河南省近十年來氣溫和日照時數(shù)變化特征對應(yīng)分析

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 河南省近十年來氣溫和日照時數(shù)變化特征對應(yīng)分析 羅艷霞 (河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院 河南 開封 ) 摘 要：利用河南省近十年的氣溫數(shù)據(jù)與日照時數(shù)數(shù)據(jù)資料，分析河南省氣溫與日照時數(shù)的年平均變化及四季變化規(guī)律，并通過SPSS軟件對兩組變量進(jìn)行相關(guān)性分析與檢驗。結(jié)果表明：河南省從2003年到2012年近10年來年均氣溫呈波動狀上升趨勢，2004年達(dá)到10年來的最低溫，低至12.5℃，2008年上升至10年來的最高溫，達(dá)到15.1℃，與最低年均氣溫相差2.6℃。年均日照時數(shù)呈波動狀降低趨勢，2004年達(dá)到10年來的最長年均日照時數(shù)，高達(dá)1955h，201

2、1年是10年來年均日照時數(shù)最短年份，低至1360h，與最長日照時數(shù)差了595h；最高氣溫變化呈上升趨勢，而最低氣溫變化呈下降趨勢，即最高氣溫與最低氣溫呈反向變化趨勢。最長日照時數(shù)變化比較平緩，而最短日照時數(shù)變化則比較顯著，最長日照時數(shù)與最短日照時數(shù)均呈下降趨勢，最長日照時數(shù)均在2000h以上，最短日照時數(shù)均低于700h。河南省2003年到2012年河南省春季和秋季氣溫變化趨勢均為正向變化，與年均氣溫變化趨勢一致，夏季和冬季氣溫變化趨勢均呈負(fù)向變化，可以看出春季的變化最為顯著，冬季氣溫變化振幅最大，最高年均氣溫9.9℃，最低年均氣溫為13℃，相差8.6℃；除了春季日照時數(shù)變化趨勢為正向變化外，夏

3、、秋、冬三個季節(jié)均呈負(fù)向變化，與年日照時數(shù)變化趨勢一致，春季日照時數(shù)變化振幅最大，最長年均日照時數(shù)為2134h，最短年均日照時數(shù)為1447h，相差687h。平均氣溫和日照時數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.318，表明年均氣溫與年均日照時數(shù)呈低度相關(guān)關(guān)系，兩者存在低度線性關(guān)系。 關(guān)鍵詞：河南；氣候特征；溫度；日照時數(shù)；特征值；t檢驗；特征提取 第一章 緒論 1 研究的目的與意義 類社會影響著氣候變化，對人類社會和自然系統(tǒng)也有很大的影響，氣候變化太快可能會對人類最基礎(chǔ)的生活產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。氣候的急劇變化對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響既有正面的，也有負(fù)面的影響，而這些影響實際上是不可逆轉(zhuǎn)的，所以我們

4、要著重了解與研究其負(fù)面影響的部分。氣候變化對農(nóng)業(yè)、、重大工程、和公路有重大影響。全球變暖使的過程速度加快，降水的空間不均勻性增加[1]。同全球氣候變化一樣，我國的氣候與已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，平均氣溫逐漸上升，嚴(yán)重影響到我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，這種影響仍將持續(xù)并不斷加劇。因此我們應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注氣候變化的負(fù)面影響方面，這樣才能很好地控制氣候變化所帶來的危害。 通過這篇論文，利用河南省近十年的氣溫數(shù)據(jù)與日照時數(shù)數(shù)據(jù)資料，分析河南省氣溫與日照時數(shù)的年平均變化及四季變化規(guī)律，并通過SPSS軟件對兩組變量進(jìn)行相關(guān)性分析。這樣的研究不僅對河南省的農(nóng)業(yè)發(fā)展有很大的作用，對我國其他地區(qū)的農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有一個很大

