王丽玉，王 鑫，李双锦

1.福建省气象台，福建福州 350008；2.福建省气象信息中心，福建福州 350008

当前，全世界十分关注全球气温上升，经过专家科研团队测试对比发现，现在全球变暖的趋势仍在上升。全球变暖原因是人与自然相处的不够协调，经济和工业发展破坏了生态环境，尤其是近百年内的全球经济发展快速，大量生态地区被开发成居住地和生产用地，如今的气温不断上升现象按照10年资料分析对比趋势明显。我国也受到自然灾害频率增高的影响，福州市的气候变化具有十分明显的区域性和季节性特点。在生态环境导致的气候变化影响下，福州地区出现多次突发天气事件。不同地区的自然地理和气候条件有很大差异，因此导致气候变化的原因也不尽相同。研究降水和温度等气候水文参数的变化趋势，对于科学理解气候变化引起的降水量等气象水文因素的作用机制和区域水资源管理具有重要意义。

温度是气候变化最重要的标志之一。温度的变化对生产和人类生活以及自然栖息地都有很大的影响，并将对中国的发展产生更深刻的影响。福州地处中国东部沿海，所处的地理位置决定了其自身的温度变化特点。为了继续探索福州地区的气候变化的特征，提高气候变化研究的水平，分析一定时间内的福州地区月温度和年温度、最高气温和最低气温中具备的标志性变化现象，为福州市生态和自然灾害建设提供全面、科学的数据支持[1]。

1 资料与方法

1.1 资料来源

数据来源于福州国家基准气候站1951—2020年历年逐月平均气温、逐日最高、最低气温地面观测资料，并以此为基础，分别统计整理出季、年长序列气温资料。资料时间序列长，极具有代表性。将四季划分为：春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月）。

1.2 研究方法

采用线性倾向估计、滑动平均法等，对1951—2020年福州地区的年和各季平均气温、极端最高与最低气温、平均最高与最低气温分别进行年和年代际变化趋势分析，然后用累积距平、Mann-Kendall法分别做各气温序列的突变检测。

（1）线性倾向估计法。通过线性倾向估计法分析气温的长期变化趋势，计算公式如下：

式（1）中，y为气温，t为时间序列，a为回归常数；b为回归系数，a和b可以用最小二乘法进行估计。b的符号表示气候变量的趋势倾向。当b＞0时，说明气温呈上升趋势；当b＜0时，说明气温呈下降趋势，b值表示上升或下降的速率。

（2）滑动平均法。用一段时间的平均值表示统计序列的变化趋势，一定程度上消除序列中的反复随机波动，滑动平均值的表达式为：

式（2）中：xi+j-1为样本量为n的序列；k为滑动长度，k取5年。

（3）Mann-Kendall（M-K）检验法。采用Mann-Kendall非参数检验法进行突变分析，令气候序列为x（x1，x2, …, xn），mi表示第i样本xi大于xj（1≤j≤i）的累积数，统计量定义为：

在假设的原序列的随机独立情况下，dk的均值和方差分别是：

将dk标准化：

给定显著性水平a=0.01，即U0.01=±2.56，当|UFk|>U0时，表明序列存在明显的增长或减少趋势。所有UFk将组成一条曲线UF，把同样的方法应用于反序列中，得到另一条曲线UB，将统计量曲线UF、UB和u0.01=±2.56两条直线均会在同一张图上，如果UF的值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。当他们超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著，超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UF和UB两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。

2 结果与分析

2.1 福州市气温年变化特征

从福州市气温年变化曲线可以看出，福州市年平均气温最暖年出现子在2020年，为21.5℃；最冷年出现在1976年，为19.1℃（图1a）。1951—1996年属偏冷年份，自1997年起为偏暖年份，平均气温均大于多年平均值，且呈波动上升变化。运用一元线性回归法对福州市年平均气温变化进行趋势分析，得出其变化趋势方程为y=0.0237t+19.181，通过α=0.01的显著检验，其气候倾向率为0.237℃/10年，说明福州市年平均气温近70年来呈明显的上升趋势[2]。从5年的滑动平均变化来看，1951—1996年的年平均气温处于多年平均以下，1997—2020年的年平均气温处于多年平均以上；根据5年滑动平均变化曲线与平均值线判断，1951—1996年属偏冷年，1997—2020年属偏暖年。

由图1b累积距平曲线可知，福州市过去70年的气温变化可以分为2个阶段，自1951—1993年气温平均值为19.64℃，大多数年份为负距平，说明这一时期该地区是偏冷阶段；1994—2020年气温平均值为20.63℃，除了1995、1996年为负距平，其余年份均为正距平，而2020年的平均气温距平达1.5℃，为70年来最高，说明该地区处于偏暖阶段，气温具有明显的升温趋势。

