云南省氣溫和降水變化特性研究

張楠

摘要：利用云南國家9個(gè)氣象站觀測1956-2017年的氣溫和降水資料，采用線性回歸分析，趨勢線分析、累積距平統(tǒng)計(jì)量與信噪比檢驗(yàn)方法，對(duì)62年來的氣溫和降水變化進(jìn)行特性分析。結(jié)果表明：云南省年平均氣溫呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，降水量都出現(xiàn)逐年減小的趨勢，不考慮量綱差異，其降低速率具有反向相關(guān)性，大致年平均氣溫每升高1℃，年降水量減少24.2mm。四季氣溫均呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，其中夏季氣溫升高最為顯著，四季降水量變化表現(xiàn)為春、冬兩季降水量有所增加，夏、秋兩季降水量有所減小。

Abstract： The temperature and precipitation data from 1956 to 2017 were observed at 9 national weather stations in Yunnan province， and the characteristics of temperature and precipitation changes over 62 years were analyzed by using linear regression analysis， trend line analysis， cumulative anomaly statistics and signal-to-noise ratio test methods. The results show that the annual average temperature in Yunnan province shows a trend of increasing year by year， and the precipitation shows a trend of decreasing year by year. Regardless of dimensional differences， the decreasing rate is inversely correlated， and the approximate annual average temperature decreases by 24.2mm for every 1℃ increase. The temperature in all four seasons showed a steady trend of rise， among which the temperature in summer was the most significant. The change of precipitation in the four seasons showed that the precipitation in spring and winter increased， while the precipitation in summer and autumn decreased.

關(guān)鍵詞：氣溫;降水;季節(jié)變化;年際變化

Key words： temperature;precipitation;seasonal changes;interannual variability

中圖分類號(hào)：P333 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）25-0241-04

1 ?研究背景

云南省地處中國南部，屬青藏高原南延部分，平均海拔2000米左右。地形上常常以元江谷地和云嶺山脈中的寬谷為界，將其劃分成東、西兩大地形區(qū)。東部稱為滇東、滇中高原，地形波狀起伏，表現(xiàn)為起伏和緩的低山和渾圓丘陵，巖溶廣泛發(fā)育。西部為橫斷山脈縱谷區(qū)，高山深谷相間，相對(duì)高差較大，地勢險(xiǎn)峻。云南地處低緯高原，地形地貌復(fù)雜，氣候類型多變，雨量較為充沛，但是每年都會(huì)出現(xiàn)不同程度的干旱，這種濕潤地區(qū)的臨時(shí)干旱特點(diǎn)對(duì)農(nóng)業(yè)及工業(yè)有很大的影響[1-4]。同時(shí)隨著全球氣候變暖及極端天氣的增多，探究云南省的氣溫和降水量是否有與全球氣候變暖趨勢一致這一問題，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)都有著及其重要的意義。

本文以來自空間離散分布的氣象臺(tái)站的氣候數(shù)據(jù)資料，研究了云南地區(qū)氣候條件隨時(shí)間發(fā)生的變化。單獨(dú)采用時(shí)間序列分析具有局限性，因此本文利用9個(gè)站點(diǎn)的氣象觀測數(shù)據(jù)云南地區(qū)的氣候時(shí)空變化特性進(jìn)行研究，以多年來的降雨量和溫度變化，嘗試對(duì)氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索云南省地表氣象數(shù)據(jù)的變化特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來社會(huì)生產(chǎn)和生活及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供科學(xué)的氣象和降水依據(jù)。

2 ?數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 資料來源

2.1.1 研究區(qū)概況

云南位于中國南部高原山地（21°8′～29°15′，97°31′～106°11′），屬青藏高原南延部分，地勢特征極為復(fù)雜，平均海拔在2000米左右，氣候類型多樣，雨量充足且雨熱同期，但由于地勢特點(diǎn)，境內(nèi)名山眾多，山高谷深，其地理因素對(duì)氣候和降雨有很明顯的影響。部分區(qū)域水量難以保存，容易產(chǎn)生干旱災(zāi)害。

2.1.2 數(shù)據(jù)來源

文中所有數(shù)據(jù)均來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)間序列的連續(xù)性及長時(shí)段性等標(biāo)準(zhǔn)，為了確保站點(diǎn)信息氣溫和降水變化趨勢的一致性，經(jīng)過分析后剔除部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失較多或年限過短的站點(diǎn);隨后對(duì)所有篩選過的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了檢驗(yàn)，最終選取符合條件的9個(gè)氣象站點(diǎn)1956-2017 年期間共62年長度的逐日氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)。典型氣象站點(diǎn)信息見表1。