5、的指導(dǎo)作用。 2 國內(nèi)外研究進(jìn)展 在人類社會歷史上，自然界是影響氣候變化主導(dǎo)因素，社會的發(fā)展使得人類對不可再生資源進(jìn)行大量開采和使用，使大量溫室氣體向大氣中排放。溫室氣體使得地球表面的溫度不斷上升已經(jīng)成為嚴(yán)重的全球生態(tài)環(huán)境問題[2]。 氣候變化對人類歷史的影響非常明顯，是塑造人類歷史的基礎(chǔ)性力量[3]。引起氣候變化的根本原因可分成自然的氣候波動與人類活動的影響。作為自然力量的顯現(xiàn)，各個年份、各個季節(jié)的氣候都將影響農(nóng)作物的收成，長此以往就會影響植物和動物分布的方式，進(jìn)而也影響到了人類在地球各個部分定居的能力；而人類活動對氣候變化的影響體現(xiàn)在工業(yè)革命時期開始對不可再生資源的絲毫不加限制地大量

6、開發(fā)和使用，這種影響擴(kuò)張到全球，而人類活動對氣候系統(tǒng)變化逐漸成為主要影響。 地球表面溫度增長的速度很慢，但是由于二氧化碳等溫室氣體的滯后效應(yīng)，其疊加效應(yīng)和各種連鎖反應(yīng)后果是非常嚴(yán)重的。當(dāng)前人類社會所面臨各種高溫天氣、各種極端天氣事件,全球大氣中二氧化碳平均濃度急劇上升，大氣中其它溫室氣體的含量也在增加。地球氣候系統(tǒng)在人類活動的影響下已經(jīng)發(fā)生變化，這是人類所要面臨的最大危機(jī)[4]。 人類從很早的時候就開始了對氣候變化進(jìn)行研究，國內(nèi)外對氣候變化做了多方面、多視角的研究，讓氣候變化的研究成為各個領(lǐng)域的研究熱點。 楊明[5]研究發(fā)現(xiàn)，近50年來中國9個區(qū)域的氣溫年際平均值變化與季節(jié)平均值變化均

7、處于增加趨勢。陳彬彬[6]對河南省近45年來平均氣溫的研究顯示，河南省近45年來平均氣溫變化總體呈現(xiàn)上升趨勢。任國玉[7]等研究表明，近50年來我國日照時數(shù)呈顯著降低趨勢，這與全球日照時數(shù)的變化一致。根據(jù)河南省1965年到2006年的年、季日照時數(shù)資料[8]，分析得出以下結(jié)論：日照時數(shù)呈下降趨勢傾向率為-11.4h/年。這些研究基本與全球氣候變化一致。 當(dāng)然，國外對氣候變化的研究也很豐富，自從氣候變化相關(guān)問題進(jìn)入到國際政治議程上以來，有關(guān)氣候變化的國際政治經(jīng)濟(jì)學(xué)著作不斷涌現(xiàn)。2007年IPCC在第四次對有關(guān)氣候變化的綜合評估研究顯示：過去100年間全球地表空氣溫度升高約0.74℃[9

8、]。說明全球氣溫將持續(xù)上升趨勢，且上升幅度將會加快。 人類活動已經(jīng)成為推動地球系統(tǒng)變化的一種強(qiáng)迫力，且此強(qiáng)迫力在十年至百年尺度的變化上已經(jīng)與自然界系統(tǒng)相當(dāng)或過之[10]。IPCC在第三次評估報告中指出，過去50年內(nèi)大部分增暖源自于人類活動[11]，在第四次報告中顯示在對全球六大洲(除南極洲)進(jìn)行氣候變暖歸因后，將人為驅(qū)動力因素作用的信度水平提高至90%[12]。 上述對氣候的研究面很廣，但是并沒有把氣候中的溫度與日照時數(shù)單獨研究，那么我將要研究的就是河南省的溫度與日照時數(shù)的變化特征及他們兩者之間是否存在某種關(guān)聯(lián)。 本研究的主要思路是運用EXCEL做出溫度與日照時數(shù)的年紀(jì)變化圖、季

