呼和浩特近50年气温变化研究

ft 之昌彖本科毕业论文呼和浩特市近50年来气温变化研究The Study of Temperature Changes of 50Years in Hohhot学院：林学院专业:城市规划姓名:解波学号:110315689指导教师：马 静职称：副教授论文提交日期：二O一五年五月根据内蒙古呼和浩特市近50年的气温观测资料，应用滑动平均法和统计分析法 分析了呼和浩特市近50年气温的变化规律。结果说明：无论是在全年气温变化趋势 上，还是在季节或各年代的变化趋势上，呼和浩特市均经历了气温的上升和变幅增 大的过程，这一过程活晰地存在于 3个15年自然分期和5个10年分期中，表现为 后一时期气温平均值和变幅均较前一时期高，且在21世纪的前10年这一过程到达近50年中的最顶峰。关键词：呼和浩特；气温变化；滑动分析AbstractHohhot in Inner Mongolia for nearly 50 years according to temperature observations, the application of the moving average method and statistical analysis method, the variation of nearly 50 years of Hohhot temperature. The results showed that: both in the full-year trend of temperature, or in the change of seasons or each era, Hohhot have experienced rising temperatures and increased amplitude process that clearly exists in three 15 in natural stage and five in 10 annual installments, expressed as the average air temperature and after a period of high amplitude compared with the previous period, and in the first 10 years of the 21st century this process nearly 50 years, the highest peak.Key words: Hohhot Temperature change Slide analysis1引言 11.1国内外研究现状 11.1.1 国外研究现状 11.1.2国内研究现状 22资料与方法 32.1呼和浩特市概况 32.1.1呼和浩特市地理位置与行政区划 32.1.2呼和浩特市气候概况 32.2资料来源 32.3研究方法 33结果与分析 43.1年平均气温变化 43.2各季气温的变化 53.2.1冬季气温的变化特点 53.2.2 夏季气温的变化特点 63.3气温变化的年代特点 74结论 8致 谢 9参考文献 10内蒙古农业大学本科毕业论文91引言气候无时无刻不影响着人类活动， 而人类活动也在不同程度上影响着气候。 城市 是人类最集中的场所，城市密集的建筑物形成了粗糙的下垫面， 城市消耗的大量能源 使大气增加了数量可观的人为加热，使城市地区形成了特殊的气候 -城市气候。二战后，城市化迅速开展。联合国提供的资料说明，1800年世界上城镇人口仅占总人口的3%; 1950年，世界城市人口占总人口的 29%; 1957年，城市人口的比 重增至39%; 2000年这一比重更到达50%。城市人口的比重还有近一步上升的趋势。 城市化是人类社会开展的必然趋势， 也是一个国家走向现代化的必经阶段。 城市化潮 流不可阻挡，快速推进。城市化进程一方面推动了社会，经济，文化，教育，科技的 不断开展，将人类社会的物质文明和精神文明推向新的阶段；另一方面，由于城市人口急剧集中，产业密集，社会经济活频繁，城市规模不断扩大，对城市气候也产生了 极大的影响。伴随城市化进程的是土地利用变化和人类经济活动加剧，城市是能量消耗中心，却乂缺少植被的光合作用，导致市区大气中的烟尘与二氧化碳等温室气体的 含量增加，引起大气辐射与热力性质改变，加上人为热能的作用，形成热岛效应，使 城市温度明显高于郊区。IPCC第一工作组报告指出，全球有仪器观测以来的近白年增温0.3C -06C。20世纪的全球变暖趋势被认为在 21世纪还将持续，由此而引发的气候和环境变化关系 到人类未来的生存环境，对经济开展和社会进步各方面都具有潜在的重大影响，已成为社会和经济可持续开展中最为关键的问题。