金衢盆地與祁連山南麓近56年氣候特征對比分析

毛智軍　柳　苗

(1.龍游縣氣象局,浙江 衢州 324400；2.浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017)

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金衢盆地與祁連山南麓近56年氣候特征對比分析

毛智軍1柳苗2

(1.龍游縣氣象局,浙江 衢州 324400；2.浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017)

摘要：本文利用線性傾向估計、M-K檢驗、Morlet小波等方法，對金衢盆地和祁連山區(qū)南麓4個觀測站1957—2012年的氣溫和降水資料進行對比分析。結果表明，金衢盆地和祁連山南麓的年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫都呈顯著上升趨勢，年平均最低氣溫上升幅度大于年平均最高氣溫升幅，但祁連山南麓的氣溫變化更明顯、更敏感，特別是在夏季和冬季。金衢盆地在1996年存在氣溫突變，祁連山南麓的氣溫響應全球變化早，在四季變化中，春季、秋季、冬季氣溫呈顯著上升趨勢，但祁連山南麓在秋、冬季上升明顯。金衢盆地降水雨日存在17 a、7 a、3 a左右的周期變化，祁連山南麓年降水量呈較明顯的上升趨勢，雨日存在19 a、5 a左右的周期變化。

關鍵詞：金衢盆地；祁連山南麓；氣候特征；對比分析

0引言

IPCC第五次氣候變化評估報告指出，人類活動極有可能是20世紀中期以來全球氣候變暖的主要原因，可能性在95%以上，而過去的130 a全球升溫0.85℃；2003—2012年平均溫度比1850—1900年平均溫度上升了0.78℃；據預測，在全球范圍內，未來強降雨的強度和密度都將會上升[1]。左洪超等對中國近50 a(1951—2000年)氣溫及降水量的變化分析表明，全國平均氣溫從70年代開始增溫，增溫幅度高于全球平均增溫水平；但在各個地區(qū)，由于受人類影響及自然環(huán)境的不同，其氣候變化的情況有較大不同[2]。雷媛等一些學者研究指出，近50 a浙江的年平均氣溫都是正趨勢，年降水量的變化仍處自然振動的變化范圍之內；浙江省在 1951—1985 年為氣溫下降階段，在 80 年代中期以后氣溫開始上升變暖，近40 a來年際氣溫主要經歷了降溫、升溫、再降溫、再升溫幾個階段，雨日的平均降水量呈上升的趨勢，降水強度增大，降水強度增大可能導致嚴重的洪澇及暴雨災害[3-6]。施雅風等人提出,我國西北地區(qū)的氣候由暖干向暖濕轉型,祁連山及其北側的中西段地區(qū)是氣候轉型顯著的區(qū)域之一[7-8]。氣候變化已經對祁連山地區(qū)的水資源、農林牧業(yè)、生態(tài)環(huán)境等產生了重要影響，并由此各種災害性天氣發(fā)生的頻率增加，據統(tǒng)計近年來各種自然災害引發(fā)的農業(yè)成災面積、經濟損失越來越大，對農牧業(yè)生產和群眾的生命財產安全造成一定的潛在威脅[9-11]。

金衢盆地位于浙江省中西部，東西長約200 km，南北寬約20 km，盆地介于千里崗山脈、仙霞嶺山脈、金華山脈和大盤山脈之間，是省內最大的中生代陸相盆地，屬典型的亞熱帶季風氣候，同時受河谷盆地小氣候影響，四季分明，光照充足。祁連山南麓主要位于青海省東北部的祁連縣境內，為祁連山脈的中西部，黑河是境內最大的內陸河，東西長約280 km，南北寬約185 km，屬大陸性高原山區(qū)氣候，冬季較長，春秋季較短。兩個地區(qū)在人口密集程度、經濟狀況、自然條件均有較大差異，特別是人類活動影響方面有明顯區(qū)別，那它們的氣候變化會有什么不同差異呢？本文應用兩地基本氣象站資料,對近56 a來近地面氣溫、降水變化進行分析，旨在分析不同區(qū)域對氣候變化的響應，為積極應對氣候變化和防災減災提供科學依據。