9、節(jié)變化圖、最高值與最低值變化圖，并分析其變化曲線的含義；運用SPSS軟件對氣溫與日照時數(shù)變化進(jìn)行Correlate相關(guān)分析，同時對兩個獨立變量一元回歸分析。通過上述的研究我們可以得出關(guān)于氣溫變化與日照時數(shù)變化的變化特征及兩變量的相關(guān)程度。 第二章 數(shù)據(jù)的收集及分析方法 1 研究區(qū)概況 河南位于中國中東部、黃河中下游，界于北緯31°23′-36°22′，東經(jīng)110°21′-116°39′之間，東接安徽、山東，北界河北、山西，西接陜西，南臨湖北。 地勢西高東低，北、西、南三面千里、、、沿省界呈半環(huán)形分布；中、東部為南部；西南部為，跨越、、、四 大水系，山水相連。 河南省處于暖溫帶和亞熱帶交

10、錯的邊緣地區(qū)。全省年均氣溫為12.8—15.5℃。7月最熱,月均氣溫在23.9—27.7℃之間；1月最冷,月均氣溫在-2.5—2.5℃之間。無霜期在190—230天之間。年降水量從北到南在550—1295 mm之間。氣候的異常變化產(chǎn)生的各種氣象災(zāi)害對經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生極為不利的影響[13]。 2 數(shù)據(jù)來源 利用河南省鄭州、開封、商丘、信陽等17個地市各氣象區(qū)站從2003至2012年近10年的逐月地面觀測數(shù)據(jù)，選取日照時數(shù)、平均氣溫等氣象要素，研究河南省平均氣溫與日照時數(shù)的年紀(jì)變化與季節(jié)(春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月至次年2月)變化特征，并分析平均氣溫與日照時數(shù)

11、的相關(guān)性及t檢驗。17個氣象站的分布如圖1所示： 圖1 河南省17個氣象站分布圖 3 分析方法 3.1 相關(guān)分析 相關(guān)分析是研究兩個或多個變量之間是否存在某種依存關(guān)系的統(tǒng)計學(xué)分析方法。相關(guān)分析分為簡單相關(guān)分析、偏相關(guān)分析和距離分析。這里因為是研究日照時數(shù)和平均溫度兩個變量的相關(guān)程度進(jìn)行分析，所以我們用簡單相關(guān)分析方法來分析。 簡單相關(guān)分析是利用相關(guān)系數(shù)r的大小來判斷變量間相關(guān)關(guān)系的密切程度，具體見表一所示。 表1 相關(guān)系數(shù)的值與直線相關(guān)程度的關(guān)系 相關(guān)系數(shù)的值 直線相關(guān)程度 |r|=0 完全不相關(guān) 0<|r|≦0.3 微弱相關(guān) 0.3<|r|≦0.5

12、 低度相關(guān) 0.5<|r|≦0.8 顯著相關(guān) 0.8<|r|≦1 高度相關(guān) |r|=1 完全相關(guān) 3.2 一元線性回歸 一元線性回歸模型是用來考察兩個變量之間的數(shù)量變化規(guī)律的一種數(shù)學(xué)建模，并通過線性表達(dá)式來描述其關(guān)系，進(jìn)而確定一個變量的變化對另一個變量的影響程度。 一元線性回歸的經(jīng)驗?zāi)Ｐ褪牵? 式中，表示回歸直線在縱軸上的截距，是回歸系數(shù)，它表示當(dāng)自變量變動一個單位所引起的因變量的平均變動值。 第三章 分析過程與結(jié)果 1 氣溫的變化特征 1.1 年均氣溫 為了研究方便，分別以每年的年平均氣溫來研究氣溫的年紀(jì)變化。由圖2年均

