楚雄州近50年氣溫和降雨變化的特征分析*

魯永新

(楚雄州氣象局，云南 楚雄 675000)

1.引言

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，氣候變化一直是國(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話(huà)題之一。氣候變化是一個(gè)長(zhǎng)期的和全球性的問(wèn)題，涉及水資源、農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)、能源、陸地生態(tài)系統(tǒng)、海洋帶、近海生態(tài)系統(tǒng)以及人類(lèi)健康等諸多領(lǐng)域，與世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)［1］。2007年政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì) (IPCC)公布的第四次評(píng)估報(bào)告 (IPCC AR4)指出，最近100年 (1906～2005年)，全球平均地表氣溫升高了0.74℃。過(guò)去50年全球地表氣溫變化很可能是由于人類(lèi)活動(dòng)所排放溫室氣體產(chǎn)生的增溫效應(yīng)造成的，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末全球平均氣溫將升高1.1～6.4℃［2—3］;王光偉，鄭國(guó)光《應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告》2009年注定將成為人類(lèi)應(yīng)對(duì)氣候變化的里程碑。秦大河［1］《氣候系統(tǒng)變化與人類(lèi)活動(dòng)》成為熱點(diǎn)話(huà)題。楚雄近半個(gè)世紀(jì)來(lái)，隨著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展壯大、城市擴(kuò)張和工業(yè)化進(jìn)程的加快，溫室氣體排放量逐年增加，空氣污染日趨嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)和生存環(huán)境同樣遭到了破壞。以干旱、洪澇、低溫冷害、冰雹、大風(fēng)、雷電為主的氣象災(zāi)害多發(fā)。2008年10月的秋季強(qiáng)降雨，2009年秋至2012夏的連續(xù)干旱，2009年3月初的強(qiáng)霜凍天氣，都說(shuō)明了氣候變化正在加劇［4］。本文通過(guò)對(duì)楚雄州近50年的氣溫、降雨量、各級(jí)降雨日分析，旨在為楚雄氣候變化提供科學(xué)的參考依據(jù)。

2.資料與方法

2.1 資料來(lái)源

資料選自楚雄州10縣市氣象站1961－2010年地面觀(guān)測(cè)資料中的平均氣溫，最高、最低氣溫，降雨量，降雨日數(shù)。

2.2 分析方法

結(jié)合楚雄州農(nóng)業(yè)與氣候的關(guān)系，對(duì)楚雄州10縣市1961～2010年50年的氣溫、雨量資料分別按年 (1～12月)、春季 (2～4月)、夏季 (5～7月)、秋季 (8～10月)、冬季 (11月至次年1月)序列統(tǒng)計(jì)。用氣候傾向率、氣候趨勢(shì)系數(shù)、距平分析法、5年滑動(dòng)平均及線(xiàn)性回歸方法對(duì)平均氣溫，最高、最低氣溫，降雨量，各級(jí)降雨日數(shù)逐項(xiàng)展開(kāi)分析。

2.3 氣候傾向率與氣候趨勢(shì)系數(shù)［5—10］

氣象要素的長(zhǎng)期系列變化，可采用線(xiàn)性回歸方程y(x)=a+bx來(lái)分析氣溫及其氣象要素的變化率。其中b為某氣象要素序列的趨勢(shì)變化率，b＞0表示呈上升趨勢(shì)，b＜0表示呈下降趨勢(shì)，b值絕對(duì)值的大小可以衡量其趨勢(shì)上升、下降的幅度。b值可由最小二乘法計(jì)算得到(1)式。

