江西省歷史氣象分析及未來(lái)氣候變化預(yù)測(cè)

魯向暉, 白 樺, 呂 婭, 趙本嘉

(1.南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)工程學(xué)院, 南昌 330099; 2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350108)

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江西省歷史氣象分析及未來(lái)氣候變化預(yù)測(cè)

魯向暉1, 白 樺1, 呂 婭1, 趙本嘉2

(1.南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)工程學(xué)院, 南昌 330099; 2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350108)

在全球氣溫變暖的大背景下，基于江西省15個(gè)國(guó)家氣象站點(diǎn)1961—2012年氣象觀測(cè)資料和政府間氣候變化委員會(huì)(IPCC)《第四次評(píng)估報(bào)告》提供的全球氣候模式(GCM)資料，采用線性回歸等氣候?qū)W統(tǒng)計(jì)方法，分析了江西省歷史氣象特征，并對(duì)未來(lái)氣候變化進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，1961—2012年全省、贛南、贛中、贛北降雨量上升趨勢(shì)不顯著，由南往北降雨量增加；1961—2012年多年年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫增溫速率分別為0.16，0.12，0.22℃/10 a，區(qū)域間增溫速率由南往北遞增；預(yù)測(cè)江西省未來(lái)2020—2079年期間，在A2，B1排放情景下年均降雨量比歷史基準(zhǔn)期減少率分別為18.87%，10.13%；A2，B1排放情景下2020—2079年多年年均氣溫增溫速率分別為0.41，0.22℃/10 a。

氣象; 分析; 預(yù)測(cè); 江西省

在全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，氣候變暖已成為人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)?？茖W(xué)觀測(cè)表明，近百年來(lái)(1906—2005年)，全球平均地面氣溫已升高0.74℃±0.18℃。政府間氣候變化委員會(huì)(IPCC)《第四次評(píng)估報(bào)告》明確指出人類(lèi)活動(dòng)很可能是導(dǎo)致氣候變暖的主要原因[1-4]。近十幾年來(lái)，由于氣候趨暖引起的極端氣候出現(xiàn)頻率增高，如干旱、冰凍及洪澇等災(zāi)害均呈現(xiàn)出頻發(fā)性及持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。在中國(guó)，干旱災(zāi)害是居于首位的氣象災(zāi)害，近年來(lái)干旱災(zāi)害持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)、發(fā)生頻率增加、影響地域擴(kuò)大且經(jīng)濟(jì)損失加重[5]。2000年的多省干旱，2003年江南、華南和西南部分地區(qū)伏秋連旱，2006年重慶百年大旱，2010年春西南大旱，2012年春云南大旱，這些旱災(zāi)的發(fā)生對(duì)國(guó)家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展均產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖對(duì)江西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展可能帶來(lái)的危害，本文在系統(tǒng)分析江西省歷史降雨、氣溫變化特征的基礎(chǔ)上，對(duì)江西省在未來(lái)降雨、氣溫變化進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，旨在為江西省決策管理及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門(mén)在全球氣候變暖大背景下應(yīng)對(duì)氣候變化、趨利避害及制定相應(yīng)的適應(yīng)氣候變化對(duì)策提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

江西省位于長(zhǎng)江中下游南岸，113.6°—118.5°E，24.5°—30.1°N，東接福建、浙江，西毗湖南，南鄰廣東，北連安徽、湖北。該省地形東、南、西三面環(huán)山，形成一個(gè)以鄱陽(yáng)湖為中心的大盆地。全省大致可分為邊緣山地、中南部丘陵和北部鄱陽(yáng)湖平原三種類(lèi)型[6]。該省地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，日照充足，雨量豐沛，氣候溫和，屬于溫暖帶多雨氣候。氣溫自北向南遞增，平原高于山區(qū)，冬冷、春寒、夏熱、秋干。因其雨、熱資源豐富，因此，也是我國(guó)主要的糧食產(chǎn)區(qū)。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

