浙江東部海島氣溫變化特征及與相鄰城市站對比

李云 錢燕珍

摘要利用浙江省東部海島站和相鄰城市站1971—2015年氣溫資料，通過計(jì)算線性傾向率、MK突變檢驗(yàn)以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，研究了海島地區(qū)氣溫變化特征以及和相鄰城市站氣溫變化的異同，并以海島站為背景站分析了城市化對城市氣溫變化的影響性質(zhì)和程度.結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1）海島地區(qū)1971—2015年間平均氣溫及平均最高、最低氣溫都存在明顯的升溫趨勢，其線性傾向率分別為0029、0033和0028℃/a，變暖幅度明顯小于相鄰城市站；春、秋季是四季中變暖幅度最大的季節(jié)，其次是冬季，夏季最弱，尤其北部海島夏季沒有明顯的變化趨勢.2）海島站氣溫變暖是一種突變現(xiàn)象，平均最高氣溫發(fā)生突變時(shí)間最早，平均最低氣溫最晚；相鄰城市站突變時(shí)間多早于海島站，城市站最高氣溫沒有明顯的突變現(xiàn)象.3）以海島作背景，城市化對于城市站年平均氣溫，最高、最低氣溫變化的影響均為正貢獻(xiàn)，加速了氣溫的變暖趨勢，除溫州外對四季氣溫的貢獻(xiàn)率也均為增溫趨勢，貢獻(xiàn)率最高的季節(jié)為夏季關(guān)鍵詞

海島站；城市站；氣溫變化

中圖分類號(hào)P423

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

0引言

多年以來，許多學(xué)者對我國各地的溫度變化特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明中國各地的氣溫變暖幅度和特征因?yàn)閰^(qū)域性、局地性氣候存在差異[15]，并且人類活動(dòng)和城市化是氣溫變暖的重要因素[6].目前研究多集中在我國大陸主要城市，對范圍小、人口少的海島地區(qū)的氣溫研究較少.在全球氣候變化和周邊城市迅速發(fā)展的背景下，海島地區(qū)氣溫究竟發(fā)生了怎樣的變化，和相鄰陸地城市的氣溫特征有無明顯不同，是否可以作為背景站分析城市化對氣溫的影響等都值得探討.丁駿等[7]曾把浙江東部7個(gè)海島站1971—2000年的年均氣溫和年均降水量取平均，分析了浙江東部海島平均氣溫特征，發(fā)現(xiàn)30a間年平均氣溫增加率為026℃/（10a），尤其以冬季的升溫最為顯著，年均氣溫在1996年發(fā)生一次突變.毛敏娟等[4]利用月平均氣溫距平分析了浙江東北部2個(gè)海島站的氣溫變化，也計(jì)算出海島站以028℃/（10a）傾向率變暖.李俠麗等[8]在做以海島站為背景研究城市化對氣溫變化趨勢的影響時(shí)，選取了浙江的大陳站作為背景分析了金華地區(qū)的城市化影響，但由于大陳站經(jīng)過搬遷，觀測資料存在不均一性[9]，且距離金華較遠(yuǎn)，分析結(jié)論存在不確定性.選取具有最新且時(shí)間較長穩(wěn)定觀測資料的海島站，研究浙江東部海島氣溫變化特征并探討和城市站變化的異同，并和相鄰大城市進(jìn)行對比分析，對理解浙江省乃至全國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；另外，將海島站作背景站對相鄰城市站進(jìn)行城市化影響的評價(jià)，也可以更充分理解城市化對氣溫變化的影響.

1資料與方法

11數(shù)據(jù)來源

所用資料來源于浙江省氣象局氣候中心，選取浙江東部具有穩(wěn)定觀測資料的嵊泗、普陀、玉環(huán)、洞頭1971—2015年月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫觀測資料.城市站選擇與海島站緊鄰，并處同一氣候與大氣環(huán)流背景下的沿海城市嘉興、寧波（鄞州）、臺(tái)州（洪家）、溫州的同時(shí)段資料，共4對8站來進(jìn)行分析，各站地理位置信息如表1所示.海島站范圍小，人口多在10萬上下，城市站市區(qū)人口多在百萬以上，其中寧波達(dá)到232萬（人口數(shù)據(jù)來源于各地統(tǒng)計(jì)局《2015年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》）.

