六盤水市1980年以來氣溫與降水的時(shí)空變化研究

趙 方，班 春，丁 薇，曹振興

(六盤水師范學(xué)院,貴州 六盤水 553004)

1 引言

1979年，科學(xué)家在第一次世界氣候大會(huì)上提出了大氣CO2濃度增加將會(huì)導(dǎo)致地球升溫的警告，氣候變化作為一個(gè)重大科學(xué)問題首次受到國(guó)際科學(xué)界的普遍關(guān)注[1]。IPCC第五次報(bào)告指出，1880～2012年全球平均氣溫升溫0.85 ℃，平均增幅為0.064 ℃/10年[2]。在全球氣候變暖的背景下，氣溫和降水作為兩個(gè)極其重要的氣候因子，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重點(diǎn)研究方向[3～8]。目前氣候變化對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)造成重大影響，如果這種趨勢(shì)長(zhǎng)期延續(xù)下去，將會(huì)危害人類的生存和發(fā)展，因此，有必要對(duì)不同地區(qū)的氣候變化情況做詳細(xì)研究。

我國(guó)近百年來氣候變化情況，總體上與全球氣候變化總趨勢(shì)一致[9]。由于我國(guó)地域面積寬廣，地形條件復(fù)雜多樣，一方面與全球氣候的變化有共同性，另一方面有它的特殊性和復(fù)雜性[10]。不同區(qū)域和不同時(shí)間段對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)存在一定差異[11～14]。六盤水市地處貴州省西部，屬于低緯高海拔山區(qū)，具有明顯的季風(fēng)性氣候特點(diǎn)。近年來，六盤水市暴雨、干旱、冰雹等極端災(zāi)害現(xiàn)象不斷發(fā)生，對(duì)市民的生活和發(fā)展造成嚴(yán)重影響。因此，本研究通過對(duì)六盤水1980年來以來的氣溫與降水的時(shí)空變化分析，以期為六盤水市旱澇災(zāi)害的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水利事業(yè)的未來有重要作用，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等具有一定意義。

2 研究區(qū)概況及方法

2.1 研究區(qū)概況

六盤水市位于貴州省西部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)104°18′20″～105°42′50″，北緯25°19′44″～26°55′33″，是以能源材料為主的重工業(yè)城市，平均海拔為1700～1800 m，面積為9965 km2。六盤水與云貴川交接，是國(guó)家西電東送和西南地區(qū)重要的鐵路樞紐城市。礦產(chǎn)資源極其豐富多樣，氣候宜人，在2004年不但被中國(guó)氣象學(xué)會(huì)授予“中國(guó)涼都”的美譽(yù)稱號(hào)，而且還是全國(guó)獨(dú)一無(wú)二以氣候特征命名的城市。該市屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，因受低緯度高海拔的影響，所以六盤水市冬暖夏涼，曾被稱為19 ℃的夏天。夏季降水量充沛，但降水量時(shí)空分布不均勻，旱澇災(zāi)害是影響六盤水市最重要的氣象災(zāi)害之一，給六盤水市社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失，直接影響六盤水市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 研究數(shù)據(jù)來源和處理

本文研究數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。數(shù)據(jù)基于全國(guó)2400多個(gè)氣象站日觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算和空間插值處理，生成中國(guó)1980年以來年均氣溫、年均降水水量數(shù)據(jù)集?？臻g插值采用基于平滑樣條函數(shù)的澳大利亞的ANUSPLIN插值軟件完成[15]?？臻g插值完成后，通過ArcGIS軟件的裁剪處理，獲取六盤水1980～2015年氣溫與降水的數(shù)據(jù)。采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法[16]分析氣候突變。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫和降水的時(shí)空演變

3.1.1 氣溫年際變化趨勢(shì)

