楚雄州1971―2016年極端氣溫變化特征分析*

徐 凌，陳曉東，林 坤

(1.楚雄州氣象局，云南 楚雄 675000；2.元謀縣氣象局，云南 元謀 651300)

1 引言

近年來，不同的學(xué)者針對不同地區(qū)極端氣溫的變化進行了研究，武麗梅、董丹宏等研究了中國極端氣溫時空變化特征[1―4]；蔣薇、張卉等分析我國不同區(qū)域極端氣溫的變化特征[5―7]；張萬誠、楊曉靜等對云南省極端氣溫時空變化進行了分析[8―11]；夏范燕對楚雄站近50年極端氣候數(shù)據(jù)變化進行了分析[12]；何萍、魯永新等對楚雄氣溫變化情況進行分析[13―14]，但針對楚雄州極端氣溫變化情況的研究很少。本文對楚雄州1971～2016年氣溫實測資料進行統(tǒng)計分析，以揭示楚雄州近46年來極端氣溫的變化特征及演變趨勢，加深認識本地氣候變化的規(guī)律，為更好的開展本地氣候變化的監(jiān)測、評估及防災(zāi)減災(zāi)等提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

以1971～2016年楚雄州10站點逐日極端最高(低)氣溫、平均氣溫實測資料為基礎(chǔ)，統(tǒng)計出楚雄州年(季)極端氣溫和平均氣溫的基本狀況。以10站點平均值為全州平均。年極端最高(低)氣溫從各月極端最高(低)氣溫中挑??；四季極端最高(低)氣溫從對應(yīng)各月極端最高(低)氣溫中挑取。文中3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12月～次年2月為冬季。

2.2 研究方法

利用線性傾向估計[15]，對楚雄州1971―2016年極端最高(低)氣溫、平均氣溫進行線性趨勢分析。計算出相關(guān)系數(shù)[15]，進行顯著性檢驗[15]。

2.2.1 線性傾向估計

建立氣候要素的時間變化序列，進行趨勢分析，用一元線性回歸方程Y=at+b表示，其中a、b為經(jīng)驗常數(shù)，用最小二乘法通過實際資料計算得出。a表示線性函數(shù)的斜率，也就是氣候要素變化趨勢率，a為正(負)表示增加(減小)趨勢，并以a的10倍作為氣候變量的氣候傾向率。

2.2.2 相關(guān)分析

通過計算兩組氣象要素間的Pearson相關(guān)系數(shù)，來度量氣象要素問的相關(guān)性。對于兩組氣象要素X1，X2，……，Xn和Y1，Y2，……，Yn，相關(guān)系數(shù)r的計算公式為：

相關(guān)系數(shù)r取值在-1.0～+1.0之間。當(dāng)r>0時，表明兩變量正相關(guān)，越接近1.0，正相關(guān)越顯著；當(dāng)r<0時，表明兩變量負相關(guān)，越接近-1.0，負相關(guān)越顯著；當(dāng)r=0時，則表明兩變量相互獨立。本文中所涉及相關(guān)系數(shù)均是氣溫變量與時間變量(年序號)之間的線性相關(guān)。

2.2.3 相關(guān)性檢驗

利用相關(guān)系數(shù)檢驗表，根據(jù)自由度，給定顯著性水平，直接查表對相關(guān)系數(shù)進行顯著性檢驗。

3 結(jié)果與分析

3.1 極端氣溫變化

3.1.1 各站極端最高(低)氣溫基本狀況

從表1可看出，楚雄州10站累年極端最高氣溫均出現(xiàn)在2014年6月，其中2014年6月3日楚雄、雙柏、牟定、姚安、大姚、元謀、祿豐7站出現(xiàn)極值；同年6月4日南華、永仁、武定3站出現(xiàn)極值；姚安站2014年6月3日、2015年6月4日極端最高氣溫均達歷史極值。10站中極端最高氣溫的最大值為元謀站42.4℃，最小值雙柏站32.0℃，其余各站在33.9～37.8℃之間。

