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 旅游與地理科學學院，云南 昆明 650500；2．云南財經(jīng)大學 野生動植物管理與生態(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(些)氣候要素的時、日、月、年值達到25年以上一遇，或者與其相應的30年平均值的“差”超過了二倍均方差時，這個(些)氣候要素值就屬于“異?！睔夂蛑?出現(xiàn)“異常”氣候值的氣候就稱為“極端氣候”.極端氣候事件給世界各國的社會經(jīng)濟帶來了巨大的負面影響，每年全球都因為極端氣候災害造成巨額經(jīng)濟損失，并且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢.極端氣候?qū)θ祟惿鐣突A設施，以及生態(tài)系統(tǒng)和野生動物都會造成嚴重的破壞[1-2]，同樣對人類的健康也有潛在的影響[3].IPCC第四次報告指出20世紀后半葉可能是過去1 300年最暖的50年，全球氣候變化以全球平均氣溫波動式變化、呈升溫趨勢為特征[4].據(jù)科學家預測，二十一世紀將平均升溫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致死亡[6].云南省滇西北是全球生物多樣性的熱點地區(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生物多樣性影響研究的重要補充，對未來滇西北乃至整個云南的社會經(jīng)濟和生態(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分布特點，海拔在1 335～5 551 m，平均海拔為3 394 m；受東亞季風、南亞季風、青藏高原季風環(huán)流的影響，滇西北地區(qū)具有冬干夏雨的季風氣候特點.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.社會經(jīng)濟方面總體上仍屬于云南省經(jīng)濟發(fā)展相對滯后的地區(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個氣象站點(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)進行分析.(國家氣象中心區(qū)域氣候模式預估數(shù)據(jù)，其分辨率為0.25°×0.25°)

2.3 分析方法

7個站點近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)計和區(qū)域動力降尺度)[7]分析得出每個站點逐年的57個極端指數(shù)，在57個極端指數(shù)中10個核心指數(shù)被用于極端事件變化事實的分析、模式資料降尺度的效果評價、未來氣候極端事件變化定量預估.其中，降水指數(shù)很好地結合了強度(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個大小尺度的指數(shù)(txq90、tnq10)和2個頻次尺度的指數(shù)(tnfd、txhw90)[7].冷、熱極端時間均有大小和頻次尺度的指數(shù)來衡量.本文選取10個核心指數(shù)的同時，參考文獻[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個指數(shù).

運用散點圖對每一個站點春、夏、秋、冬四季和全年的17個指標分別進行了線性趨勢分析，對整個區(qū)域平均數(shù)據(jù)也進行線性趨勢分析，并采用T檢驗對線性趨勢進行95%的檢驗，通過顯著性檢驗說明變化趨勢顯著，否則認為變化趨勢為正常的氣候波動[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 結果與分析

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

3.1 極端溫度特征統(tǒng)計分析

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

*表示通過95%的信度檢驗.

3.1.1 氣溫上升，年日較差降低

通過對德欽等7個站點的數(shù)據(jù)進行分析可知，年均溫呈上升趨勢，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)增溫趨勢相對于南部地區(qū)更為明顯.

年日較差均值呈現(xiàn)下降趨勢，尤其以春季下降最為明顯，其中維西、麗江和瀘水三個站點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，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，說明每日的最高氣溫和最低氣溫都有升高的趨勢.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

各個站點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到50%/10a，其他站點的增幅也達到30%/10a；同時，霜凍日數(shù)和有霜期都呈明顯的下降趨勢，下降幅度高達到10%/10a，大部地區(qū)的下降幅度達到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

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

*代表通過95%的信度檢驗.

3.2.1 總體趨勢不明顯，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，七個站點有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度與比例在50年間明顯增加，其他六站點變化不明顯.但對于全部站點的季度突變檢驗發(fā)現(xiàn)：春季強降水閾值在維西、麗江和瀘水三個站點明顯增加；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，最高達到4%/10年.春季降水的增加對于緩解春季干旱和森林火災起到重要作用，但強降水的增加也更容易導致災害的發(fā)生.

從七站點的區(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系.

總之，極端氣溫在滇西北地區(qū)總體上呈升高趨勢，與全球變暖的總體特征一致；氣溫的升高和降水的增加對傳統(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[27]；極端降水的變化分布不均勻性相當明顯，但總體上呈現(xiàn)略增的趨勢[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，氣象災害日趨嚴重[18,28-29]，其中干旱是最大的氣象災害，在氣象總災害中占50%以上[30-36].從統(tǒng)計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)時間長且危害最嚴重的干旱[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出現(xiàn)春末夏初干旱.滇西北地區(qū)極端氣候變暖，給當?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于滇西北乃至云南經(jīng)濟大開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展都有重要的理論價值和現(xiàn)實意義[32].

在全球氣候顯著變暖的背景下，滇西北地區(qū)多項極端降水氣候事件的頻率和趨勢不顯著；對滇西北地區(qū)經(jīng)濟社會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性變化[12].滇西北極端氣溫增加的地區(qū)對應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，且各項極端氣候指數(shù)分析結果在一定程度上受線性偏差的影響.因此，下一步研究應在實際極端氣候數(shù)據(jù)基礎上結合區(qū)域特點對極端指數(shù)進行修正和校驗.

參 考 文 獻:

[1] 張寧.中國極端氣溫和降水趨勢變化研究[D].南京:南京信息工程大學,2007.

[2] MEEHL G A,KARL T,EASTERLING D R,et al.An introduction to trends in extreme weather and climate events:observations,socioeconomic impacts,terrestrial ecological impacts,and model projections[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2000,81(3):413-417.

