川東盆地高溫、暴雨特征及對(duì)氣候變化的響應(yīng)

杜華明,董廷旭

(綿陽(yáng)師范學(xué)院 資源環(huán)境工程學(xué)院,四川 綿陽(yáng) 621000)

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川東盆地高溫、暴雨特征及對(duì)氣候變化的響應(yīng)

杜華明,董廷旭

(綿陽(yáng)師范學(xué)院 資源環(huán)境工程學(xué)院,四川 綿陽(yáng) 621000)

為更好地掌握川東盆地極端氣候特征，采用線性回歸、反距離加權(quán)空間插值(IDW)等方法就近54年來氣候變化背景下川東盆地的高溫、暴雨等極端氣候事件進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：(1)近54年川東盆地年平均氣溫以0.10℃/10 a的速率顯著增加，年平均降水量以21.63 mm/10 a的速率顯著減少，氣候暖干化趨勢(shì)明顯。(2)川東盆地年平均高溫日以0.95 d/10 a的速率增加；年平均高溫日在空間分布式上具有明顯地域差異，川東盆地全區(qū)年高溫日均呈增加趨勢(shì)。(3)川東盆地年平均暴雨日以0.03 d/10 a的速率減少；在空間分布上，萬(wàn)源、雅安是暴雨發(fā)生的高值中心；川東盆地的廣元—閬中—遂寧一線以東地區(qū)年暴雨日呈增加趨勢(shì)，廣元—閬中—遂寧一線以西的大部分地區(qū)年暴雨日呈減少趨勢(shì)。(4)川東盆地極端氣候事件對(duì)暖干氣候的響應(yīng)表現(xiàn)為：高溫日的發(fā)生頻率增加了38.81%，強(qiáng)度加劇1.18%；暴雨日發(fā)生頻率減少了0.78%，但強(qiáng)度增加了1.66%。

氣候特征; 高溫; 暴雨; 川東盆地

IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，1880—2012年，全球氣溫上升了0.85℃(0.65～1.06℃)[1]，伴隨全球氣候變暖，極端氣候事件增多[2]，導(dǎo)致各類氣象災(zāi)害頻發(fā)[3]。Bergholt等[4]的研究表明，氣候變暖會(huì)使洪水、熱帶氣旋、暴風(fēng)雨等災(zāi)害發(fā)生的頻率與程度加??；Knutson等[5]的研究認(rèn)為，二氧化碳增加引起的氣候變暖致使颶風(fēng)強(qiáng)度增加；Allan等[6]通過運(yùn)用衛(wèi)星觀測(cè)與模型模擬對(duì)人為因素導(dǎo)致的全球變暖與極端降水事件的分析指出，氣候變暖，極端降水事件增多；鄧自旺等[7]的研究認(rèn)為伴隨全球氣候變暖長(zhǎng)江三角洲夏季出現(xiàn)極端高溫事件的概率增加；Sha等[8]的研究指出，氣候變化的加劇致使我國(guó)洪水和風(fēng)暴發(fā)生的頻率與強(qiáng)度增大。

川東盆地特殊的地理位置和環(huán)流條件使得該區(qū)高溫和暴雨等極端氣候事件高發(fā)，川東盆地人口密集，大強(qiáng)度的極端氣候事件易于造成嚴(yán)重的損失，如2006年8月6—10日，樂山市人民醫(yī)院和市紅十字醫(yī)院急救和治療6 000多名“熱病”患者[9]；2013年7月9—11日都江堰地區(qū)連續(xù)3 d暴雨引發(fā)的高位山體滑坡，造成43人死亡，失蹤和失聯(lián)人數(shù)達(dá)118人[10]。高溫和暴雨事件嚴(yán)重危及川東盆地人民的生命安全和阻礙區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，對(duì)川東盆地氣候變化背景下的極端氣候事件的研究顯得尤為重要。

1　資料來源與研究方法

1.1資料來源

文中氣候分析所用數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn/home.do)。對(duì)川東盆地各站點(diǎn)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量篩選；剔除觀測(cè)年份較短、記錄不全的5個(gè)站點(diǎn)的資料，對(duì)僅有個(gè)別缺測(cè)年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)處理，本研究共選取17個(gè)氣象站點(diǎn)(圖1)1961—2014年的日最高氣溫、日平均氣溫、日降水量資料等作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)中國(guó)氣象局規(guī)定，日降水量≥50 mm為一個(gè)暴雨日，日最高氣溫≥35℃為一個(gè)高溫日[11]。

圖1　川東盆地氣象站點(diǎn)分布

1.2研究方法

(1)氣候傾向率。用于描述某種氣象要素x的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，可采用線性回歸方程的方法：

x=b+at(t=1，2，3，…，n)

(1)