氣象要素的序列可看做是符合正態(tài)分布的隨機(jī)變量，其中，逐年時(shí)間是遞增序列，即1，2，3，4，…n。如果n個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的要素序列與自然數(shù)列相關(guān)顯著，表示該要素氣候趨勢(shì)明顯，存在增加(減少)趨勢(shì)。氣象要素與自然序列的相關(guān)系數(shù)rxy可表示為(2)式。rxy稱(chēng)作氣候趨勢(shì)系數(shù)。根據(jù)回歸理論，氣候趨勢(shì)系數(shù)rxy與氣候傾向率b有如下關(guān)系:b=rxy(σy/σx)。其中:σy，σx分別是某氣象要素(如氣溫)序列與自然數(shù)列的均方差?？梢允褂猛ǔ５南嚓P(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)氣候趨勢(shì)rxy是否顯著。由于rxy是無(wú)單位的，所以可以根據(jù)它的數(shù)值大小比較不同的氣象要素的長(zhǎng)期趨勢(shì)大小;因此，特別適合于對(duì)一個(gè)大范圍的氣象要素場(chǎng)的長(zhǎng)期趨勢(shì)的空間分布特征的研究。

計(jì)算公式如下:

2.4 累積距平曲線(xiàn)［6］

在氣候變化趨勢(shì)分析中，運(yùn)用累積距平曲線(xiàn)分析方法對(duì)某個(gè)氣象要素的變化趨勢(shì)分析，即對(duì)某一距平值序列Tdx(x=1，2，3，…，n)，在樣本中某一時(shí)刻x的累積距平值為:

把T(x)隨時(shí)間變化繪制成累積距平曲線(xiàn)。累積距平曲線(xiàn)變化中上升段定為偏暖階段，下降段定為偏冷階段，曲線(xiàn)上的微小變化只反映要素的短期波動(dòng)，而曲線(xiàn)大的變化趨勢(shì)則可反映要素長(zhǎng)期演變趨勢(shì)。

3.分析與結(jié)果

3.1 全州氣溫變化趨勢(shì)

用氣候傾向率 (1)式和氣候趨勢(shì)系數(shù) (2)式對(duì)楚雄州10縣 (市)1961～2009年49年間的平均氣溫做趨勢(shì)分析，結(jié)果為:49年以來(lái)，全州年平均氣溫隨年代呈上升趨勢(shì)，上升率為0.05℃/10a。用5年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)及累積距平分析得出:楚雄全州1961～1969年的9年間，平均氣溫變化相對(duì)平穩(wěn)，略有小幅上升;1970～1978年的9年間，平均氣溫處于緩慢下降時(shí)期;1979～1993年的15年間，平均氣溫呈3年上升，5年下降的準(zhǔn)8年周期變化;1994～2009年的16年間，平均氣溫呈跳躍式上升。一年中以春、夏、秋、冬四季的氣溫變化來(lái)細(xì)分，結(jié)果是，49年來(lái)春季平均氣溫上升率為0.08℃/10a，夏季平均氣溫上升率為－0.07℃/10a，秋季平均氣溫上升率為0.09℃/10a，冬季平均氣溫上升率為0.6℃/10a。3.1.1 楚雄州中部（楚雄市）氣溫變化趨勢(shì)

3.1.1 楚雄州中部 (楚雄市)氣溫變化趨勢(shì)

49年中，楚雄市年平均氣溫以0.3℃/10a的平均傾向率上升。其中，年平均最高氣溫上升的幅度小，平均上升傾向率為0.06℃/10a，年平均最低氣溫變化突出，平均上升傾向率達(dá)0.6℃/10a，是平均最高氣溫隨年際變化的10倍。一年中平均最高氣溫隨年際間的變化除春季平均上升率達(dá)0.1℃/10a外，其余季節(jié)內(nèi)平均最高氣溫隨年際間的變化幅度小，均上升率均小于0.1℃/10a;平均最低氣溫隨年際間的變化率則比較突出，春、夏、秋、冬四季的平均上升率分別達(dá)1.06℃/10a、0.27℃/10a、0.36℃ /10a和0.92℃ /10a。

3.1.2 楚雄州南部 (雙柏縣)氣溫變化趨勢(shì)

