四川氣候變化及極端天氣事件分析

羅 玲

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院 四川 成都 610065)

引言

氣候變化對(duì)人類生產(chǎn)生活影響顯著，多年以來(lái)一直受到廣泛的關(guān)注，其中氣候變化中的突變與轉(zhuǎn)型尤為突出。從氣象學(xué)角度來(lái)看氣候變化，指的是長(zhǎng)時(shí)間的氣候轉(zhuǎn)換或改變發(fā)生在全球、一個(gè)區(qū)域或特定地點(diǎn)，是以某些或所有的與平均天氣狀況有關(guān)的特征，例如氣溫、風(fēng)場(chǎng)和降水量等要素的變化來(lái)度量的[1]。氣候變化這一詞語(yǔ)，對(duì)于多數(shù)人來(lái)說(shuō)已是耳熟能詳?shù)?，人們?duì)氣候變化感受最深的就是氣候變暖，尤其是近幾十年來(lái)出現(xiàn)頻繁的曖冬現(xiàn)象。可以這樣理解，地球氣候系統(tǒng)正在發(fā)生著一次變動(dòng)，這次變動(dòng)是以變暖為主要特點(diǎn)的，而且這種變暖已經(jīng)是一個(gè)事實(shí)。近年來(lái)，干旱、洪、暴雨、熱浪等天氣和氣候極端事件，不僅出現(xiàn)更加頻繁，而且給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人類生活造成了重大的危害和損害[2-3]。

一、研究資料及方法

(一)研究資料

氣象資料來(lái)自于中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心網(wǎng)站的《中國(guó)地面國(guó)際交換站氣候資料日值數(shù)據(jù)集》，選取四川11個(gè)中國(guó)地面國(guó)際交換站：56146甘孜，56172馬爾康，56182松潘，56187溫江，56257理塘，56469九龍，56492宜賓，56571西昌，56671會(huì)理，57237萬(wàn)源，57411高坪區(qū)，用這11個(gè)中國(guó)地面國(guó)際交換站的氣候資料溫度、降水的日值、月值數(shù)據(jù)，時(shí)間長(zhǎng)度為近30年。

極端天氣事件的定義參考中國(guó)氣象局制定標(biāo)準(zhǔn)(中國(guó)國(guó)家氣象局，1990)，將日最高氣溫高于35℃定義為高溫日，日最低氣溫低于-10℃定義為低溫日，將日最大風(fēng)速大于17m/s定義為大風(fēng)日，將日降水量大于50mm定義為強(qiáng)降雨日。

(二)氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文所用的是四川省地面國(guó)際交換站的氣象數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的氣象要素有平均溫度0.1℃、日最高氣溫0.1℃、日最低氣溫0.1℃、20-20時(shí)降水量0.1mm、平均風(fēng)速0.1m/s。數(shù)據(jù)中的降雨量數(shù)值顯示32700時(shí)，表示降雨量為微量，本文用0將之代替[4]。數(shù)據(jù)源的極大風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、最大風(fēng)速中有很多數(shù)值為32766，這是表示的數(shù)據(jù)缺失，由于這些字段過(guò)度缺乏，本文直接刪除這些含有大量缺失值的字段[5]。首先將所有交換站的所有氣象要素按年匯總，再將四川盆地選取的4個(gè)交換站匯總，將川西高原選取的7個(gè)交換站匯總。匯總內(nèi)容為年平均溫度、年最高溫度、年最低溫度、年平均風(fēng)速、高溫日、低溫日和暴雨日。

(三)研究方法

本研究采用基于氣象數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法。氣候變化的分析主要從兩方面分析，包括連續(xù)的氣候變化趨勢(shì)和不連續(xù)的氣候突變[6]。氣候變化趨勢(shì)分析的方法采用累積距平法，氣候突變分析的方法采用M-K檢測(cè)[7-8]。