图1 福州市1951—2020年的年平均气温变化趋势及累积距平

2.2 平均最高气温、最低气温变化特征

平均最高气温、最低温度是反映某地冷热状况最直接的指标。从福州市近70年的年平均最高气温、最低气温变化来看（图2）。福州市年平均最高、最低气温随时间演变情况与年平均气温相似，总体呈上升趋势。

从福州近70年来的年平均最高气温的变化曲线图来看，平均最高气温呈上升趋势，其气候倾向率为0.195℃/10年，低于年平均气温，多年平均值为24.6℃，最暖年和最冷年的年平均最高气温差值达2.9℃（图2a）。2000年前年平均最高气温大多数低于平均值，进入21世纪以来，多数年份高于平均值（除2011、2012年低于平均值外）。

从福州市70年的平均最低气温变化趋势（图2b）来看，近70年来的平均最低气温呈上升趋势，其气候倾向率为0.245℃/10年，高于年平均气温，年平均最低气温以20世纪90年中后期为界（1997年），前46年偏低，普遍低于平均值（37年低于平均值）以下；后24年波动升温，尤其是进入21世纪以来的头10年平均最低气温增温明显，在21世纪01年代的初中期 气温出现回落现象[3]。1997—2020年的平均最低气温均高于平均值，70年来的平均最低气温为15.9℃（1962年）。

图2 福州市年平均最高气温（a）和平均最低气温（b）的年际变化

2.3 福州市四季气温变化特征

从福州市四季气温变化趋势分析可知，福州市春、夏、秋、冬季气温变化趋势与年平均气温变化趋势基本相似，均呈升温趋势，气候倾向率分别为0.257、0.222、0.226、0.25℃/10年。进入21世纪，升温更加明显。春季最冷出现在1951年（16.2℃），最暖出现在2018年（21℃）；夏季最低出现在1973年（26.6℃），最高出现在2020年（29.8℃）；秋季最低出现在1976年（20.1℃），最高出现在2018年（23.8℃）；冬季最冷出现在1967年（8.9℃），最暖出现在2020年（14℃）。

运用累积距平法分析福州四季气温变化趋势（图3）。可以看出，春季气温变化大致分为2个阶段：1951—1996年为偏冷阶段；1997—2020年为偏暖年，2个阶段平均气温相差1.3℃；夏季气温变化大致分为2个阶段：1951—1987年为气温偏低阶段，1988—2020年为气温偏高阶段年，2个阶段平均气温相差0.8℃；秋季气温总体分为2个阶段：1951—1992年表现为偏冷阶段，在20世纪60年代初期和80年代初中期气温出现回暖，1993—2020年为偏暖阶段，在2000年前后出现气温回落，2个阶段平均气温相差1.0℃；冬季气温总体分为2个阶段：1951—1985年表现为偏冷阶段，在70年代前后气温出现回暖，1986—2020年为偏暖阶段，在201年前后出现气温回落，2个阶段平均气温相差1.1℃。

图3 福州市1951—2020年的四季累积距平曲线

2.4 气温的突变检验分析

气候突变是指在较短时期内由一种相对稳定的气候状态过渡到另一种气候状态的变化，是气候系统非线性性质的一种表现[4]。由图4可知，福州市年气温从1951—2020年一直呈增温趋势，UF值从1973—2020年超过1.96，UF和UB线在1993年附近发生交叉，交叉点处于α=0.05信度线之外，从Mann-Kendall检验曲线不能判断年平均气温突变年份，但从UF曲线变化趋势可知，福州市年平均气温从1973呈显著增温趋势。结合累积距平和信噪比（S/N=1.4），结果表明：福州市年平均气温在1993年出现拐点，且信噪比大于1，说明福州市年平均气温在1993年发生增温突变的可能。

图4 福州市1951—2020年的年平均气温Mann-Kendall检验曲线

福州市气温趋势将如何变化，变暖趋势是否会上升，对生态环境的影响程度等问题需要进行深入研究。当前，相关部门必须采取切实有效的环境保护措施，进一步保护福州生态系统，深入研究气候变化的影响，提高应对气候变化和自然灾害的自救能力，最大限度地降低气候变暖的负面影响[5]。

3 结论

（1）福州市年1951—2020年平均气温呈明显增温趋势，70年间气温上升了1.7℃，以1992年为界，后期增温显著，其中2011—2020年升温幅度最大，比多年平均气温增加0.8℃。

（2）运用Mann-Kendall检验法，对年平均气温进行突变分析，年平均气温交叉点初相在α=0.05置信区间外，结合累积距平和信噪比分析福州70年间年平均气温在1993年出现拐点，基本上可以判定1993年为年平均气温增暖突变的年份，且UF线趋势可知年平均气温长序列呈升温趋势，尤其以1978年以后的气温呈显著升温趋势。

由此可见，福州市年极端最低气温显著上升和极端最高气温呈现上升趋势，表明福州的极端气温变化正向变暖的方向发展。