與極端最高氣溫出現(xiàn)時段各站點比較一致的情況不同，楚雄州10站累年極端最低氣溫出現(xiàn)在不同年份，其中出現(xiàn)在1974年1月有2站，1982年12月4站，出現(xiàn)在1983年12月、1997年1月、1999年12月各有1站。雙柏縣2016年1月25日極端最低氣溫與累年最低的1982年12月26日持平。2000年后10站中除雙柏站外，均未出現(xiàn)累年極端最低氣溫。10站中累年極端最低氣溫的最小值為姚安、南華站-8.4℃，最大值元謀站-1.3℃，其余站點在-4.4℃～-7.3℃之間。

表1 1971―2016年楚雄州10站點累年極端最高(低)氣溫極值及出現(xiàn)時間表

從累年極端氣溫出現(xiàn)的月份看，全州極端最高氣溫多出現(xiàn)在5月，46年中有26年，占57%；其次是6月份，占22%。46年中極端最低氣溫多出現(xiàn)在1月份，有33年，占72%，出現(xiàn)在12月份的有12年，占26%。

3.1.2 極端最高氣溫變化

(1) 年極端最高氣溫變化

1971―2016楚雄州區(qū)域平均年極端最高氣溫升溫趨勢明顯(見圖1)，相關(guān)系數(shù)r=0.3972，氣候傾向率為0.31℃/10a (顯著性水平p=0.01),即每10年楚雄州區(qū)域平均年極端最高氣溫升高0.31℃。最低值出現(xiàn)在1974年，全州平均為30.1℃；最高值為2014年，全州平均為35.6℃。2008年后極端最高氣溫明顯升高，氣候傾向率為1.35℃/10a (顯著性水平p=0.01)。

圖1 1971―2016年楚雄州區(qū)域平均年極端最高氣溫變化及其線性趨勢擬合(y為氣溫變量，x為年序號，R2為方程擬合度，R為y與x的相關(guān)系數(shù),下文各圖相同)

全州10站年極端最高氣溫均呈升溫趨勢，但各站氣候傾向率不同，升溫速率在0.11～0.47℃/10a之間；最大值為牟定站，氣候傾向率為0.47℃/10a(p=0.01)；最小值為雙柏站每10年年極端最高氣溫升高0.11℃ (未通過p=0.1檢驗)。

(2)各季節(jié)極端最高氣溫變化

從區(qū)域平均極端最高氣溫的各季節(jié)值變化趨勢來看(見圖2)，春、夏、秋、冬四季極端最高氣溫均呈升溫趨勢，升溫速率冬季>夏季>春季>秋季。楚雄州極端最高氣溫在冬季上升明顯，冬季每10年升高0.46℃ (p=0.01)。升幅最小的是秋季每10年升高0.25℃ (p=0.05)。

(a)春季

(b)夏季

(c)秋季(d)冬季

圖2 1971―2016年楚雄州區(qū)域平均各季節(jié)極端最高氣溫變化及其線性趨勢擬合

3.1.3 極端最低氣溫變化

(1)年極端最低氣溫變化

1971―2016年楚雄州區(qū)域平均極端最低氣溫也呈升溫趨勢，氣候傾向率為0.36℃/10a (p=0.01),即每10年年區(qū)域平均極端最低氣溫升高0.36℃。最低值出現(xiàn)在1974年、1982年，極端最低氣溫均為-4.8℃。2000年后除2013年為負距平，其余15年極端最低氣溫均為正距平，低溫升溫趨勢明顯。

圖3 1971―2016年楚雄州區(qū)域平均年極端最低氣溫變化及其線性趨勢擬合

全州10站年極端最低氣溫均呈升溫趨勢，升溫速率在0.1～0.91℃/10a之間。楚雄站升溫速率最大，氣候傾向率為0.91℃/10a (p=0.01), 牟定站氣候傾向率為0.30℃/10a (p=0.01)，姚安站氣候傾向率為0.56/10a (p=0.01),武定站氣候傾向率為0.37/10a (p=0.01)，祿豐站氣候傾向率為0.30/10a (p=0.01)。南華氣候傾向率為0.30/10a(p=0.05)，大姚氣候傾向率為0.24/10a(p=0.05)。雙柏、永仁、元謀3站線性升溫未通過顯著性水平p=0.1的檢驗。