49年中，雙柏縣年平均氣溫隨年際間呈上升趨勢(shì)，平均上升速率為0.11℃/10a，上升速率遠(yuǎn)小于以楚雄市為代表的中部地區(qū)。年平均最高氣溫隨年際間呈微下降趨勢(shì)，下降傾向小于0.01℃/10a，年平均最低氣溫變化幅度略高于年平均氣溫，上升傾向0.13℃/10a，是平均最高氣溫隨年際變化幅度的10倍。一年中，平均最高氣溫春季、夏季呈微下降趨勢(shì)，下降傾向率分別為0.016℃/10a和0.12℃/10a，秋季和冬季平均最高氣溫隨年際間的變化幅度不明顯，上升率僅為0.006℃/10a和0.077℃/10a;平均最低氣溫年際間的變化幅度相對(duì)突出，上升傾向率較平均最高氣溫大，春、夏、秋、冬四季的平均上升率分別為0.22℃/10a、0.025℃/10a、0.1℃/10a和0.18℃/10a。

3.1.3 楚雄州西部 (姚安縣)氣溫變化趨勢(shì)

49年中，姚安縣年平均氣溫呈小幅上升趨勢(shì)，上升傾向率為0.097℃/10a，上升傾向率小遠(yuǎn)于以楚雄市為代表的中部地區(qū)，略小于以雙柏縣為代表的南部地區(qū)。年平均最高氣溫呈上升趨勢(shì)，上升傾向率0.1℃/10a;年平均最低氣溫變化幅度略高于年平均氣溫和最高氣溫，年際間呈上升趨勢(shì)，平均上升傾向率0.16℃/10a。一年中平均最高氣溫冬季、春季隨年際間呈上升降趨勢(shì)，上升傾向率分別為0.24℃/10a和0.12℃/10a，夏季呈微下降趨勢(shì)，秋季呈微上升趨勢(shì)，年際間的變化幅度不明顯，下降傾向率僅分別為－0.032℃/10a和0.088℃/10a;平均最低氣溫較平均最高氣溫變化明顯，春、夏、秋、冬四季上升率分別為0.22℃/10a、0.047℃/10a、0.12℃/10a和0.296℃/10a。

3.1.4 楚雄州東北部 (元謀)氣溫變化趨勢(shì)

49年中，元謀縣年平均氣溫隨年際間呈下降趨勢(shì)，下降傾向率為0.18℃/10a，氣候變化的特例，也是楚雄州境內(nèi)干熱河谷區(qū)氣候變化的一個(gè)典型，能否代表其他低熱區(qū)的氣候變化，還有待于更多的研究。年平均最高氣溫隨年際間呈緩慢下降趨勢(shì)，變化傾向率為－0.095℃/10a，遠(yuǎn)小于年平均氣溫的變化;年平均最低氣溫變化幅度高于年平均氣溫及年平均最高氣溫，年際間呈下降趨勢(shì)，下降傾向率為0.22℃/10a。一年中平均最高氣溫冬、春、夏季隨年際間呈下降趨勢(shì)，變化傾向率分別為－0.036℃/10a、－0.073℃/10a和－0.36℃/10a，夏季趨勢(shì)明顯，秋季傾向率僅為0.048℃/10a;平均最低氣溫年際間的變化幅度較明顯，春、夏、秋、冬四季降傾向率分別為－0.44℃/10a、－0.31/10a、 －0.044℃ /10a和 －0.067℃ /10a。

3.2 楚雄州降雨量變化趨勢(shì)