13、氣溫變化曲線可知，河南省近10年來年均氣溫呈波動狀變化，且以1.7576（0.1℃）/年的速率呈上升趨勢，由R^2=0.3685可知，該趨勢屬于低度顯著地上升。2003年到2004年間年均氣溫是下降的，2004年達(dá)到10年來的最低年均氣溫，低至12.5℃；此后開始一直呈現(xiàn)上升趨勢，直到上升至2006年；2006年到2010年變化比較平穩(wěn)，到2008年上升至10年來的最高年均溫度，達(dá)到15.1℃，與最低年均氣溫相差2.6℃，但是2010年到2011略有下降，2011年后年均氣溫有上升趨勢。 圖2 年平均溫度時間序列圖 1.2 最高氣溫與最低氣溫 由圖3可知，最高氣溫以

14、0.20183℃/年的速率呈上升趨勢，而最低氣溫則以-0.19333℃/年的速率呈下降趨勢，即最高氣溫與最低氣溫變化不對稱。由圖3中可以看出，最高氣溫均25℃，最低氣溫均低于0℃，2011年氣溫的最高值與氣溫最低值相差最大，約為33.1℃。 圖3 最高氣溫與最低氣溫時間序列圖 1.3 四季氣溫變化 圖4為河南省近10年來各季節(jié)氣溫逐年變化圖?？梢钥闯?003年到2012年河南省春季和秋季氣溫變化趨勢均為正向變化，與年均氣溫變化趨勢一致，夏季和冬季氣溫變化趨勢均呈負(fù)向變化，四季的變化傾向率分別為0.12788℃/年、-0.01879℃/年、-0.00364℃/年、-0.07

15、455℃/年，可以看出春季的變化最為顯著。由圖可以看出，以冬季氣溫變化振幅最大，最高年均氣溫9.9℃，最低年均氣溫為13℃，相差8.6℃，春、夏、秋三季最高年均氣溫與最低年均氣溫分別相差 4.9℃、8.4℃、5.6℃。 圖4 四季平均氣溫時間序列圖 2 日照時數(shù)的變化特征 2.1 年日照時數(shù) 為了研究方便，分別以每年的年平均日照時數(shù)來研究日照時數(shù)的年紀(jì)變化。 由圖5年均日照時數(shù)變化曲線可知，河南省近10年來年均日照時數(shù)呈波動狀變化，且以-12.612h/年的速率呈降低趨勢，由R^2=0.3263可知，該趨勢屬于低度顯著地降低。2003年到2004年間日照時數(shù)是上

16、升的，2004年達(dá)到10年來的最長年均日照時數(shù)，高達(dá)1955h；此后開始一直呈現(xiàn)下降趨勢，直到降至2008年；2008年到2009年間有上升，但是2009年后又開始下降，直至降到2011年，2011年是10年來年均日照時數(shù)最短年份，低至1360h，與最長日照時數(shù)差了595h；此后年均日照時數(shù)有上升趨勢。 圖5 年均日照時數(shù)時間序列圖 2.2 最長日照時數(shù)與最短日照時數(shù) 由圖6河南省近10年來最長日照時數(shù)與最短日照時數(shù)變化曲線可知，最長日照時數(shù)變化比較平緩，而最短日照時數(shù)變化則比較顯著，最長日照時數(shù)以-3.5394h/年的速率呈下降趨勢，而最短日照時數(shù)則以-15.364h/年的速

17、率呈下降趨勢，即最高氣溫與最低氣溫變化均呈負(fù)向變化。由圖中可以看出，最長日照時數(shù)均在2000h以上，最短日照時數(shù)均低于700h，2006年分別為最長日照時數(shù)與最短日照時數(shù)中極大值與極小值的年份，相差約有2601h。 圖6 最長日照時數(shù)與最短日照時數(shù)時間序列圖 2.3 四季日照時數(shù) 圖7為河南省各季節(jié)日照時數(shù)逐年變化情況?？梢钥闯?，2003年到2012年河南省除了春季日照時數(shù)變化趨勢為正向變化外，夏、秋、冬三個季節(jié)均呈負(fù)向變化，與年日照時數(shù)變化趨勢一致，四季的變化傾向率分別為1.0606h/年、-7.8364h/年、-18.230h/年、-30.285h/年，可以看出冬季的變化最為顯著