(2) 各季節(jié)極端最低氣溫變化

1971―2016年楚雄州區(qū)域平均四季極端最低氣溫均呈升溫趨勢(見圖4)，升溫速率春季>冬季>秋季>夏季。以春季升溫最明顯，每10年升高0.48℃ (p=0.01)。其次是冬季每10年升高0.37℃(p=0.01)。夏季每10年升高0.23℃ (p=0.05)。秋季每10年升高0.23℃，但線性變化趨勢未通過顯著性p=0.1的檢驗。

3.2 平均氣溫變化

3.2.1 年平均氣溫的變化

1971―2016年楚雄州區(qū)域平均年平均氣溫升溫趨勢明顯(見圖5)，但年平均氣溫升溫速率較年極端最高(低)氣溫升溫速率小，其氣候傾向率為0.2℃/10a (p=0.01),即每10年年平均氣溫升高0.2℃。最低值出現(xiàn)在1971年、1992年，年均溫為15.6℃；最高值為2014年，年均溫17.5℃。各站點極端最高氣溫最大值一致地出現(xiàn)在2014年6月。

圖5 1971―2016年楚雄州區(qū)域平均年平均氣溫變化及其線性趨勢擬合

從逐年年均氣溫距平看，1971～1997年27年間氣溫相對偏低，負距平17年，正距平僅4年，其余6年年均溫與歷年持平。1998～2008年氣溫處于相對波動期，11年間正距平5年，負距平6年。2009年以后年平均氣溫均為正距平，除2011年年平均氣溫與歷年持平，其余年份距平值在0.5℃以上，升溫明顯。

3.2.2 各季節(jié)平均氣溫變化

楚雄州區(qū)域平均各季節(jié)平均氣溫也呈升溫趨勢(見表2)，其中冬季升溫較其他季節(jié)快，其氣候傾向率為0.29℃/10a(p=0.01)，秋季略高于春、夏季，氣候傾向率為0.18℃/10a (p=0.01)，春、夏季氣候傾向率均為0.17℃/10a (p=0.05和0.01)。

表2中相關(guān)系數(shù)均為時間變量與氣溫(極端最高〈低〉氣溫、平均氣溫)變量兩者的相關(guān)，如：春季平均氣溫相關(guān)系數(shù)0.2970表示：時間變量序列(1971―2016)與該序列對應(yīng)的楚雄州區(qū)域平均春季氣溫兩者的相關(guān)系數(shù)，表中其他相關(guān)系數(shù)依此類推。

表2 最近46年楚雄州區(qū)域平均的各季節(jié)和年平均氣溫、極端氣溫(最高最低)

備注：“***”、“**”、“*”表示分別通過顯著性水平p=0.01、p=0.05、p=0.1的檢驗。

3.3 年極端最高(低)氣溫與年平均氣溫相關(guān)分析

分析楚雄州年極端最高(低)氣溫與年平均氣溫相關(guān)性，年極端最高氣溫與年平均氣溫的相關(guān)系數(shù)r=0.6650(p=0.01)，年極端最低氣溫的相關(guān)系數(shù)為r=0.3708(p=0.05)，都有顯著的相關(guān)性。表明極端氣溫的變化趨勢與氣候變化趨勢相一致。

4 特點和成因分析

(1)氣候變暖背景下的極端氣溫變化。從年值變化看，1971―2016年楚雄州極端最高(低)氣溫、平均氣溫三者均呈升溫趨勢，這與何萍[13]、魯永新[14]等的分析結(jié)果較一致，并且極端氣溫與年平均氣溫呈顯著正相關(guān)性，年極端最高氣溫出現(xiàn)在134年來全球最暖年的2014年，表明當(dāng)?shù)貧夂蝽憫?yīng)全球氣候變暖。楚雄州的升溫速率表現(xiàn)為極端最低(0.36℃/10a)>極端最高(0.31℃/10a)>平均氣溫(0.20℃/10a)；四個季節(jié)的極端最高(低)氣溫升溫速率均大于平均氣溫的升溫速率，說明楚雄州在氣候變暖背景下有低溫事件頻次數(shù)減小、高溫事件頻次數(shù)增大的變化特點。