二、四川區(qū)域氣候變化及極端天氣事件分析

四川以龍門山-大涼山一線為界，川西高原及川西南山地在西部，四川盆地及盆緣山地在東部。由于四川東西兩部分氣候差異明顯，將四川分為兩部分進(jìn)行分析，前者命名為川西高原，后者命名為四川盆地，川西區(qū)值由甘孜、馬爾康、松潘、理塘、九龍、西昌、會(huì)理7個(gè)交換站的算數(shù)平均值代表，川東區(qū)值由溫江、宜賓、萬(wàn)源、高坪區(qū)4個(gè)交換站的算數(shù)平均值代表。

區(qū)域氣候變化是以不同時(shí)期的溫度、降水和風(fēng)速等氣候要素的統(tǒng)計(jì)量的差異反映。氣候變化更多的是利用氣候的平均狀態(tài)的改變來(lái)體現(xiàn)的。本文以年平均氣溫的變化來(lái)表征區(qū)域氣溫變化，而用年降水量的變化來(lái)表征區(qū)域降水量變化。極端天氣事件用高溫日、低溫日、暴雨日和大風(fēng)日反映，統(tǒng)計(jì)極端天氣事件發(fā)生日數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(一)氣溫變化及極端氣溫事件分析

極端氣溫事件包括極端高溫事件和極端低溫事件，氣溫變化分析通過(guò)趨勢(shì)分析表示[9-10]。

圖1(左1)是四川盆地近30年平均氣溫序列的突變檢驗(yàn)圖。圖中兩條水平直線為α=0.05顯著性水平臨界值，實(shí)曲線為UF(k)，虛曲線為UB(k)。圖中UF(k)曲線顯示在1985年到1996年年平均氣溫在波動(dòng)中變化，1997年到2010年有一個(gè)明顯的升溫趨勢(shì)，從2010年至2015年平均氣溫呈下降趨勢(shì)。同時(shí)由于UF(k)和UB(k)兩條曲線存在明顯的交點(diǎn)且該交點(diǎn)在臨界線內(nèi)，說(shuō)明年平均氣溫存在顯著的突變時(shí)刻。根據(jù)UF(k)曲線和UB(k)曲線的交點(diǎn)位置，確定四川盆地近30年年平均氣溫趨勢(shì)出現(xiàn)突變，具體突變點(diǎn)是在1997年，說(shuō)明四川盆地年平均氣溫在1997年附近可能發(fā)生了突變。2001年這種增加趨勢(shì)均大大超過(guò)了顯著性水平為0.05的臨界線，也超過(guò)了顯著性水平為0.01的臨界線，說(shuō)明這種上升趨勢(shì)呈現(xiàn)出顯著的特征。同理可分析出四川盆地、川西高原的年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫的趨勢(shì)特征和突變情況。

圖1四川盆地年平均(左1)、年平均最高(左2)、年平均最低(左3)氣溫曼-肯德?tīng)柦y(tǒng)計(jì)量曲線，川西高原年平均(右1)、年平均最高(右2)、年平均(右3)氣溫曼-肯德?tīng)柦y(tǒng)計(jì)量曲線(兩條水平直線為α=0.05顯著性水平臨界值)

圖中兩條水平直線為α=0.05顯著性水平臨界值，實(shí)曲線為UF(k)，虛曲線為UB(k)。

(二)高溫日、低溫日

四川日最高溫度大于等于35℃的地區(qū)僅四川盆地的4個(gè)國(guó)際地面交換站，因此本文對(duì)高溫日的分析體現(xiàn)在四川盆地。四川日最低溫度小于等于-10℃的地區(qū)僅川西高原的7個(gè)國(guó)際地面交換站，因此本文對(duì)低溫日的分析體現(xiàn)在川西高原。

