近60年來(lái)廣西北部灣氣候變化及其適應(yīng)研究

黎樹(shù)式，黃鵠，戴志軍

(1.廣西北部灣海岸科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室 欽州 535011；2.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200062)

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近60年來(lái)廣西北部灣氣候變化及其適應(yīng)研究

黎樹(shù)式1,2，黃鵠1，戴志軍2

(1.廣西北部灣海岸科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室 欽州 535011；2.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200062)

區(qū)域氣候變化的適應(yīng)研究是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。文章通過(guò)收集近60年廣西北部灣沿海地區(qū)的氣溫、降雨量和海平面變化等數(shù)據(jù)，采用小波分析、M-K檢驗(yàn)等方法，分析該區(qū)域的氣候變化特征，結(jié)果表明：年平均氣溫上升趨勢(shì)明顯，月平均氣溫峰值出現(xiàn)在6—8月，與全球平均氣溫變化趨勢(shì)一致；年平均降雨量變化趨勢(shì)不明顯，5—10月是洪季；平均氣溫和平均降雨量存在4～6年的短周期振蕩和12～16年的長(zhǎng)周期振蕩；平均氣溫突變年份可能是1993年或1995年，年平均降雨量的突變節(jié)點(diǎn)可能是2001或2007年；2007—2015年的平均海平面均高于常年海平面，平均高出常年海平面62.44 mm，海平面上升造成海岸侵蝕、風(fēng)暴潮增加和濕地?fù)p失增大等嚴(yán)重后果；建議在生態(tài)、生產(chǎn)、生活和管理等方面提高人類對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力。

氣候變化；北部灣；海平面上升；適應(yīng)性

全球氣候變化對(duì)地球、人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響具有長(zhǎng)期性和根本性，因此成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)[1-5]。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)至今已先后5次對(duì)全球氣候變化進(jìn)行評(píng)估，體現(xiàn)全球?qū)夂蜃兓母叨汝P(guān)注度，其中最近一次評(píng)估報(bào)告是2013年，報(bào)告確認(rèn)世界各地都在發(fā)生氣候變化，氣候系統(tǒng)變暖毋庸置疑；報(bào)告還進(jìn)一步指出，近幾十年在各大洲和各個(gè)海域都已顯現(xiàn)出氣候變化的影響[6]。根據(jù)2017年1月公布的2016年《中國(guó)氣候公報(bào)》，受超強(qiáng)厄爾尼諾影響，我國(guó)極端天氣氣候事件多，暴雨洪澇和臺(tái)風(fēng)災(zāi)害重；2016年全國(guó)平均氣溫較常年偏高0.81℃，為歷史第三高，年降水資源總量68 888億m3，為1961年以來(lái)最多。氣候變化研究受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的高度關(guān)注，涌現(xiàn)的相關(guān)研究成果不勝枚舉。廣西北部灣地區(qū)地處南海北部，半封閉、水深較淺、“大灣套小灣”等特點(diǎn)使該區(qū)域?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)區(qū)別于其他海灣地區(qū)。本文通過(guò)收集近60年來(lái)廣西北部灣的氣象資料，嘗試分析該區(qū)域氣候變化特征并提出適應(yīng)性措施，為決策部門提供科學(xué)依據(jù)。

1 廣西北部灣概況

廣西北部灣地區(qū)位于北部灣北部、廣西壯族自治區(qū)南部，行政區(qū)上包括北海市、欽州市和防城港市3個(gè)地級(jí)市，位于107°29′E～110°20′E、20°58′N～22°50′N，區(qū)域面積2.036 1萬(wàn)km2，2015年末總?cè)丝谶_(dá)575.34萬(wàn)，海域總面積達(dá)12.93萬(wàn)km2，大陸海岸線長(zhǎng)1 628.59 km。廣西北部灣地區(qū)位于北回歸線以南，地處南亞熱帶氣候區(qū)，具有亞熱帶向熱帶過(guò)渡性質(zhì)的海洋性季風(fēng)特點(diǎn)。較大山脈有六萬(wàn)大山、羅陽(yáng)山、銅魚山及十萬(wàn)大山等，均呈東北-西南走向，較高山峰海拔高程為十萬(wàn)大山蒔良峰1 462 m、六萬(wàn)大山葵扇頂1 118 m；地勢(shì)自東北向西南傾斜，大小低谷臺(tái)地和平原分布于谷河系及瀕海地區(qū)；平原有合浦南流江三角洲、欽江沿岸、茅嶺江河口及濱海平原，這些地區(qū)地勢(shì)平緩，海拔高程均在100 m以下，尤其是合浦南流江三角洲、茅嶺江河口、濱海平原的海拔高程均在20 m以下(圖1)。

