基于19個站的不同排放情景下貴州21世紀氣候變化預估

張嬌艷，嚴小冬，李 揚

(1. 貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002;2. 貴州省山地氣候與資源重點實驗室，貴州 貴陽 550002;3. 貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001)

1 引言

在全球氣候變化的背景下，利用模式預估結果弄清21世紀氣候變化趨勢，為應對氣候變化以及制定應對政策奠定了理論基礎。張嬌艷等［1］利用IPCC AR4 提供的模式預估結果，分析了不同排放情景下21世紀貴州省氣候變化特征，結果表明:21世紀由于人類排放的增加，貴州省將繼續(xù)變暖、變濕。但是該工作并未對不同排放情景下貴州省氣候變化預估結果的區(qū)域性特征做出分析，且其結果基于5個測站，因此該文將就基于19個站的SRES A2(高排放)、A1B(中排放)、B1(低排放)情景下貴州省21世紀氣候變化預估開展工作，主要側重于區(qū)域性特征和季節(jié)特征，這19個站的地理位置以及貴州省9個行政區(qū)劃分布如圖1 所示。該文使用的全球氣候模式模擬和預估數據以及處理方法均如張嬌艷等［1］的工作中資料和方法所示。

圖1 貴州省19個氣候預估站點地理位置以及9個行政區(qū)劃分布圖

2 基于19個站的未來情景下貴州省氣溫變化預估

圖2 為1961—2010年貴州省實況觀測的年平均氣溫變化曲線以及2011—2099年A2、A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均氣溫預估變化曲線。從實況來看，1961—2010年貴州省實況觀測的年平均氣溫年際振蕩劇烈，平均氣溫主要集中在15～16℃的區(qū)間內。20世紀70年代、80年代分別出現(xiàn)了2個年平均氣溫低溫年，且70年代、80年代也是近50 a年平均氣溫相對較低的年代區(qū)間。自20世紀90年代年平均氣溫回升，到了21世紀初(2000—2010年)年平均氣溫穩(wěn)定在相對較高的溫度區(qū)間。從2011—2099年A2，A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均氣溫預估變化曲線來看，3 種排放情景下貴州省的年平均氣溫均是升溫趨勢。且排放越高，到了21世紀末期升溫越明顯。21世紀末期，A2 排放情景下，貴州省年平均氣溫將升至19～20℃;A1B 排放情景下，18～19℃;B1 排放情景下，17～18℃。2011—2030年貴州省在3 種排放情景下的升溫幅度基本一致，而2030年以后升溫幅度開始出現(xiàn)差異，B1 情景下貴州省年平均氣溫增加最小，2030—2080年A1B 情景下年平均氣溫增加最大，而2080年以后A2 情景下年平均氣溫增加最大。

圖2 1961—2010年貴州省實況觀測的年平均氣溫變化曲線以及2011—2099年A2、A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均氣溫預估變化曲線(單位:℃)

集合模式預估21世紀A2、A1B 和B1 3 種排放情景下不同階段貴州省年平均氣溫的分布圖(圖3)顯示:氣溫高值區(qū)位于黔西南的東南部、黔南的西南部、黔東南的東南部以及銅仁，氣溫低值區(qū)位于畢節(jié)西部，其余地區(qū)屬于過渡區(qū)。2011—2040年、2041—2070年和2071—2099年氣溫高值區(qū)的溫度下限大致分別為18℃、19℃和20℃，氣溫低值區(qū)的溫度上限大致分別為14℃、15℃和16℃，氣溫過渡區(qū)的溫度大致分別為14～18℃、15～19℃和16～20℃。可以看出，越到21世紀后期，增溫的幅度越大。且A2 排放情景下，增溫最大，到了21世紀后期，黔西南的東南部和黔南的西南部的邊緣地區(qū)年平均氣溫可達23℃以上;A1B 排放情景下增溫幅度次之;B1 排放情景下增溫幅度最小。