氣候傾向率 (1)式和氣候趨勢(shì)系數(shù) (2)式對(duì)楚雄州10縣市1961～2009年49年間的平均降雨量分析，結(jié)果為:年平均降雨量隨年代呈上升趨勢(shì)，傾向率為10.35mm/10a。5年滑動(dòng)平均及累積距平曲線(xiàn) (3)式分析得出:全州1962～1973年的12年間，年降雨量變化相對(duì)平穩(wěn)，呈小波幅微升;1974～1988年的15年間，年雨量呈跳躍式下降，并有2年上升、3年下降的跳躍變化;1989～2001年的13年間，年雨量呈間歇性跳躍式上升，并有2年上升、3年下降的跳躍變化;2002～2009年的8年間，年雨量呈小幅跳躍下降。一年中平均降雨量變化傾向是，春、夏季升趨勢(shì)，上升傾向率分別為4.9mm/10a和17.8mm/10a，秋季呈減少趨勢(shì)，傾向變化率－12.2/10a，冬季變化微小，傾向率為0.5mm/10a。

3.2.1 楚雄州中部 (楚雄市)降雨量變化趨勢(shì)

49年中，楚雄市年降雨量以25.6mm/10a的傾向變化。其中，1964～1974年的11年間，變幅較小，呈微增加趨勢(shì);1975～1980年的6年呈跳躍式減少趨勢(shì)，1981～2001年的21年間，呈2減、3增加的跳躍式上升，跳躍幅度較大，2002～2009年的8年間，呈小波動(dòng)減少趨勢(shì)。一年中，春、夏季年際間呈增加趨勢(shì)，傾向率分別為4.4mm/10a和31.3mm/10a;秋季降雨量呈跳躍式減少，傾向率為9.4mm/10a;冬季降雨量呈大幅跳躍略減少。

3.2.2 楚雄州南部 (雙柏)降雨量變化趨勢(shì)

49年中，雙柏縣年平均降雨量以18.3mm/10a的傾向變化。其中，1962～1976年的15年間，呈小幅跳躍式增加，1977～1982年的6年間逐年減少，1983～2002年的20年間呈大幅跳躍式增加，2003年以后呈大幅跳躍式減少。一年中，春季、夏季、秋季降雨量隨年際間的變化呈增加趨勢(shì)，趨勢(shì)傾向率分別為8.3mm/10a、10.8mm/10a和2.9mm/10a;冬季降雨量總體呈跳躍式減少，傾向率為3.1mm/10a。

3.2.3 楚雄州西部 (姚安)降雨量變化趨勢(shì)

49年中，姚安縣年降雨量以5.1mm/10a的傾向變化。其中，1961～1973年的13年間，有3增、3減的6年準(zhǔn)周期微變化，1974～1994年，為相對(duì)少雨階段，并有2增2減的準(zhǔn)4年周期跳躍式變化，1974～2001年的28年間，1989年以前的16年呈階梯式減少，1990～2001年呈跳躍式增加，2002年以后呈跳躍式減少。一年中，春、夏季降雨量隨年際間呈增加趨勢(shì)，趨勢(shì)傾向率分別為4.5mm/10a和18.3mm/10a;秋季降雨量跳躍式減少，傾向變化率為－16.9mm/10a;冬季降雨量呈微下降，傾向率為－0.1mm/10a。

3.2.4 楚雄州北部 (永仁縣)降雨量變化趨勢(shì)

49年中，永仁縣年降雨量以2.0mm/10a的平均傾向率呈跳躍式增加。一年中，春、夏季降雨量隨年際間變化呈增加趨勢(shì)，趨勢(shì)傾向率分別為5mm/10a和29.5mm/10a;秋季降雨量隨年際間呈直線(xiàn)減少，趨勢(shì)傾向率－14.6mm/10a;冬季降雨量變化趨勢(shì)不突出。

3.2.5 楚雄州東部 (祿豐縣)降雨量變化趨勢(shì)

49年中，祿豐縣年降雨量以9.1mm/10a的平均傾向率呈小幅跳躍式增加。一年中，春、夏和冬季降雨量隨年際間呈增加趨勢(shì)、秋季呈減少趨勢(shì)，春、夏、秋季降雨量變化趨勢(shì)傾向率分別為4.5mm/10a、18.0mm/10a和－12.9mm/10a，冬季降雨量變化趨勢(shì)不明顯。

