近62年舟山市氣溫、降水特征分析

李　云

(寧波市氣象臺(tái),浙江 寧波 315012)

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近62年舟山市氣溫、降水特征分析

李云

(寧波市氣象臺(tái),浙江 寧波 315012)

摘要：利用舟山市定海基準(zhǔn)站1954—2015年氣溫、降水資料,探討分析了海島地區(qū)的氣溫和降水變化。結(jié)果表明：1)海島地區(qū)的氣溫在1954—1990年間變化趨勢(shì)不明顯,90年代后才呈變暖趨勢(shì),氣溫在1998年發(fā)生突變,1954—2015年線性?xún)A向值為0.0168 ℃/a,變暖時(shí)間比內(nèi)陸城市偏晚,變暖幅度偏??；春季氣溫變暖率最大,其次是冬季,夏秋最少；平均最高氣溫變暖最明顯,對(duì)舟山市氣溫的整體上升貢獻(xiàn)最大,平均最低氣溫變化最平緩,且秋季沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。2)降水量呈現(xiàn)逐漸增多趨勢(shì),四季中夏季增多最明顯,近年來(lái)有減少趨勢(shì),冬季降水90年代以來(lái)緩慢增加。3)62 a來(lái)共出現(xiàn)嚴(yán)重的冷冬8次,暖冬3次,多雨事件7次,少雨6次。

關(guān)鍵詞：氣溫；降水；突變；線性?xún)A向率

0引言

多年以來(lái),我國(guó)許多學(xué)者對(duì)我國(guó)及其各地的溫度、降水變化特征進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,中國(guó)近百年的溫度變化與北半球大致相似,表現(xiàn)為增暖的趨勢(shì),且變暖幅度明顯高于全球和北半球同期平均水平,但各地的變暖幅度存在差異[1-9]。中國(guó)降水量總體呈下降變化趨勢(shì),但長(zhǎng)江流域以南呈增加趨勢(shì)[10]。浙江地區(qū)的氣溫、降水研究也有很多[11-13]。但目前來(lái)看,研究所用數(shù)據(jù)主要集中在陸地城市,對(duì)于海島地區(qū)、城市化影響較小的地區(qū)的氣溫、降水的研究分析還比較少,在全球氣候變化和周邊城市化迅速發(fā)展的大背景下,海島地區(qū)的氣溫、降水氣候特征產(chǎn)生了怎樣的變化是值得關(guān)注和研究的。舟山地處東海,為典型的海島城市,海洋性氣候特征顯著,因此,以舟山作為海島站代表,分析其氣溫、降水特征,這對(duì)于理解浙江省乃至全國(guó)氣候變化的總體特征和極端氣候事件的發(fā)生具有參考價(jià)值。

1資料和分析方法

1.1資料

本文所用的資料是舟山市定海國(guó)家基準(zhǔn)站1954—2015年共62 a的年平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫和降水量報(bào)表資料。選用世界氣象組織最新規(guī)定的1981—2010年要素平均值作為氣候平均值。計(jì)算年代平均值時(shí),觀測(cè)年數(shù)不足6 a不計(jì)算年代平均值。另外文中四季的劃分為冬季(前一年12月與當(dāng)年1、2月),春季(3、4、5月),夏季(6、7、8月),秋季(9、10、11月)；季節(jié)平均值取各季3個(gè)月的平均值。

1.2分析方法

首先對(duì)舟山市年平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫、降水量進(jìn)行年際及年代際變化分析和季節(jié)分析,其次對(duì)這些要素進(jìn)行線性趨勢(shì)分析并對(duì)之顯著性和可靠性進(jìn)行檢驗(yàn),顯著性檢驗(yàn)方法是Mann-Kendall 方法,同時(shí)也利用此方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行突變檢驗(yàn),Mann-Kendall 檢驗(yàn)法是時(shí)間序列的變化趨勢(shì)和突變情況主要研究方法之一,它可以確定突變的準(zhǔn)確年份,檢測(cè)范圍寬,人為性少,定量化程度高,具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)[14]。