[3] MEEHL G A,ZWIERS F,EVANS J,et al.Trends in extreme weather and climate events:issues related to modeling extremes in projections of future climate change[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2000,81(3):437-426.

[4] IPCC.Climate Change 2007 Synthesis Report[EB/OL].http://www.ctc-health.org.cn/file/2009070106.Pdf.

[5] 華麗娟,馬柱國,羅德海.1961～2000年中國區(qū)域氣溫較差分析[J].地理學報,2004,59(5):680-688.

[6]OLIVIER DESCHENES，ENRICO MORETTI.Extreme weather events,mortality and migration[J].The review of economics and statistics,2009,91(4):659-681.

[7] STARDEX Diagnostic Extremes Indices Software User Information.Pdf[Z].Version 3.3.1.2004.

[8]FRICH P,ALEXANDER L V,DELLA-MARTA P,et al.Observed coherent changes in climatic extremes during the second half of the twentieth century[J].Climate Research,2002,19(3):193-212.

[9] 任國玉,初子瑩,周雅清,等,中國氣溫變化研究最新進展[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10(4):701-715.

[10]王秀萍,任國玉,趙春雨,等.近46年大連地區(qū)初、終霜凍事件和無霜凍期變化[J].應用氣象學報,2008,19(6):673-678.

[11]周雅清,任國玉.城市化對華北地區(qū)最高、最低氣溫和日較差變化趨勢的影響[J].高原氣象,2009,28(5):1158-1166.

[12]任國玉,陳峪,鄒旭愷,等.綜合極端氣候指數(shù)的定義和趨勢分析[J].氣候與環(huán)境研究,2010,15(4):354-361.

[13]周雅清,任國玉.中國大陸1956～2008年極端氣溫事件變化特征分析[J].氣候與環(huán)境研究,2010,15(4):405-417.

[14]張勇,許吟隆,董文杰,等.SRES B2情景下中國區(qū)域最高、最低氣溫及日較差變化分布特征初步分析[J].地球物理學報,2007,50(3):714-723.

[15]DIMRI A P,DASH S K.Winter temperature and precipitation trends in the Siachen Glacier[J].Current Science,2010,98(12):1620-1625.

[16]ADRIAN J C,KEVIN I H,LENNART O B,et al.Impact of increasing resolution and a warmer climate on extreme weather from Northern Hemisphere extratropical cyclones[J].Tellus A,2011,63(5):893-906.

[17]GREENOUGH G,MCGEEHIN M,BERNARD S M,et al.The potential impacts of climate variability and change on health impacts of extreme weather events in the United States[J].Environmental Health Perspectives,2001,109(suppl 2):191-198.

[18]程建剛,解明恩.近50年云南區(qū)域氣候變化特征分析[J].地理科學進展,2008,27(5):19-26.

[19]丁裕國,鄭春雨,申紅艷.極端氣候變化的研究進展[J].沙漠與綠洲,2008,2(6):1-5.

[20]劉瑜,趙爾旭,黃瑋,等.云南近46年降水與氣溫變化趨勢的特征分析[J].災害學,2010,25(1):39-44.

[21]王冀,江志紅,宋潔,等.基于全球模式對中國極端氣溫指數(shù)模擬的評估[J].地理學報,2008,63(3):227-236.

[22]MORSS R E,WILHELMI O V,MEEHL G A,et al.Improving societal outcomes of extreme weather in a changing climate: an integrated perspective[J].Annual Review of Environment and Resources,2011,36(1):1.

[23]DIMRI A P,DASH S K.Wintertime climatic trends in the western Himalayas[J].Climatic Change,2012,111(3-4):775-800.

[24]楊蓮梅.新疆極端降水的氣候變化[J].地理學報,2003,58(4):577-583.

[25]吳建國，呂佳佳，艾麗.氣候變化對生物多樣性的影響:脆弱性和適應[J].生態(tài)環(huán)境學報,2009,18(2):693-703.

[26]李淑華.氣候變暖對我國農(nóng)作物病蟲害發(fā)生,流行的可能[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,1992,13(2):46-49.

[27]張強,韓永翔,宋連春.全球氣候變化及其影響因素研究進展綜述[J].地球科學進展,2005,20(9):990-998.

[28]趙元茂,杞明輝.全球變化中的我國云南氣候與生態(tài)響應[J].遼寧氣象,2005 (1):20-22.

[29]楊竹云，孫亞林，古書鴻，等.勐臘縣雷暴氣候變化特征分析[J].云南大學學報：自然科學版，2013，35(2)：193-198.

[30]晏紅明,程建剛,鄭建萌,等.2009年云南秋季特大干旱的氣候成因分析[J].大氣科學學報,2012,35(2):229-239.

[31]彭貴芬,劉瑜,張一平.云南干旱的氣候特征及變化趨勢研究[J].災害學,2009,24(4):40-44.

[32]張萬誠,鄭建萌,任菊章.云南極端氣候干旱的特征分析[J].災害學,2013,28(1):59-64.

[33]陳艷,段旭,董文杰,等.云南不同氣候帶極端氣溫變化趨勢[J].氣象科技,2013,41(1):126-130.

[34]陶云，樊風，段旭，等.云南不同氣候帶氣溫變化特征[J].云南大學學報：自然科學版，2013，35(5)：652-660

[35]張勝平,張鑫,王海軍,等.氣候變化對山東降水及極端天氣氣候事件的影響分析[J].水文,2011,31(4):62-65.

[36]韓翠華,郝志新,鄭景云.1951-2010年中國氣溫變化分區(qū)及其區(qū)域特征[J].地理科學進展,2013,32(6):887-896.