魏康洪,陳曉平*,熊升念
(1.云南大學資源環(huán)境與地球科學學院,云南昆明650091;2.四川省開江中學,四川達州636250)
1999—2013年昆明市氣溫與降水量的變化趨勢
魏康洪1,陳曉平1*,熊升念2
(1.云南大學資源環(huán)境與地球科學學院,云南昆明650091;2.四川省開江中學,四川達州636250)
為了解昆明近期氣候變化和異常特征,為區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應對氣候變化和異常狀況提供理論依據(jù),利用昆明1999—2013年氣溫和降水資料,進行氣候均值、氣候傾向率、距平、線性趨勢和異常統(tǒng)計分析。結果表明:近15年昆明年均氣溫略呈上升趨勢,降水呈下降趨勢;氣溫增溫率為0.007℃/a,降水下降率為18.758mm/a;干季增溫弱于雨季,而雨季降水量下降幅度強于干季;冬春季呈氣溫偏高異常,且降水總量呈增加趨勢,夏秋季呈低溫異常,且降水總量呈下降趨勢。
氣候變化;氣溫;降水量;昆明;云南
近百年來,全球溫度平均升高0.74℃(0.6~0.8℃),是千年以來溫度升高最大的一個世紀[1],而中國地表年平均氣溫也顯著偏暖,升溫幅度為0.5~0.8℃[2-3]。高原氣候及其變化備受國內眾多學者的關注,云南地處低緯高原,受西南季風和東亞季風的共同影響,氣候類型復雜,且變化突出。在全球氣候變化的背景下,云南的氣溫變化幅度略大于全球,弱于北半球和全國變化[4]。昆明市位于102°43′E、25°02′N,地處云貴高原中部,地勢北高南低,多溶洞和溶巖地貌,地有石林壩子,屬北亞熱帶低緯高原山地季風氣候。目前,關于云南以及昆明市氣候變化前人已作了較多研究,且成果明顯。周國蓮等[5]采用經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)方法分析1961—2002年云南42年降水量的時空分布特征,張萬誠等[6]也采用EOF和小波變換分析研究了西南縱向嶺谷區(qū)近百年降水的時空分布特征,陶云等[7-10]對云南省的年季氣候變化、季節(jié)氣候干濕成因、氣溫和降水異常狀況等進行了研究;何云玲等[11]利用線性傾向率、小波分析等數(shù)理統(tǒng)計方法分析了昆明市近60年氣候變化趨勢和氣候突變特征。但對于2000年以來昆明市短期氣候演變和氣候異常等研究較少。為此,筆者對昆明市1999—2013年15年的氣溫和降水資料進行統(tǒng)計分析,研究該地區(qū)氣溫與降水的線性變化和異常特征,揭示其氣溫和降水的短期演變規(guī)律,旨在為昆明市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動應對氣候變化工作提供指導。
1.1 資料來源
選用2000—2014年昆明統(tǒng)計年鑒中氣候方面相關數(shù)據(jù),統(tǒng)計15年的逐月平均氣溫和降水量。
1.2 分析方法
通過Excel 2003軟件統(tǒng)計并計算昆明市1999—2013年歷年的春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)和冬季(12月至翌年2月)的季節(jié)及年度的均溫和降水量。采用氣候均值、氣候傾向率和距平分析,分別對氣溫、降水量進行季節(jié)和年際氣候線性變化趨勢分析,對季節(jié)與年際的氣溫和降水數(shù)據(jù)進行異常值統(tǒng)計。氣溫(降水)異常是指氣溫(降水)嚴重偏離平均狀態(tài)。即氣溫(降水)距平絕對值超過標準差2倍以上為達異常標準[12]。
式中,Ki為氣溫(降水)異常指數(shù),Ri為某年(季)氣溫(降水),R為多年平均氣溫(降水),S為標準差。當絕對值Ki大于或等于2時為出現(xiàn)異常,當絕對值Ki在1.5~2時為接近異常,若Ki為正距平時為偏高異常,反之為偏低異常。利用上述公式計算昆明近15年年際和季節(jié)氣溫(降水)異常指數(shù),并統(tǒng)計出氣溫(降水)異常和接近異常指數(shù)。
2.1 氣溫變化
