阚雨萌 刘婧婧 武折章
辽宁省大石桥市气象局 辽宁大石桥 115100
摘 要 利用营口市气象观测站1981年3月-2011年2月的逐日平均气温资料和年平均气温资料，运用5天滑动平均的统计方法对近30年的四季长度进行统计；分析平均气温以及四季长度的变化趋势，讨论平均气温的年际变化对四季长度的影响；并运用Mann-Kendall检验方法检验突变年份，从而探讨气温变化与四季长度变化的相关性。结果表明：1）营口地区的四季长度分配不均，冬季最长，夏季、春季次之，秋季最短；四季平均长度分别为64天，81天,48天和172天；2）春季和秋季的长度变化趋势不显著；夏季的延长最为显著，气候变率为4.2 d/10 a；冬季为-4.5 d/10 a，长度随时间显著减少；3）对四季长度进行突变检验，夏季突变年份为1992-1993，突变后增长趋势明显；冬季突变年份为1994-1995，突变后下降趋势显著；4）近30年平均气温整体呈上升趋势，80年代中期年平均低，90年代后升温显著，1987-1988年为突变年份，突变后年平均气温升高显著。
关键词：气温；5天滑动平均；四季长度；Mann-Kendall检验
1 引言
近百年来，全球气候正在经历着一次以变暖为主要特征的显著变化[1]，平均增加约0.5 ℃，北半球气温升温趋势更明显，增温大于１ ℃[2]，我国的变化趋势与北半球基本一致[3]。气温的升高对四季长度造成了很大的影响，因此，分析四季长度及起止时间的变化特征对本地居民的社会建设和生活生产是非常重要的。
对于四季的划分，主要有天文划分法、气象划分法、古代划分法和农历划分法等；这些方法虽使用简便，但都存在着明显的缺点：没有考虑我国不同地区的地形地貌和纬度对于气候划分的影响；通常划分春季为3-5月，夏季为6-8月，秋季为9-11月，冬季为12月-次年2月，为了使气候划分更具有区域代表性，张宝堃结合物候现象与农业生产提出了新的分季标准[4]，他以候平均温度稳定在＜10 ℃作为冬季开始，气温回升稳定在＞22 ℃作为夏季开始。因此，候平均气温从10 ℃以下升温稳定在≥10 ℃时作为春季开始，降温从＞22 ℃稳定在≤22 ℃时作为秋季开始，运用5天滑动平均气温代替侯温划分法，既可以保留候温法的优点，又可以克服其人为割裂等不足[5]。
对于季节气候的划分，国内外的专家学者已经做了很多相关的研究工作，同时得出了不少有意义的结论。张静[6-7]等提出了适宜江浙等地气候的季节划分标准；孙风华[8-10]等分别从极端温度和气温突变等着手，研究了气温对季节演变特征的影响；张世轩等[11-13]提出气候变暖背景下，我国春、夏季起始时间呈现提前的趋势，而秋、冬季为推迟。目前对于营口市四季长度以及变化特征的研究较少，深入研究营口市的季节特征对人民的生产生活、社会的经济发展有很重要的意义。
2 资料和方法
2.1 资料
由于冬季长度为当年年末至次年年初，所以本文利用营口市气象观测站1981-2011年的日平均气温以及1981-2010年的年平均气温资料对营口市的四季长度及变化特征进行总结分析。
2.2 低通滤波方法
滑动平均是一种最基础的用于趋势拟合的方法，可认为是一种低通滤波器，趋势的变化则是用时间序列的平滑值来表示。对于样本量为n的序列x，其滑动平均序列可以表示为：
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若UFk或UBk的值为正值，则表明所求的要素序列呈上升的趋势；反之，小于0则表明呈下降趋势。当它们超过置信区间的临界线时，表明上升或下降趋势显著。超过临界线的范围则被确定为发生突变的时间区域。如果两条曲线有且仅有一个交点而且交点位于两条临界线之间，那么交点对应的时刻为该序列突变开始的时间。
3 营口市四季长度的气候特征分析
3.1 四季长度的气候变化特征
由表1中可以看出营口市季节长度的变化幅度最大出现在春季：最短日数为40天（1996年），最长日数为92天（2002年），相差52天，其他季节长度的变化幅度均在31-44天之间（夏季38天，秋季31天，冬季44天）。
从每个季节近30年的平均长度可以看出营口市冬季最长（占全年日数的47%），夏季、春季次之，秋季最短（占全年日数的13%）。冬季平均长度为172天，长达五个多月；最长季节出现在1986年的冬天，为196天。
从平均开始时间来看，与之前常用的以节气、太阳高度和阴历划分方法的结果不同，春季的开始日期较其他三种方法偏晚，为4月13日；夏秋季相差不大，分别为6月17日和9月5日；冬季开始较早，为10月23日，导致冬季持续时间偏长。
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图1为营口市四季平均长度的年际变化曲线，对营口市四季长度的时间序列做一元线性拟合，得到个季节长度的气候倾斜率。从图中可以分析出营口市春季和秋季的长度的年际与年代际变化并不显著，其中春季的气候变率为-0.3 d/10 a，呈微弱的下降趋势；秋季的气候变率为0.6 d/10 a，增长趋势也并不显著；夏季的气候变率为4.2 d/10 a，可以看出夏季长度的年际变化较其他季节相比较为显著，呈逐年增加的趋势；冬季的气候变率为-4.5 d/10 a，季节长度的年代际变化表现为下降趋势较为显著，随时间明显缩短。
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图1 营口市四季平均长度的年际变化（图a：春季，图b：夏季，图c：秋季，图d：冬季）
从营口市四季起始时间的年际变化可以看出起始时间的年际变化波动并不大，最大的变化幅度在一个月左右。
3.2 四季长度的M-K检验
为了进一步验证营口市四季长度的变化趋势和突变特征，利用M-K检验方法检验突变年份以及时间区域，给定显著性水平α通过0.05，即u0.05=±1.96。
