1954年-2013 年鄱陽湖流域氣溫變化特征及空間差異

(九江學院 旅游與國土資源學院，九江市土地測量與3S技術(shù)應用重點實驗室，江西 九江 332005)

1954年-2013年鄱陽湖流域氣溫變化特征及空間差異

蔡路路，趙軍凱，繆家輝

(九江學院 旅游與國土資源學院，九江市土地測量與3S技術(shù)應用重點實驗室，江西 九江 332005)

全球氣候變暖已是一個不爭的事實，區(qū)域變暖對氣候變化響應的研究是全球變化的核心問題之一。在對鄱陽湖流域1950 S以來10個主要氣象站氣溫資料整理的基礎上，采用Mann-Kendall檢驗、秩和檢驗以及線性回歸等方法，在GIS技術(shù)支持下對鄱陽湖流域年平均氣溫和年極端氣溫特征進行了時空分析。結(jié)果表明：近60 a來，鄱陽湖流域年平均氣溫呈顯著上升趨勢，氣溫傾向率為0.173 ℃/10 a，低于近50～60 a來全國平均氣溫傾向率0.25 ℃/10 a，與江南地區(qū)平均氣溫傾向率0.18 ℃/10 a相差不大；在1990 S中期發(fā)生突變。年極端最低氣溫呈顯著上升趨勢，多數(shù)站點在1970 S中后期發(fā)生突變。鄱陽湖流域年平均氣溫、年極端最低氣溫空間分布上整體特征是南高北低，氣溫傾向率則大致為北部高，中南部低。

氣溫變化；極端氣溫；趨勢分析；突變分析；鄱陽湖流域

全球氣候變暖是當前國內(nèi)外各界人士關(guān)注的熱點問題，而極端氣溫變化分析是近年來氣候變化研究的核心問題之一。IPCC第五次評估報告(AR5)指出，從1880 a到2012 a全球表面平均氣溫大約上升了0.85 ℃[1]。全球變暖已是一個不爭的事實，中國近百年平均氣溫的變化與全球的增溫趨勢大體相似，同時又有較大的地域性差異[2]。氣候變暖日益深刻地影響著人類社會的可持續(xù)發(fā)展[3-7]。

近年來，國內(nèi)外許多學者研究關(guān)于極端氣候變化的問題[9-11]。研究表明，1950 a以來全球極端氣候事件越來越頻繁地發(fā)生。已觀察到：較寒冷的天數(shù)正在減少，而較溫暖的天數(shù)則在增加[12]。劉學華等用中國119個站的氣溫資料，分析了我國近40 a來極端氣溫的分布及變化[13]。楊萍等利用我國194個站逐日最高氣溫和最低氣溫資料，分析我國極端氣溫發(fā)生的年際變化趨勢和季節(jié)特征得出極端冷暖指數(shù)反映出增暖趨勢[14]。張萬誠等利用云南省122個氣象觀測站的逐月極值氣溫資料，分析1961 a-2012 a四季和年極端氣溫的變化趨勢均出現(xiàn)增溫趨勢[15]。研究還表明，1961 a-2003 a鄱陽湖流域年平均氣溫呈波動上升趨勢，以1990 s最為顯著[16-17]?？梢?，流域尺度的極端氣候研究對區(qū)域環(huán)境保護與人類社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要的實際意義。

1 研究區(qū)域

鄱陽湖流域位于長江中下游南岸(圖1)。該流域由丘陵山地、河流水系和大型湖泊三大要素構(gòu)成，形成了獨立完整的自然地理單元，水系由贛、撫、信、饒、修五河與鄱陽湖所組成。流域總面積16.2×104km2，占長江流域面積的9%。江西省境內(nèi)鄱陽湖流域面積15.65×104km2，占江西省面積的93.77%。該區(qū)域?qū)儆趤啛釒駶櫺约撅L氣候，降水量豐富，時空分布不均。多年平均氣溫在16 ℃～20 ℃之間，夏季炎熱，秋溫高于春溫，四季分明。

