1960～2009年我國(guó)大陸熱帶亞熱帶交界區(qū)氣溫變化特征

黃斌斌

河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南焦作 454003)

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1960～2009年我國(guó)大陸熱帶亞熱帶交界區(qū)氣溫變化特征

黃斌斌

河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南焦作 454003)

基于我國(guó)大陸熱帶亞熱帶交界區(qū)的廣東、廣西、云南三省區(qū)91個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)基本氣象站1960～2009年日氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)氣溫變化趨勢(shì)進(jìn)行區(qū)域比較。結(jié)果表明，三省區(qū)年均溫均呈上升趨勢(shì)；三省區(qū)春季氣溫總體有微弱下降態(tài)勢(shì)，但并沒(méi)有通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)；1980年之前的三省區(qū)夏季氣溫以遞減為趨勢(shì)，1980年之后則有遞增狀態(tài)；1985年之前的三省區(qū)秋季氣溫主要以遞減態(tài)勢(shì)為主，1985年之后則以遞增為變化趨勢(shì)；三省區(qū)冬季氣溫1990年之前并沒(méi)有明顯增減態(tài)勢(shì)，而1990年之后則開(kāi)始呈現(xiàn)遞增狀態(tài)。趨勢(shì)性區(qū)域比較上，云南最強(qiáng)、廣東次之、廣西最弱。

氣溫；變化特征；區(qū)域比較

化石燃料燃燒導(dǎo)致了二氧化碳過(guò)度排放，進(jìn)而引起了溫室效應(yīng)加劇[1]。政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第三、四、五次報(bào)告均比前一次所得到的變暖趨勢(shì)強(qiáng)[2]，一個(gè)重要原因就是新評(píng)估報(bào)告分析時(shí)段內(nèi)增加的幾年與以往年份相比幾乎均偏暖，說(shuō)明近年來(lái)全球變暖趨向越來(lái)越顯著。但氣候變暖不是均勻地發(fā)生，多項(xiàng)研究結(jié)果表明我國(guó)年均地表升溫幅度比同期的全球均溫稍高[3]。有研究表明，溫度帶交界區(qū)可能是氣候變化敏感地區(qū)之一[4-5]，而我國(guó)南北縱跨熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、寒溫帶等5個(gè)溫度帶，特別是位于熱帶和亞熱帶交界區(qū)的廣東、廣西和云南三省區(qū)需要加強(qiáng)研究[6-8]，因?yàn)樗鼈儾粌H是溫度帶交界區(qū)，還是西南夏季風(fēng)、東南夏季風(fēng)相互影響過(guò)渡區(qū)[9]。該研究基于中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心提供的日氣溫?cái)?shù)據(jù)，對(duì)處于我國(guó)大陸熱帶亞熱帶交界區(qū)的廣東、廣西、云南三省區(qū)氣溫的年代際、季節(jié)變化進(jìn)行研究，探討其時(shí)空規(guī)律性。

1　資料與方法

1.1研究區(qū)概況該研究區(qū)包括我國(guó)大陸所有位于熱帶亞熱帶交界、地理空間相互連接的廣東、廣西、云南三省區(qū)，其區(qū)域面積分別為17.97萬(wàn)、23.67萬(wàn)、39.00萬(wàn)km2，總面積約占全國(guó)總面積的8.4%，三省區(qū)地形地勢(shì)呈現(xiàn)出自西到東逐漸降低態(tài)勢(shì)。西部云南省地形以山地為主、地勢(shì)起伏大，山區(qū)面積占70%以上，最高海拔與最低海拔高度相差6 664 m；中部廣西自治區(qū)中、東部多為丘陵，地勢(shì)為西北高、東南低；東部廣東省地形多為丘陵，水系眾多、河網(wǎng)密集，同時(shí)毗鄰海洋。1.2數(shù)據(jù)來(lái)源所選取的數(shù)據(jù)源為1960～2009年廣東、廣西、云南三省區(qū)91個(gè)氣象站點(diǎn)，其中廣東36個(gè)、廣西23個(gè)、云南32個(gè)。研究中以日平均氣溫為藍(lán)本，累計(jì)核算得到月均溫和季均溫，進(jìn)而得到年均溫；按照氣候?qū)W定義劃分四季：冬季(12月～次年2月)、春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)。

