近50年內(nèi)滇西北極端氣候變化*

夏范燕， 吳鞏勝， 李麗， 周躍， 趙如

(1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；2．云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 野生動(dòng)植物管理與生態(tài)系統(tǒng)健康研究中心，云南 昆明 650221)

1 引 言

世界氣象組織規(guī)定，如果某個(gè)(些)氣候要素的時(shí)、日、月、年值達(dá)到25年以上一遇，或者與其相應(yīng)的30年平均值的“差”超過了二倍均方差時(shí)，這個(gè)(些)氣候要素值就屬于“異?！睔夂蛑?出現(xiàn)“異?！睔夂蛑档臍夂蚓头Q為“極端氣候”.極端氣候事件給世界各國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的負(fù)面影響，每年全球都因?yàn)闃O端氣候?yàn)?zāi)害造成巨額經(jīng)濟(jì)損失，并且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì).極端氣候?qū)θ祟惿鐣?huì)和基礎(chǔ)設(shè)施，以及生態(tài)系統(tǒng)和野生動(dòng)物都會(huì)造成嚴(yán)重的破壞[1-2]，同樣對(duì)人類的健康也有潛在的影響[3].IPCC第四次報(bào)告指出20世紀(jì)后半葉可能是過去1 300年最暖的50年，全球氣候變化以全球平均氣溫波動(dòng)式變化、呈升溫趨勢(shì)為特征[4].據(jù)科學(xué)家預(yù)測(cè)，二十一世紀(jì)將平均升溫1.1～6.4 ℃，全球的最高溫、最低溫均升高，但以最低溫變暖最為明顯[5].在氣候變化的過程中，極端高溫和極端低溫更易導(dǎo)致死亡[6].云南省滇西北是全球生物多樣性的熱點(diǎn)地區(qū)，也是北半球生態(tài)系統(tǒng)最具代表性的地區(qū)之一.極端氣候的分析將是氣候變化對(duì)生物多樣性影響研究的重要補(bǔ)充，對(duì)未來滇西北乃至整個(gè)云南的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)平衡以及人類的健康都有重大的意義.

2 研究方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于北緯26°14'～29°20'，東經(jīng)98°05'～101°16'之間，整體呈北高南低的地勢(shì)分布特點(diǎn)，海拔在1 335～5 551 m，平均海拔為3 394 m；受東亞季風(fēng)、南亞季風(fēng)、青藏高原季風(fēng)環(huán)流的影響，滇西北地區(qū)具有冬干夏雨的季風(fēng)氣候特點(diǎn).高山與河流并列，山地與高原相間，屬于典型山地自然景觀垂直帶，有保存完好的大片原始森林.社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面總體上仍屬于云南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后的地區(qū)，農(nóng)業(yè)人口和少數(shù)民族人口比重大，仍以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，保留著傳統(tǒng)的粗放生產(chǎn)方式.

2.2 數(shù)據(jù)

采用了云南省滇西北地區(qū)的7個(gè)氣象站點(diǎn)(德欽站、香格里拉站、貢山站、維西站、麗江站、瀘水站、大理站)50年內(nèi)(1961～2010)12個(gè)月中每天的氣溫(℃)和降水(mm/d)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源：國家氣象中心提供)進(jìn)行分析.(國家氣象中心區(qū)域氣候模式預(yù)估數(shù)據(jù)，其分辨率為0.25°×0.25°)

2.3 分析方法

7個(gè)站點(diǎn)近50年內(nèi)的逐日氣候數(shù)據(jù)利用STARDEX Diagnostic Extremes Indices Software(歐洲地區(qū)極端事件統(tǒng)計(jì)和區(qū)域動(dòng)力降尺度)[7]分析得出每個(gè)站點(diǎn)逐年的57個(gè)極端指數(shù)，在57個(gè)極端指數(shù)中10個(gè)核心指數(shù)被用于極端事件變化事實(shí)的分析、模式資料降尺度的效果評(píng)價(jià)、未來氣候極端事件變化定量預(yù)估.其中，降水指數(shù)很好地結(jié)合了強(qiáng)度(pq90,px5d,pint)、頻率(pnl90,pxccd)和比例(pfl90)，部分指數(shù)考慮了降水的分配情況.雨日規(guī)定為日降水量不小于1.0 mm.氣溫指數(shù)有2個(gè)大小尺度的指數(shù)(txq90、tnq10)和2個(gè)頻次尺度的指數(shù)(tnfd、txhw90)[7].冷、熱極端時(shí)間均有大小和頻次尺度的指數(shù)來衡量.本文選取10個(gè)核心指數(shù)的同時(shí)，參考文獻(xiàn)[2-3,5-6,8-23]添加年均溫(tav)、氣溫日較差平均值(trav)、生長期有效積溫(tgdd)和生長期(tgsl)、有霜期(tnfsl)等7個(gè)指數(shù).