12研究方法

分別運(yùn)用線性傾向估計(jì)和最小二乘法[10]計(jì)算各站點(diǎn)逐年、季平均氣溫，平均最低氣溫，平均最高氣溫的氣候傾向率，并對氣溫變化趨勢進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)[10]；利用MK檢驗(yàn)法對數(shù)據(jù)進(jìn)行變化趨勢突變檢驗(yàn)[11].為了檢驗(yàn)城市化影響，使用以下指標(biāo)定量評價(jià)城市化對氣溫變化的影響[12].設(shè)Tu為城市站的氣溫變化趨勢，Ti為海島站的氣溫變化趨勢，城市化影響（ΔTui）為

ΔTui=Tu-Ti.（1）

城市化影響貢獻(xiàn)率（Eu）[10]是城市化影響在城市臺(tái)站氣溫線性趨勢變化中所占的比率，用下式表示：

Eu=ΔTui/|Tu|=（Tu-Ti）/|Tu|.（2）.

春、夏、秋、冬按氣象意義上劃分為3—5月、6—8月、9—11月、12月—次年2月.

2結(jié)果與分析

21海島站與城市站氣溫年變化

圖1為4個(gè)海島站和相鄰城市站的年平均氣溫歷年距平演變圖，可知1971—2015年間海島站和附近沿海城市站都呈現(xiàn)明顯的前冷后暖年代際特征，其中1971—1989年為負(fù)距平區(qū)，較常年偏冷，變化特征與我國長江下游氣溫變化較一致，但略落后于全球氣溫變暖趨勢[13]；20世紀(jì)90年代起呈現(xiàn)鋸齒狀上升特征，變暖趨勢明顯增強(qiáng)，在21世紀(jì)初期達(dá)到峰值，2007年是有氣象記錄以來的最熱的一年，21世紀(jì)初的10a也是有氣象記錄以來最熱的10a，海島平均氣溫10a平均距平值比70年代平均距平值偏高097～106℃，城市站偏高12～18℃；2011年之后有所下降，2011—2015年海島站距平比2001—2010年偏低022～052℃，城市站偏低009～042℃.

用最小二乘法計(jì)算了海島站和相鄰沿海城市站氣溫氣候傾向率（表2），顯示1971—2015年間海島站和沿海城市站的年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫均呈變暖趨勢，都通過了α=001的顯著性水平檢驗(yàn)；平均氣溫線性傾向率海島站平均0029℃/a，升溫幅度明顯小于相鄰沿海城市站（0045℃/a）.由于所用數(shù)據(jù)的年限不同，城市站的升溫幅度明顯比之前研究文獻(xiàn)偏高[4]，說明進(jìn)入21世紀(jì)后升溫較之前更加明顯.

另外氣溫時(shí)間變化存在一定的非對稱性，海島站最高氣溫的升溫幅度比最低氣溫偏高平均0005℃/a，其中普陀最明顯，偏高0017℃/a，但嵊泗站不同，其最高氣溫的變暖趨勢小于最低氣溫.相鄰城市站也存在非對稱性變化，但程度較海島站略弱，平均僅0002℃/a，其中嘉興、洪家最低氣溫升溫幅度大于最高氣溫，同全國其他很多城市研究結(jié)果相似[14]，但鄞州、溫州相反，最高氣溫升溫幅度大于最低氣溫，其中溫州偏高0016℃/a，表明不同的地區(qū)因局地氣候特征的不同，氣溫的變化存在差異.

22海島站與城市站氣溫四季氣溫變化趨勢

從各對比站四季變化趨勢（表3）可知：海島站不論是平均氣溫還是最高、最低氣溫都是春季變暖幅度最大，秋季次之，然后是冬季，變暖幅度最小的是夏季，其中嵊泗站夏季的平均氣溫、最高氣溫以及冬季的最高氣溫都沒有明顯變暖趨勢，未通過顯著性檢驗(yàn)（6—8月以及12月—次年1月均未通過005顯著性水平檢驗(yàn)）.相對應(yīng)城市站平均氣溫各季都是明顯的增溫趨勢，春、秋季也是變暖幅度最大季節(jié)，冬、夏略低.