呼和浩特市位于内蒙古中部，是内蒙古自治区首府和主要工业城市，解放后特别是进入80年代以来，工业、交通运输和商业迅速开展，人口剧增，50年代人口为78.3 万,70年代的人口为132.6万；80年代随着改革开放，人口为173.5万，90年代到 00年代，人口分别为195.6万和245.8万，并且仍持续增长。城区面积也在不断扩大， 50年代城区面积780平方千米，70年代城区面积为1485平方千米；80年代随着改 革开放，城区面积为1660平方千米，90年代到00年代，城区面积分别为1850平方 千米和1982平方千米；至U 2021年城区面积更是到达了 2101平方千米，可以肯定在 将来城区面积还会进一步扩大。随着工业、交通运输的开展，工厂和车辆排放大量烟 尘和气体进入大气，污染了城市空气，这些因素导致了城市气候的变化。因此，加强 对呼和浩特市气温变化根本规律的研究，预测未来气温变化趋势，对科学合理的利用 当地气候资源，趋利避害，繁荣当地社会经济具有为具有重要的意义。1.1国内外研究现状1.1.1国外研究现状城市气候的研究是伴随着世界城市化进程出现和开展的。1818年英国气象学者霍华德(L. Howard)通过伦敦市内和郊区观测数据的比照总结出伦敦城市气候特点，并写出被世界公认的第一部关于城市气候的著作一 ?伦敦气候?，自该书问世之日起， 城市气候研究已经有160多年的历史，到了 20世纪30年代，城市气候的研究有了迅 速的开展，研究的要素越来越多，观测手段也越来越先进，这个时期主要特点是开始 了城市温度场的动态测量，并且对以往的研究进行了集成。如W.S Chmiclt于1917年开始对城市内部不同景观类型下的小气候进行研究，并于1927年首次利用汽车装备气象观测仪器做流动观测。二战后，毁于战火的城市重建，新兴城市崛起和开展，使得城市气候各要素发生 更加显著的变化，表现为太阳辐射的减弱、温度的增高、风速减小、风向变化、湿度 减小，更加促进了气候观测手段地改善，增进了城市气候研究的广度和深度。1956年Kra、zCr在修订?城市气候?一书中增添了大量内容，他引征了560篇关于城市气候的文献，此书在世界城市气候研究史上具有承上启下的作用。1968年世界气候组织WMO气候学委员会在比利时布鲁塞尔召开了第一次国际性的城市气候和建 筑气候学讨论会，大会交流经验，总结成果，指出今后：加强城市气候形成过程和 机制的研究；加强城市气候的数值模式研究；扩大城市气候研究的范围。进入二十一世纪以来，关于城市化对气候影响的定量研究也有了一定成果，Karl等对美国历史气候网1219个站资料分析后指出，平均城市化影响约 0.06OC/IOa1901 年一 1984年，2003 年，ArnfieldI 进一步对 20世纪最后 20 年的城 市气候研究进行了总结，重点回忆了湍流、能量交换和水分交换以及城市热岛工作。 1.1.2国内研究现状与国外相比，我国在城市气候方面的系统研究起步较晚，始于20世纪50年代，80年代以来开展较快。周淑贞、张超等人是我国城市气候研究的先行者。1980年中国气象学会气候学学术会议在庐山举行，同年的中国地理学会气候专业委员会上，成立了我国的城市气候研究组，对推动我国城市气候的研究起了重要的作用。1982年中国地理学会在厦门召开我国第一次城市气候学术会议，探讨城市气候的总体特征， 涉及气候要素有气温、大气污染、日照、辐射、降水、湿度、雾、能见度及风等。1985 年在上海举行的城市气候学术研讨会，成立了 “全国高校城市气候研究中心。周淑贞、张超合写的?城市气候学导论?在1985年出版，这是我国第一部城市气候专著， 此书从理论上说明城市气候的特征和形成过程并对城市气候与城市规划和城市建设 的关系作了探讨，明确指出城市气候学也是一门应用科学。中国科学家对于中国近白年来的气候变化进行了很多研究。1995年施能等的研究说明，在20世纪，中国的西北、东北、华北增温最显著；降水以下降趋势为主。 2007年丁一汇等采用最新的器测时期资料和代用温度资料对中国地区近50年、近白年的温度和降水变化进行了重新分析，结果说明，中国近白年增暖的幅度与全球同期相比略高；在近50年里，中国平均气温升高以北方为主，升温速率远大于北半球的平均升温速率。同时，许多学者运用多种分析方法，对不同时间尺度的气候变化进行 了分析和研究。如2021年孙朝阳等通过对近20年来中国地表气温变化估算方法进行 了全面的总结，并对不同研究者所采用的资料、时间尺度及研究结果进行了比照分析。2资料与方法2.1呼和浩特市概况2.1.1呼和浩特市地理位置与行政区划呼和浩特在蒙古语意为“宵色的城,位于华北西北部、内蒙古自治区中部的土 默川平原，北依大宵山、南濒黄河水，地形东北高、西南低，地势平缓，南起北纬 500 51,北至北纬 410 8,西始东经 110 46,东至东经112 10。市区平 均海拔1050米，是内蒙古自治区的首府，也是自治区政治、经济、科技、文化、教 育中心。