江西省歷史氣象資料來(lái)源于中國(guó)氣象共享服務(wù)網(wǎng)。本文從中提取時(shí)間序列長(zhǎng)度一致、數(shù)據(jù)資料完整、可靠、無(wú)缺測(cè)、分布較均勻的15個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)(贛南地區(qū)：尋烏、贛縣；贛中地區(qū)：遂川、廣昌、吉安縣、南城；贛北地區(qū)：宜春、樟樹(shù)、貴溪、南昌、玉山、鄱陽(yáng)、修水、景德鎮(zhèn)、廬山)[7]的1961—2012年氣象資料。江西省未來(lái)氣象預(yù)測(cè)資料來(lái)源于國(guó)家氣象中心。從IPCCAR4多模式REA加權(quán)平均數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)分辨率1°×1°)中篩選出覆蓋整個(gè)江西省區(qū)域的2020—2079年月均降雨量與月均氣溫，共22個(gè)氣象格點(diǎn)。

1.3分析方法

歷史氣象分析主要采用泰森多邊形法，線性回歸分析，F(xiàn)檢驗(yàn)法，累積距平法。降雨、氣溫年際變化趨勢(shì)采用線性回歸分析，趨勢(shì)性檢驗(yàn)采用F檢驗(yàn)法。采用累積距平法分析降雨、氣溫的演變趨勢(shì)及階段性特征。

江西省未來(lái)氣候預(yù)測(cè)數(shù)值主要采用了算術(shù)平均法，線性回歸分析，F(xiàn)檢驗(yàn)法，T檢驗(yàn)法。由于未來(lái)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為格點(diǎn)數(shù)據(jù)，分布均勻，降雨量與氣溫均值采用算術(shù)平均法計(jì)算。降雨、氣溫年際變化趨勢(shì)采用線性回歸分析，趨勢(shì)性檢驗(yàn)采用F檢驗(yàn)法。

2　結(jié)果與分析

2.1江西省歷史氣象分析

2.1.1降雨量變化特征

(1) 時(shí)間變化特征分析。1961—2012年，江西省多年平均降雨量為1 648 mm，最小值為1 111 mm(1963年)，最大值為2 074 mm(2012年)。線性回歸及F檢驗(yàn)江西省1961—2012年年間降雨量有上升趨勢(shì)，但趨勢(shì)不顯著(圖1)。累積距平分析顯示，1961—1968年年處于枯水期，1969—1991年處于平水期，出現(xiàn)三次先豐后枯的波動(dòng)變化，1991年累積距平達(dá)到最小值(-1 283 mm)，1992—2002年處于豐水期，2002年累積距平達(dá)到峰值(675.9 mm)，2003—2012年處于平水期，出現(xiàn)三次先枯后豐的波動(dòng)變化，其中2010年與2012年為豐水年(圖2)。

圖1江西省1961-2012年降雨量年際變化

通過(guò)汛期(4—9月份)及非汛期(10—3月份)[8]兩個(gè)時(shí)段分析江西省降雨量的年內(nèi)分配，1961—2012年汛期降雨量多年平均值為1 110 mm，最大值出現(xiàn)在1999年(1 545 mm)，最小值出現(xiàn)在1991年(754 mm)；非汛期降雨量多年平均值為538 mm，最大值出現(xiàn)在2012年(829 mm)，最小值出現(xiàn)在1971年(320 mm)。汛期降雨量占到了全年降雨量的67.4%(圖3)。

采用線性回歸法分析江西省1961—2012年季節(jié)、汛期及非汛期降雨量年際變化趨勢(shì)，分析表明：春季、秋季、冬季、汛期、非汛期降雨呈上升趨勢(shì)，夏季降雨量呈下降趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)均不顯著(表1)。

(2) 空間變化特征分析。1961—2012年，贛南、贛中、贛北地區(qū)多年平均降雨量及變動(dòng)區(qū)間分別為1 525，1 603，1 722 mm及1 008 mm(1991年)至2 335 mm(1961年)，989 mm(1963年)至2 276 mm(2002年)、1 196 mm(1963年)至2 327 mm(1998年)，見(jiàn)圖4。分析表明：江西省多年平均降雨量由南往北遞增，贛南多年平均降雨量比贛中少78 mm、比贛北少197 mm，贛中多年平均降雨量比贛北少119 mm。降雨量均值、最大值、最小值均由南向北遞增。