式中：x為氣象要素的逐年值；b為常數(shù)；a為回歸系數(shù)，當(dāng)a為正(負(fù))時(shí)，表示氣象要素x在計(jì)算時(shí)段內(nèi)的線性增加(減少)；10 a稱為氣候變化傾向率，其單位為某氣候要素單位/10 a[12]；t為年份序號(hào)。

(2)反距離權(quán)重法。反距離權(quán)重法已被廣泛運(yùn)用于氣象數(shù)據(jù)的空間分析[13]，其算法公式為[14]：

(2)

式中：Z為插值點(diǎn)的氣象要素估計(jì)值；Zi為某一氣象要素在第i個(gè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)值；di為插值點(diǎn)與第i個(gè)站點(diǎn)之間的距離；n為用于插值的氣象站點(diǎn)的數(shù)目；p為距離的冪，文中取值2，即反距離平方插值。

2　結(jié)果與分析

2.1川東盆地氣候變化特征

川東盆地多年年平均氣溫為16.10℃，通過對(duì)年平均氣溫序列(圖2)的一元線性回歸趨勢(shì)的擬合效果進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)增溫傾向率為0.10℃/10 a(r=0.38，p<0.01)，整體上川東盆地的增溫速率遠(yuǎn)低于中國(guó)(0.22℃/10 a[15])和四川省(0.17℃/10 a[16])近半個(gè)世紀(jì)氣溫的增溫速率。通過對(duì)川東盆地年平均氣溫的M-K突變檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，區(qū)域年平均氣溫在1998年發(fā)生突變，從1998年開始，年平均氣溫顯著上升；1961—1997年年平均氣溫為15.93℃，1998—2014年年平均氣溫為16.46℃，突變之后的年平均氣溫比突變之前增加了0.53℃。川東盆地年代平均氣溫呈1980s<1960s<1970s<1990s<2011—2014年<2001—2010年，20世紀(jì)80年代氣溫最低，2001—2010年的年平均氣溫最高，進(jìn)一步證明了川東盆地1998年以來表現(xiàn)出顯著的增溫趨勢(shì)，1998年以來的氣溫增加對(duì)該區(qū)域氣溫升高的貢獻(xiàn)最大。

圖2　川東盆地年平均氣溫、降水量變化趨勢(shì)

川東盆地近54年的年平均降水量為1 147.51 mm，川東盆地年代平均降水量呈1990s<2001—2010年<1970s<2011—2014年<1980s<1960s。近54年來川東盆地年平均降水量以21.63 mm/10 a的速率顯著減少(r=-0.32，p<0.05)。對(duì)川東盆地年平均降水量序列進(jìn)行M-K檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，年平均降水量在1983年發(fā)生突變，從1983年開始年平均降水量顯著減少。1961—1982年年平均降水量為1 181.33 mm，1983—2014年年平均降水量為1 124.27 mm，突變之前的年平均降水量比突變之后多57.06 mm。

2.2年平均高溫日時(shí)空特征

2.2.1高溫日時(shí)間演變趨勢(shì)高溫日季節(jié)分布特征。川東盆地高溫日主要集中于夏季，占年高溫總頻次的89.82%，其中8月高溫日占全年高溫日總數(shù)的46.43%，7月年高溫日占年高溫日總數(shù)的35.18%；秋、春季各占7.26%和2.92%；冬季無高溫日出現(xiàn)。

高溫日年際變化特征。近54年川東盆地年平均高溫日為10.48 d。由圖3可知，高溫日的年際差別很大，年平均高溫日達(dá)到20 d以上的年份為1997年、2006年、2011年，其中，2006年是發(fā)生高溫日最多的年份，為32.53 d，1983年和1987年年平均高溫日次數(shù)較低，分別為1.24 d和1.35 d。1998年之前的年平均高溫日為9.34 d，1998年以來的年平均高溫日為12.96 d，高溫發(fā)生頻率增加了38.81%，通過對(duì)1998年前后高溫日平均溫度的分析發(fā)現(xiàn)，1998年以來的高溫日平均溫度(36.57℃)明顯高于1998年之前的高溫日平均溫度(36.14℃)，說明高溫強(qiáng)度也呈加重趨勢(shì)發(fā)展，高溫程度加劇1.18%。從高溫日的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)看，近54年來區(qū)域年平均高溫日呈增加趨勢(shì)，增加傾向率為0.95 d/10 a。

年代平均高溫日變化特征。20世紀(jì)80年代是川東盆地高溫發(fā)生頻率最低的時(shí)段，為5.40 d；其次是90年代和60年代，年平均高溫日分別為10.15 d和10.36 d；70年代年均高溫日為10.47 d；2001—2010年年平均高溫日為13.72 d；2011—2014年年平均高溫日發(fā)生頻率最高，為16.16 d。

