巴中市气温和降水变化特性研究

1. 引言

巴中位于中国四川东部，位于川陕两省相交处的米仓山南麓东邻达州，南临南充，西接广元，北面为陕西汉中，全市总面积达到 1.23 万平方公里。境内地势，北高南低，海拔变化较大，海拔最高 2513米，最低 267 米。大多数区域在海拔 400-500 米之间山河之间。田连阡陌，境内耕地面积 258.8 万亩。巴中市气候类型多变，雨量较为充沛，能够满足巴中市人民生产和生活用水，但水位洪枯变幅大，部分溪河在枯水期有断流的现象，这对巴中市农业及工业的发展带来很多的影响^{[1, 2, 3, 4]}。随着全球气候变暖及极端天气的增多，探究巴中市的气温和降水量是否有与全球气候变暖趋势一致这一问题，对社会生产和经济建设都有着极其重要的意义。

本文以来自空间离散分布的气象台站的气候数据资料，研究了了巴中地区气候条件随时间发生的变化。单独采用时间序列分析具有局限性，因此本文利用9个站点的气象观测数据巴中地区的气候时空变化特性进行研究，以多年来的降雨量和温度变化，尝试对气象观测数据进行分析，探索巴中市地表气象数据的变化特征，实现对未来社会生产和生活及经济活动提供科学的气象和降水依据。

2. 数据来源和研究方法

2.1. 资料来源

2.1.1 研究区概况

巴中市位于中国四川东部地区（31°15′～32°45′，106°21′～107°45′），地势较为平坦，平均海拔在450 米左右，巴中属亚热带季风气候，雨量充足，但由于其气候特点，降水时空分布不均，容易造成短期干旱情况的发生。其地理环境因素对气候和降雨也一定的影响。

2.1.2 数据来源

文中所有数据均来源于中国气象数据共享服务网地面气候资料日值数据，根据时间序列的连续性及长时段性等标准，为了确保站点信息气温和降水变化趋势的一致性，经过分析后剔除部分数据缺失较多或年限过短的站点;随后对所有筛选过的气象站点数据质量进行了检验，最终选取符合条件的4个气象站点 1956—2017 年期间共 62 年长度的逐日气温和降水数据。典型气象站点信息见表 1。

表 1 气象观测站点信息

区站号	台站名称	经度	维度	海拔高度/m
57216	南江	106°05'	32°21'	580.5
57313	巴中	106°46'	31°52'	419
57320	通江	107°13'	31°56'	483.1
57324	平昌	107°05'	31°35'	365.1

2.2. 研究方法

(1)线性回归:属于时间序列趋势分析，该方法是研究气候变化问题中时间序列趋势改变普遍使用的方法之一，关键是利用时间序列和气候因素构造一元线性方程，通过方程中两者的数学关系反映气候要素的时间变化特征，表示为^[5]:

其趋势变化率方程为:

其中， $y_i$ 代表气候要素， $x_i$ 为 $y_i$ 所对应的时间，a 为常数，b 为趋势系数。b 绝对值的大小反映了气候要素的速率变化^{[6, 7]}。通常用气候变化倾向率即 b ×10 来描述气候要素趋势变化，单位为℃/10a 或mm/10a。

(2)累积距平统计量与信噪比:时间序列的某一个数 $x_i$ 与均值 x 之差为距平值，即 $x_i-\bar{x}$ 。在对气候要素进行分析中，经常会对气候要素的时间序列进行距平化处理，即用距平序列取代气候要素原始数据。累积距平法顾名思义是对每个时间序列距平值得累计，可以通过其判断气候变化，对研究区的突变点进行分析时可以采用该方法，对于序列 x，某一时刻的累计距平如下:

其中， $x_i$ 为第 i 年的气候要素； x 为多年气候要素平均值。绝对值最大的年份为突变年份。

为了检验气候突变是否达到标准，计算转折年的信噪比:

其中， ${\bar{x}}_1$ ， ${\bar{x}}_2$ 为转折年份前后气候要素的平均值； $S_1$ ， $S_2$ 为标准差。当 S/N＞1 时，该气候要素存在突变，否则则认为突变不明显。

(3)冷暖年判断:为了更好地对年平均气温的变化趋势进行表述，采用标准法对 62 年的年平均气温进行分析，当年平均气温与多年年平均气温的差值大于一个标准差时，认为气温异常，若当年平均气温大于多年平均气温，认为是偏暖年，反之为偏冷年。