2.1.1 年氣溫 由年均溫隨年份推移的線性擬合關系(圖1)可知,1999—2013年昆明年平均氣溫呈波動中小幅上升的趨勢,多年平均氣溫為16.0℃;通過擬合線性關系直線的斜率可知線性增溫率僅0.07℃/10a。從多年的變化趨勢看,近15年來,年平均氣溫最高值出現(xiàn)在2005年,為16.7℃,比多年平均氣溫高0.7℃;最低值在2011年,為15.3℃,比多年平均氣溫低0.7℃,最高值與最低值相差1.4℃;從歷年平均溫度變化趨勢看,年均氣溫在一定時段內升降趨勢交替出現(xiàn),呈4個波峰和3個波谷的變化趨勢。表明,昆明市近15年氣溫變化的階段性特征明顯,短期內年均高、低溫交替頻繁,變化幅度較大,也反映氣溫出現(xiàn)局部異常。
圖1 1999—2013年昆明市年平均氣溫線性趨勢Fig.1 Linear trend analysis of annual average temperature in Kunming during 1999—2013
圖2 1999—2013年昆明市年均氣溫距平值的逐年變化趨勢Fig.2 Change trend of annual mean temperature anomalies in Kunming during 1999—2013
2.1.2 年均與季均氣溫距平 通過計算昆明市1999—2013年的逐年平均氣溫和年平均氣溫的偏離程度(圖2)發(fā)現(xiàn),昆明市15年的氣溫距平擬合線性趨于下降,線性減溫率為0.023℃/a,正負距平累積次數(shù)基本處于均衡狀態(tài),正負距平偏離最大值為1.4℃。正距平最大值出現(xiàn)在2005年,表明2005年昆明市氣溫歷年比同期明顯偏高,這一高溫距平異常與晏紅明等[13]對2005年4—5月氣溫距平分布分析得出云南大部分地區(qū)的氣溫比歷年同期明顯偏高,而東部地區(qū)尤為明顯的結論相一致;負距平最大值出現(xiàn)在2011年,這一低溫距平與2011年云南東部出現(xiàn)持續(xù)的低溫凍害天氣相關[14]。
從季均氣溫距平線性趨勢(圖3)看,春、夏季氣溫呈上升趨勢,氣溫線性增溫率分別為0.109℃/a 和0.001℃/a;秋、冬季氣溫呈下降趨勢,氣溫線性減溫率分別為0.112℃/a和0.05℃/a。其中,春季和秋季增溫和減溫變化幅度均大于年均氣溫變化率0.007℃/a,其余兩季均小于年均變化率。可見,增溫季節(jié)以春季為主,夏季次之;降溫季節(jié)以秋季為主,冬季次之。就昆明市近15年干季(春季和冬季)和雨季(夏季和秋季)平均氣溫變化特征而言,干季以增溫為主,線性增溫率為0.06℃/a,雨季以降溫為主,線性減溫率為0.119℃/a,干季增溫幅度比雨季減溫幅度小。對于昆明市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動而言,春季增溫但降水較少,易造成春旱發(fā)生;而秋季降溫顯著,則易對農(nóng)作物的收割產(chǎn)生影響。
2.2 降水量變化
2.2.1 年際降水量 昆明市近15年年平均降水量為896.28mm,年降水量最高值出現(xiàn)在2001年,為1 173mm,最低值出現(xiàn)在2009年,為565.8mm。通過對1999—2013年年際降水量進行線性趨勢分析表明,年際間降水量總體呈波動中大幅減少趨勢(圖4),下降傾向率為18.758mm/a。這與何云玲等[11]得出的2000—2010年降水量達昆明市近60年的最低值的統(tǒng)計結果相似,與近年來云南省的干旱氣候實際情況吻合。
2.2.2 年均與季均降水量距平 由圖5可知,1999—2013年昆明市年降水距平偏離程度趨勢較大,其中年降水量正偏離程度最大值出現(xiàn)在2001年,為276.7mm,而負偏離程度最大值出現(xiàn)在2009年,為330.5mm,年降水量正負偏離值最大差值達607.2mm。2008年以前年均降水量以正距平為主,說明年降水均在平均年降水量之上,但隨著年份推移,年降水量出現(xiàn)逐年減少的趨勢,2009年年降水量出現(xiàn)極低值。2009年以來年均降水量基本為負距平,均在平均降水量以下。在2004年以來正偏離值呈減小趨勢,且在2009年負偏離程度達到最大。說明年降水量的距平出現(xiàn)異常,也說明進入21世紀以來昆明市年降水量總體呈下降趨勢。這與丁一匯等[15-16]得出的結論基本一致。