圖3　川東盆地年平均高溫日時(shí)間序列

通過對(duì)川東盆地年平均高溫日與年平均氣溫進(jìn)行Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域年平均高溫日與年平均氣溫存在顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.48(p<0.01)，年平均氣溫越高，年平均高溫日出現(xiàn)頻次愈高，年平均氣溫的高低是影響年平均高溫日出現(xiàn)頻次的重要因素。

2.2.2高溫日空間分布特征由圖4A可以看出，川東盆地年平均高溫日總的分布具有明顯的經(jīng)度地帶性特征，年平均高溫日由西向東增加。川東盆地西部的峨眉山地區(qū)無高溫日，都江堰年平均高溫日為0.15 d，綿陽(yáng)—成都—樂山一線年平均高溫日為1.22～4.52 d；盆地中部的廣元—閬中—內(nèi)江—宜賓一線年平均高溫日為9.26～13.26 d；東部地區(qū)的巴中—高坪—瀘州一線的年平均高溫日為15.37～18.81 d，東部的達(dá)縣、敘永兩地年平均高溫日較高，分別為25.28 d和25.59 d。

注：陰影區(qū)域通過90%的信度檢驗(yàn)。

圖4川東盆地年平均高溫日及變化傾向率空間分布

由圖4B可知，川東盆地全區(qū)年高溫日均呈增加趨勢(shì)，但增加的速率有所不同，萬(wàn)源—巴中—遂寧—成都—雅安一線年高溫日增加幅度較小，增速在0.35～0.84 d/10 a；該線以北的廣元、閬中兩地增溫趨勢(shì)顯著，增加傾向率分別為1.61，1.68 d/10 a，該線以南的樂山、內(nèi)江、宜賓等地增加幅度亦較大，樂山、內(nèi)江的增加傾向率分別為1.94，1.26 d/10 a，宜賓增加幅度最大，為2.39 d/10 a。

2.3年平均暴雨日時(shí)空特征

2.3.1暴雨日時(shí)間演變趨勢(shì)暴雨日季節(jié)分布特征。夏季是川東盆地暴雨高發(fā)期，暴雨日占全年暴雨日總數(shù)的75.70%，其中7月、8月暴雨日分別占全年的32.89%和29.40%；其次是秋季，秋季暴雨日占全年的16.19%，春季暴雨日占全年的8.11%，冬季無暴雨日。

暴雨日年際變化特征。近54年川東盆地年平均暴雨日的平均值為3.85 d。由圖5可知，暴雨日的年際差別很大，出現(xiàn)平均暴雨日達(dá)到5 d的年份有1981年、1983年，年暴雨日次數(shù)在3 d以下的年份有1971年、1972年、1976年、1996年、1997年、1999年、2006年。近54年，川東盆地年平均暴雨日呈減少趨勢(shì)，減少傾向率為0.03 d/10 a。通過對(duì)川東盆地年平均降水量突變前后的暴雨日的分析發(fā)現(xiàn)，1983年之前的年平均暴雨日為3.86 d，1983年以來的年平均暴雨日為3.83 d，暴雨日發(fā)生頻率減少了0.78%，通過對(duì)1983年前后的暴雨強(qiáng)度的分析發(fā)現(xiàn)，1983年以來的暴雨強(qiáng)度(81.26 mm)明顯高于1983年之前的暴雨強(qiáng)度(79.93 mm)，說明暴雨強(qiáng)度呈現(xiàn)加重趨勢(shì)發(fā)展，暴雨程度加劇1.66%。

圖5　川東盆地年平均暴雨日出現(xiàn)頻次

年代平均暴雨日變化特征。川東盆地年代平均暴雨日呈1990s<1970s<2001—2010年<1960s<1980s<2011—2014年，2011—2014年是川東盆地暴雨發(fā)生頻率最高的時(shí)段，其次是20世紀(jì)80年代，結(jié)合相關(guān)歷史資料發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)時(shí)段也是川東盆地洪澇災(zāi)害、滑坡泥石流等次生災(zāi)害的高發(fā)階段。

通過對(duì)川東盆地年平均暴雨日與年平均降水量進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，得出該區(qū)域年平均暴雨日與年平均降水量存在高度正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.83(p<0.01)，年平均降水量越高，年平均暴雨日出現(xiàn)頻次愈高，年平均降水量的多少是影響年平均暴雨日出現(xiàn)頻次的重要因素。