1.3分析方法

1.3.1最小二乘法。又稱最小平方法，是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)方法。它通過(guò)最小化誤差的平方和以尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，利用最小二乘法可以簡(jiǎn)便地求得未知數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。利用最小二乘法對(duì)年代際季節(jié)均溫和年均溫的變化趨勢(shì)進(jìn)行擬合，并探究其變化規(guī)律。

1.3.2GIS空間插值。GIS空間插值是通過(guò)已知點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)以推求空間面數(shù)據(jù)的主要途徑，可供選擇的主要插值方法包括克里金法、反距離加權(quán)法、樣條函數(shù)法、泰森多邊形法4類。其中克里金空間插值以空間結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，利用空間場(chǎng)和點(diǎn)數(shù)據(jù)空間相關(guān)性自動(dòng)識(shí)別樣點(diǎn)的空間分布[10]。有研究表明，在整體空間格局分析上克里金插值法相對(duì)較優(yōu)于其他3類方法[11-12]。

1.3.3Mann-Kendall趨勢(shì)分析。Mann-Kendall趨勢(shì)分析是氣候分析中常用的一種分析技術(shù)和手段，優(yōu)點(diǎn)是樣本不需要服從正態(tài)分布，且分析結(jié)果也不會(huì)受到異常值和個(gè)別數(shù)據(jù)缺失的干擾。

2　結(jié)果與分析

2.1年平均氣溫變化時(shí)間特征上，廣東、廣西、云南三省區(qū)1960～2009年的年平均氣溫逐年上升，其傾向率分別為0.099、0.086、0.081 ℃/10 a。其中廣東36個(gè)氣象站中33個(gè)通過(guò)了統(tǒng)計(jì)性檢驗(yàn)，廣西23個(gè)氣象站均通過(guò)了統(tǒng)計(jì)性檢驗(yàn)，云南32個(gè)站點(diǎn)中有30個(gè)氣象站通過(guò)了統(tǒng)計(jì)性檢驗(yàn)。從表1可以看出，1990～1999、2000～2009年的氣溫傾向率有明顯上升趨勢(shì)，其中1990～1999年的傾向率廣東、廣西、云南分別為1.687、1.396、1.496 ℃/10 a。

選取廣東、廣西和云南1960～1969和2000～2009年的多年等溫線圖疊加進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示(圖1)，2000～2009年等溫線與1960～1969年等溫線相比發(fā)生了向北顯著移動(dòng)，呈現(xiàn)明顯上升態(tài)勢(shì)。由圖2可知，在1990年以前，廣東、廣西和云南三省區(qū)的平均氣溫呈現(xiàn)不顯著上下波動(dòng)，沒(méi)有通過(guò)α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)；1990年以后，上升趨勢(shì)愈發(fā)顯著，廣東、廣西和云南分別在1999、2000和1995年通過(guò)了α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)，其中廣東、廣西、云南在1990～1999年的上升幅度分別為1.687、1.396、1.496 ℃/10 a。廣東、廣西和云南在2000、2002、1998年通過(guò)了α=0.01(μ0.01=±2.56)顯著性水平檢驗(yàn)，廣東、廣西、云南在2000～2009年的上升幅度分別為1.391、1.367、1.787 ℃/10 a(表1)。

表1　三省區(qū)分時(shí)段溫度及其變化幅度

圖1　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)1960～1969年與2000～2009年年平均氣溫比較Fig.1　Comparison of annual average temperatures in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)between 1960-1969 and 2000-2009