2.2 研究方法

①線性回歸：屬于時(shí)間序列趨勢分析，該方法是研究氣候變化問題中時(shí)間序列趨勢改變普遍使用的方法之一，關(guān)鍵是利用時(shí)間序列和氣候因素構(gòu)造一元線性方程，通過方程中兩者的數(shù)學(xué)關(guān)系反映氣候要素的時(shí)間變化特征，表示為[5]：

其中，yi代表氣候要素，xi為yi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，a為常數(shù)，b為趨勢系數(shù)。b 絕對(duì)值的大小反映了氣候要素的速率變化[6，7]。通常用氣候變化傾向率即b×10來描述氣候要素趨勢變化，單位為℃/10a或mm/10a。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 氣溫和降水量年際變化特性

對(duì)從云南省獲取的九個(gè)氣象站60多年來的氣象資料數(shù)據(jù)整理分析后，可以得到云南省年平均氣溫曲線圖，見圖1。分析得到云南省的年平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，且年氣溫上升速率為 0.34℃/（10a）。根據(jù)資料得到多年平均氣溫為15.2℃，年際標(biāo)準(zhǔn)差為0.78。2010年平均氣溫是60多年氣象監(jiān)測測量資料中年平均氣溫的最大值，為16.7℃; 1971年平均氣溫是60多年氣象監(jiān)測測量資料中年平均氣溫的最小值，為13.6℃;2014年最高氣溫是60多年氣象監(jiān)測測量資料中最高氣溫的最大值，為32.8℃; 1996年最低氣溫是60多年氣象監(jiān)測測量資料中最低氣溫的最小值，為-7.8℃;年最大氣溫和年最小氣溫相差38.2℃，溫差很大，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活有一定影響。

為了更好地對(duì)年平均氣溫的變化趨勢進(jìn)行表述，采用標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)62年的年平均氣溫進(jìn)行分析，當(dāng)年平均氣溫與多年年平均氣溫的差值大于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，認(rèn)為氣溫異常，若當(dāng)年平均氣溫大于多年平均氣溫，認(rèn)為是偏暖年，反之為偏冷年。以此確定出，偏暖的年份為1998、1999、2001、2002、2003、2005、2006、2009、2010、2012、2013、2014、2015，偏冷的年份為1962、1963、1965、1967、1970、1971、1974、1976、1977、1978，其余為氣溫正常年，可以得到氣溫異常年占比37%。偏冷年大多集中在1978年前，偏暖年大多集中在1998年后。

從圖2年最高氣溫變化曲線可以看出，60年來云南省的年最大氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，氣溫降低速率為0.16℃/（10a）。從擬合曲線可以看出，其上升趨勢較為明顯，與年平均變化擬合曲線相比，其上升趨勢近似為年平均氣溫下降趨勢的一半。從圖3年最低氣溫變化曲線可以看出，60年來云南省的年最低氣溫呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，氣溫升高速率為0.325℃/（10a）。從擬合曲線可以看出，其上升趨勢較為明顯，與年平均變化擬合曲線相比，其上升趨勢近似等同于年平均氣溫上升趨勢。

從圖4年降水量變化曲線可以看出，60年來云南省的年降水趨勢呈現(xiàn)下降趨勢，根據(jù)擬合曲線可以得到其降低速率為8mm/（10a）。其中年均降水量最大的年份出現(xiàn)在1999年，降水量達(dá)到1449.9mm，年均降水量最小的年份出現(xiàn)在2009年，降水量達(dá)到565.8mm，年際標(biāo)準(zhǔn)差為198.92mm。采用標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)62年的年降水量變化進(jìn)行分析，將異常降水年分為降水充沛年份和降水稀少年份[8]。依次為根據(jù)，則降水充沛年分為1957、1961、1965、1966、1973、1983、1986、1994、1997、1998、1999，降水稀少年份為1960、1982、1984、1987、1988、1989、1992、1993、2009、2011，其余為正常降水年。

3.2 氣溫和降水量年代變化特性

由表2可知，云南省的年平均氣溫在20世紀(jì)60年代開始下降，至80年代左右開始回升。從最高氣溫的年代變化來看，20世紀(jì)70年代，最高氣溫下降顯著，20世紀(jì)80年代以后，云南省年代最高氣溫呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢。從最低氣溫的年代變化來看，20世紀(jì)70年代到90年代，最低氣溫逐漸降低，在20世紀(jì)90年代后，最低氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，20世紀(jì)處最低氣溫為年際間最高。從年代降水量上進(jìn)行分析，20世紀(jì)60到70年代降水量較為充沛，80年代則比較稀少，在20世紀(jì)以后，降水量相對(duì)較少。