六盤水1980～2015年平均氣溫為14.47 ℃，整體呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)，平均增幅為0.28 ℃/10年(圖1)。年均氣溫最高值出現(xiàn)在2010年，為15.4 ℃；年均氣溫最低值出現(xiàn)在1984年，為13.47 ℃。從年代變化分析，六盤水氣溫在20世紀(jì)80年代到20世紀(jì)90年代呈冷暖交替變化，在20世紀(jì)90年代以后氣溫逐漸升高，近35年來年均氣溫在2009～2015年升溫趨勢(shì)最顯著，這7年內(nèi)最高年均氣溫達(dá)15.4 ℃。綜上所述，進(jìn)入21世紀(jì)以來六盤水市氣溫持續(xù)增加變暖。

圖1 六盤水1980～2015年年均氣溫變化

3.1.2 降水年際變化趨勢(shì)

六盤水1980～2015年平均降水量為1249.19 mm，整體呈現(xiàn)出波動(dòng)下降趨勢(shì)，平均降幅為45 mm/10年(圖2)。年均降水量最高值出現(xiàn)在1983年，為1617.46 mm；年均降水量最低值出現(xiàn)在2011年，為809.76 mm。從年代變化分析，降水量在不同年代中呈現(xiàn)出不一樣的變化趨勢(shì)，六盤水市降水量整體在20世紀(jì)80年代、90年代、21世紀(jì)以來呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，均降水量分別為1265.36mm、1312.03mm、1202.71mm。

圖2 六盤水1980～2015年年均降水量變化

3.2 氣溫與降水的空間變化

3.2.1 氣溫空間分布

為更好的對(duì)比變化趨勢(shì)，將其劃分為5年一個(gè)階段(圖3)。從各個(gè)階段對(duì)比可知，六枝在2000年之前氣溫變化幅度不大，2000年之后有顯著升溫的趨勢(shì)；盤州整體呈現(xiàn)不明顯的升溫趨勢(shì)；水城氣溫在2000年后有明顯的升溫趨勢(shì)。得出六盤水市氣溫整體呈上升趨勢(shì)。

從六盤水市近35年平均氣溫整體分析，其平均氣溫分布在9.49～19.84 ℃組成的溫度間段，變化幅度較大。六枝站點(diǎn)周圍氣溫出現(xiàn)暖中心，最高值為19.84 ℃；水城站點(diǎn)周圍氣溫出現(xiàn)冷中心，最低值為9.49 ℃，二者相差10.35 ℃。在整個(gè)氣溫空間分布中有幾個(gè)低值中心年平均氣溫僅9.49 ℃左右。綜上所述，可知六盤水市近35年氣溫整體呈東南高西北低的空間分布特征。

3.2.2 降水空間分布

為更好地對(duì)比六盤水1980～2015年平均降水量的空間分布變化趨勢(shì)，將其劃分為5年一個(gè)階段(圖4)。六盤水各地區(qū)在1980～1985年降雨量充沛，最高降雨量達(dá)1467 mm；在1986～1990年降雨量大幅度減少，最低降雨量達(dá)989 mm，是整個(gè)階段中降水量最少的一年；在1991～2000年降雨量逐漸增多，其中1991～1995年是整個(gè)階段中降水量最高的一年；在2000年后降雨量呈逐漸下降趨勢(shì)。六盤水降水量整體呈先增后減趨勢(shì)。

從六盤水1980～2015年平均降水量整體分析，其平均降水量分布在1068.42～1358.57 mm組成的降水間段，變化幅度較大。盤州站點(diǎn)周圍降水量出現(xiàn)高值中心，達(dá)1358.57 mm；水城站點(diǎn)周圍降水量出現(xiàn)低值中心，達(dá)1068.42 mm，二者相差290.15 mm。綜上所述，六盤水市降水地區(qū)分布不均勻，年均降水量整體呈南多北少的空間分布趨勢(shì)，與我國(guó)降水量分布南多北少的格局基本吻合。