分析發(fā)現(xiàn)所選的浙江東部海島和城市的冬季氣溫并不像其他地區(qū)[12]升溫最明顯，反而在四季中僅略高于夏季，有時(shí)甚至低于夏季.具體到各月發(fā)現(xiàn)各站點(diǎn)除2月外，12月和1月的平均氣溫以及最高氣溫冷暖變化趨勢不明顯，多數(shù)未能通過001或005顯著性水平的檢驗(yàn)，說明1971—2015年間沿海地區(qū)的氣溫變化同其他地區(qū)有所不同.

23海島站與城市站氣溫突變檢驗(yàn)

利用MK方法分析了海島站和城市站平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的突變情況.圖2為MK分析年平均氣溫計(jì)算結(jié)果繪制，可知海島站的年平均氣溫從20世紀(jì)90年代中期開始增溫明顯，根據(jù)UF（k）和UB（k）曲線交點(diǎn)的位置，確定海島站年平均氣溫的增暖是突變現(xiàn)象：北部海島嵊泗、普陀突變發(fā)生在1996年，南部海島玉環(huán)、洞頭發(fā)生在1998年.海島站平均最高氣溫和平均最低氣溫同樣存在變暖突變現(xiàn)象（圖略），其中平均最高氣溫突變時(shí)間自北而南分別為1988、1994、1996、1993年.而最低氣溫突變現(xiàn)象最晚，分別為1997、2000、1999和2001年.4個(gè)

相鄰城市站平均氣溫UF曲線通過005顯著性水平檢驗(yàn)時(shí)間明顯偏早，出現(xiàn)在1993—1998年，但UF（k）和UB（k）曲線交點(diǎn)多在臨界值附近出現(xiàn)，表明城市站也有平均氣溫突變現(xiàn)象，但不如海島站明顯：嘉興和溫州1996年發(fā)生突變，鄞州略早1993年，洪家最晚在2000年.相較而言，多數(shù)城市站氣溫突變時(shí)間比海島站早，如鄞州和溫州，但也有的相同如嘉興，有的偏晚，如洪家.城市站的平均最高氣溫（圖略）因?yàn)閺?0年代后期開始就一直處于上升階段，都不存在突然增暖現(xiàn)象，如鄞州和溫州在臨界值內(nèi)并沒有交點(diǎn).平均最低氣溫存在突變現(xiàn)象（圖略）時(shí)間分別為1997、1991、2000、2001年，突變時(shí)間多數(shù)接近或略晚于平均氣溫.

24城市化影響

以海島站作背景，可以評價(jià)距離海洋較近的陸地城市化的影響[15].因此以所選4個(gè)海島站作背景，利用式（1）、（2）計(jì)算了城市化影響ΔTui和城市化影響貢獻(xiàn)率Eu，結(jié)果如表4所示.可知1971—2015年間4個(gè)沿海城市站的城市化對于平均氣溫以及最高、最低氣溫變化趨勢的影響均為正貢獻(xiàn)，表明城市化影響加速了氣溫的變暖趨勢.但城市化影響因所選站點(diǎn)不同而有不同表現(xiàn)：對于平均氣溫，北部城市化對氣溫變化趨勢影響大于南部，最大鄞州達(dá)到0025℃/a，城市化對于平均氣溫的升高貢獻(xiàn)率達(dá)到了47%，最小的是溫州，為0006℃/a，貢獻(xiàn)率為1643%.同時(shí)城市化對氣溫的影響也具有非對稱性，鄞州和洪家地區(qū)的最低氣溫的貢獻(xiàn)率最大，鄞州達(dá)到5945%，表明城市化影響明顯增加了這些地區(qū)最低氣溫的變暖趨勢，而嘉興和溫州城市化對最高氣溫的貢獻(xiàn)率最大，這與有些研究不同[12].