全市总面积为1.7万平方公里，全市总人口 291万，是一个以蒙古族为自治 民族，汉、回、满、朝鲜等36个民族共同聚居的塞外名城。呼和浩特市现辖4区、4县、1旗、1个国家级开发区和1个国家级出口加工区。 分别为新城区、赛罕区、回民区、玉泉区、武川县、托克托县、活水河县、和林格尔 县和土默特左旗。2.1.2呼和浩特市气候概况呼和浩特届典型的温带大陆性气候，春季十燥多风，冷暖变化剧烈；夏季短暂、 炎热、少雨；秋季降温迅速，常有霜冻；冬季漫长、严寒、少雪。四季气候变化明显， 年温差大，日温差也大。年平均气温 8C左右：北低南高，北部大宵山区仅 2C左右， 南部为6.7C。最冷月气温12.716.1 C；最热月平均气温1722.9C。平均年较 差为34.435.7C,平均日较差为13.513.7C。极端最高气温38.5C ,最低41.5C。 年平均风速为3.5米/秒。日照时间长，全年日照时数在 28003000小时之间。年降 雨量350500毫米。全市二级以上优良天数从 2001年的196天上升为2006年的313 天。北部山区无霜期为75天，低山丘陵区110天，南部平原区为113-134天。 2.2资料来源根据呼和浩特市气象站1961-2021年气温资料，选取相关数据进行统计汇总。 2.3研究方法利用5年滑动平均法和统计分析法，求出平均气温。再将一年划分为春夏秋冬四 季：十二月、一月、二月为冬季；三月、四月、五月为春季；六月、七月、八月为H 季；九月、十月、十一月为秋季，分别求出各季的气温变化。五年滑动平均法是在一 个长序列的逐年资料中，按年序从第一年到第五年、第二年到第六年、第三年到第七 年,，每相应五年的资料计算其平均值。由此得到的一序列资料称为五年滑动平均 值。滑动平均值是表达一个系列的变化趋势时， 为了突出主要的变化趋势，将次要的、小的波动平滑掉，突出明显、主要的波动的分析方法；_1 i m _1Xml = 一 、Xk其中：i=1 , 2, , ,N样本数序号；m=2, 3, 4,例 3 年滑动平均，M m=33结果与分析3.1年平均气温变化图1呼和浩特年平均气温变化多年买#气旦-5年滑动早均由图1可知，通过对呼和浩特市近 50年5年滑动平均气温和多年平均气温的分 析可知，呼和浩特市近50年气温可划分为明显的3个阶段：19611975年，是一个 低温时期，这一时期的平均气温为5.8C,比多年平均气温低0.9C,并且气温变化相 对缓和，波动幅度较小。1976年1990年为中温期，这一时期的平均气温为 6.3C, 比多年气温低0.4C,增温开始逐渐明显，波动幅度也开始变大。1991年2021年为 高温时期，这一时期年平均气温到达7.8C,比多年平均气温高1.1C,这一阶段气温 增加显著，变暖趋势明显，到达了近 50年的顶峰。以上3个阶段中，各段内的年平均气温变化幅度也有增大的趋势：19611975年平均气温变幅为 2.2C, 1976年1990年平均气温变幅为 2.3C , 1991年2021 年平均气温变幅到达2.5C。这说明20世纪末到21世纪初期呼和浩特市年均气温波 动性在不断增强，使这一地区气候不稳定性增强。3.2各季气温的变化呼和浩特市的气候届丁温带大陆性季风气候，四季气候变化明显，夏季炎热、冬 季寒冷，冬、夏季节性差异极大。一月和七月份的平均气温可以代表全年中冬、夏季 温度的变化特征。根据对呼和浩特近 50年一、七月份气温变化的统计和分析，可知 其变化的特点。3.2.1冬季气温的变化特点X z z z图2呼和浩特冬季平均气温变化从图2可知，一月平均气温具有较强的不断上升趋势，从10a段变化可以活楚地看到：60年代为5.7C, 70年代为6.0C, 80年代为6.5C , 90年代为7.6C , 10年 代2001年2021年，以下简称10年代为8.0C,这与年平均温度变化的总趋势 是一致的。并且在19612021年的50个年份中，共有23个年份的一月平均气温高 丁多年一月平均气温11.9C其中60年代只有1个年份高丁多年平均值，70年 代有4个年份高丁多年平均值，80年代有5个年份高丁多年平均值，90年代有6个 年份高丁多年平均值，而10年代，那么有7个年份高丁多年平均值。这从另一个方面 说明呼和浩特近50年冬季温度的不断上升趋势。另外，一月份平均气温变化幅度很大，范围在16.7C 1968年、1977年一6.3C 2002年之间，变幅达10.4C。这样大的变化幅度导致呼和浩特地区冬季 气温的强烈不稳定性。其中，70年代、90年代和10年代是3个温度变化幅度最大的 10年，70年代变幅是6.9C, 90年代变幅是8.3C, 0年代变幅是6.6C ； 60年代和 80年代是2个相对变幅较小的10年，幅度分别为5.5C和4.7C。从总体上看，近50 年呼和浩特一月份的平均温度变化幅度有增大的趋势。