從降水的季節(jié)差異看,近15年各季節(jié)間平均降水量差異顯著。從圖6可以看出,春季、夏季和冬季的降水量均呈減少趨勢,下降傾向率分別為4.589mm/a、19.078mm/a和1.359mm/a。其中,夏季減少尤為顯著,且下降幅度略高于年均降水下降的幅度;而秋季降水量和降水變化趨勢相反,呈上升趨勢,上升傾向率為3.781mm/a。
圖3 1999—2013年昆明春季、夏季、秋季和冬季氣溫距平變化Fig.3 Temperature anomaly changes in spring,summer,autumn and winter in Kunming during 1999—2013
圖4 1999—2013年昆明市年降水量的線性趨勢Fig.4 Linear trend of annual precipitation in Kunming during 1999—2013
圖5 1999—2013年昆明市年降水量距平值逐年變化Fig.5 Annual variation of precipitation anomalies in Kunming during 1999—2013
圖6 1999—2013年昆明市春季、夏季、秋季和冬季的降水距平Fig.6 Precipitation anomalies in spring,summer,autumn and winter in Kunming during 1999—2013
從昆明市干季和雨季降水量變化狀況看,干季(冬、春)和雨季(夏、秋)總降水量均趨于下降,下降傾向率分別為5.965mm/a、15.297mm/a,雨季降水量下降幅度明顯大于干季降水量下降的幅度。這一結論與劉瑜等[12]將云南的降水變化趨勢劃分為5個區(qū)分別進行討論指出干季(冬、春)降水總量趨于增加的趨勢相反,原因在于其劃分的區(qū)域和比較的時段不同,而與滇東北、滇中(昆明市)降水為明顯下降趨勢以及云南近46年總的降水量趨于減少的趨勢相一致。這也與何云玲等[11]得出的1951—2010 近60年昆明市年降水量減少由雨季降水量減少引起的結論相吻合。
2.3 昆明氣溫與降水的異常表現(xiàn)
從表1看出,1999—2013年昆明市高溫異常和低溫異常在年際和季節(jié)間交替出現(xiàn),季節(jié)間氣候變化明顯。就年均氣溫異常而言,只出現(xiàn)過2次氣溫異?,F(xiàn)象,1次氣溫偏高異常(2005年)和1次氣溫偏低異常(2011年);從各季節(jié)的氣溫異常分布看,冬、春季共出現(xiàn)5次氣溫異常(3次正異常和2次負異常),氣溫以正異常為主,溫度偏高,暖冬現(xiàn)象稍明顯,說明2000年以來冬春季進入了一個持續(xù)增溫時期。這一結論與前面的氣溫距平和氣候傾向率分析得出的結果相一致。2003年冬春季中高緯以緯向環(huán)流為主,烏拉爾山高壓脊較常年偏弱,而南方副熱帶高壓較常年偏強,使冷空氣活動大多偏北偏東,影響到昆明市的次數(shù)較少,氣溫偏高;而2005年冬季和2010年春季昆明市受冷空氣影響較常年弱,陰冷天氣過程較少,各月全區(qū)大部分地區(qū)氣溫較常年偏高,致使暖冬氣候特征明顯。在全球溫室效應的大環(huán)境下,昆明市出現(xiàn)暖冬現(xiàn)象與之有著不可忽視的內在聯(lián)系。在2008年和2011年的夏秋季節(jié)氣溫出現(xiàn)負(低溫)異常,原因在于昆明市2008年大氣環(huán)流異常和西太平洋副熱帶高壓強度偏弱以及2011年亞洲高壓勢力強盛和北方冷空氣活動頻繁的影響所致。
表1 1999—2013年年氣溫及季節(jié)氣溫異常指數(shù)Table 1 Statistics of air temperature anomaly for year and season in Kunming during 1999—2013
