引言

全球变暖, 以及由此带来的全球环境变化问题已引起人们的密切关注, 全球变暖会对社会经济活动、农业、环境和生态系统产生巨大的影响。Folland等^[1]研究得到20世纪期间全球温度增加了0.6±0.2 ℃，北半球气温上升趋势更明显, 增温达1 ℃以上^[2], 而20世纪80年代以来, 增温最为迅速, 统计学上达到了突变程度^[3]。国内许多学者也对我国气候变化做了一系列的研究，取得了大量成果^[4-13]。这些研究都表明，中国近百年温度变化与全球或北半球相似，均显示出20世纪30—40年代和80年代以来两个显著的增温期。1998年是20世纪中国最暖的一年，气温距平达到了+1.38 ℃^[14]。而2007年, 中国年平均气温较常年偏高1.3 ℃, 为1951年以来最暖的一年^[15]。

目前关于全球变暖背景下四季时空变化特征的研究甚少，所以本文运用张宝堃^[16]提出的四季划分标准计算了四季开始日期，即以候(5天)平均气温为指标，凡5天平均气温稳定在10 ℃以下的时期，划为冬季；平均气温稳定在22 ℃以上的时期划为夏季；平均气温在10~22 ℃之间的季节就是春季与秋季。由于我国幅员辽阔，各个地区四季的空间分布存在明显差异，因此参考了张家诚^[17]对我国的气候分区，大致将我国分为东北、华北、西北、华东、华中、华南、西南以及高原地区，采用墨西哥帽小波分析方法^[18]对全国平均和各个地区四季开始日期年际变化时间序列做了小波分析，希望可以揭示四季开始日期的多时空尺度的变化特征，为生态环境的合理配置和农业布局的调整等问题提供参考依据。

1 资料

选取国家气象信息中心提供的我国599个测站1961—2007年逐日气温资料，这些测站的资料相对较为完整。并对资料进行了订正, 对单个缺测值进行中央插值，对连续多个缺测值进行多年平均。

为检验订正数据的可靠性，选取了20个包括1961—2007年完整资料的站点，随机剔除一些资料，作为检验序列，然后用以上方法对人为缺测资料进行订正。在对单个缺测值进行插值订正后，订正序列与原始序列的相关系数达到了0.99以上，而对连续多个缺测值进行多年平均订正后，订正序列与原始序列的相关系数也可以达到0.5以上，都通过了0.01的显著性水平检验，因此可以认为订正后的资料是可靠的。

由于各个测站四季的情况各异，如青藏高原的广大地区全年皆冬，而华南的最南部的一些测站基本上四季皆夏。每年的情况也有所差异，如有些站在有些年份有夏季，而有些年份却没有，所以计算得到的四季开始日期序列并不是都包含了599个站。

2 结果和讨论 2.1 全国平均及各个区域四季开始日期年代际变化分析

四季开始日期的年代距平为年代平均四季开始日期与1961—2007年平均四季开始日期的差值。由表 1来看，20世纪90年代开始春季、夏季偏早，秋季偏晚；冬季则在21世纪初偏晚，这些变化在增温明显的21世纪初表现最明显。从各个区域来看(表略)，北方地区的变化与全国平均基本一致，只有冬季偏晚超前于全国平均，东北、西北是从20世纪90年代开始，华北更是从80年代开始。高原地区从80年代开始春季偏早，西南在80、90年代春季反而偏晚，这与我国温度的变化有很好的对应^[19]。华东的春季在21世纪初才偏早，华中地区在70年代和21世纪初春季偏早，冬季偏晚。华南在70和90年代以后春季偏早，夏季从80年代开始偏早，秋季则在60年代和21世纪初偏晚。可见，各个区域夏季、秋季的变化趋势基本一致，而春季、冬季的变化趋势在20世纪存在差异。而且各个区域的变化幅度存在一定差异，华东、华中春季偏早最明显，华南最弱；夏季偏早的趋势在各个区域均较明显；高原和华东秋季、冬季偏晚的趋势最明显。我国四季开始时间的年代际变化与温度的年代际变化^[4-10]有较好的对应。

2.2 全国平均四季开始日期年际变化时间序列的小波分析 2.2.1 春季、夏季开始日期变化特征

由图 1d和图 2d可见，全国平均春季、夏季总体上呈提前的趋势，分别通过了0.1和0.01的显著性水平检验。由图 1b和图 2b可见，两季开始日期小波方差在21年左右的时间尺度上为一明显的峰值，说明两季在21年左右的周期振荡最强。图 1a和图 2a显示了两季在不同时间尺度上的周期振荡，同样可见两季在21年左右的周期振荡非常明显，后面的等值线并未出现闭合，说明2007年以后一段时间内两季将继续偏早。