3. 结果与分析

3.1. 气温和降水量年际变化特性

对从巴中市获取的 4 个气象站 60 多年来的气象资料数据整理分析后，可以得到巴中市年平均气温曲线图，见图 1。分析得到巴中市的年平均气温呈现稳定趋势。根据资料得到多年平均气温为 17.02℃，年际标准差为 0.39。2016 年平均气温是 62 年来气象监测测量资料中年平均气温的最大值，为 17.9°C ；1993 年平均气温是 62 年来气象监测测量资料中年平均气温的最小值，为 16.3°C ；2006 年最高气温气温是 62 年来气象监测测量资料中最高气温的最大值，为 40.6℃；1975 年最低气温是 62 年来气象监测测量资料中最低气温的最小值，为-5.3℃；1956—2017 年中最大气温值和最小气温值相差 43.5℃，温差很大，对社会生产生活有一定影响。

图 1 年平均气温变化曲线

以此确定出，偏暖的年份为 1959、1961、1966、1973 、 1978 、 1998 、 2006 、 2013 、 2015 、 2016 、2017，偏冷的年份为 1956、1976、1982、1984、1986、1989、1992、1993、1996、2005，其余为气温正常年，可以得到气温异常年占比 34%。偏暖年大多集中在 1980 年前和 2005 年后，偏冷年大多集中在 1980 年和 2005 年之间。

图 2 年最高气温变化曲线

图 3 年最低气温变化曲线

从图 2 年最高气温变化曲线可以看出，60 年来巴中市的年最大气温呈现基本稳定趋势，气温上升速率仅为 0.01℃/（10a）。从图 3 年最低气温变化曲线可以看出，60 年来巴中市的年最低气温呈现上升趋势，气温升高速率为 0.42℃/（10a），上升趋势较为明显。

图 4 年降水量变化曲线

从图 4 年降水量变化曲线可以看出，60 年来巴中市的年降水趋势呈现下降趋势，根据拟合曲线可以得到其降低速率为 7.3mm/（10a）。其中年均降水量最大的年份出现在 1983年，降水量达到 1845.2mm，年均降水量最小的年份出现在 2001 年，降水量达到657.3mm，年际标准差为 233.19mm。采用标准法对62 年的年降水量变化进行分析，将异常降水年分为降水充沛年份和降水稀少年份^[8]。依次为根据，则降水充沛年分为 1967、1968、1969、1973、1974、1981、1983、1993、2000、2003、2011，降水稀少年份为 1959、1962、1972、1976、1995、1997、1999、2001、2002、2016，其余为正常降水年。巴中市气温和降水变化具有一定的区域特征，这与全国尺度气候变化存在明显空间差异的研究认识相符^[9]。

3.2. 气温和降水量年代变化特性

表 2 气温和降水年代变化

时期	年降水量 / mm	平均气温 / ℃	最高气温 / ℃	最低气温 / ℃
1960-1969	1108.1	16.9	39.3	-4.2
1970-1979	1053.2	17.1	40.3	-5.3
1980-1989	1250.8	16.7	37.5	-2.9
1990-1999	996.7	17.0	39.7	-5.3
2000-2009	1115.7	17.1	40.8	-3.4
2010-2017	1151.2	17.5	39.4	-4.3

由表 2可知，巴中市的年平均气温在 20世纪 80年代有所下降，2010 年后的平均气温明显高于以往时期。从最高气温的年代变化来看，20 世纪 80 年代，最高气温存在明显的下降。从最低气温的年代变化来看，20 世纪 80 年代最低气温是所有年代中的最大值，20 世纪 90 年代最低气温为年际间最低。从年代降水量上进行分析，20 世纪 80 年代降水量为年际间最大，在 20 世纪 90 年代，降水量相对较少。这一年代际变化特征与四川盆地已有气候变化研究结果具有一定的一致性^{[10, 11]}。

3.3. 气温和降水量季节变化特性

3.3.1 气温季节变化

（a）春季

（b）夏季

（c）秋季

（d）冬季

为了对年气温季节变化进行分析，采用中国通用的季节划分方法，3-5 月为春季，6-8 月为夏季，9-11 月为秋季，12-2 月为冬季，年平均气温季节变化特征见图 5。