1資料與方法

研究所用資料來源于浙江省信息網絡中心、青海省氣候中心，采用資料的時間序列為1957—2012年逐日氣溫和降水觀測資料，資料經過省、市、縣三級數據質量控制，全部資料通過一致性、合理性檢驗。衢州、金華兩個基本站(海拔高度分別為67.1 m和64.7 m)位于金衢盆地中部，觀測資料序列長、代表性好，采用其資料平均代表金衢盆地，托勒、祁連兩個基本站(海拔高度分別為3367 m和2787.4 m)位于祁連山脈中部，建站時間長，資料均一性、代表性好，其資料平均可代表祁連山南麓氣候狀況。

采用線性趨勢傾向估計、標準化距平、累積距平、相關分析、Mann-Kendall非參數檢驗法、Morlet小波分析法對兩區(qū)域的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年降水量、年雨日進行變化趨勢、突變檢驗、降水周期等氣候變化特征分析[12]，線性傾向率用α表示，用10×α表示每10 a的氣候傾向率，單位為℃/10a。氣溫趨勢系數的計算公式為：

(1)

(2)式中Ri為第i年的極值標準化降水，ri為第i年的年降水量，rmin為該分析時段內年降水極小值，rmax為該分析時段內年降水極大值。

2研究地區(qū)人類活動對比

金衢盆地與祁連山南麓由于地理環(huán)境、氣候特點、生產生活方式不同，在人類活動方面有明顯差異。金衢盆地屬我國長三角地區(qū)，人口密度大，經濟比較發(fā)達，在2012年，第二產業(yè)在國民生產總值中占比53%，全社會用電量3900671萬kW·h，工業(yè)用電量占比76%，工業(yè)二氧化硫排放量84299.8 t。祁連山南麓屬青藏高原北緣，地廣人稀，經濟欠發(fā)達，以農牧業(yè)生產為主，在2012年，第一產業(yè)在國民生產總值中占比23%，全社會用電量6628.5萬kW·h，只有同年金衢盆地用電量的1.7‰，工業(yè)二氧化硫排放量543 t，是同年金衢盆地二氧化硫排放量的6.4‰。據統(tǒng)計部門公布數據(表1)，兩地在人口總量、人口密度及人口增長量方面均有明顯差異，截止2012年，金衢盆地每平方公里人口數是祁連山南麓的104倍，年均每平方公里增長人數同比祁連山南麓為27倍，增長速度顯著快于祁連山南麓。以上對比分析，在一定程度上可以表明，金衢盆地人類活動比祁連山南麓更加頻繁，但由于缺乏足夠時長及多的統(tǒng)計數據，人類活動分析有待進一步深入研究。

表1　金衢盆地和祁連山南麓主要年份人口數

注：根據當地統(tǒng)計工作實際，當年人口數，金衢盆地從1978年開始，祁連山南麓從1982年開始。

3氣溫氣候變化特征分析

3.1年際變化

根據1957—2012年對金衢盆地和祁連山南麓兩者的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫的趨勢系數、氣候傾向率分析(表2)，兩地的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫呈顯著上升趨勢，升幅為0.15～0.33 ℃/10a(均通過0.01以上的顯著性檢驗)，這與全球氣候變暖趨勢一致。進一步分析發(fā)現，祁連山南麓的氣溫變暖趨勢更加顯著，年平均氣溫、年平均最低氣溫的上升幅度每10 a是金衢盆地2倍，說明祁連山南麓受氣候變化更加敏感，同時表明雖然金衢盆地人類活動更為頻繁，但祁連山南麓的氣溫對全球變暖的響應更為明顯、更敏感，特別是在夏季和冬季，這與賈文雄等研究結果[15]是一致的。兩地都是年平均最低氣溫上升幅度明顯大于年平均最高氣溫，表明最低氣溫對全球氣候變化更為敏感，金衢盆地和祁連山南麓56 a平均氣溫累計分別上升了0.8 ℃、1.7 ℃。

對兩地的逐年平均氣溫資料求其標準化距平序列并作圖，定義年平均氣溫標準化序列小于-1.0為偏冷年，大于1.0 為偏暖年[16]。按照這個標準，由圖1a可知，金衢盆地偏冷年有6 a，分別為1969、1970、1976、1980、1981、1984年，偏暖年有10 a，分別為1961、1994、1998、2002—2004、2006—2009年，偏冷年出現在20世紀80年代中期以前，偏暖年除了1961年外均出現在20世紀90年代中期之后。由圖1b可知，祁連山南麓偏冷年有8 a，分別為1957、1961、1962、1967、1970、1976、1977、1983年，偏暖年有11 a，分別為1998、1999、2001、2002、2004—2007、2009—2011年，偏冷年也出現在20世紀80年代初以前，偏暖年則出現在20世紀90年代末之后，比金衢盆地要略晚。受全球氣候變暖的影響，兩地90年代之后偏暖年出現的次數超過90年代之前。