2 數(shù)據(jù)資料

近年來，鄱陽湖流域極端氣溫事件時有出現(xiàn)。為更加系統(tǒng)和全面地了解鄱陽湖流域的氣溫變化特征，采用鄱陽湖流域內(nèi)10個代表氣象站：廬山、修水、波陽、景德鎮(zhèn)、南昌、貴溪、南城、廣昌、吉安、贛縣站(圖1)的1954 a-2013 a觀測資料。數(shù)據(jù)資料包括各氣象站的月平均氣溫、月極端最低氣溫和最高氣溫，資料由中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心(http://www.cma.gov.cn)提供，數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。由于廬山站海拔高度為1164 m，屬于高山站，受海拔高度影響較大，而其余9站均位于近地面低海拔地區(qū)，高山站與低海拔站的氣溫特征差異較大。因此，廬山站不計入平均氣溫計算中，本文將對其單獨分析。

圖1鄱陽湖流域氣象站點分布測量

3 鄱陽湖流域?qū)崪y氣溫變化特征

3.1 年平均氣溫波動升高

平均氣溫是反映一個地區(qū)氣溫平均狀況的指標，它的變化代表了地區(qū)氣溫變化的方向和趨勢。由圖2(a)可知，1954 a-2013 a鄱陽湖流域年平均氣溫呈波動上升趨勢，線性回歸方程顯示氣溫傾向率為0.173 ℃/10 a，低于近50～60 a來全國氣溫傾向率0.25 ℃/10 a，與江南地區(qū)氣溫傾向率0.18 ℃/10 a相差不大[18]。5 a滑動平均曲線顯示，1954 a-1964 a為平均氣溫波動上升階段，1965 a-1973 a為波動下降階段，1974 a-1995 a平均氣溫在緩慢上升，1996 a以后升溫更明顯。平均氣溫的4次波谷出現(xiàn)在1956 a、1976 a、1984 a、2012 a，其中1984 a為最冷年份只有17.20 ℃，比60 a來平均氣溫低了0.84 ℃，而在1961 a、1963 a、1978 a、1998 a、2007 a則出現(xiàn)5次波峰，且在2007 a達到最高值為19.18 ℃，比60 a來平均氣溫高1.14 ℃?？傊?，近60 a來鄱陽湖流域整體上處于升溫狀態(tài)，年平均氣溫大約升高了0.5 ℃。

3.2 年極端氣溫

3.2.1 年極端最低氣溫逐漸升高

由圖2(b)可知，1954 a-2013 a鄱陽湖流域年極端最低氣溫總體呈波動上升趨勢，線性回歸方程顯示其氣溫傾向率為0.634 ℃/10 a，是年平均氣溫傾向率近4倍。5 a滑動平均曲線顯示，1974 a-1989 a極端最低氣溫連續(xù)上升，1998 a-2013 a期間雖然有波動，但總體上還在升溫，該階段年極端最低氣溫的平均值比1954 a-1972 a平均值高2.78 ℃。近60 a來極端最低氣溫的最低值為-13.3 ℃(1991 a)，比60 a來平均年極端最低溫度低6.37 ℃。可見，年極端最低氣溫升溫明顯，將會對生態(tài)環(huán)境帶來不可忽視的影響。

圖2 鄱陽湖流域1954年-2013年氣溫及其極差變化

3.2.2 年極端最高氣溫基本穩(wěn)定

由圖2(c)可知，1954 a-2013 a鄱陽湖流域年極端最高氣溫呈微弱上升趨勢，氣溫傾向率為0.089 ℃/10 a。1968 a-1992 a極端最高氣溫經(jīng)歷了下降-上升-下降-上升的過程；1993 a-2003 a年極端最高氣溫波動起伏較大；2000 a后年極端最高氣溫持續(xù)波動升高。可見，近60 a來雖然年極端最高氣溫總體上升速率較小，幅度不大，但是進入21世紀以來持續(xù)增溫，較為明顯。

3.3 年極端氣溫極差逐漸減小

極端氣溫極差是指極端最高氣溫與極端最低氣溫之差。由圖2(d)可知，1954 a-2013 a鄱陽湖流域年極端氣溫極差變小趨勢較為明顯，極差值傾向率為-0.546 ℃/10 a。進入21世紀后極差下降趨勢趨于平穩(wěn)。自1980 S到本世紀初期，隨著暖冬氣候事件頻發(fā)，極端最低氣溫上升，同時極端最高氣溫處于相對穩(wěn)定，所以極端氣溫極差快速減小。