圖1 廣西北部灣區(qū)域

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

降雨量和氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心“中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)”的中國(guó)地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集(數(shù)據(jù)集代碼SURF_CLI_CHN_MUL_MON，版本3.0)，以及各省(自治區(qū)、直轄市)氣候資料處理部門逐月上報(bào)的《地面氣象記錄月報(bào)表》的信息化資料；臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)來(lái)源于上海臺(tái)風(fēng)研究所；海平面變化數(shù)據(jù)來(lái)源于2007—2015年《中國(guó)海平面公報(bào)》。

采用的主要研究方法有小波分析(Wavelet Analysis)、蒙-肯德?tīng)?Mann-Kendall)法、相關(guān)性分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等。小波分析亦稱多分辨率分析(Multiresolution Analysis)，可在時(shí)(空)頻(波)兩域給出系統(tǒng)演化的信息，為全方位多尺度探索地理系統(tǒng)提供諸多幫助[7]；可給出序列的瞬時(shí)推動(dòng)隨時(shí)間推移的變動(dòng)狀況，可分析同一頻率的周期突變現(xiàn)象；由于河流水沙的變化在時(shí)域中存在多層次時(shí)間尺度結(jié)構(gòu)和局部化特征，小波分析被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、大氣和海洋科學(xué)等研究領(lǐng)域[8-11]，是近期十分熱門的前沿領(lǐng)域，本文主要運(yùn)用該方法分析氣溫和降雨量的周期變化。蒙-肯德?tīng)柗ㄊ且环N非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，已被廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)水文氣象資料的趨勢(shì)成分，包括水質(zhì)、流量、氣溫和降雨序列等[12]。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫變化

1957—2014年廣西北部灣地區(qū)平均氣溫為22.5 ℃，年平均氣溫升高趨勢(shì)明顯，擬合結(jié)果通過(guò)99%的置信度水平(圖2)，平均氣溫升高0.61 ℃，增溫速率為0.11 ℃/10 a。具體而言大致可分3個(gè)階段：第一階段是1957—1979年緩慢下降階段；第二階段是1980—2003年快速上升階段；第三階段是2004—2014年快速下降階段。

圖2 廣西北部灣年平均氣溫變化

廣西北部灣月平均氣溫的高值區(qū)主要分布于6—8月，低值區(qū)分布于12月至次年2月(圖3)。月平均氣溫不大于10 ℃的極端低溫月份為1977年、2011年的1月和1968年的2月，其中1968年2月平均氣溫最低為9.5 ℃；月平均氣溫不小于29.5 ℃ 的極端高溫月份均出現(xiàn)在2010年、2007年、1983年、2003年的7月，其中2010年29.8 ℃為最高?？梢钥闯鼋谠缕骄鶜鉁馗哂谳^早時(shí)期。

圖3 廣西北部灣月平均氣溫變化

為了解氣溫變化的周期性特征，用小波分析方法分析廣西北部灣的月平均氣溫周期性變化，結(jié)果表明：1982年前廣西北部灣地區(qū)平均氣溫有8年左右的短周期和20年左右的長(zhǎng)周期，1982年后有4年左右的短周期和12年左右的長(zhǎng)周期，2000年后長(zhǎng)周期信號(hào)不明顯(圖4)。M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果表明，廣西北部灣平均氣溫的突變年份很可能是1993年或1995年(圖5)。

圖4 廣西北部灣月平均氣溫小波分析

圖5 廣西北部灣年平均氣溫M-K突變檢驗(yàn)

3.2 降雨量變化

總體來(lái)說(shuō)，近60年來(lái)廣西北部灣地區(qū)的年平均降雨量變化不大(圖6)。年平均降雨量不小于2 000 mm的年份出現(xiàn)于2001年、2008年、2013年，其中2001年2 194.6 mm為最高；年平均降雨量不大于1 200 mm則出現(xiàn)在1977年、1976年和1989年，其中1989年1 085.04 mm為最低。

圖6 廣西北部灣年平均降雨量變化

廣西北部灣月平均降雨量的高值區(qū)(洪季)主要分布在5—10月，低值區(qū)(枯季)為11月至次年4月(圖7)。月平均降雨量不小于7 000 mm的月份出現(xiàn)于1994年和2001年的7月，其中1994年8 468.83 mm為最高；月平均降雨量不大于5 mm的月份出現(xiàn)在1973年、1981年的12月和1971年、1980年的11月，其中1980年11月的0.5 mm為最低。