表2　金衢盆地和祁連山南麓年、四季平均氣溫及年平均最高、最低溫度的趨勢系數、氣候傾向率

注：“▲”通過0.05顯著性檢驗；“*”通過0.01顯著性檢驗；“△”通過0.001顯著性檢驗。

利用Mann-Kendall方法對兩地的氣溫變化進行突變檢驗，由圖2分析表明，金衢盆地從20世紀60年代初至80年代中期氣溫呈下降趨勢，從90年代初氣溫呈明顯的增暖趨勢，2002年以后這種增暖趨勢大大超過顯著性水平0.05的臨界線，表明這種上升趨勢是十分顯著的。根據UF線和UB線在臨界線間的交點位置，確定90年代初以后的增暖是一種突變現象，具體是從1996年開始的。祁連山南麓從20世紀80年代中期氣溫一直呈上升趨勢，1990年以后增暖趨勢超過0.05顯著性水平，表明90年代后上升趨勢十分顯著，這與張存杰等研究[17]表明除祁連山東端外，祁連山其它地區(qū)氣溫變暖都是從80年代中期開始，特別是90年代后期增溫明顯的結果一致。這說明高海拔地區(qū)對全球變化的響應明顯早于低海拔地區(qū)，氣溫增暖出現了突變。

3.2季節(jié)變化

表2分析表明，金衢盆地春季、秋季、冬季氣溫均呈顯著上升趨勢，升幅在0.16～0.197 ℃/10a,春、冬季升幅略大于秋季，夏季氣溫變化趨勢不顯著。相應的，祁連山南麓四季氣溫均呈顯著上升趨勢，升幅在0.176～0.474 ℃/10a，尤其是秋、冬季上升更加明顯，每10 a上升幅度是金衢盆地的2倍多。金衢盆地近56 a春、秋、冬季分別上升了1.1、0.9、1.1 ℃，祁連山南麓近56 a春、夏、秋、冬季分別上升了1.0、1.5、1.8、2.7 ℃。這說明氣候變暖，兩地的暖冬出現概率增大，同時祁連山南麓四季氣溫的顯著升高，對于境內的冰川生命期將產生影響。

4降水氣候變化特征分析

4.1年代及年際變化

根據圖3a降水量累計距平曲線及年代際降水距平(圖略)分析，金衢盆地60年代降水量呈減少趨勢，90年代呈上升趨勢，70—80年代、2000年之后呈波動振蕩趨勢，60年代、21世紀前10 a降水偏少，70、80年代降水略偏少，90年代降水偏多，70年代比60年代、90年代比80年代降水都分別有明顯增加，2000年之后又比90年代有明顯減少；祁連山南麓60—70年代降水量呈減少趨勢，80年代略有上升，90年代變化不顯著，2000年之后又呈增加趨勢，60、70年代降水偏少，80年代、2000年之后又明顯偏多。從圖3b的線性趨勢傾向估計說明，金衢盆地年降水量未呈顯著上升趨勢(相關系數未通過0.05顯著性水平檢驗)，而祁連山南麓降水變化與年份的相關系數為0.333(通過0.05顯著性水平檢驗)，呈較明顯的上升趨勢，這也與賈文雄等研究相一致[15]，降水量年際變化率為0.898 mm/a，56 a間降水量增加了50.3 mm。

圖3　金衢盆地和祁連山南麓年降水量累計距平(a)、年際變化曲線(b)

4.2周期變化

金衢盆地的雨日在17 a、7 a、3 a左右的時間尺度上周期變化明顯 ( 圖4a) ，其中17 a左右的周期變化是第一主周期，7 a左右的周期變化是第二主周期( 圖4b) 。從17 a左右的周期來看，雨日大致經歷了“-、+”相位的2次循環(huán)，其中1968、1990年是從偏少向偏多變化的轉折點，1978、2002年是從偏多向偏少變化的轉折點。7 a左右的周期變化在1963—2012年較明顯，經歷了“-、+”相位的6次循環(huán)，其中1964、1973、1981、1989、1998、2009年是從偏少向偏多變化的轉折點，1969、1977、1985、1994、2003年是從偏多向偏少變化的轉折點。由于2010年金衢盆地降水天數即將或開始了正相位，從7 a左右的周期變化推測，2011年之后4 a左右降水天數偏多，從17 a左右的周期變化推測，2011年之后9 a左右降水天數偏多。