2.1.2氣溫變化特征

(1) 時(shí)間變化特征分析。江西省1961—2012年多年年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫分別為17.7，22.4，14.2℃，變化區(qū)間分別為16.8℃(1984年)至18.7℃(2007年)、21.2℃(2000年)至23.7℃(2004年)、13.4℃(1971年)至15.3℃(1998年)。從圖5可以看出，江西省年平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫均有上升趨勢(shì)，且通過(guò)F檢驗(yàn)99%置信度水平，上升趨勢(shì)極顯著。1961—2012年，氣溫增溫速率由大到小分別為年平均最低氣溫(0.22℃/10 a)、年平均氣溫(0.16℃/10 a)、年平均最高氣溫(0.12℃/10 a)，年平均最低氣溫的顯著升高對(duì)江西省氣溫的升高貢獻(xiàn)最大。江西省1961—2012年氣溫變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)[9]中全國(guó)地面氣溫變化趨勢(shì)一致，且江西省年平均氣溫增溫速率小于全國(guó)的增溫速率(0.25℃/10 a)。

圖2江西省1961-2012年年降雨量累積距平圖3江西省汛期與非汛期降雨量年際變化

表1　江西省1961-2012年降雨量年內(nèi)分配特征

注：F檢驗(yàn)設(shè)置信度為95%，F(xiàn)臨界檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值為4.03，江西省多年年均降雨量為1 648 mm。

圖4贛南、贛中、贛北1961-2012年降雨量年際變化

江西省1961—2012年年氣溫變化累積距平分析如圖6所示。1961—1997年，年平均氣溫、最低氣溫與最高氣溫均稱現(xiàn)出波動(dòng)降低的明顯趨勢(shì)，最低點(diǎn)分別出現(xiàn)在1997年(-7.75℃)、1993年(-8.87℃)與1997年(-8.01℃)；1998—2012年期間，平均氣溫和年平均最低氣溫均呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，且累積距平值上升的速率基本相同。

(2) 空間變化特征分析。贛南、贛中、贛北年平均氣溫變化趨勢(shì)與全省變化趨勢(shì)一致，三區(qū)域多年平均氣溫分別為19.3，18.4，17.0℃，變化區(qū)間分別為18.4℃(1984年)至20.2℃(1998年)，17.4℃(1984年)至19.5℃(1998年)，16.1℃(1984年)至18.2℃(2007年)；三區(qū)域最小值出現(xiàn)年份(1984年)與全省(1984年)一致，贛北最大值出現(xiàn)年份(2007年)與全省(2007年)一致。贛南、贛中平均氣溫高于全省平均值(圖7)。

圖5江西省1961-2012年年氣溫年際變化圖6江西省1961-2012年年氣溫累積距平

采用線性回歸分析及F檢驗(yàn)，贛南、贛中、贛北52 a年平均氣溫年際變化的上升趨勢(shì)極顯著。贛南、贛中、贛北平均氣溫增溫速率分別為0.08，0.14，0.19℃/10 a，均小于全國(guó)1965—2005年的增溫速率0.25℃/10 a[9]。三區(qū)域增溫速率由南往北遞增，江西省平均氣溫升高受贛北地區(qū)影響較大。

圖7　江西省1961-2012年平均氣溫年際變化

采用累積距平法分析三個(gè)區(qū)域的氣溫變化趨勢(shì)(圖8)。年平均氣溫累積距平曲線均為先上升后降低最后上升。1961—1966年略有上升趨勢(shì)，1967—1997年呈波動(dòng)下降，1998—2009年波動(dòng)上升，其中贛北上升的速度最快(圖8a)；年平均最高氣溫累積距平曲線均為先上升后下降最后上升，1961—1968年波動(dòng)上升，1969—1997年波動(dòng)下降，1998—2012年波動(dòng)上升，其中贛中和贛北的上升速度基本相同(圖8b)；年平均最低氣溫累積距平曲線均為先下降后上升，1961—1997年波動(dòng)下降，1998—2012年波動(dòng)上升，其中贛北上升的速度最快(圖8c)。

圖8　江西省1961-2012年年氣溫累積距平

2.2江西省未來(lái)氣候變化預(yù)測(cè)

2.2.1排放情景與氣候變化預(yù)測(cè)模式的選取IPCC于2000年根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)、環(huán)境條件、技術(shù)進(jìn)步等因子提出了SRES排放情景的四種框架A1，A2，B1，B2。根據(jù)江西省人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度及環(huán)境現(xiàn)狀預(yù)估未來(lái)發(fā)展?fàn)顩r，B1情景與江西省未來(lái)發(fā)展相似，B1排放情景是一個(gè)發(fā)展均衡的世界。以服務(wù)和信息經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主，引入清潔節(jié)能技術(shù)，人口在2050年達(dá)峰值后逐漸減少。A2排放情景是一個(gè)發(fā)展十分復(fù)雜、不均衡的世界，以區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主，自給自足，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢，人口出生率在地區(qū)間很不協(xié)調(diào)[3]。A2情景可作為一種極端發(fā)展模式作為對(duì)照進(jìn)行對(duì)比研究。因此，本文選取A2，B1兩種SRES排放情景下未來(lái)氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究。