氣候要素線性?xún)A向率計(jì)算： y(t)=a+bt,式中y(t)為具體氣候要素時(shí)間序列,t為時(shí)間(本文為1954—2015年),b為線性趨勢(shì)項(xiàng),其趨勢(shì)變化率方程為dy(t)/dt=b,在最小二乘法估計(jì)下,其線性趨勢(shì)b的估計(jì)值為

2氣溫變化特征

2.1年際、年代際變化特征

由舟山市年平均氣溫、最高、最低氣溫距平圖(圖1)和距平累積曲線和趨勢(shì)線(圖略)可知,62 a間年平均氣溫呈現(xiàn)明顯的前冷后暖特征,在90年代以前全部為負(fù)距平,90年代后變暖趨勢(shì)明顯增強(qiáng),距平多為正值。但在1954—1990年間的冷階段中也有相對(duì)冷暖的多次波動(dòng)，有3個(gè)明顯的偏冷階段,即50年代中期到50年代末(1954—1958年)、60年代中后期到70年代初期(1967—1972年)以及80年代(1980—1989年),3階段距平值多在-0.5 ℃以下,累積曲線呈下降趨勢(shì)；50年代末到60年代中期(1959—1966年)平均氣溫相對(duì)偏暖,尤其平均最高氣溫距平為正值。從90年代開(kāi)始舟山氣溫呈現(xiàn)明顯的變暖趨勢(shì),尤其是1997—2004年,年平均氣溫連續(xù)8 a出現(xiàn)正距平,中間1998年出現(xiàn)平均氣溫歷史第二高值17.7 ℃,比常年偏高0.8 ℃,之后2007年出現(xiàn)平均氣溫、平均最高和最低氣溫的歷史最高值,比常年偏高1.1 ℃,2006年同1998年相同為歷史第二高。

圖1　舟山市1954—2015年氣溫距平變化演變圖

年代際變化如表1所示,20世紀(jì)90年代之前,平均氣溫都在舊(1971—2000年)的常年值(16.4 ℃)上下少動(dòng),90年代已接近新的常年值,21世紀(jì)10年代氣溫已比常年偏高0.4 ℃。比70、80年代平均偏高0.9 ℃。平均最高氣溫在90年代前少動(dòng),90年代后明顯變暖,尤其21世紀(jì)10年代比20世紀(jì)60、70年代偏高1.3 ℃。而平均最低氣溫(常年13.6 ℃)變暖程度較小, 50年代接近常年,60—80年代甚至有所下降,80年代比常年偏低0.3 ℃,直到90年代才開(kāi)始緩慢回升到常年值,進(jìn)入21世紀(jì)后有了明顯的升高。

計(jì)算氣溫線性?xún)A向值,1954—2015年平均氣溫線性?xún)A向值為0.0168 ℃/a,平均最高氣溫為0.02330 ℃/a,平均最低氣溫變暖趨勢(shì)明顯偏少,線性?xún)A向值僅為0.0096 ℃/a,三者均通過(guò)了信度99%的顯著性檢驗(yàn),說(shuō)明平均氣溫、平均最高、最低氣溫總體都呈變暖趨勢(shì)。為了更清楚說(shuō)明氣溫的階段變化,又分別計(jì)算了1954—1990年、 1991—2015年的平均氣溫線性?xún)A向值,并進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)1954—1990年線性?xún)A向值僅為0.0013 ℃/a,且并沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn),說(shuō)明1954—1990年間舟山氣溫變化趨勢(shì)不明顯；1991—2015年則達(dá)到0.02426 ℃/a,其中1991—2004年上升更加迅速,線性?xún)A向值達(dá)到了0.0888 ℃/a,分別通過(guò)信度95%和99%的顯著性檢驗(yàn)。

表1　舟山市年平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫的年及四季的年代平均值　℃

2.2季節(jié)變化

由表1所示,舟山平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的變化趨勢(shì)存在著明顯的季節(jié)差異：90年代以前,三者四季變化都較小,平均最低氣溫還略有下降；90年代開(kāi)始?xì)鉁卦诟骷竟?jié)都有明顯的上升,平均氣溫、平均最高氣溫、最低氣溫的冬季上升幅度最大,分別比80年代高了0.9 ℃、1.0 ℃和0.7 ℃,夏季的增溫幅度最小僅為0.1～0.3 ℃之間；還可以得知：62 a中,60年代的冬天最冷,夏季最涼爽,可是秋季卻是20世紀(jì)最熱的。