4 氣溫變化趨勢性與突變特征檢驗

4.1 全流域氣溫具有非常顯著的變暖趨勢

利用Mann-Kendall檢驗法[6,19]對鄱陽湖流域氣溫年際變化趨勢檢驗結(jié)果見表1。由表1可知：首先，表中Z值都為正，說明鄱陽湖全流域和廬山站近60 a來年平均氣溫和年極端氣溫均呈上升趨勢，氣候趨于變暖。其次，近60 a來鄱陽湖全流域近地面的年平均氣溫和年極端最低氣溫增加趨勢都達到非常顯著的水平(海拔較高的廬山站除外)，表明鄱陽湖全流域普遍有增溫的趨勢，并且升溫非常顯著。由于廬山氣象站海拔較高，隨著海拔升高氣溫逐漸降低，該站年極端最低氣溫增加趨勢沒有達到非常顯著的水平，說明高空氣溫變化不如近地面靈敏。

4.2 氣溫變化突變分析

氣溫突變是普遍存在于氣候系統(tǒng)中的一個重要現(xiàn)象，表現(xiàn)為氣候在時空上從一個統(tǒng)計特征到另一個統(tǒng)計特征的急劇變化[20]。氣溫變化突變點檢查采用Mann-Kendall檢驗法，其顯著性采用秩和檢驗法來檢驗[19]。

4.2.1 年平均氣溫突變檢驗

由表2知，除廬山站外，各流域年平均氣溫均在1990 S出現(xiàn)了突變，突變特征非常顯著。廬山站1950 S末突變特征非常顯著，說明鄱陽湖流域近地面平均氣溫突變的跳躍點晚于高海拔的廬山站。從廬山站近60 a來氣溫傾向率0.19 ℃/10 a來看，更接近江南區(qū)域平均氣溫傾向率0.18 ℃/10 a。

表1 鄱陽湖流域氣溫變化趨勢檢驗

4.2.2 年極端氣溫突變檢驗

根據(jù)年極端氣溫突變檢驗發(fā)現(xiàn)(表2和圖3)，鄱陽湖全流域、五河流域突變點均出現(xiàn)在1970 S中后期，說明鄱陽湖流域年極端氣溫在這段時期內(nèi)波動劇烈，1950 S-1970 S早期的UF曲線成鋸齒狀變化，緩速增溫，到1970 S中后期突然迅速增加，到1980 S中后期以來增溫速率減小，呈持續(xù)穩(wěn)定增溫狀態(tài)。廬山站年極端最低氣溫跳躍點為1960 a，1960 S-1970 S處于緩慢增溫狀態(tài)，在1980 S也有個增溫速率增大的過程，1990 S之后又處于穩(wěn)定低速率增溫階段(表2和圖3)。

表2 鄱陽湖流域氣溫時間序列突變檢驗統(tǒng)計

5 氣溫空間變化特征

5.1 年平均氣溫

鄱陽湖流域多年平均氣溫18.04 ℃。在空間分布上，五河各流域多年平均氣溫均在16.6 ℃～18.7 ℃之間，最大值在贛中南的贛江流域為18.65 ℃，最小值在贛西北的修水流域為16.62 ℃。這與我國江南地區(qū)的亞熱帶季風氣候特征相一致，贛南部氣溫較高，贛北部氣溫較低。五河各流域60 a來氣溫傾向率介于(0.13～0.25)℃/10 a之間，增溫趨勢最明顯的是贛東北的饒河流域為0.24 ℃/10 a，增溫最微弱的是贛西北修水流域為0.13 ℃/10 a(圖4)?？偟膩碚f，年平均氣溫的空間分布受緯度因素影響，大致南高北低；氣溫增大率除修水流域外呈南北部高，中部低的特點。