(2)氣候變暖的季節(jié)性特點。楚雄州四個季節(jié)的極端最高(低)氣溫、平均氣溫都呈升溫趨勢，與年值的變化較一致。升幅最大值極端最高氣溫(0.46℃/10a)、平均氣溫(0.29℃/10a)均出現(xiàn)在冬季，而極端最低氣溫升幅最大值出現(xiàn)在春季(0.48℃/10a)；表明冬春季變暖比其他季節(jié)變暖更明顯，對當(dāng)?shù)貧夂蜃兣暙I最大。

(3)為什么年極端最高氣溫5月頻次數(shù)大而多數(shù)站點累年極端最高氣溫出現(xiàn)在6月？楚雄州干、雨季節(jié)分明且雨季開始幾乎為全省最晚區(qū)域；干季的2―4月和5月前中期因日照多和太陽輻射強且少雨，而不斷升溫；常年雨季5月末6月初雨季開始后，熱容量大、溫度較低的雨水會吸收地面的許多熱量并通過水汽蒸發(fā)散失，導(dǎo)致氣溫下降，故最高氣溫都出現(xiàn)在雨季開始前夕。楚雄州的春末初夏極端干旱年都是雨季晚至6月中下旬才開始，從而導(dǎo)致多數(shù)站點累年極端最高氣溫都出現(xiàn)在6月。

(4)年值變化中楚雄州極端最高(低)氣溫、平均氣溫三者中極端最低氣溫升溫速率最大，與全國[1―4]、云南省[8―11]最低氣溫變暖最明顯較一致。有差異的是楚雄州升溫速率為極端最低>極端最高>平均氣溫，與云南省同一氣候帶升溫(最低氣溫>平均氣溫>最高氣溫)[10]變化趨勢不同；同時，楚雄州極端最高氣溫、平均氣溫冬季升幅最大，極端最低氣溫升幅最大值出現(xiàn)在春季，這與云南省多數(shù)地區(qū)冬季最高、最低氣溫增幅均最大[8]不同。

5 結(jié)論

(1)楚雄州年極端最高氣溫5月出現(xiàn)頻次大，但多數(shù)站點累年極端最高氣溫出現(xiàn)在6月，這與當(dāng)?shù)貧夂蚋?、雨季?jié)分明，雨季開始期典型偏晚且年際波動大有關(guān)。極端最低氣溫多出現(xiàn)在1月或12月，主要與當(dāng)?shù)睾碧鞖獾念l次和強寒潮出現(xiàn)的時間分布有關(guān)。

(2)1971―2016年，楚雄州年極端最高(低)和年平均氣溫均呈升溫趨勢，其中年極端最低氣溫升溫速率最大(0.36℃/10a)，最低氣溫的升溫對氣候變暖貢獻較大，這與全球、我國和云南氣候變暖趨勢特點比較一致。極端最低氣溫升溫速率大于極端最高氣溫，表明當(dāng)?shù)囟纠涫录p少的事實比極端高溫事件增多更值得關(guān)注。

(3)楚雄州氣候變暖的特點表現(xiàn)為極端最高(低)氣溫升幅>平均氣溫升幅；極端最高氣溫和平均氣溫的氣候傾向率最大出現(xiàn)在冬季，同時極端最低氣溫升幅最大值出現(xiàn)在春季，表明冬、春季氣溫上升對楚雄州氣候變暖貢獻最大。

(4)楚雄州季節(jié)性極端氣溫變化有一些地方性特點。比如，春季升溫速率極端最低氣溫>極端最高氣溫>平均氣溫，其他三季升溫速率為極端最高氣溫>極端最低氣溫>平均氣溫，這與全國及省內(nèi)大部分區(qū)域的季節(jié)性極端氣溫變化特點有所不同，其原因有待于進一步深入研究。