貴陽市氣候變化及其近20 a氣溫演變特征

羅乃興，曾莉萍，黃世芹，呂 海

(1.貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001;2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

1 引言

近年來，全球變暖作為氣候變化的重要一環(huán)已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，據(jù)2007年IPCC的氣候報(bào)告指出，最近的100 a，即1906—2005年，全球平均氣溫上升了0.74℃［1］。在全球變暖的背景下，近50 a來我國平均地面氣溫增速接近0.22℃/10 a，較同期全球平均氣溫增速明顯偏高［2］。牛濤等研究了青藏高原東麓氣候變化后指出即使是受人為影響較小的地區(qū)也存在這種趨勢［3］。

李文莉以蘭州為例，指出由于城市化程度的不斷加深，城市與其毗鄰的鄉(xiāng)村存在著明顯的差異［4］。而周海等則以日喀則為例，探討了青藏高原東麓的氣溫氣候變化特征［5］。

貴陽地理上位于貴州的中心，擁有超過500萬的人口，在城市規(guī)模和經(jīng)濟(jì)上都是貴州最大的城市。受特殊的喀斯特地貌、城市環(huán)境等諸多因素的影響，貴陽地區(qū)氣候的區(qū)域性特征十分明顯。目前，針對貴州及貴陽地區(qū)氣溫的氣候變化方面已開展了很多研究工作，并取得了一些研究成果。陳靜等用REOF方法對1961—2007年貴州夏季氣溫的變化區(qū)域進(jìn)行劃分，研究發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域的變化趨勢及年代際變化存在差異［6］。嚴(yán)小冬等對貴陽站1961—2007年遷站前后的月平均氣溫資料進(jìn)行了均一性檢驗(yàn)并進(jìn)行了訂正［7］。李瑋對1921—1994年貴陽市氣溫序列進(jìn)行突變分析，發(fā)現(xiàn)氣溫在1966年發(fā)生了突變，溫度向增暖的方向變化。劉益蘭利用小波變換揭示了貴陽近80 a 來的氣溫周期特征［8］。

為進(jìn)一步探討在全球變暖大背景下的小區(qū)域氣候變化特征，豐富小區(qū)域氣候變化的研究內(nèi)容，本文利用1951—2010年貴陽測站逐日及年氣溫資料，分析貴陽市年際氣溫變化的一些規(guī)律，著重探討近20 a來氣溫的分布細(xì)節(jié)，為今后我國西南局部地區(qū)的氣候變化特征研究提供一些依據(jù)。

2 資料與方法

研究所用資料為貴陽市內(nèi)8個(gè)地面觀測站(貴陽、花溪、白云、烏當(dāng)、清鎮(zhèn)、修文、息烽、開陽)建站以來的逐日氣溫資料，包括日平均溫度和年平均溫度。

由于貴陽站在2000年遷站后氣溫存在一定的差異，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的均一性，這里根據(jù)遷站前對比觀測的結(jié)果對2000年后的日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了訂正。這是因?yàn)檫w站前后貴陽站均處于同一區(qū)域，由于新舊站點(diǎn)相距較近，可以近似處于同一天氣系統(tǒng)的內(nèi)部，并且這里對日平均氣溫的應(yīng)用的是其統(tǒng)計(jì)特征，因此可以近似忽略其隨機(jī)差異，參照對月平均氣溫的訂正方法對日平均氣溫進(jìn)行近似訂正。

貴陽其它7個(gè)區(qū)縣站的平均氣溫變化和貴陽站有顯著的相似性，從表1可以看出，貴陽與修文的相似度最高，為0.954;而與花溪的相關(guān)系數(shù)最低，但仍為0.839。因此可用貴陽站的氣溫近似代表貴陽市的氣溫特征。

表1 貴陽8個(gè)測站的近50 a來年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)表

線性趨勢傾向是由最小二乘法求的［9］，采用一次線性方程來描述溫度的氣候變化趨勢，即:y(t)=a0+a1t

突變的檢驗(yàn)方法采用Mann－Kendall法(M－K法［9］)對氣溫的變化趨勢進(jìn)行突變和顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果分析

3.1 年平均氣溫的變化趨勢

圖1 貴陽站1954—2010年年平均氣溫的變化(a)和對應(yīng)M－K算法計(jì)算圖(b)