注：圖中實線表示UF曲線，點虛線表示UB曲線，上下兩條段虛直線為α = 0.05顯著性水平臨界值信度線

5.2 年極端氣溫

鄱陽湖流域各區(qū)域的年極端氣溫相比較最大者作為整個流域年極端氣溫。流域多年極端最高氣溫在38.3 ℃～39.1 ℃之間，最高位于贛西北的修水流域為39.03 ℃，最低位于贛東北的饒河流域為38.35 ℃。極端最高氣溫年際變化較小，其氣溫傾向率介于(0.007～0.127) ℃/10 a之間，有微弱的上升趨勢，贛中東部的撫河流域上升趨勢最明顯，但也只有0.127 ℃/10 a。鄱陽湖流域多年極端最低氣溫在-6.7 ℃～-3.6 ℃之間，最低出現(xiàn)在贛西北的修水流域為-6.62 ℃，最高出現(xiàn)在贛東北部的信江流域達-3.66 ℃；極端最低氣溫的氣溫傾向率介于(0.45～0.9) ℃/10 a之間，極端最低氣溫快速上升，其中贛東北的饒河流域最明顯達到0.896 ℃/10 a(圖4)，贛中東部的撫河流域最低但也以0.454 ℃/10 a的速率在快速上升，都遠遠大于全國近60 a來氣溫傾向率0.25 ℃/10 a。總的來說，極端最高氣溫空間上差異不大，極端最高氣溫有極微弱的上升趨勢；而極端最低氣溫則除了信江流域外在空間上呈南高北低分布，增溫率都相對較大，大致北部略高于南部。

6 結(jié)論

通過對鄱陽湖流域近60 a來的氣溫時空特征分析，得出如下結(jié)論。

(1)鄱陽湖流域近60 a來年平均氣溫呈波動上升趨勢，氣溫傾向率為0.173 ℃/10 a；年極端最低氣溫總體呈顯著上升趨勢，氣溫傾向率為0.634 ℃/10 a；年極端最高氣溫呈微弱上升趨勢，氣溫傾向率為0.089 ℃/10 a。

(2)MK檢驗結(jié)果，鄱陽湖流域近60 a來近地面年平均氣溫和年極端氣溫均呈非常顯著的上升趨勢。鄱陽湖流域近地面年平均氣溫在1990 S中后期發(fā)生突變，而年極端最低氣溫在1970 S后期發(fā)生突變。處在海拔較高的廬山站年平均氣溫和年極端最低氣溫突變時間都相對較早，大約在1950 S末期到1970 S早期。

(3)鄱陽湖流域氣溫變化存在空間差異，年平均氣溫和極端最低氣溫均表現(xiàn)出南部高北部低；氣溫傾向率大致呈北部高，中南部略低；高空氣溫突變發(fā)生的時間比近地面稍早。

[1] HARTMANN D L,KLEIN TANK A M G,RUSTICUCCI M,et al.IPCC.Atmosphere and surface. in:climate change 2013:the physical science basis.contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M].Cambridge：Cambridge University Press,2013：159-161.

[2] 趙光平,楊淑萍,穆建華,等.全球變化對寧夏近40 a極端氣溫變化的影響[J].中國沙漠,2009,29(6):1207-1211.

[3] 陳效逑,彭嘉棟,李慧敏.內(nèi)蒙古地區(qū)氣溫變化的季節(jié)和區(qū)域差異[J].地理研究,2009,28(1):27-35.

[4] 李宗省,何元慶,辛惠娟,等.我國橫斷山區(qū)1960-2008年氣溫和降水時空變化特征[J].地理學報,2010,65(5):563-579.

[5] 王少鵬,王志恒,樸世龍,等.我國40年來增溫時間存在顯著的區(qū)域差異[J].科學通報,2010,55(16):1538-1543.

[6] 尹云鶴,吳紹洪,陳剛.1961-2006年我國氣候變化趨勢與突變的區(qū)域差異[J].自然資源學報,2009,24(12):2147-2157.

[7] 任國玉,初子瑩,周雅清,等.中國氣溫變化研究最新進展[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10(4):701-716.

[8] 占明錦,殷劍敏,孔萍.鄱陽湖流域氣候變化事實研究[J].氣象與減災研究,2013,36(3):18-24.