運(yùn)用散點(diǎn)圖對(duì)每一個(gè)站點(diǎn)春、夏、秋、冬四季和全年的17個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行了線性趨勢(shì)分析，對(duì)整個(gè)區(qū)域平均數(shù)據(jù)也進(jìn)行線性趨勢(shì)分析，并采用T檢驗(yàn)對(duì)線性趨勢(shì)進(jìn)行95%的檢驗(yàn)，通過顯著性檢驗(yàn)說明變化趨勢(shì)顯著，否則認(rèn)為變化趨勢(shì)為正常的氣候波動(dòng)[24].

STARDEX極端指數(shù)見表1：

表1 選取的STARDEX極端指數(shù)列表

*代表指數(shù)為核心指數(shù)

3 結(jié)果與分析

通過分析得出七個(gè)站點(diǎn)的極端氣溫在近50年內(nèi)出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì),極端降水總量呈略微增加的趨勢(shì).

3.1 極端溫度特征統(tǒng)計(jì)分析

表2 1961～2010年間滇西北七站點(diǎn)極端氣溫變化趨勢(shì)(單位：1%/10a)

*表示通過95%的信度檢驗(yàn).

3.1.1 氣溫上升，年日較差降低

通過對(duì)德欽等7個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，年均溫呈上升趨勢(shì)，上升幅度為0.2%/10a，尤其是冬季上升最為明顯，增幅在0.23%/10a ～0.31%/10a.且北部地區(qū)增溫趨勢(shì)相對(duì)于南部地區(qū)更為明顯.

年日較差均值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，尤其以春季下降最為明顯，其中維西、麗江和瀘水三個(gè)站點(diǎn)的春季日較差均值降幅都在0.25%/10a以上，地區(qū)總體降幅在0.136%/10a.

3.1.2 異常極端高溫連續(xù)日數(shù)增加，“暖冬”幾率增高

最長異常熱浪天數(shù)呈現(xiàn)明顯的增長趨勢(shì)，由1961年的5天增加到2010年的11天，每十年增加1天，增幅在10%/10a左右，冬季異常高溫增加趨勢(shì)最為明顯，增幅在1.56%/10a～1.95%/10a之間.

滇西北地區(qū)暖日閾值和冷夜閾值都在呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，說明每日的最高氣溫和最低氣溫都有升高的趨勢(shì).暖日閾值與冷夜閾值的升高均在冬春兩季表現(xiàn)明顯，暖日閾值在冬季的增幅為0.5%/10a，而冷夜閾值則在春季呈現(xiàn)出0.5%/10a的增長.說明該地區(qū)冬季日高溫上升，加上冬季均溫升高和異常熱浪天數(shù)增加明顯，“暖冬”的出現(xiàn)概率更大；春季夜低溫增加明顯，出現(xiàn)“倒春寒”的概率也隨之增加.

3.1.3 霜凍日數(shù)減少，生長期延長

各個(gè)站點(diǎn)的生長期和生長期有效積溫呈現(xiàn)明顯的增長，生長期有效積溫在麗江站的增幅達(dá)到50%/10a，其他站點(diǎn)的增幅也達(dá)到30%/10a；同時(shí)，霜凍日數(shù)和有霜期都呈明顯的下降趨勢(shì)，下降幅度高達(dá)到10%/10a，大部地區(qū)的下降幅度達(dá)到5%/10a，瀘水站、大理站、貢山站和麗江站尤為明顯.

3.2 極端降水趨勢(shì)

表3 1961～2010年間滇西北七站點(diǎn)極端降水變化趨勢(shì)(單位：1%/10a)

*代表通過95%的信度檢驗(yàn).