对两季开始日期在21年时间尺度上做小波变换后，小波系数在1987年处通过零点，说明两季在1987年发生了突变(图 1c和图 2c)。经统计，两季在发生突变的前一时段1961—1987年的距平平均值分别为0.94和2.03, 后一时段的1988—2007年的距平平均值分别为-1.27和-2.75，突变前后距平平均值的t检验值分别达到了-2.32和-4.44，通过了0.05和0.01的显著性水平检验。可见，就21年时间尺度上而言，春、夏两季开始日期从1987年起由偏迟到偏早。

2.2.2 秋季、冬季开始日期变化特征

由图 3c和图 4c可见，全国平均秋、冬季开始日期总体上呈推迟的趋势，分别通过了0.01和0.05的显著性水平检验。由图 3b和图 4b可见，两季的小波方差在18年左右的时间尺度上为一明显的峰值。同样在图 3a和图 4a中18年左右的周期振荡非常明显，后面的等值线并未出现闭合，说明2007年以后一段时间内两季将继续偏迟。

对两季开始日期在18年时间尺度上做小波变换后，小波系数在1988年处的通过零点，两季在1988年发生了突变(图 3c和图 4c)。经统计，发生突变的前一时段1961—1988年的距平平均值分别为-1.45和-1.09, 后一时段的1988—2007年的距平平均值分别为2.14和1.61，突变前后距平平均值的t检验值分别达到了3.72和2.65，分别通过了0.01和0.05的显著性水平检验。说明两季从1988年起由偏早到偏迟，变化明显。

可见，四季开始日期在20世纪80年代末发生了明显的变化，与上节结论较一致，也表明20世纪80年代以来, 增温最为迅速, 达到了突变程度^[3], 全国大范围增暖主要发生在近20余年^[16]。

2.3 各个区域四季开始日期年际变化时间序列的小波分析

由于我国幅员辽阔，各个区域四季的空间分布及变化存在明显差异，因此有必要对我国各个区域的四季开始日期进行多尺度分析(图略)。

为了使各区域四季开始日期的主要变化清晰可见，表 2列出了各个区域及全国平均的第一主周期及在第一主周期时间尺度上做小波变换后得到的四季开始日期的变化。表中字体加粗部分表示21世纪初的四季变化趋势与全国平均不一致的区域，“正常”代表四季的变化不是很明显。

可见，四季开始日期存在多区域、多时间尺度的复杂结构, 但四季在各个区域的变化趋势基本还是与全国平均一致。21世纪初，全国增温明显，但2005—2007年东北夏季偏迟，2004—2007年西北冬季偏早及华南春季偏迟，2003—2007年高原地区也有春季偏迟的现象。结合其他季节分析，东北的夏季偏迟很弱，但有很明显的秋季推迟；西北的冬季偏早也伴随着更明显的春季提前，可见东北、西北的四季变化还是与增温趋势较一致。华南的春季偏迟，且比夏季提前、秋季推迟更明显，这与研究得到的我国气候在季节变化上“北暖南冷”的趋势一致^[20]。高原地区在2003—2007年虽有春季偏迟的现象，但冬季推迟更明显，说明21世纪初高原上增温也很明显。各个区域四季开始日期的变化特征与我国温度的变化基本能较好的对应。

3 结论

我国幅员辽阔，四季分明，各个区域四季存在明显差异。我国四季开始日期的变化有多空间尺度，多时间尺度的复杂结构。通过分析主要得到以下3个结论：

(1) 从全国平均来看，20世纪90年代开始春季、夏季偏早，秋季偏晚，冬季则在21世纪初偏晚，这种变化均在增温明显的21世纪初表现最为明显。各个区域夏、秋季的变化趋势基本一致，而春、冬季的变化趋势在20世纪存在差异。各个区域的变化幅度也存在较大差异。

(2) 全国平均四季开始日期均存在20年左右时间尺度的周期特征，小尺度的周期特征表现得并不是很明显。在20世纪80年代末表现出明显的春季、夏季提前，秋季、冬季推迟的趋势，这很好地对应了我国从80年代开始表现出的明显的变暖趋势。

(3) 在第一主周期的时间尺度上做小波变换后，各个区域的变化趋势与全国平均基本一致。21世纪初，2005—2007年东北的夏季偏迟，2004—2007年西北的冬季偏早及华南的春季偏迟，2003—2007年高原地区也有春季偏迟的现象，但结合其他季节的变化，这些地区四季开始日期的变化特征与温度的变化仍有较好的对应。