从气象观测资料及图表可以得知，巴中市春季平均气温在 17.1℃左右，气温呈现下降趋势，根据拟合曲线可知气温下降速率为 0.05℃/（10a）；夏季平均气温在 26.4℃左右，气温基本稳定；秋季平均气温在 17.3℃左右，气温呈现略微上升趋势，气温升高速率为 0.05℃/（10a）。冬季平均气温在 7.0℃左右，气温基本稳定，气温上升速率仅为 0.02℃/（10a）。由以上分析可知，巴中市四季气温均基本稳定，其中夏季和秋季气温有略微上升趋势。已有研究表明，气温变化具有明显的区域性和季节性差异^{[12, 13]}。

3.3.2 降水季节变化

（a）春季

（b）夏季

（c）秋季

（d）冬季

年降水季节划分与年气温季节划分相同，年降水季节变化特征见图 6。

从气象观测资料及图表可以得知，巴中市春季降水在 229.1mm 左右，春季降水量呈现下降趋势，降水量下降趋势为 6.0 mm/（10a）；夏季降水量在534.3m 左右，降水量呈现快速上升趋势，降水量上升速率为9.4mm/（10a）；秋季降水在319.5mm左右，降水量呈现下降趋势，降水量降低速率为 12.3mm/（10a）；冬季降水量在 37.3mm 左右，降水量呈现上升趋势，降水量上升速率为 1.6 mm/（10a）；由以上分析可知，巴中市春季、秋季降水量有所下降，且秋季降水量下降趋势迅速，夏季降水量增多趋势明显。相关研究也表明，四川省降水变化具有明显的区域性和季节性特征^{[14, 15]}。

3.4. 气温和降水量突变年分析

图 7 是巴中市年平均气温变化的累计距平曲线，根据曲线进行分析可以得知，巴中市年平均气温累计距平值大致呈现先增大后减小的趋势，既 1956 年至 1984 年逐步上升，1984 年以后呈现逐步下降。2012 年作为转折年，极有可能是突变年，经过检测信噪比 0.91<1.0，气温气候要素不存在突变。图 8 是巴中市年降水量变化的累计距平曲线，根据曲线进行分析可以得知，巴中市年降水量累计距平值呈现先增大后减小的趋势，既 1956 年至 1984 年逐渐上升，1984 年后呈现快速下降趋势，2011 年以后略有抬头。1984年作为转折年经过信噪比检测0.17<1.0，因此年平均降水也不存在突变年份。

4. 结论与展望

本文基于巴中市 4 个国家气象站 1956—2017 年的长期气温和降水观测资料，系统分析了区域气候要素的变化特征及其演变规律。研究表明，巴中市近62 年来气候变化整体较为平稳，但气温和降水变化并非完全一致，不同时间尺度下表现出一定的差异性。区域气候变化受自然因素和人类活动共同影响，在长期稳定变化背景下，仍存在阶段性波动和季节性调整特征。因此，仅关注年尺度变化难以全面反映区域气候演变过程，需要结合不同时间尺度开展综合分析。研究结果可为巴中市气候变化规律认识及区域水资源管理提供基础依据。

（1）巴中农业以水稻、玉米、油菜、核桃等为主，近年来持续干旱少雨与突发强降水交替出现，旱涝急转风险日益突出，后续研究可根据不同季节干旱发生频率、持续时间及强度演变规律，结合水稻、玉米、核桃等主要作物的需水关键期，构建分作物、分区域的干旱风险预警指标体系。

（2）近 50 年来四川盆地西部和中部地区年降水呈减少趋势 ，该区域内的雅安、乐山、眉山、成都附近地区为减少大值中心区，每 10 年减少的年降水量超过 60 mm^[14]，结合本文研究成果，四川盆地自然资源型缺水 (区域降水量减少) 和人为型的缺水 (水资源需求量的增加和盲目掠夺式的开发)共存，形势严峻。

（3）针对未来可能出现的气候波动以及极端天气事件增多趋势，应进一步加强对气候变化与水资源响应关系的研究，提高区域气候风险识别和适应能力。后续研究可结合更长时间序列资料、多源遥感数据以及区域气候模式模拟结果，进一步分析气温和降水变化的驱动机制，并深入探讨气候变化对农业生产、水资源调控及生态环境的影响，为区域可持续发展和气候适应性管理提供更加科学的支撑。

参考文献

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