圖1a為以貴陽本站的年平均氣溫的變化圖。從整體變化趨勢來看，近57 a來貴陽站的氣溫是明顯升高的，這種上升趨勢通過了0.001的顯著性檢驗(yàn)，平均上升速率為0.16℃/10 a。另一方面從5 a的滑動平均來看，可以發(fā)現(xiàn)這種整體上升表現(xiàn)為3次明顯的波動，第1次是以1966年為終點(diǎn)的上升周期;第2次是1966—1972年的波動下降周期;最后為1978年至今的波動上升趨勢，而這種趨勢到2010年為止仍未表現(xiàn)出明顯的降溫趨勢。而圖1(b)的M－K檢驗(yàn)也表明這種整體變化趨勢，從UF曲線可見，自1954—1990年這種增暖趨勢超過了0.05的臨近線甚至超過0.001的顯著性水平(u0.001=2.56);而在2001年以后，氣溫的增速明顯放緩。

與貴陽站相似的是，其它7個(gè)區(qū)縣站同樣表現(xiàn)出自70年代起的顯著增暖趨勢(除白云是1982年建站)，但其趨勢隨地區(qū)的不同而有所變化，其增幅在0.154～0.298℃/10 a之間。值得注意的是，除了貴陽、烏當(dāng)和開陽的溫度增幅在全國50 a溫度平均增幅0.022℃/a之上外，其余各站的溫度增幅均低于全國平均增幅，這與貴陽各地區(qū)的城市化發(fā)展程度相一致，從一個(gè)側(cè)面反映了貴陽市周邊地區(qū)的城市化進(jìn)程較全國平均速度偏慢的情況。

3.2 基于M－K方法的突變檢驗(yàn)

如圖1b所見，在2000年開始，貴陽地區(qū)的年平均氣溫有的升速較之前明顯變快，為了檢驗(yàn)貴陽地區(qū)年平均溫度曲線的是否有發(fā)生突變，本文選取M－K檢驗(yàn)法(圖1b)來對其突變進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)UF和UB曲線的交界點(diǎn)的位置，可以發(fā)現(xiàn)貴陽站的年平均氣溫在21世紀(jì)初有一次明顯的突變過程(a=0.01);另一方面，在此之后UB曲線已經(jīng)超過了顯著性水平為0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明此次突變后仍然是明顯的變暖趨勢。而通過對貴陽站周邊的其它7個(gè)觀測站進(jìn)行同樣的檢驗(yàn)(圖略)，發(fā)現(xiàn)其突變時(shí)間點(diǎn)集中在2001—2004年之間，與全國年平均氣溫在1993年后的突變相比，貴陽地區(qū)推遲了8～10 a，但與位于青藏高原的日喀則的年平均氣溫突變時(shí)間較為相似(2001年)［5］，這也暗示了貴陽地區(qū)受高原系統(tǒng)的影響更大。

3.3 貴陽地區(qū)積溫的變化情況

氣溫的變化對農(nóng)作物的影響較大，其中積溫是研究溫度與生物有機(jī)體發(fā)育速度之間關(guān)系的一種指標(biāo)。這里選取有效積溫(日平均氣溫≥10℃溫度的累計(jì))作為熱量條件的標(biāo)尺來衡量貴陽地區(qū)近57 a作物生長發(fā)育過程所需的熱量條件的變化。

圖2 貴陽站1954—2010年年積溫變化圖及其5點(diǎn)平滑趨勢線

貴陽地區(qū)的年積溫在3 400～4 300℃/a之間，平均值為3 920℃/a，屬于亞熱帶氣候?？偟膩碚f，貴陽地區(qū)的年積溫呈波動上升，這種趨勢在1990年之后明顯加快。根據(jù)年積溫的變化柱狀圖和對應(yīng)的5點(diǎn)平滑曲線可以看出(圖2)，貴陽地區(qū)的這種波動上升狀態(tài)經(jīng)歷了3個(gè)周期，每個(gè)周期的波長在20 a左右。第1個(gè)周期在1954—1972年之間，在該周期內(nèi)的1970年出現(xiàn)了貴州半個(gè)世紀(jì)內(nèi)的積溫的最低值，為3 258.1℃/a，峰值出現(xiàn)在1964年，峰值為4 062.9℃/a;第2個(gè)周期在1973—1992年間，與前1個(gè)周期相比并不是十分的對稱，該周期的后半段下降期明顯的縮短，該周期的波峰位于1983年，峰值為4 155.2℃/a，最低出現(xiàn)在1976年，最低值為3 693.4℃/a;第3個(gè)周期起始于1993年，并且到2010年為止并沒有形成一個(gè)完整的周期，與之前的2個(gè)周期不同的是，該周期到2009年為止都處于明顯的上升區(qū)間，該區(qū)間內(nèi)的積溫明顯高于其它時(shí)期，該區(qū)間內(nèi)的峰值位于2009年，為4 355.5℃/a這也是半個(gè)世紀(jì)內(nèi)的峰值。