18、。由圖可以看出，四季在2003年到2007年間的變化趨勢基本一致，其中以春季日照時數(shù)變化振幅最大，最長年均日照時數(shù)為2134h，最短年均日照時數(shù)為1447h，相差687h。夏、秋、冬三季最多年均日照時數(shù)與最少均年分別相差 357h、559h、551h。 圖7 四季平均日照時數(shù)時間序列圖 3 氣溫和日照時數(shù)關(guān)系 表2給出的是當(dāng)前樣本進(jìn)行描述性統(tǒng)計的結(jié)果，可以看到樣本容量都等于2136，平均氣溫和日照時數(shù)的平均均值分別為147.91（0.1℃）和1492.40h，兩者差距顯著。同時，兩者的方差差距也很明顯。 表2 平均氣溫與日照時數(shù)描述性統(tǒng)計表 描述性統(tǒng)計 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差

19、 N 平均氣溫 147.91 92.290 2136 日照時數(shù) 1492.40 469.009 2136 接著SPSS列出了平均氣溫和日照時數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)表3?？梢钥吹?，兩種指數(shù)的Pearson系數(shù)值為0.318，表明年均氣溫與年均日照時數(shù)呈低度相關(guān)關(guān)系，兩者存在低度線性關(guān)系，說明溫度的變化受日照時數(shù)的影響，但影響程度不是很顯著；相伴概率P<0.01，這也進(jìn)一步說明兩者低度正線性相關(guān)。 表3 平均氣溫和日照時數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)表 相關(guān)性 平均氣溫 日照時數(shù) 平均氣溫 Pearson相關(guān)性 1 .318** 顯著性(雙側(cè))

20、 .000 N 2136 2136 日照時數(shù) Pearson 相關(guān)性 .318** 1 顯著性 (雙側(cè)) .000 N 2136 2136 注：**. 在 0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。 4 一元線性回歸 首先給出的是自變量進(jìn)入方式，回歸模型的選入變量是日照時數(shù)，采用的自變量進(jìn)入方式是強(qiáng)行進(jìn)入法，也就是將所有的自變量都放入模型中。 表4是對模型的簡單匯總，可決系數(shù)R^2=0.101，模型擬合效果比較低，回歸性不好，再一次證明了上一節(jié)相關(guān)分析的結(jié)果。 表4 回歸分析結(jié)果（模型摘要表） 模型匯總 模型 R R 方 調(diào)整 R 方 標(biāo)準(zhǔn)估計的

21、誤差 1 .318a .101 .101 87.523 A. 預(yù)測變量:日照時數(shù) 由表5可見所用的回歸模型F統(tǒng)計量值為239.877，P值為0.000，所以可以說我們所用的這個回歸模型具有統(tǒng)計學(xué)意義。 表5 回歸分析結(jié)果(方差表) 方差分析 模型 平方和 df 均方 F Sig. 1 回歸 .058 1 .058 239.877 .000a 殘差 1.635E7 2134 7660.335 總計 1.818E7 2135 A.預(yù)測變量:日照時數(shù) B.因變量: 平均氣溫

22、 由表6分析可知，常數(shù)項和日照時數(shù)都是有統(tǒng)計學(xué)意義的。由此得到的平均氣溫與日照時數(shù)之間的一元回歸方程為：Y=0.063X+54.553。 表6 回歸分析結(jié)果(系數(shù)表) 系數(shù)3 模型 非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)系數(shù) t Sig. B 標(biāo)準(zhǔn)誤差 試用版 1 (常量) 54.553 6.318 8.635 .000 日照時數(shù) .063 .004 .318 15.488 .000 a. 因變量: 平均氣溫 第四章 結(jié)論與討論 （1）河南省近從2003年到2012年近10年來年均氣溫呈波動狀上升趨勢，2