圖7 廣西北部灣月平均降雨量變化

月平均降雨量的周期性也比較明顯。1967年前，6年左右的短周期信號(hào)明顯；1968—1987年，14年左右的長(zhǎng)周期信號(hào)明顯；1988—2014年期間存在6年左右的短周期和16年左右的長(zhǎng)周期(圖8)。M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果表明，年平均降雨量的突變節(jié)點(diǎn)很可能是2001年或2007年(圖9)。

圖8 廣西北部灣月平均降雨量小波分析

圖9 廣西北部灣年平均降雨量M-K突變檢驗(yàn)

4 討論

4.1 氣候變化的原因

廣西北部灣是全球眾多海灣地區(qū)之一，其氣候變化一方面是區(qū)域自然條件和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果；另一方面受全球氣候變化大趨勢(shì)的控制。首先，根據(jù)IPCC第五次報(bào)告，過(guò)去100年全球平均氣溫升高約 0.74 ℃；葛全勝等[5]研究表明，20世紀(jì)亞洲進(jìn)入快速增暖時(shí)期；近50年我國(guó)平均地表氣溫變暖幅度約為1.1 ℃，增溫速率接近0.22 ℃/10a[13]；廣西北部灣與全球和我國(guó)的平均氣溫變化趨勢(shì)是一致的，增暖速率比全國(guó)小。其次，任國(guó)玉[13]研究成果顯示，1951年以來(lái)全國(guó)平均降水量變化趨勢(shì)不明顯，廣西北部灣平均降雨量變化趨勢(shì)與之很吻合。平均氣溫和平均降雨量4～6年的短周期振蕩和12～16年的長(zhǎng)周期振蕩可能與周期為2～7年的厄爾尼諾現(xiàn)象和周期為11年的太陽(yáng)黑子活動(dòng)有關(guān)。

4.2 氣候變化的影響

目前全球氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)，氣候變暖的影響是多方面的，海平面上升是顯著響應(yīng)之一。廣西北部灣海平面變化比較顯著，2007—2015年廣西北部灣沿海平均海平面均高于常年海平面，平均高出常年海平面62.44 mm，最高是2012年的108 mm，最低為2007年的27 mm(圖10)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的氣候變化響應(yīng)特征。月平均海平面變化則有較大差異，1-4月整天海平面均低于常年平均海平面，最低值-130 mm出現(xiàn)于2008年2月；9-11月則平均高出常年平均海平面200 mm左右，其中最高290 mm出現(xiàn)在2012年10月；顯而易見(jiàn)，9—11月是廣西北部灣沿海地區(qū)季節(jié)性高海平面時(shí)期，與這個(gè)時(shí)期高溫、熱帶氣旋等極端氣候事件時(shí)常發(fā)生相關(guān)。

圖10 2007—2015年廣西北部灣沿海海平面變化

海平面上升會(huì)引發(fā)海岸侵蝕、風(fēng)暴潮和濕地?fù)p失等一系列嚴(yán)重問(wèn)題[14]。如前所述，廣西北部灣地區(qū)與全球沿海地區(qū)同樣受氣候變化的威脅。廣西部分海岸侵蝕非常嚴(yán)重；1949—2013年影響廣西北部灣的臺(tái)風(fēng)頻率增加、強(qiáng)度增強(qiáng)，風(fēng)暴潮災(zāi)害較嚴(yán)重，數(shù)量呈增加趨勢(shì)[15]；2001—2006年北部灣沿海地區(qū)共發(fā)生較大洪潮災(zāi)害12次、熱帶風(fēng)暴3次、天文大潮4次[16]；北侖河口紅樹(shù)林面積大為減少，紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)底棲生物密度和生物量偏低，處亞健康狀態(tài)[17]。

5 氣候變化的適應(yīng)對(duì)策建議

氣候變化對(duì)人類的影響可能在短期內(nèi)難以消除，盡管其有很大的不確定性，但發(fā)揮人類主觀能動(dòng)性、適當(dāng)采取預(yù)防對(duì)策，是可以降低社會(huì)、經(jīng)濟(jì)適應(yīng)成本的[18-19]。由于氣候變化的影響是多方面的，可從生態(tài)、生產(chǎn)、生活和管理等方面提高人類對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力；區(qū)域氣候變化的適應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而生態(tài)、生產(chǎn)、生活和管理適應(yīng)之間相互聯(lián)系，相輔相成(圖12)，需要各方面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)才能取得最佳適應(yīng)效果。