3.2.1 總體趨勢(shì)不明顯，降水總量不減

滇西北地區(qū)的降水量總量總體上屬正常范圍內(nèi)的氣候變化，但有增加的趨勢(shì)，七個(gè)站點(diǎn)有3.2%10a～17%/10a的不同增長.

3.2.2 區(qū)域降水不均，連續(xù)干、濕日數(shù)增加.

由表3可知香格里拉站降水強(qiáng)度與比例在50年間明顯增加，其他六站點(diǎn)變化不明顯.但對(duì)于全部站點(diǎn)的季度突變檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：春季強(qiáng)降水閾值在維西、麗江和瀘水三個(gè)站點(diǎn)明顯增加；春季最長連續(xù)濕日數(shù)在貢山站和大理站明顯增加；春季最長連續(xù)干日數(shù)在貢山、維西、麗江三站明顯增加；最大5日降水量、濕日平均降水量、較強(qiáng)降水日水和比例在麗江、瀘水和大理三站尤為明顯，特別是春季呈明顯的增長趨勢(shì)，最高達(dá)到4%/10年.春季降水的增加對(duì)于緩解春季干旱和森林火災(zāi)起到重要作用，但強(qiáng)降水的增加也更容易導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生.

從七站點(diǎn)的區(qū)域分布圖看，中南部地區(qū)的降水明顯增多，北部地區(qū)無明顯變化.由該地區(qū)特殊的地理位置判斷降水的不均衡性與西南和東南暖濕氣流以及地形有極大關(guān)系.

總之，極端氣溫在滇西北地區(qū)總體上呈升高趨勢(shì)，與全球變暖的總體特征一致；氣溫的升高和降水的增加對(duì)傳統(tǒng)粗放式生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)發(fā)展在一定程度上是有利的，但“暖冬”現(xiàn)象的出現(xiàn)，將會(huì)加劇某些病蟲害的發(fā)生[25-26].滇西北地區(qū)冬季和春季的極端氣溫明顯升高，極端降水略微增長[27]，從極端平均溫度和極端平均降水的總體趨勢(shì)來看，云南有由冷濕型氣候向暖干型氣候緩慢轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)[27]；極端降水的變化分布不均勻性相當(dāng)明顯，但總體上呈現(xiàn)略增的趨勢(shì)[20].

4 討 論

隨著云南氣候的不斷變化，氣候異常事件也頻繁發(fā)生，氣象災(zāi)害日趨嚴(yán)重[18,28-29]，其中干旱是最大的氣象災(zāi)害，在氣象總災(zāi)害中占50%以上[30-36].從統(tǒng)計(jì)可知春末夏初干旱是云南出現(xiàn)頻率最高、影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長且危害最嚴(yán)重的干旱[18].滇西北地區(qū)雖然降水總體并未減少，但是春季連續(xù)干日數(shù)增加、夏季濕日平均降水減少、最大5日降水增加以及春季極端氣溫升高，表明滇西北也可能會(huì)出現(xiàn)春末夏初干旱.滇西北地區(qū)極端氣候變暖，給當(dāng)?shù)匚锓N及棲息地帶來更多的不確定性的影響.在這樣的氣候變遷下，特殊的地理地形使滇西北氣候與生態(tài)環(huán)境的演變存在特殊性，也將使滇西北的瀕危物種受到更加強(qiáng)烈的氣候變化影響和沖擊.因此，深入研究滇西北極端氣候特征對(duì)于滇西北乃至云南經(jīng)濟(jì)大開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展都有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[32].

在全球氣候顯著變暖的背景下，滇西北地區(qū)多項(xiàng)極端降水氣候事件的頻率和趨勢(shì)不顯著；對(duì)滇西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)具有重大影響的主要極端氣候事件頻率總體上未見明顯趨勢(shì)性變化[12].滇西北極端氣溫增加的地區(qū)對(duì)應(yīng)的降水有升高也有降低[20]，這可能與滇西北的海拔和坡向等原因有關(guān)，且各項(xiàng)極端氣候指數(shù)分析結(jié)果在一定程度上受線性偏差的影響.因此，下一步研究應(yīng)在實(shí)際極端氣候數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)對(duì)極端指數(shù)進(jìn)行修正和校驗(yàn).

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