营口市春秋季的突变特征并不显著，虽然在0.05的置信区间内UF与UB有多个交点，但经t检验表明这些交点并不是真正的突变年份；夏季长度在1992年以前呈波动性增长的趋势，1992年后显著增长，1997年后的增长更是突破了99%的置信性水平，突变时间发生在1992年-1993年之间；冬季长度在1986年-1987年达到了99%的置信性水平，1987年以后显著减少，且在2006年以后减少的趋势更为显著，超过了0.01的置信水平，UF与UB曲线有且仅有一个交点，且出现在0.05的置信区间内，所以突变年份为1994年-1995年。
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图2 营口市1981-2010年四季天数的M-K检验（图a：春季，图b：夏季，图c：秋季，图d：冬季）
4 营口市气温变化对四季长度的影响
4.1 营口市1981-2010年的年平均气温
图3给出了营口市年平均气温距平的变化趋势，可以看出1981-2010年期间营口市年平均气温
整体呈上升趋势，80年代中期气温偏低；从滑动平均可以看出在80年代后期呈弱的下降趋势，90年代初期升温趋势比较明显，90年代中期开始气温较为平稳。
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图3 营口市1981-2010年年平均气温距平的年际与年代际变化及M-K检验
结合图1四季长度分析得到，1981-2010年平均气温呈上升趋势，夏季长度显著增加，冬季长度显著变短。
为揭示年平均温度的变化特征，对年平均气温序列做M-K检验。从图3（b）的UF曲线变化情况可知，近30年来营口市年平均气温在1981-1986年呈下降趋势，1986年后呈上升趋势，且在1997年后的增长趋势更为显著，甚至突破了99%的置信度检验，可以看出UF与UB曲线有且仅有一个交点，出现在1987-1988年之间，并且在0.05的置信区间内，说明在这段期间内营口市气温序列发生了突变，突变后气温上升趋势显著。
5 结论与讨论
（1） 营口市季节长度的变化幅度最大出现在春季：最短日数为40天，最长日数为92天，相差52天，其他季节长度的变化幅度在31~44天之间；
（2） 冬季最长，夏季、春季次之，秋季最短；冬季平均长度为172天，长达五个多月；最长季节出现在1986年的冬天，为196天。四季的气候变率分别为-0.3 d/10 a，4.2 d/10 a，0.6 d/10 a，-4.5 d/10 a。
（3） 春、秋季的不存在明显的突变，夏季在1992-1993年存在一次突变，突变后长度增长趋势明显，冬季在1994-1995年间存在突变，突变后长度明显减短。
（4） 1981-2010年年平均气温整体呈上升趋势，80代中期气温偏低；从滑动平均可以看出在80年代后期呈弱的下降趋势，90年代初期升温趋势比较明显，90年代中期开始气温较为平稳。1987-1988年存在性一次突变，突变后年平均温度上升趋势明显。
参考文献：
[1] 秦大河,丁一汇,苏纪兰,等.中国气候与环境演变评估(Ⅰ):中国气候与环境变化及未来趋势[J]. 气候变化研究进展, 2005.
[2] Goossens C, Berger A. How to recognize an abrupt climatic change?[M]//Abrupt Climatic Change. Springer Netherlands, 1987: 31-45.
[3] Bradley R S, Diaz H F, Jones P D, et al. Secular fluctuations of temperature over Northern Hemisphere land areas and mainland China since the mid-19th century[M]. China Ocean Press, Beijing, 1987.
[4]张宝堃. 中国四季之分配[J]. 地理学报, 1934, 1: 001.
[5]钟保粦. 用5天滑动平均气温作深圳市的四季划分[J].广东气象,1995 (1):29-29.
[6]张静，吕军，项瑛，等.江苏省四季变化的分析[J].气象科学，2008，28（5）：568-572.
[7]杨诗芳，毛裕定.浙江省近50年气温变化及四季划分[J].浙江气象，2008,29（4）：1-6.
[8]郁珍艳，范广州，华维，等.气温突变对我国四季开始日期的影响[J].气象，2010,36（11）：32-37.
[9]孙风华，袁健，关颖.东北地区最高、最低温度非对称变化的季节演变特征[J].地理科学，2008,28（4）：532-536.
[10]马志红，李树岩，许蓬蓬.郑州市近37年季节长短及极端气温变化分析[J].气象与环境科学.2008，31,（S1)：7-10.
[11]张世轩，张璐，孙树鹏，等.全球变化情况下中国季节的变化[J].高原气象.2011,30（3）：659-667.
[12]郁珍艳，范广州，华维，等.气候变暖背景下我国四季开始时间的变化特征[J].气象科学.2010,15（1）：73-82.
[13]郁珍艳，范广州，华维，等.近47年我国四季长度的变化研究[J].高原气象，2011，30（1）：182-190.
[14]汪宝龙,张明军,魏军林,等.1960-2009年青海省极端气温事件的变化特征[J].中国农业气象, 2012, 26(1):6-9.
[15] Zhang X, Hegerl G, Zwiers F W, et al.Avoiding inhomogeneity in percentile-based indices of temperature extremes[J]. Journal of Climate, 2005, 18(11): 1641-1651.