3.3 氣溫和降水量季節(jié)變化特性

3.3.1 氣溫季節(jié)變化

為了對(duì)年氣溫季節(jié)變化進(jìn)行分析，采用中國通用的季節(jié)劃分方法，3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12-2月為冬季，年平均氣溫季節(jié)變化特征見圖5。

從氣象觀測資料及圖表可以得知，云南省春季平均氣溫在16.6℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，根據(jù)擬合曲線可知?dú)鉁厣仙俾蕿?.32℃/（10a）;夏季平均氣溫在19.9℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，氣溫上升速率為0.25℃/（10a），季節(jié)變化最小;秋季平均氣溫在15.1℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，氣溫升高速率為0.40℃/（10a）。冬季平均氣溫在9.1℃左右，氣溫上升趨勢明顯，氣溫降低速率為0.45℃/（10a）。由以上分析可知，云南省四季氣溫均有所上升，其中冬季氣溫上升確實(shí)最為顯著，夏季氣溫上升趨勢為季節(jié)變化最小。從離散性上分析，云南省夏季、秋季年平均氣溫的離散性較大，春季、冬季年平均氣溫的離散性較小。

3.3.2 降水季節(jié)變化

年降水季節(jié)劃分與年氣溫季節(jié)劃分相同，年降水季節(jié)變化特征見圖6。

從氣象觀測資料及圖表可以得知，云南省春季降水在129.4mm左右，降水量呈現(xiàn)上升趨勢，根據(jù)擬合曲線可知降水量上升速率為2.3mm/（10a）;夏季降水量在580.5m左右，降水量呈現(xiàn)快速下降趨勢，降水量下降速率為8.7mm/（10a）;秋季降水在242.9mm左右，降水量呈現(xiàn)下降趨勢，降水量降低速率為3.8mm/（10a）;冬季降水量在41.8mm左右，降水量基本穩(wěn)定，降水量上升速率為0.13mm/（10a）;由以上分析可知，云南省夏季、秋季降水量有所下降，且夏季降水量下降趨勢迅速。春季、冬季降水量有所上升，其中冬季降水量增多趨勢可忽略不計(jì)。從離散性上分析，云南省夏季、冬季降雨量的離散性較大，春季和秋季降雨量的離散性較小。

3.4 氣溫和降水量突變年分析

圖7是云南省年平均氣溫變化的累計(jì)距平曲線，根據(jù)曲線進(jìn)行分析可以得知，云南省年平均氣溫累計(jì)距平值大致呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，既1956年至1993年逐步下降，1993年以后呈現(xiàn)逐步上升趨勢。1993年作為轉(zhuǎn)折年，極有可能是突變年，經(jīng)過檢測信噪比0.18<1.0，氣溫氣候要素存在突變。圖8是云南省年降水量變化的累計(jì)距平曲線，根據(jù)曲線進(jìn)行分析可以得知，云南省年降水量累計(jì)距平值呈現(xiàn)復(fù)雜變化趨勢，既1956年至1976年逐年上升，1976年至1986年及2001至2009年呈現(xiàn)基本穩(wěn)定態(tài)勢，1976年至1993年及2009年至2016年呈現(xiàn)快速下降趨勢，16年以后略有抬頭。1991年作為轉(zhuǎn)折年經(jīng)過信噪比檢測0.12<1.0，因此年平均降水也不存在突變年份。

4 ?結(jié)論與展望

①根據(jù)氣溫和降水量年代變化特性，62年來云南省氣溫升高趨勢，降水才呈現(xiàn)下降趨勢，大致年平均氣溫每上升1℃，年降水量減少24.2mm。根據(jù)氣溫和降水量年際變化特性分析，20世紀(jì)70年代以來，云南省平均氣溫呈現(xiàn)逐漸升高趨勢，夏季最高氣溫在逐漸上升。②云南省四季氣溫變化趨勢：四季平均氣溫都有所增加，與全球變暖趨勢具有一致性，其中冬季氣溫升高趨勢最為明顯，四季降水量變化表現(xiàn)為春、冬兩季降水量有所增加，夏、秋兩季降水量有所減小，四季降水量逐漸均勻化。③年平均氣溫的最大值和最小值的絕對(duì)差值逐漸減小，與降水量變化減小具有一定相關(guān)性，需要更進(jìn)一步的研究。

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