從四季的城市化影響來看（表略），除溫州外，城市化對沿海城市四季氣溫的變化也為增溫趨勢，且貢獻(xiàn)率最高的季節(jié)為夏季，主要原因是作為背景站的海島站夏季增溫趨勢不明顯造成的；而溫州的城市化影響對于冬季最高氣溫和春季最低氣溫貢獻(xiàn)率為負(fù)值，表明城市化對溫州地區(qū)增溫影響不顯著.

3結(jié)果與討論

通過研究浙江省東部海島地區(qū)的1971—2015年氣溫序列并和相鄰城市站做對比發(fā)現(xiàn)：

1）1971—2015年間海島地區(qū)的平均氣溫呈現(xiàn)明顯的前冷后暖特征，21世紀(jì)初的10a是有氣象記錄以來最熱的10a，其中2007年是有氣象記錄以來的最熱的一年.平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫在1971—2015年間都存在變暖趨勢，線性傾向率在0028～0033℃/a，變暖幅度明顯小于相鄰城市站（0045～0050℃/a），說明全球變暖仍是影響海島氣溫變化的主導(dǎo)因素，但海洋對島嶼氣溫的調(diào)節(jié)作用明顯，反映了局地環(huán)境對氣溫有重要影響.

2）海島地區(qū)和沿海城市站氣溫具有明顯季節(jié)變化：春、秋季變暖明顯，尤其春季的平均氣溫以及最高、最低氣溫升溫幅度都是四季中最明顯的，然后是冬季，夏季最弱.北部海島嵊泗夏季和冬季沒有明顯的氣溫變化趨勢.

3）海島站不論是平均氣溫還是最高、最低氣溫都存在突然增暖趨勢，發(fā)生突變時(shí)間平均最高氣溫最早，平均最低氣溫最晚，平均氣溫介于二者之間.相鄰沿海城市站氣溫突變現(xiàn)象不如海島站明顯，發(fā)生突變的時(shí)間多早于海島站，多數(shù)城市站最高氣溫沒有突然變暖現(xiàn)象.

4）以海島站作背景，討論了城市化對沿海城市站氣溫的影響，發(fā)現(xiàn)城市化影響加速了氣溫的變暖趨勢.不同沿海城市的城市化對氣溫序列的影響不同，對鄞州增暖幅度十分明顯，但對溫州影響較弱；另外城市化對氣溫的影響變化也存在非對稱性，鄞州和洪家地區(qū)的最低氣溫的貢獻(xiàn)率最大，嘉興和溫州城市化對最高氣溫的貢獻(xiàn)率最大.除溫州外城市化對城市氣溫的四季變化均為增溫趨勢，且貢獻(xiàn)率最高的季節(jié)都為夏季，原因在于海島站受到海洋的影響，夏季升溫不明顯，因此作為背景站分析城市化的貢獻(xiàn)時(shí)，對夏季的貢獻(xiàn)率就容易偏大，要引起注意.

參考文獻(xiàn)

References

[1]任國玉，初子瑩，周雅清，等.中國氣溫變化研究最新進(jìn)展[J].氣候與環(huán)境研究，2005，10（4）：701716

RENGuoyu，CHUZiying，ZHOUYaqing，etal.RecentprogressesinstudiesofregionaltemperaturechangesinChina[J].ClimaticandEnvironmentalResearch，2005，10（4）：701716

[2]韓翠華，郝志新，鄭景云.1951—2010年中國氣溫變化分區(qū)及其區(qū)域特征[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2013，32（6）：887896

HANCuihua，HAOZhixin，ZHENGJingyun.RegionalizationoftemperaturechangesinChinaandcharacteristicsoftemperatureindifferentregionsduring1951-2010[J].ProgressinGeography，2013，32（6）：887896

[3]王體健，萬靜.長江三角洲地區(qū)近50a的氣溫變化特征分析[J].暴雨災(zāi)害，2008，27（2）：109113

WANGTijian，WANJing.Airtemperaturevariationinrecent50yearsoverYangtzeRiverDeltaregion[J].TorrentialRainandDisasters，2008，27（2）：109113