3.2.2夏季气温的变化特点年份图3呼和浩特夏季平均气温变化7.月平均气温7月份5年清幼平均气m从图3中的波动可以看出，纵观50年来的七月平均气温变化，仍然显示了活晰 的气温上升趋势，即在5个10a段中，后一个10a段的七月平均气温都较前一个10a 段高：60年代平均夏季均温为21.7 C, 70年代为21.9C, 80年代为22.1C, 90年 代为23C, 10年代为24.3C,与多年七月份均温22.6C相比，50个年份中，共 有20个年份的七月平均气温高丁多年一月平均气温，其中70年代只有3个年份高丁多年平均值，80年代也有3个年份高丁多年平均值，90年代只有5个年份高丁多年 平均值，而10年代，那么有9个年份高丁多年平均值。这从另一个方面说明呼和浩特 近50年夏季温度也有不断上升趋势。另外，相对丁一月份的平均气温，呼和浩特七月份的平均气温变化幅度较小，介丁 20.3C 1976年27.2C 2007年之间，变幅为6.9C。其中，10年代是温度变化幅度最大的10年，变幅是5.4C。因此可以认为，以七月份为代表的呼和浩特近50年的夏季气温是较为稳定的。3.3气温变化的年代特点Q_3呼和浩特各年代平均气温变化1961年2021年根本覆盖了 5个10a段的时期，即60年代、70年代、80年代、 90年代、10年代。从这5个10a段的变化图4看，呼和浩特近50年的气温变化 具有如下特点：5个10a段呈阶梯状上升趋势：60年代年均温为5.7C , 70年代年均温为6.0 C , 80年代年均温为6.5C, 90年代年均温为7.6C, 10年代年均温为8.0C ,每10a段 平均温度的增大幅度为0.31.1 C，显示了呼和浩特地区近 50年气温上升的强劲趋 势。从图4可知，与多年平均气温相比拟，5个10a段的平均气温中，60年代是寒 冷期，较多年均温6.7C低1C； 70年代也是寒冷期，较多年平均值低 0.7C； 80年 代也是温冷期，较多年平均值低 0.2C； 90年代是温暖期，较多年平均值高 0.9C； 10年代也是温暖期，较多年平均值高1.3C。因此，无论是从近 50年的年均气温变化自然的分期即前述的15a分期看，还是从5个10a段的年均气温变化看，呼和 浩特地区均呈年均气温不断上升的趋势。从年均温变化的波动幅度看，60年代波幅为1.6C, 70年代波幅为1.9C, 80 年代波幅为2.1C, 90年代波幅为2.2C, 10年代波幅为1.9C,大致呈现出不断增大 的趋势，与前述3个15a分期所呈现的特点是一致的。这说明，呼和浩特地区近50年的年均温的稳定性逐年减弱，且波动性增强。4结论由以上分析得出呼和浩特近50年的气温变化特点如下：从气温的年变化来看，呼和浩特出现了一个气温不断上升的变化过程。年均温 度变化的3个自然分期平均气温逐年增强，到1991年2021年最后一个时期，平均 温度到达7.8C,较多年平均气温高出1.1 C。并且各段内的年均温度变幅也有增大的 趋势，这说明20世纪后期到21世纪初期呼和浩特地区的年均温波动性在不断增强， 造成该地区气候稳定性下降。从气温的季节变化来看，冬、夏季的温度活晰地显示出上升趋势， 但上升幅度 却不相同：冬季最大，夏季最小，尤其是夏季变化不明显。另外，在温度变化幅度方 面，近50a中呼和浩特也显示了变幅不断增大的趋势， 尤其在冬季平均温度的变幅变 化中，5个10a段的平均值也是后一段均较前一段大，说明各季平均气温尤其是冬季 气温的不稳定性增强以及强劲的温度升高变化趋向。内蒙古农业大学本科毕业论文11致 谢本论文是在马静老师的细心指导和大力支持下完成的。论文写作期间，马老师提出了很多宝贵的建议和意见，帮助我开拓研究思路，使得我能够克服重重困难，顺利完成了论文撰写。同时, 查阅文献、整理数据、资料分析、处理等的过程中都凝聚着老师的辛勤汗水。至此论文完成之际，向尊敬的老师在论文中的指导和关心培养表示衷心的感谢。同时，在四年的学习生活中也得到了学校、学院领导及老师们的关心和帮助，在此也一并表 示衷心的感谢。本次毕业论文完成过程中我稳固了许多专业知识，为我以后的工作打下了坚实的 根底。参考 文 献1 施能，陈家其，屠其璞.中国近 100年来4个年代际的气候变化特征J.气象学报，1995,53(4):431-4392 丁一汇，任国玉，赵宗慈等.中国气候变化的检测及预估J.沙漠与绿州气象，2007, 1(1):1-103 唐国利，任国玉.近百年中国地表气温变化趋势的再分析J.气候与环境研究，2005,10(4):791-7984 屠其璞，邓自旺，周晓兰.中国近117年年平均气温变化的区域特征研究J.应用气象学报，1999, 10(增):34-425 孙朝阳，邵全琴，刘纪远.近 50年来中国大陆地表气温变化估算J.