[9] 王瓊,張明軍,王圣杰,等.1962-2011年長江流域極端氣溫事件分析[J].地理學報,2013,68(5):611-625.

[10] 葉許春,劉健,張奇,等.鄱陽湖流域氣候變化特征及其對徑流的驅(qū)動作用[J].西南大學學報(自然科學版),2014,36(7):104-108.

[11] GAN T Y.Hydroclimatic trends and possible climatic warming in the Canadian Prairies [J].Water Resource Research,1998,34(11):3009-3015.

[12] 沈永平,王國亞.IPCC第一工作組第五次評估報告對全球氣候變化認知的最新科學要點[J].冰川凍土,2013,35(5):1068-1076.

[13] 劉學華,季致建,吳洪寶,等.中國近40年極端氣溫和降水的分布特征及年代際差異[J].熱帶氣象學報,2006,22(6):618-624.

[14] 楊萍,劉偉東,王啟光,等.近40年極端氣溫和降水的分布特征及年代際差異[J].應用氣象學報,2010,21(1):29-36.

[15] 張萬誠,鄭建萌,馬濤,等.1961-2012年云南省極端氣溫時空演變規(guī)律研究[J].資源科學,2015,37(4):710-722.

[16] 郭華,姜彤,王國杰,等.1961-2003年間鄱陽湖流域氣候變化趨勢及期突變分析[J].湖泊科學,2006,18(5):443-451.

[17] 吳丹瑞,吳安琪,何新玥,等.贛南地區(qū)近58年來極端氣候變化趨勢分析[J].長江科學院院報,2017,34(1):24-29.

[18] 劉永婷,徐光來,尹周祥,等.全球變化背景下安徽近55 a氣溫時空變化特征[J].自然資源學報,2017,32(4):680-691.

[19] 趙軍凱.長江中下游河湖水交換規(guī)律研究[D].上海:華東師范大學,2011.

[20] 易浪,任志遠,崔宇,等.陜西省1961年-2011年氣溫和降水變化趨勢及突變分析[J].華中師范大學學報(自然科學版),2014,48(4):592-600.

The Spatial Difference and Characteristics of Temperatures Change of Poyang Lake Basin During 1954～2013

CAI Lulu,ZHAO Junkai,MIAO Jiahui

(College of Tourism and Territorial Resources,Jiujiang Key Laboratory of Surveying and Mapping on Land, 3S Technology Application,Jiujiang University,Jiujiang Jiangxi 332005,China )

Global warming is an indisputable fact that,the research of regional warming in response to climate change is one of the core issues of global change. Based on the temperature data compilation of the 10 major weather stations in Poyang Lake basin since 1950 S,the authors had used the Mann-Kendall test,rank sum test as well as linear regression analysis etc.,with the GIS technical support to analysis the spatial and temporal characteristics of the average temperature and extreme temperature of Poyang Lake basin. The results showed that: (1) For recent 60 years,annual average temperature of Poyang Lake basin had a significantly upward trend,the temperature tendency rate was 0.173℃/10a,below the whole national average temperature tendency rate 0.25℃/10a in recent 50～60 years,compared with the average temperatures tendency rate 0.18℃/10a in the area of the south of the Yangtze River were small. Mutation of annual average temperature appears in the middle 1990 S. (2) Annual extreme minimum temperature had significant upward trend,common mutations happened in mid and late 1970 S. (3) The whole features on the spatial distribution of annual average temperature and extreme lowest temperature was high in south while low in north,the temperature tendency rate was roughly high in north,while low in south and middle area.

temperature change;extreme temperature;trend analysis;mutation analysis;Poyang Lake basin

2017-05-15

國家自然科學基金資助項目(41361003)；江西省教育廳科技項目(GJJ14733)

蔡路路(1995-)，男，本科生，地理科學專業(yè)。

趙軍凱(1973-)，男，副教授，博士，主要從事自然地理、水文水資源方面的研究。E-mail：junkaizhao@163.com

P461

A

1004-2237(2017)06-0089-07

10.3969/j.issn.1004-2237.2017.06.020