IPCC《第四次評(píng)估報(bào)告》中包括了23個(gè)全球氣候系統(tǒng)模式(GCM)，如中國(guó)的BCC-CM1，IAP-FGOALS1.0，挪威的BCC-RBCM2-0，加拿大的CCCMA-3，德國(guó)的MPI-ECHAM5等，且大部分模式均考慮了氣溶膠的影響，包含了大氣、海洋、海冰和陸面模式。本文采用IPCCAR4多模式REA加權(quán)平均數(shù)據(jù)，多模式加權(quán)平均法是一種以模式對(duì)當(dāng)前氣候模擬的優(yōu)劣將有可能影響未來(lái)氣候變化預(yù)估結(jié)果為假設(shè)前提，并綜合多模式模擬來(lái)減少模式結(jié)果不確定性的方法[10]。

2.2.2江西省歷史氣象變化預(yù)測(cè)

(1) 降雨量預(yù)測(cè)。A2，B1排放情景下2020—2079年年降雨預(yù)測(cè)結(jié)果如圖9所示，A2多年平均降雨量為1 377 mm，變化區(qū)間為1 269～1 517 mm，B1多年平均降雨量為1 481 mm，變化區(qū)間為1 347～1 611 mm。線性回歸分析顯示，2020—2079年未來(lái)降雨有上升趨勢(shì)，F(xiàn)檢驗(yàn)江西省未來(lái)降水量在A2排放情景下上升趨勢(shì)極顯著，B1排放情景下上升趨勢(shì)顯著；采用T檢驗(yàn)后認(rèn)為A2，B1兩種排放情景下的降雨量變化差異顯著。

圖9　江西省未來(lái)2020-2079年均降雨量變化預(yù)測(cè)

與歷史基準(zhǔn)期(1961—2012年)進(jìn)行對(duì)比，江西省未來(lái)2020—2079年在A2，B1排放情景下多年平均降雨量比歷史基準(zhǔn)期降雨量分別減少了18.87%，10.13%，汛期多年平均降雨量分別減少了14.32%，6.67%，非汛期多年平均降雨量分別減少了20.82%，17.10%。未來(lái)年均降雨量總體上比歷史基準(zhǔn)期年均降雨量少，非汛期降雨量的減少率高于汛期，A2排放情景的減少率高于B1排放情景(表2)。

(2) 氣溫預(yù)測(cè)。A2，B1排放情景下2020—2079年年平均氣溫變化曲線如圖10所示，A2，B1排放情景下平均氣溫分別為18.2，18.1℃，變化區(qū)間分別為17.0～19.5℃、17.4～18.9℃。線性回歸分析顯示出上升趨勢(shì)；F檢驗(yàn)結(jié)果顯示江西省A景2，B景1排放情景下年均氣溫上升趨勢(shì)極顯著，且A2的上升趨勢(shì)大于B1。T檢驗(yàn)結(jié)果顯示A2，B1排放情景下年均氣溫差異不顯著。

表2　江西省未來(lái)2020-2079年多年平均降雨量預(yù)測(cè)值分析表

注：歷史基準(zhǔn)期多年平均降雨量為1 648 mm，汛期降雨量為1 110 mm，非汛期降雨量為538 mm。

圖10　江西省2020-2079年均氣溫變化預(yù)測(cè)

A2，B1排放情景相對(duì)于歷史基準(zhǔn)期溫度分別增加了0.53℃、0.43℃，增溫率分別為0.41，0.22℃/10 a，均高于歷史基準(zhǔn)期0.16℃/10 a的增溫率，A2排放情景增溫率高于全國(guó)1965—2005年的增溫率0.25℃/10 a[9]，B1排放情景低于全國(guó)1965—2005年的增溫率。分析認(rèn)為江西省未來(lái)2020—2079年氣溫的升高速率將增大。