從表2可知,1999—2013年昆明市年降水量波動較大,雖只出現(xiàn)3次異常(1次異常和2次接近異常),但接近負異常發(fā)生的概率較高。說明,昆明市年降水量表現(xiàn)出偏少異常的特征,這與前面所分析的昆明市年降水量趨于減少趨勢相一致。春季降水發(fā)生2次正異常(2000年和2004年各1次),沒有發(fā)生負異常,說明昆明市春季及冬季降水進入偏多時期。夏、秋季降水異?,F(xiàn)象與冬、春季總體趨勢相反,以負異常為主,說明夏、秋季降水進入偏少時期。其中,2009年秋季降水異常偏少在于秋季亞洲極渦強度異常偏弱,副高面積和強度指數(shù)異常偏強,位置異常偏西[17]。2011年夏季降水異常偏少則與南亞高壓、極渦以及中低緯環(huán)流異常有直接關系[18]。由此可見,在1999—2004年期間昆明市冬春季降水趨于增加,2009—2013年期間年降水減少趨勢明顯,夏、秋季降水呈減少趨勢。
表2 1999—2013年年降水及季節(jié)降水異常指數(shù)Table 2 Statistics of precipitation anomaly for year and season in Kunming during 1999—2013
1)研究結果表明,1999—2013年昆明市多年平均氣溫為16.0℃,氣溫在波動中略上升,線性增溫率為0.07℃/10a;多年平均降水量為896.28 mm,年降水量呈波動中大幅減少趨勢,下降傾向率達18.758mm/a,成為自19世紀50年代以來年降水量最低值時段。說明,全球氣候變暖和云南省的干旱氣候大背景對昆明市的影響不容忽視。從氣溫和降水變化不同季節(jié)看:氣候增溫主要發(fā)生在春季,夏季次之;降溫主要發(fā)生在秋季,冬季次之;雨季減溫率強于干季增溫。春、夏和冬季降水量均呈減少趨勢,秋季相反,其中,夏季降水量減少最為顯著,下降幅度高于年降幅度;干季和雨季總降水量均趨于下降;雨季降幅強于干季。由此可知,昆明市近15年年降水量呈現(xiàn)減少趨勢,主要是由雨季降水量減少所引起。從氣溫的局部異常統(tǒng)計看:冬春季氣溫以正異常為主,說明暖冬氣候特征明顯;夏秋季氣溫以負異常為主,說明夏秋季氣溫進入了一個較常年偏低溫階段。歸根結底在于其深受大氣環(huán)流異常、海溫異常、氣壓帶風帶的季節(jié)移動、氣旋活動、地形和海陸環(huán)境等共同作用的結果。從降水的局部異常統(tǒng)計看:昆明市年降水量波動較歷史常年大,且年降水負異常發(fā)生的概率較高,反映了昆明年降水量呈偏少異常特征;就降水季節(jié)異常分布而言,冬春季降水趨于增加,夏秋季降水趨于減少。
2)對于全球氣候變暖而言,其發(fā)生的尺度、強度、響應機制和影響程度等各有差異。相關學者研究表明,近50年全國氣溫以每年0.022℃的增幅持續(xù)上升[15];云南省大部分地區(qū)則以每年0.03℃的增溫幅度呈持續(xù)上升趨勢,增溫幅度較大的區(qū)域主要集中在西北部和南部地區(qū),但部分地區(qū)卻呈降溫趨勢,如金沙江河谷、元江河谷等[9,16]。另外,云南省大部分地區(qū)降水量呈降低趨勢,其中滇東北、滇中(昆明等地區(qū))降水下降趨勢顯著,干季(春冬)降水呈上升趨勢,而雨季(夏秋)降水卻在下降[12]。本研究對2000—2013年昆明市短期階段性氣溫和降水變化分析結果與全球、中國、云南的變化總趨勢基本一致,但其增溫幅度小于全國及云南的平均水平,原因在于選取的時間序列長短、比較的基礎時段及參照對象不同等。
3)就氣候變化成因而言,西南地區(qū)氣溫和降水異常成因從大氣環(huán)流的角度來說,東南亞夏季風較常年偏晚,對流活動較常年偏弱[19]。印度洋海溫偏暖[20]、行星對天氣尺度的擾動[21]、熱帶大氣季節(jié)內震蕩異常[22]、南亞高壓和西太平洋副熱帶高壓的異常[23]等將導致云南省氣溫和降水的異常現(xiàn)象。此外,氣候變化學者Sahai指出,氣候變化的成因與火山噴發(fā)、土地利用、城市熱島效應及人類生產(chǎn)活動等密切相關[24],也與各地區(qū)下墊面狀況(如地形地貌差異性、海拔等)密切關聯(lián),即區(qū)域氣候變化成因是自然環(huán)境條件和人類社會發(fā)展、經(jīng)濟活動等綜合作用的結果。因此,對于特定區(qū)域氣候變化的成因機制、對人類各種生產(chǎn)活動的影響以及對生態(tài)系統(tǒng)的響應尚有待于深入研究。