分別計(jì)算四季線性?xún)A向值,結(jié)果發(fā)現(xiàn),平均氣溫和平均最高氣溫1954—2015年的春季線性?xún)A向率分別為0.0278 ℃/a和0.0343 ℃/a,是四季中最高的,其次是冬季分別為0.0175 ℃/a和0.035 ℃/a；秋季最低,二者都僅為0.01 ℃/a,而平均最低氣溫四季的變暖速率都比平均氣溫和最高氣溫低,四季中夏季最高為0.0129 ℃/a,冬季次之,第三是春季,而秋季的線性?xún)A向率僅為0.0062 ℃/a,且沒(méi)有通過(guò)信度90%的顯著檢驗(yàn),說(shuō)明秋季平均最低氣溫的變化趨勢(shì)不明顯。

通過(guò)上述分析,可以發(fā)現(xiàn)舟山市氣溫從90年代開(kāi)始存在變暖趨勢(shì),并且平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的變暖率存在差異,平均而言,平均最高氣溫的增溫最明顯,而平均最低氣溫變化平緩,這反映出在氣溫的變暖趨勢(shì)中,平均最高氣溫的增暖對(duì)近年來(lái)舟山市氣溫的整體上升貢獻(xiàn)最大,這同其他許多地區(qū)最低氣溫的上升貢獻(xiàn)最大相反[2-3]。

2.3氣溫突變檢驗(yàn)

采用Mann-Kendall方法分析舟山市平均氣溫的突變情況,趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果表明(如圖2),舟山市的年平均氣溫從 90年代中期以來(lái)有明顯的增加趨勢(shì),20世紀(jì)末到21世紀(jì)初年這種增加趨勢(shì)通過(guò)了 0.05 顯著性檢驗(yàn)(U0.05=1.96),這表明舟山市的年平均氣溫上升趨勢(shì)是十分顯著的。 根據(jù)UF(k) 和UB(k)曲線交點(diǎn)的位置,確定舟山市年平均氣溫的增暖是突變現(xiàn)象,具體是從 1998 年開(kāi)始的,這比全國(guó)大部和浙江省陸地氣溫在80年代后期到90年代初開(kāi)始增溫并發(fā)生突變[8,11-12],明顯偏晚。

圖2　舟山市氣候突變檢驗(yàn)曲線圖

3降水變化特征

圖3為年降水量距平圖,可知：50年代中期到70年代初期為相對(duì)少雨期,其中1967年年降水量?jī)H為604 mm,為歷年最低值；70年代中期后逐漸進(jìn)入多雨階段, 1977年出現(xiàn)歷史最高值1976.5 mm,但進(jìn)入21世紀(jì)又出現(xiàn)減少趨勢(shì),2003年降水量835.5 mm,僅次于1967年,2011年后又開(kāi)始增多。

從降水量的各年代平均值變化看,20世紀(jì)60年代是降水最少的時(shí)期,在春夏秋3季的季節(jié)平均也是如此；90年代降水最多,比60年代偏多359.5 mm,21世紀(jì)的前10 a降水僅次于60年代,居第二少。

從季節(jié)尺度看,春、夏、秋季降水與年降水量類(lèi)似,都為60年代最少,且春季降水同年降水量年代變化相同,呈(-+-+-+)變化。夏季70—90年代降水呈增多趨勢(shì),2000—2010年又下降。冬季降水趨勢(shì)特征呈明顯不同之處：最少年代為80年代,90年代以來(lái)呈逐漸增多的趨勢(shì),2000—2010年的平均值比80年代偏多了74.7 mm,從多項(xiàng)式平均看同夏季的總體變化趨勢(shì)幾乎相反(如圖4),這種冬夏季降水量呈反位相的特征可以為長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)提供一定的參考。

從年降水線性?xún)A向率看,年降水量以每年 2.7977 mm/a的速率增長(zhǎng),同浙江全省的降水變化趨勢(shì)相同。從季節(jié)看,除了夏季降水量的線性?xún)A向值在各季節(jié)中最大為3.3904 mm/a,有明顯的增多趨勢(shì),其余春、秋、冬3季降水量總體變化趨勢(shì)不明顯,在0.02～0.55 mm/a。