地球信息科学学报，2021, 14(1):14-216 Frick , P, Alexander L.V ., Della-Marta P. M. , et al. Observed coherent changes in climatic extremes during the second half of the 20th Century. Clim. Res , 2002, 19:193-2127 贾铁飞.中国北方内陆气候与季风气候过渡地带全新世环境演变.内蒙古师大学报(自然科学汉文版)，1995, (1):64-708 张家诚.中国气候总论M .北京：气象出版社，1991.306-3079 丁一汇.中国气候变化-科学、影响、适应及对策研究M.北京：中国环境科学出版社,2021.710 王绍武.近百年我国及全球气温变化趋势.气象 ,1990,16(2):11-1511 Houghton, J.T., G.J. Jenkins, J.J. Epsraums, et al. Climate Change: The IPCC Scientific Assessment. Cambridge: The Press Syndication of Cambridge University, 199512 Jones, P. D., Hemispheric surface air temperature variations: a reanalysis and an updata to 1993.J.Climate,1994,7:1794-180213 Hansen, J. and S. Lebedeff,. Global surface temperature: updata through 1987. Geophys. Res.,1988,15:323-32614 Vinnikov, K.Ya., P. Ya. Groisman and K.M. Lugina: Empirical data on contemporary global climate changes(temperature and precipitation). J.Climate,1990,3:662-67715 Houghton, J.T., Ding, D.J. Griggs, et al. Climate Change 2001:The Scientific Basis Cambridge: The Press Syndication of Cambridge University,2001.16 Jones, P.D., Osborn, T.J., Briffa, K.R., Folland, C.K., Horton, et al. Adjusting for sampling density in grid-box land and ocean surface temperature time series. J.Geophys.Res,2001,106:3371-3380.17 Jones, P.D. and Moberg, A., Hemispheric and large-scale surface air temperature variation: An extensive revision and an updata to 2001. J. Climate, 2003,16:206-223.18 18韩基良.黑龙江省医疗气象预报系统的研究与实现D.哈尔滨：哈尔滨工程大学大学,2021.19 Kang-tsung Chang.地理信息系统导论M.北京：科学出版社,2021.280-285.20 施能，陈绿文等，19202000年全球陆地降水气候特征与变化，高原气象，2004,23(4):43544221 叶瑾琳、陈振华等，近百年中国四季降水量异常的空间分布特征，应用气象学报，1998, 9(增刊):576422 施能、陈家其等，中国近100年来4个年代际的气候变化特征，气象学报，1995,53(4):43143923 朱艳峰、陈隆勋、宇如聪，中国气候异常变化与ENSO准四年循环的联系分析，热带气象学报，2003, 19(4):34535624 赵宗慈、LuengRby、钱云，近年中国夏季降水变化特征分析，气候变化研究进展，2005,1(1):293125 任国玉、吴虹、陈正洪，我国降水变化趋势的空间特征，应用气象学报，2000, 11(3):32233026 王绍武主编，现代气候学研究进展，气象出版社， 2001 , 828327 王绍武、蔡静宁等，中国气候变化的研究，气候与环境研究，2002, 7(6):13814528 龚道溢、王绍武，近百年我国的异常暖冬与冷冬，灾害学，1999, 14(2):636829 秦大河、丁一汇等，中国气候与环境演变评估(I),气候变化研究进展，2005, 1(1):48