3　結(jié) 論

(1) 江西省歷史多年年平均降雨量為1 648 mm，變化區(qū)間為1 111～2 074 mm，近52 a年降水量上升趨勢(shì)不顯著；1961—1968年年處于枯水期，1969—1991年處于平水期，1992—2002年處于豐水期，2003—2012年處于平水期；汛期及非汛期的多年年均降雨量分別為1 110，538 mm，分別占江西省多年平均降雨量的67.4%，32.6%。贛南、贛中、贛北多年平均降雨量分別為1 525，1 603，1 722 mm，降雨量均值、最大值、最小值均由南向北遞增。

(2) 江西省1961—2012年年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均呈現(xiàn)出極其顯著的上升趨勢(shì)，增溫速率分別為0.16，0.12，0.22℃/10 a，平均最低氣溫上升速率最快，最慢為平均最高氣溫。贛南、贛中、贛北年平均氣溫變化趨勢(shì)與江西省整體變化趨勢(shì)一致，上升趨勢(shì)極顯著，增溫速率分別為0.08，0.14，0.19℃/10 a，江西省氣溫升高受贛北地區(qū)增溫率影響較大。

(3) 未來(lái)2020—2079年，江西省在A2，B1排放情景下年均降雨量分別為1 377，1 481 mm，比歷史基準(zhǔn)期(1961—2012年)年均降雨量少(減少率分別為-18.87%，-10.13%)；非汛期降雨量的減少率(-14.32%，-6.67%)低于汛期降雨量的減少率(-20.82%，-17.10%)；A2情景年均降水量上升趨勢(shì)極其顯著，B1情景上升趨勢(shì)顯著。

(4) 未來(lái)2020—2079年，江西省在A2，B1排放情景下多年年均氣溫增溫速率分別為0.41，0.22℃/10 a；兩種排放情景年均氣溫時(shí)間序列的上升趨勢(shì)極其顯著；A2，B1多年月均氣溫與歷史基準(zhǔn)期(1961—2012年)相比，1—6月、9—12月月均氣溫均高于歷史基準(zhǔn)期，7—8月均低于歷史基準(zhǔn)期。江西省未來(lái)2020—2079年氣溫的升高速率將增大。

致謝：本研究所使用的全球氣候模式氣候變化預(yù)估數(shù)據(jù)，由國(guó)家氣候中心研究人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的整理、分析和惠許使用。原始數(shù)據(jù)由各模式組提供，由WGCM(JSC/CLⅣAR Working Group on Coupled Modeling)組織PCMDI(Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparion)搜集歸類(lèi)。多模式數(shù)據(jù)集的維護(hù)由美國(guó)能源部科學(xué)辦公室提供資助。感謝國(guó)家氣候中心提供的區(qū)域氣候變化模擬結(jié)果。

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Analysis on Historical Weather and Prediction of Future Climate Change in Jiangxi Province

LU Xianghui1, BAI Hua1, LV Ya1, ZHAO Benjia2

(1.College of Water and Ecology Engineering, Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330099, China;2.CollegeofGeographicalSciences,FujianNormalUniversity,Fuzhou,Fujian250108,China)

In the background of the global warming, we analyzed the historical meteorological characteristics and predicted future climate change in Jiangxi Province based on the data from 15 meteorological stations and the global climate model (GCM) data provided by the fourth assessment report of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Some climatology statistical methods such as linear regression were used in this paper. The results showed that from 1961 to 2012, that upward trend in rainfall was not obvious in Jiangxi Province including the south part, the middle part and the north part, and the rainfall increased gradually from south to north, it was also found out that, from 1961 to 2012, the annual average temperature, highest temperature, lowest temperature warming rate were 0.16, 0.12 and 0.22℃/10 a, the regional warming rate increased progressively from south to north. As predicted, in the future from 2020 to 2079, under the condition of A2, B1emissions scenario, the decrement rates of annual average rainfall in Jiangxi Province will be 18.87% and 10.13%, respectively, compared to the historical reference period. From 2020 to 2079, under the condition of A2, B1emissions scenario, the annual average temperature warming rate for many years in Jiangxi Province will be 0.41 and 0.22℃/10 a, respectively.

meteorology; analyze; prediction; Jiangxi Province

2014-12-24

2015-01-26

江西省自然科學(xué)資助項(xiàng)目(20132BAB203032);江西省科技計(jì)劃項(xiàng)目(20123BBG70198);江西省水利廳科技重大項(xiàng)目(KT201213);江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(JXSB201201,JXSB201202)

魯向暉(1976—),男,陜西臨潼人,博士,講師,主要從事水土保持與荒漠化防治研究。E-mail：luxiangh@126.com

P339

A

1005-3409(2015)04-0293-05