圖3　舟山市1954—2015年年降水量距平變化

圖4　冬夏季降水變化趨勢(shì)

4冷暖事件與干濕事件分析

本文參照王紹武等的標(biāo)準(zhǔn)將出現(xiàn)幾率約為10 a一遇的距平大于1.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差(本地區(qū)氣溫標(biāo)準(zhǔn)差為0.96,1.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為1.25)的事件定義為嚴(yán)重氣候?yàn)?zāi)害,以氣溫來(lái)表征的氣候?yàn)?zāi)害主要有冷冬和暖冬,本文計(jì)算舟山62 a來(lái)出現(xiàn)的嚴(yán)重冷暖事件和嚴(yán)重多雨少雨年，見(jiàn)表2。

表2　舟山市1954—2015年嚴(yán)重冷暖和干濕事件

從表2中我們發(fā)現(xiàn)舟山62 a來(lái)共出現(xiàn)嚴(yán)重的冷冬8次,暖冬3次(其中異常冷冬1次出現(xiàn)在1967—1968年冬季,異常暖冬無(wú)),嚴(yán)重冷冬有7次出現(xiàn)在90年代以前,且出現(xiàn)次數(shù)均勻,平均每10 a 1～2次,上世紀(jì)90年代以來(lái)到21世紀(jì)10年代未出現(xiàn),2010—2015年間又出現(xiàn)一次嚴(yán)重冷冬。與之相對(duì)的是嚴(yán)重暖冬事件均出現(xiàn)在90年代后期以后,且相隔時(shí)間短暫。2008年后到2015年未出現(xiàn)嚴(yán)重暖冬。

62 a來(lái)舟山多雨事件出現(xiàn)7次,少雨出現(xiàn)6次(其中4次出現(xiàn)在60年代),80和90年代降水均沒(méi)有嚴(yán)重事件出現(xiàn)。90年代以來(lái)至今隨著溫度升高,降水也有明顯的增加。

綜合可知60年代是冷而干的年代,90年代增溫增雨最明顯,2000—2010年是氣溫最高的10 a,冬季逐漸變得暖而濕。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的研究分析,可知,海島地區(qū)因?yàn)槭艿胶Ｑ蟮恼{(diào)節(jié)作用,氣溫、降水特征具有明顯特點(diǎn)。

1)1954—2015年舟山市氣溫總體呈變暖趨勢(shì),線性?xún)A向值為0.0168 ℃/a,但1954—1990年間氣溫沒(méi)有明顯變化趨勢(shì),進(jìn)入90年代才開(kāi)始增暖,1990—2010年是氣溫上升速率明顯加快,1998年發(fā)生了氣溫變暖突變,變暖時(shí)間比我國(guó)乃至浙江省大陸其他地區(qū)變暖偏晚,且速率也偏小。在氣溫的變暖趨勢(shì)中,平均最高氣溫的增暖對(duì)近年來(lái)舟山市氣溫的整體上升貢獻(xiàn)最大。

2)氣溫的變化趨勢(shì)存在著明顯的季節(jié)差異,平均氣溫、平均最高氣溫春季變暖率最大,冬季次之,秋季最低；平均最低氣溫夏季變暖相對(duì)最明顯,秋季的平均最低氣溫基本沒(méi)有明顯變化趨勢(shì)。

3)年降水量總體呈現(xiàn)出逐漸增多的趨勢(shì),夏季降水增加趨勢(shì)相對(duì)明顯,但進(jìn)入21世紀(jì)后有逐漸減少趨勢(shì),春、秋、冬季增加率較小。60年代是降水最少年代,90年代最多。春季的降水量具有和年降水量一致的變化趨勢(shì),而冬季的降水量90年來(lái)一直呈緩慢增加趨勢(shì)。

4)從氣溫和降水綜合可知：60年代是冷而干的年代,90年代增溫增雨最明顯,2000—2010年是氣溫最高的10 a,冬季氣候近年來(lái)呈現(xiàn)出暖而濕的變化特征；62 a來(lái)共出現(xiàn)嚴(yán)重的冷冬8次,暖冬3次,多雨事件7次,少雨6次。

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收稿日期：2016-03-21