周期以及32年以上的长周期震荡,详见图3a;风速存在显著的2-4年的变化周期以及16年以上的长周期震荡,详见图3b。
2.2不同季节气温的变化周期
为了分析不同季节将青岛地区地面气温的变化周期,本文还将该地区的气温进行逐季节平均,采用功率谱分析方法,分析不同季节气温的变化周期,见图2。
冬季(1月为代表,图2a):
该季节的地面气温存在显著的2.5-2.7年、3.2-4.6年的显著性变化周期,这个显著性变化周期可能与nino3指数的5年周期存在一定的联系;夏季(7月为代表,图2b):
该季节的地面气温存在显著的2.0-2.3年、3.2-3.6年的显著性变化周期。
2.3不同季节风速的变化周期
将青岛地区的地面风速进行逐季节平均,采用功率谱分析方法,分析不同季节地面风速的变化周期,见图3。
冬季(1月为代表,图3a):
青岛的地面风速存在显著的2.0-2.5年、3.2年、6.4-10.7年的显著性变化周期;夏季(7月为代表,图3b):
青岛的地面风速存在显著的2.9-5.3年的显著性变化周期,以及32年以上的长周期震荡。
陈红霞等[8]指出中国近海及临近海域(15°~25°N,112°~130°E)海浪的年际变化中以5年左右的变化周期最为显著,这一周期可能受东亚冬季风异常和ENSO循环影响有关;郭艳军等[9]的研究结果表明,ENSO时间影响到我国冬季风的强弱。
结合本文的结果,青岛的气温、风速都具有显著的5年左右的变化周期,这一周期可能与ENSO循环有着密切联系。
3气温、风速的突变检验
3.1逐年平均气温、风速的突变形势
将青岛地区的地面气温、风速分别从1961-2010年进行逐年平均,然后利用MK(Mann-Kendall)检验方法,分析近50年期间该地区地面气温、风速的突变形式,见图4。
气温:
由图4a可见,UF与UB两条曲线相交于1989年,且交点位于两条检验线(直线A和直线B)之间,表明青岛地区的地面气温在近50年期间存在显著的突变现象,突变期为1989年。
由UF曲线可以看出,该地区的气温在1961-1972年期间呈震荡递减,1972年的气温为近50年的波谷,1972-2010年期间呈显著的递增趋势,尤其是在1994年以后,UF曲线在临界线以上,即递增趋势更为强劲,该地区气温的递增趋势与全球变暖大背景相吻合。
风速:
由图4b可见,UF、UB两条曲线虽然相交,但交点并不位于两条临界线之间,说明该地区的地面风速在近50年期间并不存在显著的突变形势。
由UF曲线的走势可以看出,青岛地区的风速在1961-1967年期间呈递减趋势,1967-1973年期间呈递增趋势,1973-1991年期间走势相对平缓,1991-2010年期间的地面风速迅速递减。
3.2不同季节气温的突变形势
为了分析不同季节的突变形势,本文还将青岛地区的地面气温从1961-2010年进行逐季节平均,然后利用MK检验方法,分析近50年期间该地区地面气温在不同季节的突变形式,见图5。
冬季(1月为代表):
由图5a可见,UF与UB两条曲线相交于1986年,且交点位于两条检验线之间,表明青岛地区的地面气温在冬季存在显著的突变现象,突变期为1986年。
由UF曲线可以看出,该地区的气温在夏季整体呈缓慢的波动状递增。
在近50年期间,青岛冬季的气温存在两个比较明显的波谷:
1963年和1970年,1971年年之后表现出较为明显的递增趋势。
夏季(7月为代表):
由图5b可见,UF、UB两条曲线相交于1978年、1981年、1984年,且交点位于两条临界线之间,说明该地区的气温在近50年期间的夏季存在显著的突变形势,突变期为20世纪70年代后期和20世纪80年代初期。
由UF曲线的走势可以看出,青岛地区的气温在1961-1967年期间剧烈递增,1970-2010年期间呈缓慢的递增趋势。
3.3不同季节风速的突变形势
还将青岛地区的地面风速从1961-2010年进行逐季节平均,然后利用MK检验方法,分析近50年期间该地区地面风速在不同季节的突变形式,见图6。
冬季(1月为代表):
由图6a可见,UF与UB两条曲线相交于1991年,但交点并不位于两条检验线之间,表明青岛地区的地面风速在冬季不存在显著的突变现象。
由UF曲线可以看出,该地区的风速在近50年期间的夏季表现出显著的递减趋势。
夏季(7月为代表):
由图6b可见,UF、UB两条曲线相交于2003年,且交点位于两条临界线之间,说明该地区的风速在近50年期间的夏季存在显著的突变形势,突变期为2003年。
由UF曲线的走势可以看出,在1961-1967年期间,风速表现出递减趋势,1967-1976年期间表现出递增趋势,1976-1991年期间的变化趋势较为平缓,1991-2010年期间表现出剧烈的递减趋势,详见图6b。
4结论
(1)青岛地区的地面气温、风速存在多种尺度的显著性变化周期。
气温具有显著的2.1-2.7年、3.6-5.3年的变化周期以及32年以上的长周期震荡;风速存在显著的2-4年的变化周期以及16年以上的长周期震荡。
(2)1月的地面气温存在显著的2.5-2.7年、3.2-4.6年的显著性变化周期;7月的地面气温存在显著的2.0-2.3年、3.2-3.6年的显著性变化周期。
1月的地面风速存在显著的2.0-2.5年、3.2年、6.4-10.7年的显著性变化周期;7月的地面风速存在显著的2.9-5.3年的显著性变化周期,以及32年以上的长周期震荡。
(3)青岛地区的地面气温在近50年期间存在显著的突变现象,突变期为1989年;地面风速在近50年期间并不存在显著的突变形势。
(4)青岛地区的地面气温在冬季存在显著的突变现象,突变期为1986年;该地区的气温在近50年期间的夏季存在显著的突变形势,突变期为20世纪70年代后期和20世纪80年代初期。
青岛地区的地面风速在冬季不存在显著的突变现象;该地区的风速在近50年期间的夏季存在显著的突变形势,突变期为2003年。
参考文献:
[1]ZHENGChong-Wei,ZHUANGHui,LIXi,etal.WindEnergyandWaveEnergyResourcesAssessmentintheEastChinaSeaandSouthChinaSea[J].SCICHINATECHSCI,2012,55
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[2]郑崇伟,潘静,田妍妍,等.全球海域风浪、涌浪、混合浪波候图集[M].北京:
海洋出版社,2012.
[3]JonesPD.Hemisphericsurfaceairtemperaturevariations:
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[4]ZhengChong-wei,PanJing,Lijia-xun.AssessingtheChinaSeaWindEnergyandWaveEnergyResourcesfrom1988to2009[J].OceanEngineering,2013,65:
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[5]ZhengChong-wei.?
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[6]廖春花,刘甜甜,林海,等.长沙近57年气温变化特征分析[J].气象科学与环境,2008,31(4):
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[7]刘志宏,郑崇伟,刘寒,等.近50年大连地区地面气温特征分析[J].科技创新导报,2012,33:
136-137.
[8]陈红霞,华锋,袁业立.中国近海及临近海域海浪的季节特征及其时间变化[J].海洋科学进展,2006,24(4):
407-415.
[9]郭艳军,倪允琪.ENSO期间赤道太平洋对流活动异常对我国冬季风的影响[J].气象,1998,24(9):
1-7.
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