全 文 ：第 33卷 第 2期 生 态 科 学 33(2): 327−331
2014 年 3 月 Ecological Science Mar. 2014

收稿日期: 2013-03-14; 修订日期: 2013-04-07
基金项目: 安徽农业大学稳定和引进人才基金资助
作者简介: 原文杰(1989—), 男, 山西人, 硕士研究生, 主要从事气候变化及其对生态环境影响方面的研究, E-mail:yuanwenjie113@163.com
*通信作者: 梅雪英, 女, 博士, 从事应用气象学研究, E-mail: qxxmxy@163.com

原文杰, 李侠丽, 梅雪英. 1952—2011 年蚌埠气温变化趋势及其对农业生产的影响[J]. 生态科学, 2014, 33(2): 327−331.
YUAN Wenjie, LI Xiali, MEI Xueying. The variation of air temperature in Bengbu from 1950 to 2011 and its effects on agriculture [J].
Ecological Science, 2014, 33(2): 327−331.

1952—2011年蚌埠气温变化趋势及其对农业生产的
影响
原文杰, 李侠丽, 梅雪英*
安徽农业大学资源与环境学院, 合肥 230036

【摘要】 根据气温资料, 采用线性趋势函数、Morlet 小波分析方法, 研究了蚌埠市的年、季平均气温以及年平均最高、
年平均最低气温的变化趋势, 探讨了温度变化对农业生产的影响。结果表明: 1952—2011 年蚌埠市年平均气温呈上升
趋势, 气候倾向率为 0.23 ℃·10a−1, 其中春、秋、冬的增温趋势较为明显, 夏季变化趋势不明显; 年平均气温在 1990
年以前相对偏低, 呈现波动变化, 增温趋势不显著; 1990 年后相对偏暖, 增温趋势明显。年平均最高气温和年平均最低
气温均呈上升趋势, 气候倾向率分别为 0.01 ℃·10a−1、0.37 ℃·10a−1; 年平均最低气温的增温幅度远大于年平均最高气
温, 表明夜间增温较多, 白天增温较少, 气温日较差逐渐减小。夜间温度升高, 将增加植物的呼吸消耗, 不利于物质的
积累, 可对农业生产带来负面影响。

关键词：蚌埠市; 气温; 线性趋势; Morlet 小波分析; 气温日较差
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2014.02.020 中图分类号：P46 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2014)02-327-05
The variation of air temperature in Bengbu from 1950 to 2011 and its effects
on agriculture
YUAN Wenjie, LI Xiali, MEI Xueying*
College of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China
Abstract: According to the air temperature, using linear trend function and Morlet wavelet analysis method, variations of the
annual and seasonal air temperature of Bengbu in 1952-2011 were studied. At the same time the variations of the annual maximum,
minimum air temperatures were also explored. The effects of the variation on agriculture were discussed. The results showed that:
annual average temperature appeared to be rising; the rate of climate tendency was 0.23 ℃·10a−1; the warming trend was more
obvious in spring, autumn and winter than in summer; the tendency was not clear in summer; annual average air temperature was
relatively low before 1990, and to be a fluctuate change; the warming trend was not clear; however, after 1990, the annual average
air temperature was relatively high and the warming trend was clear. Annual average maximum and minimum air temperatures
showed an increasing trend; the climate tendency rates were 0.01 ℃·10a−1, 0.37 ℃·10a−1, separately; the climate tendency rates of
annual average minimum air temperature was higher than that of the maximum temperature indicating that the temperature
increased more in nighttime than in daytime, which decreased the diurnal temperature range. The increased temperature in
nighttime may increase the respiration of plant, which would have negative effect on agricultural production.
Key words: Bengbu City; air temperature; linear trend; Morlet wavelet analysis; diurnal temperature range
328 生 态 科 学 33 卷