祁連山南麓的雨日在19 a、5 a左右的時間尺度上周期變化明顯 ( 圖4c) ，其中19 a左右的周期變化是第一主周期 ( 圖4d) 。從19 a左右的周期來看，雨日大致經歷了“+、-”相位的2次循環(huán)，其中1970、1993年是從偏多向偏少變化的轉折點，1981、2004年是從偏少向偏多變化的轉折點。5 a左右的周期變化在1972—1996年較明顯，經歷了“+、-”相位的5次循環(huán)，其中1974、1978、1984、1990、1995年是從偏多向偏少變化的轉折點，1976、1981、1987、1992年是從偏少向偏多變化的轉折點。由于2012年祁連山南麓降水天數仍處正相位，從19 a左右的周期變化推測，2010年之后10 a左右降水天數偏少。

圖4　金衢盆地(a，b)和祁連山南麓(c，d)雨日小波變換系數的實部及方差

5結語

通過以上對金衢盆地及祁連山南麓氣候變化的對比分析，可得出如下結論。

1)金衢盆地和祁連山南麓的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫都呈顯著上升趨勢，但祁連山南麓的氣溫變暖趨勢更加顯著，年平均氣溫、年平均最低氣溫的上升幅度每10 a是金衢盆地2倍，說明雖然金衢盆地人類活動更為頻繁，但祁連山南麓的氣溫對全球變暖的響應更為明顯、更敏感，特別是在夏季和冬季暖趨勢更加顯著。祁連山南麓所處的大陸性高原山地氣候呈快速增暖趨勢，將使該區(qū)冰川快速退縮和消亡[18]，這將對黑河流域的涇流量產生影響。

2)金衢盆地偏冷年出現在20世紀80年代中期以前，偏暖年主要出現在20世紀90年代中期之后。祁連山南麓偏冷年則出現在80年代初以前，比金衢盆地結束時間要早，偏暖年則出現在90年代末之后，比金衢盆地要略晚。金衢盆地從90年代初氣溫呈明顯增暖趨勢，這種增暖是一種突變現象，具體是從1996年開始的。祁連山南麓從80年代中期起氣溫一直呈上升趨勢，1990年以后增暖趨勢十分顯著，說明祁連山南麓的氣溫響應全球變化早，但人類活動相對少，其變化要較金衢盆地緩。

3)金衢盆地春季、冬季氣溫升幅略大于秋季，祁連山南麓四季氣溫均呈顯著上升趨勢，尤其是秋、冬季上升最為明顯，這與李棟梁等對祁連山氣候研究表明，祁連山區(qū)各季氣溫顯著升高，尤以冬季升溫最快相一致[19]，尤其使兩地出現暖冬的概率加大。

4)金衢盆地降水量年際變化呈正上升趨勢，但不顯著。金衢盆地降水量年際變化趨勢與施能等研究表明，近50 a(1951—1999年)年降水量呈不顯著正上升趨勢，年降水量仍處自然振動變化范圍之內相一致[5]。雖然金衢盆地人類活動比祁連山南麓明顯，可是金衢盆地年降水量未呈明顯上升趨勢，而祁連山南麓降水呈較明顯的上升趨勢，說明年降水量受人類活動影響不大，祁連山南麓的年降水量受全球變化影響有較大增加，從20世紀初開始，祁連山南麓的氣候有暖濕化趨勢，這對該地的內陸河涇流、山地植被、草地物候及生態(tài)系統(tǒng)將有何影響，需進一步探討。

5)金衢盆地雨日存在17 a、7 a、3 a左右的周期變化，其中17 a左右的周期變化是第一主周期，從17 a左右的周期變化推測，2011年之后9 a左右降水天數偏多。祁連山南麓雨日存在19 a、5 a左右的周期變化，從19 a左右的周期變化推測，2010年之后10 a左右降水天數偏少。

6)由于長時間序列站點限制，本文所用資料站點數較少，取相應站點資料的平均代表區(qū)域氣候特點，對研究金衢盆地與祁連山南麓的兩地氣候變化可能帶來誤差，隨著20世紀后期觀測站網密度的增加及資料序列的延長，兩地不同氣候對全球氣候變化的響應有待進一步深入研究。

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收稿日期：2015-07-01