為進一步了解21世紀貴州省氣溫變化的空間分布，給出了21世紀不同階段貴州省年平均氣溫變化的分布圖，基準期是1981—1999年(圖5)。考慮到選擇了1981—1999年為基準期，因此首先應該了解基準期貴州省實況觀測的年平均氣溫分布狀況。因為是基于貴州省19個站開展的情景預估工作，因此基準期的結果也相應地建立在19個站的基礎上，如圖4a 所示?；?9個站的基準期年平均氣溫分布圖顯示，溫度高值區(qū)集中在3個部分:第1 部分是黔西南的東南部和黔南西南部、第2 部分是黔東南的東南部、第3 部分是銅仁，年平均氣溫介于16℃與21℃間。溫度低值區(qū)主要位于畢節(jié)的中西部地區(qū)，年平均氣溫在14℃以下。其余廣泛地區(qū)年平均氣溫以14～16℃為主。但是鑒于19個站站數較少，為考察其是否能代表性地描述貴州省的氣候狀況，該文還給出了基準期(1981—1999年)貴州省84個站實況觀測的年平均氣溫分布圖(圖4b)。圖4 中，基準期年平均氣溫與19個站的結果的主要差異來源于個別站點的影響:遵義西北部赤水站的局部高溫區(qū)和銅仁東南部萬山站的局部低溫區(qū)。另外與84個站的結果相比，19個站對于貴州中部地區(qū)的低溫估計也不夠。但是總體來講，基于19個站的年平均氣溫分布形態(tài)大致把握了貴州省基準期年平均氣溫的分布形態(tài)。

相對于基準期(1981—1999年)，21世紀不同階段貴州省年平均氣溫變化的結果(圖5)表明，21世紀前期(2011—2040年)、中期(2041—2070年)、后期(2071—2099年)在SRES A2、A1B、B1 情景下貴州省各區(qū)域均是偏暖的，但是因為階段不同、情景不同，偏暖程度不盡相同。其中2011—2040年，3種排放情景下貴州省年平均氣溫偏暖在1℃以下，且貴州省的北部地區(qū)偏暖程度略大。2041—2070年，A2、A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均氣溫分別比基準期偏暖1.6～2℃、1.8～2.4℃和1.2～1.8℃，且均表現(xiàn)為貴州省東北部偏暖幅度大、西南部偏暖幅度小的態(tài)勢。2071—2099年，偏暖態(tài)勢亦是東北部多、西南部少，具體表現(xiàn)為A2、A1B 和B1 3 種排放情景下分別比基準期偏暖3℃以上、2.6～3.2℃和1.8～2.2℃。3 種排放情景中，B1 排放情景下21世紀的前、中、后期3個階段的偏暖幅度都是最小的，而A1B 排放情景下21世紀前、中期偏暖幅度最大，到了21世紀后期，A2 排放情景下的偏暖幅度最大。因此，2011—2099年，從增溫幅度的角度來看，A2 排放情景下最大，A1B 情景次之，B1情景最小。

圖3 集合模式預估21世紀A2、A1B 和B1 3 種排放情景下不同階段貴州省年平均氣溫的分布圖(單位:℃)

就季節(jié)特征而言，3 種情景下21世紀貴州省春、夏、秋、冬四季平均氣溫較基準期均是偏暖的，且偏暖態(tài)勢基本以東北幅度大、西南幅度小為主。其中貴州省冬季各階段氣溫相對于基準期氣溫的偏暖幅度都大于其他季節(jié)。(圖略)

3 基于19個站的未來情景下貴州省降水變化預估

圖5 21世紀不同階段貴州省年平均氣溫變化的分布圖(相對于基準期(1981—1999年))(單位:℃)

圖6 1961—2010年貴州省實況觀測的年平均降水變化曲線以及2011—2099年A2，A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均降水預估變化曲線(單位:mm)