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(責任編輯:姜 萍)
Variation Trend of Temperature and Precipitation in Kunming During 1999—2013
WEI Kanghong1,CHEN Xiaoping1*,XIONG Shengnian2
(1.School of Resources Environment and Earth Science,Yunnan University,Kunming,Yunnan650091;2.Sichuan Kaijiang Middle School,Dazhou,Sichuan636250,China)
In order to understand the climate change and anomaly features in Kunming,so as to provide basis for regional agriculture production adapting to climate changes and abnormal conditions,the authors conducted the statistical analysis on climate mean,climate trend,anomaly and linear trend by using the data of temperature and precipitation in Kunming from 1999to 2013.Results:The average annual temperature was slightly on the rise,but the precipitation tended to decrease in Kunming in recent 15years;The annual mean temperature increased at the trend rate of 0.007℃/a,the annual precipitation decreased at the rate of 18.758mm/a;The increasing trend of temperature is less obvious in dry season than rainy season,However,the rainy seasons precipitation decreased significantly greater than the dry seasons;The abnormal high temperature and increasing precipitation emerged in winter and spring seasons.However,the abnormal low temperature and decreasing precipitation emerged in summer and autumn seasons.
climate change;temperature;precipitation;Kunming;Yunnan
S161.2
A
1001-3601(2016)07-0317-0133-05
2015-10-12;2016-05-05修回
國家自然科學基金項目“云南高原喀斯特石牙坡地土壤水蝕機制研究”(41261067)
魏康洪(1987-),男,在讀碩士,研究方向:土壤侵蝕與水土保持。E-mail:598723649@qq.com
*通訊作者:陳曉平(1958-),男,教授,從事喀斯特環(huán)境與土壤侵蝕研究。E-mail:xpchen@ynu.edu.cn