3.4 貴陽近20 a內(nèi)日平均氣溫的概率分布特征

在年平均氣溫發(fā)生突變的2001年后的10 a內(nèi)，貴陽市先后經(jīng)歷了2008年春季罕見的凝凍災(zāi)害，2009年罕見的夏秋冬連旱等持續(xù)性的災(zāi)害天氣，這些都明顯的改變了貴陽當(dāng)時(shí)氣溫。但是在這種條件下，貴陽市的年平均氣溫在該時(shí)段內(nèi)仍然保持著整體上升的趨勢，這與上一個(gè)10 a(20世紀(jì)90年代)比較相似;同時(shí)積溫則持續(xù)上升。

圖3 貴陽站1991—2000年與2001—2010年10 a中日平均氣溫的概率分布曲線。其中黑色區(qū)域表示在該區(qū)域內(nèi)21世紀(jì)初在該溫度區(qū)間的概率要高于90年代，反之則用灰色表示。

為了從細(xì)節(jié)上說明突變前后貴陽地區(qū)在氣溫上發(fā)生的變化，這里以2001年為分界點(diǎn)，在突變前后各選取10 a(20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初)，來討論兩者的日平均氣溫在各溫度區(qū)間內(nèi)(1℃)分布型的不同(圖3)。20 a內(nèi)，貴陽市的日平均氣溫在－7℃ ～24℃之間(1991—2010年)。21世紀(jì)初期的日平均氣溫的分布與90年代相比，在低溫區(qū)間(＜1℃)與次高溫區(qū)間(14～20℃)內(nèi)明顯增多，而這些在氣候上表現(xiàn)為21世紀(jì)初貴陽地區(qū)冬春凝凍天氣明顯增多，春、秋兩季的旱情高發(fā);而在高溫區(qū)(20～22℃)概率的減少，也與近10 a來貴陽市夏季降水的增多有著一定的關(guān)系。

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)雖然20世紀(jì)90年代與21世紀(jì)初期貴陽地區(qū)的年平均溫度一直是明顯升高的，但是兩者之間有著明顯的區(qū)別，主要表現(xiàn)為21世紀(jì)初期的這10 a間，年平均溫度的升高是由于次高溫度區(qū)間(14～20℃)低溫區(qū)(＜1℃)溫度分布概率的增加共同決定的。受到這種分布型的影響，貴陽地區(qū)日平均氣溫＞10℃出現(xiàn)的概率明顯增多，因此貴陽地區(qū)的積溫較上一個(gè)10 a有明顯的升高。

4 小結(jié)

①貴陽地區(qū)年平均溫度呈波動上升趨勢，且通過顯著性檢驗(yàn)。近57 a來，貴陽站的年平均溫度以0.025 7℃/a速度上升，略高于全國的平均增速。在2001年左右，貴陽地區(qū)的年平均溫度經(jīng)歷了一次突變，雖然增溫幅度變緩，但仍然通過了顯著性檢驗(yàn)。

②在對農(nóng)業(yè)影響最大的積溫方面，貴陽地區(qū)的年積溫一直呈現(xiàn)增加的趨勢，但是與年平均氣溫不同的是，從2001起貴陽地區(qū)的積溫有了明顯的升高。分析其原因，主要是由于在該時(shí)段內(nèi)日平均氣溫在14～20℃區(qū)間的分布有了明顯的增加。

對比以2001年為分界線的前后2個(gè)10 a中日平均溫度在各溫度區(qū)間的分布情況，可以看出，兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)日平均氣溫的分布有著明顯的不同，在2001年開始的10 a里，貴陽地區(qū)的溫度在低溫區(qū)(＜1℃)和次高溫區(qū)(14～20℃)有明顯的增多，受其共同影響，在2001年貴陽地區(qū)的年平均溫度出現(xiàn)突變，并且年積溫也有了明顯的升高。

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