1 前言
近百年来, 全球气候变暖已成为世界关注的热
点问题, 根据 IPCC 第四次评估报告, 近百年(1906
年—2005 年)全球地表温度上升了 0.74 ℃[1]。在全球
变暖的大背景下, 我国气候也发生了明显的变化,
任国宇[2]等对 1951—2002 全国地面气温的研究得出,
近 50 年中国平均地表气温变暖幅度约 1.1 , ℃ 增温
速率达到 0.22 ·10a℃ −1, 比全球同期平均增温速率
明显偏高。气候变化不仅会对全球生态系统产生深
远影响, 还会增加农业生产的不稳定性[4–5]。气候变
化有很强的区域特征, 因此局部地区的气候变化趋
势备受关注。田红[3]等研究了近 50 年江淮流域气候
变化; 徐国伟[6]等研究了宿州市近 50 年气候变化;
张建军[7]等分析了合肥市近 50 年气温的变化特征。
地处江淮地区的蚌埠地处亚热带和温带地区的交界
处, 地理位置独特, 这一区域对气候变化更为敏感,
目前尚未见到有关蚌埠市气温变化的研究, 为此,
对蚌埠市气温变化趋势和特征进行研究, 以期为相
关部门制定政策和生态环境保护提供参考。
2 材料与方法
2.1 资料来源
资料来自中国地面国际交换站气候资料月值数
据集, 为 1952—2011 年的逐月气温。春、夏、秋、
冬的数据分别为 3—5 月、6—8 月、9—11 月、12—
翌年 2 月的平均值。
2.2 分析方法
2.2.1 线性趋势函数拟合[8]
用 y 表示样本量为 n 的某一气温变量, 用 t 表示
y 所对应的时间, 建立 y 与 t 之间的一元线性回归
y a bt= +
式中: a 为回归常数, b 为回归系数。其中 b 是气候要
素的线性变化趋势和速率, 当 b>0 时, 表示随着时
间 t 的增加, y 呈上升趋势; b<0 时, 表示随着时间 t
的增加, y 呈下降趋势。|b|的大小反映了上升或下降的
幅度。并将 b×10 定义为气候倾向率, 单位为 ·10a℃ −1。
a 和 b 可以用最小二乘法求取, 计算公式为:
1 1 1
2
2
1 1
1
1
n n n
i i i i
i i i
n n
i i
i i
y t y t
n
b
t t
n
= = =
= =
⎛ ⎞⎛ ⎞− ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠=
⎛ ⎞− ⎜ ⎟⎝ ⎠
∑ ∑ ∑
∑ ∑

a y bt= −
2.2.2 小波分析[9–11]
Morlet 小波是正弦和余弦波的振幅被高斯函数
调节产生的。
标准 Morlet 小波为: ( )
2
0
1
4 2
t
iw tt e eψ π − −=
小波变换函数为: )( ( )1 *2 t bW a b a x t dt
a
ψ− −⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∫，
x(t)为气象要素时间序列, a 为尺度参数, b 为平
移参数, )(W a b， 为小波系数。
小波尺度 a为: 0 2 ,j ja s δ= × 0,1, ,j J= "
( )1 2 0logJ j N t sδ δ−= ×
δt 为序列时间间隔, s0 为最小变换尺度, 一般
取 2δt, J 是小波变换使用的小波个数。
小波功率谱为: ( ) ( ) 2, ,E a b W a b=
小波分析功率谱显著性检验采用白噪音或红噪
音谱检验。如果序列滞后 1 的自相关系数 α 为较大
正值时, 表明序列具有持续性, 用红噪音谱检验。若
α 接近 0 或为负值时, 取 α=0, 表明序列无持续性,
用白噪音谱检验。小波功率谱遵从 χ2 分布特征, 先
计算小波功率谱的有效自由度, 给出 χ2 分布的显著
水平, 然后计算红噪声或白噪声的理论功率谱, 如
果某尺度小波功率谱大于理论谱, 说明该尺度对应
的周期是显著的。
理论功率谱:
2
2
2
xp pασ=
( )
2
2
1
1 2 cos 2 1.03
p
t aα
α
α α πδ
−= + −
2σ 是时间序列的方差, α 是原时间序列的滞
后1自相关系数, x 是自由度为2的卡方在显著水平
0.05α = 的值。
3 结果与分析
3.1 年平均气温的年际变化特征
从线性趋势分析可以看出(图 1), 1952—2011
年间, 蚌埠市年平均气温呈显著上升趋势, 平均上升
速率为 0.23 ·10a℃ −1, 对相关系数的检验 , 达到
α=0.01 的显著水平。温度上升速率与全国近 50 年温
度变化速率(0.22 ·10a℃ −1)基本一致。
从 5a 滑动平均趋势可以看出(图 1), 蚌埠市平
均气温变化主要有 2 个阶段, 1990 年以前为温度距
平主要为负, 相对偏冷; 1990年后温度距平为正, 相
2 期 原文杰, 等. 1952—2011 年蚌埠气温变化趋势及其对农业生产的影响 329


图 1 1952—2011年蚌埠市年平均气温年际变化
Fig. 1 Annual variation of annual average temperature in
Bengbu City from 1950 to 2011
对偏暖。1957 年为平均气温最低点(14 ℃), 2004 年
为气温最高点(16.8 ℃)。1990 年以前平均气温呈波
动变化, 增温趋势不明显, 而 1990 年以后温度开始
明显上升直到 2007 年开始出现下降趋势。因此,
1952—2011 年间蚌埠市平均气温的增暖主要出现在
1990 年后, 这也与近 50 a 中国的温度变化特征相
同。但 2007 年后蚌埠市温度有下降趋势。
3.2 年平均气温的季节变化特征
由各季节平均气温变化趋势可见(图 2), 春、冬
季平均气温上升趋势最为明显, 气候倾向率分别为
0.331 ·10a℃ −1、0.313 ·10a℃ −1; 秋季次之, 气候倾向
率为 0.24 ·10a℃ −1; 夏季温度变化趋势不明显。其中
春、秋、冬的平均温度变化趋势与年平均温度变化
趋势基本相同, 表明春、秋、冬季的增温对本地区
温度升高的贡献较大。由此可见, 蚌埠市气温的变
化规律与全国及江淮地区情况基本一致[2−3], 都呈
增温趋势, 但是气温变化幅度存在一定差异。
温度是影响植物光合作用的主要因素之一, 由
于温度的升高, C3 植物的光呼吸会显著加强, 而 C4
植物更加适应高温环境[12]。而蚌埠地区的主要作物
为 C3 植物, 因此温度的升高可能会对当地的农业生
产带来一些负面影响。
3.3 年平均最高气温和年平均最低气温的年际变化
由蚌埠市平均最低气温年际变化(图 3)可以看
出, 年平均最低气温呈明显上升趋势, 气候倾向率
达 0.37 ·10a℃ −1, 对相关系数检验, 达到 α=0.01的显
著水平。只有在 60 年代和 20 世纪初呈下降趋势。