2.2春季平均氣溫變化廣東、廣西、云南三省區(qū)多年春季平均氣溫分別為21.57、21.09和14.55 ℃，其多年平均增幅分別為0.061、0.041和0.062 ℃/10 a。從圖3～4可以看出，廣東春季氣溫在1995年之前出現(xiàn)顯著波動(dòng)，之后到2002年則保持上升態(tài)勢(shì)，但沒(méi)有通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)。廣西春季氣溫變化趨勢(shì)始終呈現(xiàn)微弱波動(dòng)，但趨勢(shì)均沒(méi)有通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)。云南氣溫總體保持上升態(tài)勢(shì)，但趨勢(shì)也不明顯，沒(méi)有通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)。

圖2　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)年平均氣溫M-K突變檢驗(yàn)Fig.2　M-K mutation tests of annual average temperatures in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

圖3　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)春季平均氣溫變化距平Fig.3　Spring average temperature anomalies in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

圖4　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)春季平均氣溫M-K突變檢驗(yàn)Fig.4　M-K mutation tests of spring average temperatures in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

2.3夏季平均氣溫變化廣東、廣西、云南三省區(qū)夏季平均氣溫分別為27.82、27.37、17.22 ℃，其上升幅度分別為0.060、0.048、0.067 ℃/10 a。從圖5～6可看出，廣東夏季氣溫在1980年之前波動(dòng)明顯，1980年后持續(xù)上升，1986年開(kāi)始突變，趨勢(shì)陡增，通過(guò)了α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)，其上升速率分別為0.168 ℃/10 a(1990～1999年)和0.708 ℃/10 a(2000～2009年)(表1)。廣西夏季氣溫變化是在1980年之前呈現(xiàn)不顯著的先升后降的趨勢(shì)，1980年之后呈現(xiàn)顯著的上升趨勢(shì)，并通過(guò)了α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)，甚至在一段時(shí)間內(nèi)短暫通過(guò)了α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)，但其上升幅度弱于廣東，在1990～1999、2000～2009年上升趨勢(shì)分別為1.710、1.822 ℃/10 a(表1)。云南省氣溫變化則在1978年之前呈現(xiàn)先緩慢上升后緩慢下降，趨勢(shì)不顯著，沒(méi)有通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)；但1981年發(fā)生顯著性突變，之后開(kāi)始上升，并通過(guò)了α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)，在1991年通過(guò)了α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)，上升趨勢(shì)顯著，并保持穩(wěn)步的增長(zhǎng)，1990～1999、2000～2009年上升幅度分別為1.431、1.581 ℃/10 a(表1)。

2.4秋季平均氣溫變化廣東、廣西、云南三省區(qū)秋季多年平均氣溫分別為23.08、21.87、13.78 ℃，其上升幅度分別為0.101、0.110、0.091 ℃/10 a。從圖7～8可看出，廣東秋季氣溫在1960～1965年前后波動(dòng)明顯，1965年后呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，并在1970年前后突破α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)，呈現(xiàn)顯著下降態(tài)勢(shì)；1988年以后情況發(fā)生了改變，呈現(xiàn)逐步上升態(tài)勢(shì)，且在1992年以后出現(xiàn)突變，氣溫逐年上升，直至通過(guò)α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)，1990～1999、2000～2009年上升幅度分別為0.961、1.055 ℃/10 a(表1)。廣西秋季氣溫1990年之前始終在不明顯的上升和下降中波動(dòng)，1990年發(fā)生了變化，并于1998年發(fā)生突變，之后持續(xù)顯著上升，通過(guò)了α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)，1990～1999、2000～2009年上升幅度分別為1.736、1.224 ℃/10 a(表1)。云南省秋季氣溫變化態(tài)勢(shì)，1988年之前一直下降，并在1970年通過(guò)了α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)；1988年之后持續(xù)上升，并在1992年發(fā)生突變，通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)，2000年左右通過(guò)了α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)，1990～1999、2000～2009年上升幅度分別為1.542、1.239 ℃/10 a(表1)。

圖5　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)夏季平均氣溫距平變化Fig.5　Summer average temperature anomalies in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

圖6　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)夏季平均氣溫M-K突變檢驗(yàn)Fig.6　M-K mutation tests of summer average temperatures in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

圖7　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)秋季平均氣溫距平變化Fig.7　Autumn average temperature anomalies in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