23、004年達(dá)到10年來的最低年均氣溫，低至12.5℃，2008年上升至10年來的最高年均溫度，達(dá)到15.1℃，與最低年均氣溫相差2.6℃；河南省近10年來年均日照時數(shù)呈波動狀降低趨勢，2004年達(dá)到10年來的最長年均日照時數(shù)，高達(dá)1955h，2011年是10年來年均日照時數(shù)最短年份，低至1360h，與最長日照時數(shù)差了595h。 （2） 河南省近10年來最高氣溫與最低氣溫變化比較平緩，最高氣溫以0.20183℃/年的速率呈上升趨勢，而最低氣溫則以-0.19333℃/年的速率呈下降趨勢，即最高氣溫與最低氣溫變化不對稱，最高氣溫均25℃，最低氣溫均低于0℃，2011年氣溫的最高值與氣溫最低值相差最大

24、，約為33.1℃；河南省近10年來長日照時數(shù)變化比較平緩，而最短日照時數(shù)變化則比較顯著，最長日照時數(shù)以-3.5394h/年的速率呈下降趨勢，最短日照時數(shù)則以-15.364h/年的速率呈下降趨勢，最長日照時數(shù)均在2000h以上，最短日照時數(shù)均低于700h，2006年分別為最長日照時數(shù)與最短日照時數(shù)中極大值與極小值的年份，相差約有2601h。 （3）河南省2003年到2012年河南省春季和秋季氣溫變化趨勢均為正向變化，與年均氣溫變化趨勢一致，夏季和冬季氣溫變化趨勢均呈負(fù)向變化，可以看出春季的變化最為顯著，冬季氣溫變化振幅最大，最高年均氣溫9.9℃，最低年均氣溫為13℃，相差8.6℃，春、夏、秋三

25、季最高年均氣溫與最低年均氣溫分別相差 4.9℃、8.4℃、5.6℃；河南省2003年到2012年河南省除了春季日照時數(shù)變化趨勢為正向變化外，夏、秋、冬三個季節(jié)均呈負(fù)向變化，與年日照時數(shù)變化趨勢一致，春季日照時數(shù)變化振幅最大，最長年均日照時數(shù)為2134h，最短年均日照時數(shù)為1447h，相差687h。 （4）平均氣溫和日照時數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.318，表明年均氣溫與年均日照時數(shù)呈低度相關(guān)關(guān)系，兩者存在低度線性關(guān)系，說明溫度的變化受日照時數(shù)的影響，但影響程度不是很顯著。由一元線性回歸分析可知這個回歸模型是有統(tǒng)計學(xué)意義的，且平均氣溫與日照時數(shù)之間的一元回歸方程為：Y=0.063X+54.

26、553。 通常我們認(rèn)為日照時數(shù)越長則溫度則越高，對于日照時數(shù)與平均氣溫相關(guān)性的結(jié)論可能與我們平常的認(rèn)知不吻合，我認(rèn)為有以下原因：一是我們用的是逐月數(shù)據(jù)，可能與逐日數(shù)據(jù)得出的結(jié)果會有差別；二是可能因為日照與溫度的一個滯后效果，即日照與溫度不是一一對應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)果有偏差。這個問題以后再做進(jìn)一步研究。 參考文獻(xiàn) [1]夏軍,劉春蓁,劉國玉.氣候變化對我國水資源影響研究面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2011,26(1):1. [2]史云峰.氣候變化與發(fā)展方式轉(zhuǎn)型的關(guān)系研究[D].北京:中共中央黨校研究生院,2013. [3][英〕克萊夫·龐廷.綠色世界史[M].土毅,張學(xué)廣譯.

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