相對于氣溫的變化，降水的變化較為復雜。圖6 給出了1961—2010年貴州省實況觀測的年平均降水變化曲線以及2011—2099年3 種排放情景下貴州省年平均降水預估變化曲線。如圖所示，1961—2010年貴州省實況觀測的年平均降水年際振蕩劇烈，年平均降水量主要集中在1 000～1 300 mm 的區(qū)間內，年平均降水量最多的年份不超過1 400 mm，年平均降水量最少的年份不低于900 mm。20世紀80年代中期至90年代初是年平均降水偏少的時段，到了90年代后期，年平均降水量有小幅度的增加趨勢。但自本世紀以來又開始出現(xiàn)了減少趨勢，且后期年際振蕩加大。而2011—2099年A2、A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均降水預估變化曲線顯示，3 種排放情景下貴州省的年平均降水均呈增多趨勢。且到了21世紀末期，總體看來，A2 情景下降水增加最明顯，A1B 情景次之，B1 情景增加幅度最小，且3 種情景下年平均降水都集中在1 200 mm 及其以上。2011—2030年貴州省在A2 和A1B 排放情景下年平均降水有較小幅度的減少，到了2030—2080年有緩慢增加的趨勢，2080年以后有較大幅度的增加趨勢。而B1 情景下年平均降水在2011—2055年無明顯變化趨勢，2055—2085年有緩慢增加趨勢，2085年以后增加幅度變大。

從集合模式預估21世紀3 種排放情景下不同階段貴州省年平均降水的結果(圖7)來看:降水大值區(qū)位于省之西南部、黔南的東南部以及銅仁的東部，降水小值區(qū)位于畢節(jié)，其余地區(qū)屬于過渡區(qū)。2011—2099年降水大值區(qū)降水量在1 400 mm 以上和1 300～1 400 mm 區(qū)間的區(qū)域范圍逐漸擴大?？梢钥闯?，越到21世紀后期，降水增多的幅度越大。且A2 排放情景下，降水增幅最大，到了21世紀后期(2071—2099年)，省之西南部年平均降水都在1 400 mm 以上;A1B 排放情景下降水增加幅度次之;B1 排放情景下降水增加幅度最小。而2041—2070年，A1B 情景下降水大值區(qū)降水的增加幅度比同期A2 和B1 兩種情景下降水的增幅略大。

同樣地，為了解基準期1981—1999年貴州省實況觀測的年平均降水分布狀況，該文還給出了基于貴州省19個站的年平均降水分布圖，如圖8a 所示。

圖7 集合模式預估21世紀3 種排放情景下不同階段貴州省年平均降水的分布圖(單位:mm)

基于19個站的基準期年平均降水分布圖顯示，降水大值區(qū)集中在3個部分:省之西南部，年平均降水為1 200～1 400 mm，其中西南邊緣小部分地區(qū)年平均降水在1 400 mm 以上，黔南的東南部以及銅仁的東部，年平均降水介于1 200 mm 與1 300 mm 間。降水小值區(qū)主要位于畢節(jié)，年平均降水在1 000 mm以下。其余廣大地區(qū)年平均降水以1 000～1 200 mm 為主。同樣，鑒于19個站站數較少，為考察其是否能代表基準期貴州省的降水氣候態(tài)，該文給出了基準期(1981—1999年)貴州省84個站實況觀測的年平均降水分布圖(圖8b)。與84個站的結果相比，19個站對于貴州西南和東南邊緣地區(qū)的降水大值區(qū)范圍估計不夠。但是總體來講，基于19個站的年平均降水分布形態(tài)大致把握了貴州省基準期年平均降水的分布形態(tài)。另外，對比基準期貴州省實況觀測的平均氣溫(圖4)和降水(圖8)的分布情況來看，貴州南部地區(qū)和銅仁東部地區(qū)高溫對應了高濕，畢節(jié)中西部地區(qū)低溫對應了低濕，一定程度上體現(xiàn)了貴州部分地區(qū)高溫高濕，低溫低濕的對應特征。