3.3 楚雄州降雨日數(shù)變化分析

分析得出，最近49年來(lái)，楚雄全州年降雨變率發(fā)生了明顯的變化。年平均降雨日數(shù)隨年代呈減少趨勢(shì)變化。其中，最近10年年總降雨日數(shù)呈減少的變化趨勢(shì)較明顯，大雨、暴雨和大暴雨的年降雨日數(shù)呈增加趨勢(shì)。

3.3.1 年平均降雨日數(shù)的年代分布

從表1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出:楚雄州10縣市日平均降雨量大于或等于0.1毫米的年降雨日數(shù)為120天，其中1961～1970年和1971年～1980年代130.3天，1981～1990年代114.8天，1991～2000年代117.4天，年平均降雨日數(shù)呈減少趨勢(shì)變化;日平均降雨量大于或等于25.0毫米的年平均降雨日數(shù)8.1天，其中2001～2009年代平均8.7天，比前20年平均7.8天多了0.9天，呈增加趨勢(shì);日降雨量大于或等50.0毫米的年平均降雨日數(shù)1.5天，其中，近20年為1.9天，比前30年的平均1.4天多0.5天。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:近20年來(lái)由于受氣候變化的影響，楚雄州年平均總降雨日數(shù)呈減少趨勢(shì)變化，而大雨、暴雨以上的降雨日數(shù)增加趨勢(shì)變化，導(dǎo)致了干旱、洪澇等天氣災(zāi)害發(fā)生的頻率增加。

表1 楚雄州各縣 (市)年平均降雨 (R≥0.1、25.0、50.0mm)日數(shù) 單位:天/年

3.3.2 年平均降雨日數(shù)的年代分布

楚雄州10縣 (市)日平均降雨量大于或等于0.1毫米的降雨日數(shù)分布有明顯的地域差異，近50年中，年降雨日數(shù)減少比較突出的是中部的楚雄市、牟定縣，東部的祿豐縣和東北部的武定縣，干熱河谷地帶的元謀縣降雨日數(shù)變化最小;日降雨量大于或等于25.0毫米以上的大雨降雨日數(shù)的年際變化突出的是，中部的楚雄市、南部的雙柏縣和北部的永仁縣，最近20年比前幾十年平均增加了2天;日降雨量大于或等于50.0毫米以上的暴雨、大暴雨降雨日數(shù)的年際變化突出的是，中部的楚雄市、南華縣，南部的雙柏縣和北部的永仁縣，年大雨降雨日數(shù)最近20年比前幾十年平均增加了1～2天。

4.討論

分析結(jié)果表明:楚雄州平均氣溫上升及近10多年來(lái)的暖冬現(xiàn)象明顯，除受全球氣候變暖的背景影響外，與城市化進(jìn)程快速推進(jìn)密切相關(guān)，秋季氣溫升高與秋雨減少，雨季縮短相關(guān)［4］。中部的楚雄市1984年以來(lái)因城市發(fā)展規(guī)模擴(kuò)大及工業(yè)化進(jìn)程的加速，城市效應(yīng)對(duì)氣候的影響明顯加大，特別是冬、春兩季表現(xiàn)突出;南部的雙柏縣因森林植被較好，春雨較其他區(qū)域多，常年空氣濕度大，年溫差小，森林對(duì)氣候的調(diào)節(jié)作用明顯，天然的半濕潤(rùn)氣候特點(diǎn)突出;西部的姚安縣年降雨量偏少，空氣濕度小，風(fēng)速大，四周開(kāi)闊，以農(nóng)業(yè)為主，城市規(guī)模及工業(yè)無(wú)較大發(fā)展，森林植被等環(huán)境因素?zé)o較大變化，半干旱氣候特點(diǎn)突出;北部干熱河谷的元謀縣，常年降雨量偏少，空氣濕度小，日照豐富，多年來(lái)以均以綜合性農(nóng)業(yè)及經(jīng)濟(jì)作物種植為主，城市規(guī)模及工業(yè)無(wú)較大發(fā)展，森林植被等環(huán)境因素?zé)o較大變化，半干旱氣候特點(diǎn)突出，但從上世紀(jì)80年代以來(lái)，由于冬、春季節(jié)經(jīng)濟(jì)作物的種植面積不斷擴(kuò)大，地面綠色覆蓋增加，作物蒸騰量增大，土壤表面及近地層空氣濕度增大，蒸發(fā)量下降，空氣濕度增大對(duì)高溫的調(diào)節(jié)作用明顯［1］。分析結(jié)果表明，相對(duì)于城市發(fā)展規(guī)模和工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展較快的楚雄市來(lái)說(shuō)，南部、西部和北部等縣的城市發(fā)展規(guī)模和工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程相對(duì)落后于楚雄市，人類(lèi)活動(dòng)、城市擴(kuò)張、工業(yè)發(fā)展對(duì)氣候變化的影響效應(yīng)不十分明顯。