2.5冬季平均氣溫變化廣東、廣西、云南三省區(qū)冬季多年平均氣溫分別為13.99、12.77、8.89 ℃。由圖9～10可知，廣東省冬季氣溫1992年以前在升降間來(lái)回波動(dòng)，無(wú)規(guī)律可循，1992年溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并分別通過(guò)α=0.05和α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)；1990～1999、2000～2009年上升幅度分別為5.996、2.321 ℃/10 a(表1)。廣西冬季氣溫1990年以前呈現(xiàn)先降后升趨勢(shì)，并在1993年發(fā)生突變，而后快速上升，并通過(guò)了α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)，1990～1999、2000～2009年上升幅度分別為7.090、1.228 ℃/10 a(表1)。云南省冬季氣溫在1970～1985年出現(xiàn)波動(dòng)，而后氣溫上升幅度越來(lái)越大，且通過(guò)了α=0.01顯著性水平檢驗(yàn)，1990～1999、2000～2009年上升幅度分別為1.505、1.553 ℃/10 a(表1)。

圖8　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)秋季平均氣溫M-K突變檢驗(yàn)Fig.8　M-K mutation tests of autumn average temperatures in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

圖9　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)冬季平均氣溫距平變化Fig.9　Winter average temperature anomalies in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

圖10　廣東(a)、廣西(b)和云南(c)冬季平均氣溫M-K突變檢驗(yàn)Fig.10　M-K mutation tests of winter average temperatures in Guangdong(a)，Guangxi(b)and Yunnan(c)

3　結(jié)論

(1)年平均氣溫方面，廣東、廣西、云南三省區(qū)在總體保持上升態(tài)勢(shì)的同時(shí)，均表現(xiàn)出一定的同步性，其基本特征是1988年之前波動(dòng)、1998年之后升溫，其上升趨勢(shì)愈發(fā)顯著，并分別通過(guò)了α=0.05和α=0.01的顯著性水平檢驗(yàn)。

(2)冬季氣溫方面，三省區(qū)在1990年之前變化特征并不明顯，而之后升高趨勢(shì)較為顯著。比較來(lái)說(shuō)，云南最顯著、廣東次之、廣西最低。

(3)春季氣溫方面，三省區(qū)氣溫變化趨勢(shì)并不強(qiáng)烈，均沒(méi)有通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)。

(4)夏季氣溫方面，以1980年為界，之前，只有云南省下降趨勢(shì)較明顯，廣東、廣西不顯著；之后，三省區(qū)增溫趨勢(shì)均顯著，其中云南最強(qiáng)、廣東次之、廣西最弱。

(5)秋季氣溫方面，以1985年為界，之前，廣東和云南下降趨勢(shì)明顯，而廣西下降趨勢(shì)不顯著；之后，三省區(qū)均呈現(xiàn)顯著的上升態(tài)勢(shì)。

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Temperature Change Characteristics in Boundary Regions between Tropical Area and Subtropical Area of China during 1960-2009

HUANG Bin-bin

School of Surveying and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454003)

According to the daily temperature data from 91 national meteorological stations from 1961 to 2009, the comparative studies were made on the change progress and the characteristics of both mean annual temperature and mean seasonal temperature among Guangdong, Guangxi and Yunnan. Results showed that the mean annual temperatures in the three provinces all presented the increasing trend. The temperatures of three provinces in spring decreased slightly and didn’t pass the significance test. The temperatures of three provinces in summer decreased before 1980, and temperature began to rise after 1980. The temperatures of three provinces in autumn decreased before 1985, and began to rise after 1985. In winter, temperature almost kept invariant before 1990. Temperature began to increase after 1990. Contrasting the three areas, we found that the temperature change of Yunnan was the most significant, then was Guangdong, and Guangxi was the third one.

Temperature; Change characteristics; Regional comparison

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41371105)。

黃斌斌(1993- )，男，安徽合肥人，碩士研究生，研究方向：“3S”技術(shù)理論與應(yīng)用研究。

2016-07-11

S 161

A

0517-6611(2016)26-0165-05