圖8 基準期(1981—1999年)貴州省19 站(a)、84 站(b)實況觀測的年平均降水分布圖(單位:mm)

相對于基準期(1981—1999年)，21世紀不同階段貴州省年平均降水變化的結果(圖9)表明，21世紀前期(2011—2040年)在SRES A2 和A1B 情景下相對于基準期以降水偏少為主，偏少幅度在2%以內，在B1 情景下相對于基準期貴州西北部降水偏少東南部降水偏多，變化幅度基本在1%以內。21世紀中期(2041—2070年)和后期(2071—2099年)在3 種排放情景下貴州省各區(qū)域降水相對于基準期均是偏多的。其中2041—2070年，3 種排放情景下貴州省年平均降水分別偏多0%～3%，2%～5%和1%～3%，且偏多態(tài)勢分布在3 種情景下均不一致。2071—2099年，降水偏多的態(tài)勢為南多北少，具體表現(xiàn)為A2、A1B 和B1 3 種排放情景下分別偏多4%以上，3%以上和2%～5%。另外，2011—2099年，從增濕幅度的角度來看，A2 排放情景下最大，A1B 情景次之，B1 情景最小。

圖9 21世紀不同階段貴州省年平均降水距平百分率的分布圖(相對于基準期(1981—1999年))(單位:%)

季節(jié)特征方面，3 種情景下貴州省春、夏、秋季平均降水較基準期，21世紀前期存在偏少特征，自21世紀中期開始，均以偏多特征為主。冬季平均降水較基準期呈現(xiàn)偏少特征為主。值得注意的是21世紀3 種排放情景下貴州冬季平均降水較基準期冬季始終偏少的區(qū)域位于畢節(jié)、貴陽以及安順三市交界地區(qū)，尤以A2 排放情景下偏少一成的特征最為顯著。

4 小結

①氣溫。相對于基準期(1981—1999年)，21世紀前期(2011—2040年)、中期(2041—2070年)、后期(2071—2099年)在SRES A2(高排放)、A1B(中排放)、B1(低排放)情景下貴州省各區(qū)域年平均氣溫相對于基準期均是偏暖的，但是因為階段不同、情景不同，偏暖程度不盡相同。其中2011—2040年，3 種排放情景下貴州省年平均氣溫偏暖在1℃以下，且貴州省的北部地區(qū)偏暖程度略大。2041—2070年，A2、A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均氣溫分別比基準期偏暖1.6～2℃、1.8～2.4℃和1.2～1.8℃，且均表現(xiàn)為貴州省東北部偏暖幅度大、西南部偏暖幅度小的態(tài)勢。2071—2099年，偏暖態(tài)勢亦是東北部多、西南部少，具體表現(xiàn)為A2、A1B 和B1 3 種排放情景下分別比基準期偏暖3℃以上、2.6～3.2℃和1.8～2.2℃。

②降水。相對于基準期，21世紀前期在SRES A2 和A1B 情景下貴州省年平均降水以降水偏少為主，偏少幅度在2%以內，在B1 情景下相對于基準期貴州西北部降水偏少東南部降水偏多，變化幅度基本在1%以內。21世紀中期和后期在3 種排放情景下貴州省各區(qū)域降水相對于基準期均是偏多的。其中2041—2070年，A2、A1B 和B1 3 種排放情景下貴州省年平均降水分別偏多0%～3%，2%～5%和1%～3%，且偏多態(tài)勢分布在3 種情景下均不一致。2071—2099年，降水偏多的態(tài)勢為南多北少，具體表現(xiàn)為A2、A1B 和B1 3 種排放情景下分別偏多4%以上，3%以上和2%～5%。

另外，2011—2099年，從增溫增濕幅度的角度來看，基本為A2 排放情景下最大，A1B 情景次之，B1 情景最小。

［1］張嬌艷，白慧，吳戰(zhàn)平，等. 不同排放情景下貴州21世紀氣候變化預估［J］. 貴州氣象，2011，35(6):1－5.