图 2 1952—2011年蚌埠市平均气温季节变化
Fig. 2 Seasonal variation of temperature in Bengbu City from 1950 to 2011
330 生 态 科 学 33 卷


图 3 1952—2011年蚌埠市年平均最低气温年际变化
Fig. 3 Annual variation of annual maximum temperature
in Bengbu City from 1952 to 2011
由蚌埠市平均最高气温年际变化(图 4)可以看
出, 年平均最高气温在近 60 年呈波动上升, 气候倾
向率为 0.01 ·10a℃ −1, 变化不显著。
近 60 a 年平均最高气温和最低气温均有增温趋
势, 但最高气温和最低气温的增温幅度不同, 最低
气温的气候倾向率为 0.37 ·10a℃ −1, 最高气温的气
候倾向率为 0.01 ·10a℃ −1。最低气温的上升趋势明显
高于最高气温, 表明夜间增温较多, 白天增温较少,
这致使气温日较差减小。夜间温度升高, 将增加植
物的呼吸消耗, 不利于物质的积累; 因此, 这可对
农业生产带来较大负面影响。
3.4 气温变化的周期分析
由小波实部(图 5)可以看出 1952—2011 年间蚌
埠市气温变化呈多时间尺度特征。在32 a尺度上, 蚌
埠市温度出现了冷-暖交替 2 次振荡, 并且在近几年

图 4 1952—2011年蚌埠市年平均最高气温年际变化
Fig. 4 Annual variation of annual maximum temperature
in Bengbu City from 1952 to 2011
暖值区有逐渐闭合的趋势, 低值区出现, 有即将出
现由暖到冷转变的可能; 在 16 a 尺度上, 1985 年以
前表现的比较明显, 出现冷-暖交替 2 次振荡, 1985
年后不明显; 在 4—8 a 尺度上, 主要在 2000 年以前
表现明显, 在 2000 年后不明显。
由小波功率谱(图 6)可以看出 16 a 的能量最强、
周期最显著, 但它的周期变化有局部性(1985 年以
前); 4—8 a的能量虽然较弱, 但周期分布较明显, 几
乎占据整个区域。
4 结论
蚌埠市 1952—2011 年间年平均气温呈增加趋势,
气候倾向率为 0.23 ·10a℃ −1; 春、秋、冬三季增温趋势
较明显, 气候倾向率分别为0.331 ·10a℃ −1、0.24 ·10a℃ −1、
0.313 ·10a℃ −1, 其中春季增温幅度最大; 夏季温度变
化趋势不显著。1990 年以前, 年平均气温在较小的


图 5 Morlet小波系数实部 (深色区代表气温偏暖, 浅色区代表气温偏低)
Fig. 5 The real part of Morlet wavelet coefficients (dark areas mean the higher temperature, light areas mean lower
temperature)
2 期 原文杰, 等. 1952—2011 年蚌埠气温变化趋势及其对农业生产的影响 331


图 6 Morlet小波功率谱 (阴影区通过 95%显著性检验, 滞后 1自相关系数为 0.489)
Fig. 6 The power spectrum of Morlet wavelet (shaded regions show those passing 95% confidence level with a lag-1
coefficient of 0.489)

范围内呈波动变化; 1990 年后开始明显上升, 一直
到 2007 年开始出现下降趋势。由于蚌埠主要作物为
C3 植物, 因此温度的升高会对当地农业生产带来不
利影响。
年平均最高气温和年平均最低气温的气候倾向
率为 0.01 ·10a℃ −1 和 0.37 ·10a℃ −1, 年平均最低气温
的增温幅度远大于年平均最高气温, 表明夜间增温
较多, 白天增温较少, 气温日较差减小。夜间温度升
高, 将增加植物的呼吸消耗, 不利于物质的积累,
这可对农业生产带来负面影响。
蚌埠市气温变化呈多时间尺度特征, 主要包含
了 32 a、16 a 以及 4—8a 的周期性振荡。
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