根據(jù)圖2(左)，近30年四川盆地高溫日數(shù)的線性傾向表現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，平均約每10年就有增加2.9天的趨勢(shì)。1994年和2006年分別出現(xiàn)高點(diǎn)，高點(diǎn)的位置呈逐漸上升趨勢(shì)，說(shuō)明最高溫也在逐年上升。1987年、1993年、1999年、2005年、2008年和2012年出現(xiàn)相對(duì)低點(diǎn)，低點(diǎn)的位置呈逐漸上升趨勢(shì)。1985年至2004年高溫日數(shù)變化曲線波動(dòng)較小，之后變化波動(dòng)較之間大。M-K分析四川盆地高溫天數(shù)從1985年至2015年呈現(xiàn)波動(dòng)中上升的趨勢(shì)，2004年這種趨勢(shì)超過(guò)α=0.05顯著性水平臨界值，增加趨勢(shì)明顯，與趨勢(shì)圖分析結(jié)果基本吻合。

根據(jù)圖2(右)，近30年川西高原低溫日數(shù)的線性傾向呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，平均約每10年就有減少1.9天的趨勢(shì)。1992年和2008年分別出現(xiàn)高點(diǎn)，分別為30天和25天，高點(diǎn)的位置呈逐漸下降趨勢(shì)，說(shuō)明最低溫也在逐年上升。1988年、1995年和2006年出現(xiàn)相對(duì)低點(diǎn)，低點(diǎn)的位置呈逐漸下降趨勢(shì)。1985年至2004年高溫日數(shù)變化曲線波動(dòng)較小，之后變化波動(dòng)較之間大。M-K分析川西高原低溫天數(shù)從1985年至2015年呈現(xiàn)波動(dòng)中下降的趨勢(shì)，2004年這種趨勢(shì)超過(guò)α=0.05顯著性水平臨界值，下降趨勢(shì)明顯，與上圖分析結(jié)果基本吻合。

圖1985-2015年四川盆地高溫(左1)、川西高原(右1)低溫天數(shù)趨勢(shì)圖，四川盆地高溫(左2)、川西高原低溫(右2)天數(shù)曼-肯德?tīng)柦y(tǒng)計(jì)量曲線圖(直線為α=0.05顯著性水平臨界值)

(三)降水、暴雨及風(fēng)速

由于篇幅有限，省略降水、暴雨及風(fēng)速分析圖，分析結(jié)果為：1985年以來(lái)四川盆地降水量總體上是增加趨勢(shì)，川西高原降水量總體上基本保持不變。1985年以來(lái)四川盆地的風(fēng)速總體上呈現(xiàn)略微下降趨勢(shì)，川西高原降水量總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

三、結(jié)論

第一，氣候變化特征及趨勢(shì)。1985年至2015年間四川省年平均氣溫和年最高氣溫都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，最低氣溫未呈現(xiàn)顯著地變化趨勢(shì)。四川盆地和川西高原年平均溫度存在差異，四川盆地氣候傾向率為0.39℃/10a，略高于川西高原0.34℃/10a，均發(fā)生突變，突變時(shí)間有差異。四川省氣候變暖的趨勢(shì)明顯，尤其是近年來(lái)氣候變暖的趨勢(shì)更加的顯著。1985年以來(lái)四川盆地降水量總體上是增加趨勢(shì)，川西高原降水量總體上基本保持不變。1985年以來(lái)四川盆地的風(fēng)速總體上呈現(xiàn)略微下降趨勢(shì)，川西高原降水量總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。四川氣候變化未來(lái)可能將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這也顯示了四川氣候變化與全球氣候變化具有同步性。

第二，高溫日、低溫日和暴雨日分析。四川盆地的高溫日數(shù)呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，平均約每10年增加2.9天，在2002年發(fā)生突變，且突變顯著。川西高原低溫日數(shù)的線性傾向呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，平均約每10年減少1.9天，在1994年、200年均發(fā)生突變。四川盆地和川西高原的暴雨天數(shù)基本保持不變。

總之，在氣候變暖的背景下，四川極端天氣氣候的頻率和強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，災(zāi)害性天氣的致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也在增加，因此不僅須提高防災(zāi)的意識(shí)，而且應(yīng)提高對(duì)防災(zāi)的能力[11-13]。