圖12 生態(tài)、生產(chǎn)、生活和管理適應(yīng)的關(guān)系

生態(tài)適應(yīng)是指從生態(tài)、環(huán)境等自然方面主動(dòng)適應(yīng)氣候變化對(duì)人類的各種影響。目前廣西北部灣海岸帶生態(tài)系統(tǒng)良好，有較潔凈的海灣、面積較大的紅樹(shù)林和沙質(zhì)優(yōu)良的海灘，可通過(guò)大量種植紅樹(shù)林、建立原生態(tài)海岸保護(hù)區(qū)等海岸生態(tài)防護(hù)工程，提高人類對(duì)氣候變化的生態(tài)適應(yīng)能力。

生產(chǎn)適應(yīng)是人類在創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富的過(guò)程中同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，以適應(yīng)氣候變化帶來(lái)的各種挑戰(zhàn)，一般通過(guò)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化生產(chǎn)布局來(lái)實(shí)現(xiàn)。廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)自2008年獲國(guó)務(wù)院批復(fù)實(shí)施以來(lái)，各類生產(chǎn)活動(dòng)如火如荼，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益逐漸凸顯；但非法圍填海、破壞沿海生態(tài)系統(tǒng)等行為也不斷出現(xiàn)。因此，只有通過(guò)發(fā)展低能低碳環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)和高新科技產(chǎn)業(yè)等，才能有效提高適應(yīng)氣候變化的能力。

生活適應(yīng)是人類在日常生活中通過(guò)接受教育和培訓(xùn)等途徑，提高適應(yīng)氣候變化的自覺(jué)性。廣西北部灣沿海地區(qū)在全球氣候變化認(rèn)識(shí)、海洋環(huán)境保護(hù)意識(shí)和高等教育水平等方面仍落后于我國(guó)其他沿海地區(qū)，可通過(guò)公眾科普和教育活動(dòng)以及提高區(qū)域氣候變化基礎(chǔ)研究水平等方式，提高對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力。

管理適應(yīng)是為更好地適應(yīng)氣候變化而制定的一系列措施、政策與法規(guī)。除嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)外，制定地方性的《區(qū)域海洋海岸災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警管理規(guī)定》以及制定措施盡快完善包含區(qū)域氣候變化要素的系統(tǒng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等都是主動(dòng)提高氣候變化管理適應(yīng)能力的有效途徑。

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Climate Change and Its Adaptation in Beibu Gulf of Guangxi in Recent 60 Years

LI Shushi1,2，HUANG Hu1，DAI Zhijun2

(1.The Key Laboratory of Coastal Science and Engineering，Beibu Gulf，Guangxi，Qinzhou 535011，China；2.State Key Lab of Estuarine & Coastal Research，East China Normal University，Shanghai 200062，China)

Study on the adaptability of regional climate change is an important content of regional sustainable development.The data about temperature，rainfall and sea level changes in coast of the Beibu Gulf in Guangxi in recent 60 years were collected，meanwhile，methods of Wavelet analysis，Mann-kendall were used to analysis the climate change characteristics.The results show that：Annual average temperature increases significantly，and the peak of monthly mean temperature appeares in June-August，which are consistent with the variation trend of global average temperature，but the average annual rainfall trend is not obvious.The period of May to October is the flood season.The mean temperature and mean precipitation have short period oscillation with 4—6 years and long-period oscillation with 12—16 years.The average temperature mutation year may be 1993 or 1995，while the average annual rainfall may be 2001 or 2007.The mean sea level in 2007—2015 was higher than the annual sea level by 62.44 mm；Rising sea level results in serious consequences such as coastal erosion，storm surge and wetland loss.It was suggested that human beings should adapt to climate change in the aspects of ecology，production，life and management.

Climate change，Beibu Gulf，Sea level rise，Adaptability

2017-02-28；

2017-03-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41666003)；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015GXNSFBA139207)；2015廣西高等學(xué)?？茖W(xué)研究人文社科重點(diǎn)項(xiàng)目(KY2015ZD133)；廣西北部灣海岸科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室自主項(xiàng)目(2016ZZD01、2016ZYB01、2016ZZD02).

黎樹(shù)式，副教授，博士研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境、海岸帶管理，電子信箱：lishushi120@163.com

黃鵠，教授，博士，研究方向?yàn)楹０稁Лh(huán)境演變，電子信箱：mrhuanghu@126.com

K903；P7

A

1005-9857(2017)04-0050-06