2.3.2暴雨日空間分布特征由圖6A可知，暴雨日總的分布呈現(xiàn)出明顯的地域差異，川東盆地西南部最高，其次是東北部地區(qū)暴雨發(fā)生頻率較高，盆地中部和東南部地區(qū)暴雨發(fā)生頻次相對(duì)較低。具體看，川東盆地地區(qū)存在暴雨日分布的兩個(gè)高值中心，一個(gè)是萬(wàn)源地區(qū)，年平均暴雨日為5.44 d；另外一個(gè)是雅安、峨眉山和樂山地帶，雅安地區(qū)年平均暴雨日最高，為6.50 d，峨眉山、樂山年平均暴雨日分別為6.07 d和4.69 d。都江堰—成都—宜賓一線以東、廣元—巴中—達(dá)縣一線以西的大部分地區(qū)年平均暴雨日在2.26～4.11 d的范圍內(nèi)。

從圖6B可以看出，敘永、廣元—閬中—遂寧一線及其以東地區(qū)年暴雨日呈增加趨勢(shì)發(fā)展，增加傾向率為0.01～0.37 d，除敘永以外的廣元—閬中—遂寧一線以西的大部分地區(qū)年暴雨日呈減少趨勢(shì)發(fā)展，減少傾向率為0.01～0.38 d/10 a。

注：陰影區(qū)域通過90%的信度檢驗(yàn)。

圖6川東盆地年平均暴雨日及變化傾向率空間分布

3　結(jié) 論

(1)近54年來，川東盆地年平均氣溫以0.10℃/10 a顯著升高，年平均氣溫在1998年發(fā)生突變，突變之后的年平均氣溫比突變之前增加了0.53℃；年平均降水量以21.63 mm/10 a的速率顯著減少，年平均降水量在1983年發(fā)生突變，突變之后的年平均降水量比突變之前少57.06 mm。

(2)川東盆地年平均高溫日呈增加趨勢(shì)，增加傾向率為0.95 d/10 a；川東盆地年平均氣溫突變后的高溫發(fā)生頻次增加了38.81%，強(qiáng)度加劇1.18%。川東盆地年平均高溫日總的分布具有經(jīng)向地帶性特征，地域差異顯著，年平均高溫日為0～25.59 d；川東盆地全區(qū)年高溫日均呈增加趨勢(shì)，但增加的速率有所不同，萬(wàn)源—巴中—遂寧—成都—雅安一線年高溫日增加幅度較小，該線以北、以南地區(qū)增溫幅度較大。

(3)川東盆地暴雨日主要集中在夏季，夏季暴雨日占全年暴雨日總數(shù)的75.70%；川東盆地年平均暴雨日以0.03 d/10 a的速率減少。通過對(duì)川東盆地年平均降水量突變前后暴雨日的分析發(fā)現(xiàn)，突變后暴雨日發(fā)生頻率減少了0.78%，暴雨程度加劇1.66%。川東盆地存在兩個(gè)暴雨高值中心，分別是萬(wàn)源、雅安；廣元—閬中—遂寧一線及其以東地區(qū)年暴雨日呈增加趨勢(shì)，除敘永以外的廣元—閬中—遂寧一線以西的大部分地區(qū)年暴雨日呈減少趨勢(shì)。

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Characteristics of High Temperature and Heavy Rain in East Sichuan Basin and Its Response to Climate Change

DU Huaming,DONG Tingxu

(College of Resources and Environment Engineering,Mianyang Normal University,Mianyang,Sichuan 621000,China)

To understand the extreme climate characteristics of Sichuan Basin，by using methods of linear regression,inverse distance weighted interpolation (IDW),the extreme climate events such as high temperature and heavy rain were analyzed in East Sichuan Basin.The results showed that: (1)the temperature warming rate was 0.10℃/decade in the last 54 years in Sichuan Basin; the precipitation presented a decreasing trend at the rate of 21.63 mm/decade,climate warming-drying trend was apparent.(2)the annual average high temperature days presented an increased trend by 0.95 d/decade in East Sichuan Basin; the annual average high temperature days had an obvious regional differences,the annual high temperature days all presented an increasing trend in East Sichuan Basin.(3)the average rainstorm days presented the decreasing trend at the rate of 0.03 d/decade; Wanyuan and Ya′an were the high value centers of rainstorm days; the rainstorm days showed an increasing trend in the east of Guangyuan—Langzhong—Suining,most areas showed a decreasing trend in the west of Guangyuan-Langzhong-Suining.(4)in the background of warming-drying climate,the frequency of high temperature had increased by 38.81%,strength exacerbated 1.18%; rainstorm days decreased by 0.78% in frequency,but increased by 1.66% in strength.

climate characteristics； high temperature； rainstorm； East Sichuan Basin

2015-10-22

2015-12-03

四川省社科聯(lián)學(xué)科專項(xiàng)“經(jīng)濟(jì)學(xué)視野下四川省氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)演化機(jī)理及響應(yīng)機(jī)制研究”(SC15XK065)

杜華明(1977—),女,四川廣元人,博士,講師,主要從事區(qū)域環(huán)境與災(zāi)害研究。E-mail:dhuaming2004@163.com

P429

A

1005-3409(2016)05-0147-05