楚雄州夏季降雨量集中，引發(fā)極端洪澇災(zāi)害事件的概率在增大;秋季氣溫上升明顯，說(shuō)明了降雨量天數(shù)少，雨季提前結(jié)束，局部區(qū)域雨季與干季的時(shí)間交替正在發(fā)生變化。春、秋季降雨量的突出變化，農(nóng)業(yè)種植業(yè)風(fēng)險(xiǎn)呈增加趨勢(shì)。年平均降雨量隨年代的變化，呈現(xiàn)出多—少—少—多—平的變化趨勢(shì)，全州年平均降雨量1961～1970年859毫米，1971～1980年819毫米，1981～1990年912毫米，1991～2000年905毫米，2001～2010年853毫米。1981～2008年間年平均降雨量增多了約80毫米，屬于相對(duì)多雨時(shí)期，驗(yàn)證了不難看出該段來(lái)楚雄州境內(nèi)極端天氣 (干旱、洪澇和泥石流滑坡等氣象災(zāi)害及次生災(zāi)害)發(fā)生的概率在增大，雨季結(jié)束期提前明顯，農(nóng)業(yè)種植風(fēng)險(xiǎn)正在增大［1，4］。其中南部雙柏縣四季降雨量隨季節(jié)間變化與其他縣市相比，變化幅度較小，雨季開(kāi)始期和雨季結(jié)束期的年際間變化不突出;西部姚安縣受夏、秋降雨量變幅的影響，極端天氣災(zāi)害及次生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加;北部永仁縣夏季平均變化率最大、秋季次之，冬季最小。東部祿豐縣降雨量夏季變率最大、秋季次之，冬季最小。

從不同等級(jí)的年降雨日數(shù)隨時(shí)間和空間分布分析結(jié)果再次說(shuō)明，在全球氣候變化異常突出的大背景下，楚雄州區(qū)域氣候變化除受到全球氣候變化的影響外，受地方城市發(fā)展、工業(yè)化進(jìn)程加快、人口增加及人類(lèi)活動(dòng)的影響較大。其中受城市化、工業(yè)發(fā)展、人口增長(zhǎng)及人類(lèi)活動(dòng)影響表現(xiàn)最典型的楚雄市和祿豐縣，氣候變化突出，年總降雨日數(shù)減少明顯，大雨以上的降雨日數(shù)增加，降雨時(shí)段集中，局部的極端天氣事件和災(zāi)害性天氣發(fā)生的概率在逐年增大，因氣象災(zāi)害造成的損失也隨之增大。如2003年，2008年發(fā)生在楚雄市境內(nèi)的局部洪澇、泥石流滑坡等次生氣象災(zāi)害，又如2004年發(fā)生在祿豐縣的“6·20”洪災(zāi)都造成了巨大的危害和損失。

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