3.3 氣溫與降水的突變分析

3.3.1 氣溫突變分析

氣候突變是指氣候從一種穩(wěn)定狀態(tài)跳躍式地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定態(tài)的現(xiàn)象，表現(xiàn)為氣候從時(shí)空分布上從一種統(tǒng)計(jì)特征轉(zhuǎn)移到另一種統(tǒng)計(jì)特征上的急劇改變[17]。為了解六盤水近35年來氣溫的突變情況，運(yùn)用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)六盤水1980～2015年平均氣溫進(jìn)行了突變檢測(cè)分析，給定顯著水平α=0.05，UF=±1.96。由圖5知，UF和UB分別為時(shí)間序列的正、反序列，正序列UF曲線在2000年以前小于0，表明在1980～2000年均氣溫呈下降趨勢(shì)；UF曲線在2000年后大于0，表明在2001～2015年均氣溫呈上升趨勢(shì)；UF曲線在1984年和2007年超過臨界直線時(shí)，表明氣溫在1984年下降趨勢(shì)顯著，氣溫在2007年上升趨勢(shì)顯著。所以可以判斷出在1984～2007年之間氣溫突變的區(qū)域，UF和UB兩條曲線在2001年出現(xiàn)交點(diǎn)，并且交點(diǎn)位于臨界線之間，因此判定為2001年為六盤水市氣溫升高的突變點(diǎn)。

3.3.2 降水突變分析

運(yùn)用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)六盤水1980～2015年平均降水量進(jìn)行突變檢測(cè)，給定顯著水平α=0.05，UF=±1.96。由圖6知，正序列UF曲線波動(dòng)趨勢(shì)較大，分別在1982年之前、1987～1996年間、2003～2015年間這3個(gè)階段小于0，年均降水量在整體上呈現(xiàn)減少-增加-減少的變化趨勢(shì)。1980～2015年均降水量可能有3次突變。第一次突變發(fā)生在1987年，年均降水量為1146.04 mm，呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；第二次突變發(fā)生在1991年，降水量為1371.04 mm，正序列UF曲線呈上升趨勢(shì)與反序列UB曲線相交超過了臨界直線，表明降水量呈顯著的增加趨勢(shì)。第三次突變發(fā)生在2002年，降水量為1128.08 mm，呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。得出結(jié)論1987年和2002年為六盤水市降水量下降的突變點(diǎn)，1991年為六盤水市降水量增加的突變點(diǎn)。

圖3 六盤水1980～2015年氣溫的空間分布

圖4 六盤水1980～2015年降水量的空間分布

圖5 六盤水1980～2015年均氣溫Mann-Kendall曲線

圖6 六盤水市1980年～2015年均降水量Mann-Kendall曲線

4 結(jié)論

(1)氣溫和降水的年際變化：六盤水1980～2015年的平均氣溫為14.47 ℃，整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，上升速率為0.28 ℃/10年，從年代際變化分析，2009～2015年升溫趨勢(shì)最顯著，20世紀(jì)90年代以來六盤水氣溫持續(xù)增加變暖；平均降水量為1249.19 mm，整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，平均降幅為45 mm/10年，從年代際變化分析，近35年六盤水降水量整體呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。

(2)氣溫和降水的空間分布：六盤水1980～2015年的平均氣溫分布在9.49～19.84 ℃組成的溫度間段，變化幅度較大，其氣溫整體呈東南高西北低的空間分布特征；平均降水量分布在1068.42～1358.57 mm組成的降水間段，變化幅度略微大，降水地區(qū)分布不均勻，降水量整體呈南多北少的趨勢(shì)，與我國(guó)降水量分布南多北少的現(xiàn)象基本吻合。

(3)氣溫和降水的突變分析：六盤水近35年平均氣溫在2001年發(fā)生突變，氣溫呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，2011年均氣溫為14.65 ℃；六盤水近35年平均降水量總共發(fā)生了三次突變，1987年和2002年為六盤水降水量下降的突變點(diǎn)，1991年為六盤水降水量增加的突變點(diǎn)。