[4]毛敏娟，陳葆德，樊高峰，等.浙江省氣候變化事實(shí)研究[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2012，28（2）：271276

MAOMinjuan，CHENBaode，F(xiàn)ANGaofeng，etal.ResearchonclimatechangesinZhejiangprovince[J].JournalofTropicalMeteorology，2012，28（2）：271276

[5]屠其璞，鄧自旺，周曉蘭.中國氣溫異常的區(qū)域特征研究[J].氣象學(xué)報(bào)，2000，58（3）：288297

TUQipu，DENGZiwang，ZHOUXiaolan.StudiesontheregionalcharacteristicsofairtemperatureabnormalinChina[J].ActaMeteorologicaSinica，2000，58（3）：288297

[6]任玉玉，任國玉，張愛英.城市化對地面氣溫變化趨勢影響研究綜述[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29（11）：13011310

RENYuyu，RENGuoyu，ZHANGAiying.Anoverviewofresearchesofurbanizationeffectonlandsurfaceairtemperaturetrends[J].ProgressinGeography，2010，29（11）：13011310

[7]丁駿，朱業(yè)，王勤，等.浙江海島區(qū)域氣候變化特征分析[J].海洋預(yù)報(bào)，2011，28（4）：8792

DINGJun，ZHUYe，WANGQin，etal.Characteristicanalysisofprecipitation，temperatureandwindspeedchangesinZhejiangislandarea[J].MarineForecasts，2011，28（4）：8792

[8]李俠麗，原文杰，胡潤杰，等.以海島站為背景研究城市化對氣溫變化趨勢的影響[J].安徽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，39（5）：103108

LIXiali，YUANWenjie，HURunjie，etal.Impactofurbanizationonairtemperaturesvariationtrendsbasedonislandstations[J].JournalofAnhuiUniversity（NaturalSciences），2015，39（5）：103108

[9]郭力民.大陳遷站前后氣象資料序列的均一性檢驗(yàn)[J].浙江氣象科技，1992，13（1）：2324

GUOLimin.HomogeneitytestofthemeteorologicaldataseriesbeforeandafterthemoveofDachenstation[J].JournalofZhejiangMeteorology，1992，13（1）：2324

[10]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2008：3559

WEIFengying.Modernclimaticstatisticaldiagnosisandpredictiontechnology[M].Beijing：ChinaMeteorologicalPress，2008：3559

[11]符淙斌，王強(qiáng).氣候突變的定義和檢測方法[J].大氣科學(xué)，1992，16（4）：488489

FUCongbinWANGQiang.Thedefinitionanddetectionoftheabruptclimaticchange[J].ScientiaAtmosphericaSinica，1992，16（4）：488489

[12]段春鋒，繆啟龍，曹雯，等.以高山站為背景研究城市化對氣溫變化趨勢的影響[J].大氣科學(xué)，2012，36（4）：811822

DUANChunfeng，MIAOQilong，CAOWen，etal.Effectofurbanizationonvariationtrendsofairtemperaturesbasedonmountainstations[J].ChineseJournalofAtmosphericSciences，2012，36（4）：811822

[13]徐霜芝，俞連根.近40年全球氣溫增暖和華東地區(qū)氣候變化的分析[J].科技通報(bào)，1996，12（5）：262267

XUShuangzhi，YULiangen.AnalysisofglobaltemperaturewarmandclimaticchangeinEastChinaforthenearest40years[J].BulletinofScienceandTechnology，1996，12（5）：262267

[14]周雅清，任國玉.城市化對華北地區(qū)最高、最低氣溫和日較差變化趨勢的影響[J].高原氣象，2009，28（5）：11581166

ZHOUYaqing，RENGuoyu.Theeffectofurbanizationonmaximum，minimumtemperaturesanddailytemperaturerangeinNorthChina[J].PlateauMeteorology，2009，28（5）：11581166

[15]地球科學(xué)編委會(huì).10000個(gè)科學(xué)難題：地球科學(xué)卷[M].北京：科學(xué)出版社，2010：843846

TheEarthSciencesCommittee.10000selectedproblemsinsciences：earthsciences[M].Beijing：SciencePress，2010：843846