畢節(jié)市近60 a氣溫時空分布特征研究

施倩雯，柯莉萍，楊 洋，毛 倩，趙庭飛

(1.貴州省織金縣氣象局， 貴州 織金 552100；2.貴州省威寧彝族回族苗族自治縣氣象局， 貴州 威寧 553100；3.貴州省榕江縣氣象局，貴州 榕江 557200)

0 引言

隨著全球氣候變化對人類生產(chǎn)生活的影響不斷加劇，氣候研究逐漸為眾多相關(guān)領(lǐng)域研究學(xué)者所關(guān)注，而氣溫作為反映一個地區(qū)氣候特征的重要參數(shù)，更是氣候研究的一大重點。IPCC第五次評估報告曾指出：從1980—2012年，全球地表平均溫度大約升高了0.85 ℃，并且表現(xiàn)為陸地比海洋增溫快、高緯度地區(qū)比低緯度地區(qū)增溫快，冬半年較下半年增溫更為明顯[1]。中國氣候變化與全球變化一致，但年平均地表氣溫升溫幅度要略高于同期全球平均值[2]，并且中國自北向南、自西向東(除西南地區(qū)外)，平均氣溫升溫速度逐漸減小[3]。眾多研究表明，我國氣溫變化主要受東亞冬季風(fēng)、西伯利亞高壓、東北冷渦、西太副高、ENSO事件等因子的影響[4-7]。劉曉冉等[8]對西南地區(qū)氣溫時空分布進行分析研究，結(jié)果表明該地區(qū)年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫在空間變化上具有很好的一致性，但在時間變化上，年平均氣溫、年平均最高氣溫變化較為一致；王穎等[9]通過研究青藏高原冬季風(fēng)與西南氣溫的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)高原風(fēng)偏強、偏南時，西南地區(qū)溫度一致偏高，偏弱、偏北時，則相反；嚴(yán)小冬等[10]通過分析貴州15個測站氣溫變化，并與全國160個測站氣溫變化作對比發(fā)現(xiàn)：近半個世紀(jì)，貴州氣溫演變趨勢跟整個中國同時期氣溫演變趨勢不一致，表現(xiàn)出一定的地域性差異；朱大運等[11]對1960—2016年貴州省氣溫時空變化特征作討論分析，發(fā)現(xiàn)貴州年和季節(jié)溫度呈明顯的波動上升趨勢，但周期性特征并不明顯。

畢節(jié)市位于貴州西北部，為貴州金三角之一，地處烏蒙山腹地，屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，季風(fēng)氣候較為明顯，是川、滇、黔、渝結(jié)合部區(qū)域性中心城市，是西南地區(qū)區(qū)域性重要綜合交通樞紐，同時也是全國唯一一個以“開發(fā)扶貧、生態(tài)建設(shè)”為主題的試驗區(qū)。因其特殊的地理位置以及政治意義，使得對該地區(qū)氣候變化的研究具有重大意義。本文以畢節(jié)市為研究對象，分析了該地區(qū)近60 a來氣溫時空變化特征，以期為該地區(qū)旅游發(fā)展以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文以畢節(jié)市8個國家地面氣象觀測站(畢節(jié)、大方、黔西、金沙、赫章、威寧、納雍、織金)1960—2019年逐日地面氣溫數(shù)據(jù)為研究對象，包括日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫。季節(jié)劃分按照春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—次年2月)。由于氣溫序列均一性受眾多因素影響，如臺站遷移、儀器變更、計算平均公式的變化等[12]，本文只對氣溫時空分布作詳細(xì)分析，氣溫序列的均一性將在后續(xù)作更多討論。

1.2 研究方法

(1)

其中a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，i=1,2,…,n。常用回歸系數(shù)b表示氣候變量y的趨勢傾向，定量描述該氣候變量的趨勢變化特征。同時本文利用相關(guān)系數(shù)r對變化趨勢進行顯著性檢驗，若|r|≥ra，表示y隨時間x的變化趨勢是顯著的，反之則不顯著。因本文使用樣本數(shù)為60，取顯著性水平為0.001時，ra=0.4078，取顯著性水平為0.02時，ra=0.2948[13]。

1.2.2 M-K突變檢驗法[13]M-K突變檢驗法是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，同時可以明確突變開始時間并指出突變區(qū)域，是一種常用的突變檢驗方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 空間分布特征

2.1.1 氣溫空間分布特征 圖1為1960—2019年畢節(jié)市8個國家站氣溫空間分布圖，由圖可以看出年平均氣溫、年平均日最低氣溫、年平均日最高氣溫空間分布大致相同，均表現(xiàn)為在威寧、大方存在低值區(qū)，在畢節(jié)市東部存在高值區(qū)，整體東西向分布特征較為明顯，由西向東為低—高—低—高分布形式。其中平均氣溫、日最低氣溫的最低值均出現(xiàn)在威寧，分別為10.8 ℃、7.2 ℃，與最高值差值(金沙15.2 ℃、12.1 ℃)均達(dá)4 ℃以上，而最高氣溫最低值則出現(xiàn)在大方( 16.2 ℃)，與最高值(金沙19.6 ℃)差值為3.4 ℃。根據(jù)分析可知，畢節(jié)地區(qū)氣溫分布受地形分布影響較為明顯(畢節(jié)地區(qū)東南部表現(xiàn)為海拔低值區(qū)，中西部表現(xiàn)為海拔高值區(qū)，其中威寧為海拔最高點，大方為海拔第二高點，金沙則為海拔最低點)。

圖1 1960—2019年畢節(jié)市氣溫空間分布(單位：℃)(a)年平均氣溫、(b)年平均日最低氣溫、(c)年平均日最高氣溫

2.1.2 線性趨勢空間分布特征 由圖2可知：年平均氣溫、年平均日最低氣溫、年平均日最高氣溫均表現(xiàn)為明顯的增溫趨勢，其中年平均氣溫在威寧、黔西一帶表現(xiàn)為增溫幅度大值區(qū)，與朱大運等[11]結(jié)論一致，均大于0.2 ℃/10 a，在納雍、金沙一帶表現(xiàn)為增溫幅度小值區(qū)，最小值為納雍0.12 ℃/10 a，由西向東呈現(xiàn)高—低—高的分布趨勢；年平均日最低氣溫與年平均日最高氣溫線性趨勢空間分布特征較為一致，均在威寧南部、織金南部表現(xiàn)為增溫幅度大值區(qū)，在畢節(jié)市中北部表現(xiàn)為增溫幅度小值區(qū)，由北向南，趨勢變化率逐漸遞增，且日最低氣溫的增溫幅度明顯大于平均氣溫和日最高氣溫。對其變化趨勢作顯著性檢驗可知，平均氣溫、最低氣溫所有站點變化趨勢均通過了0.001水平的顯著性檢驗，表明其增長趨勢是顯著的，而最高氣溫則只有織金、威寧通過了0.001水平的顯著性檢驗，其余站點只通過了0.02水平的顯著性檢驗，增長趨勢顯著性較低。

圖2 1960—2019年畢節(jié)市氣溫線性趨勢空間分布(單位：℃/a)(a)年平均氣溫、(b)年平均日最低氣溫、(c)年平均日最高氣溫

2.2 時間變化特征

2.2.1 氣溫年代際特征 近60 a來畢節(jié)地區(qū)平均氣溫、年平均日最低氣溫、年平均日最高氣溫分別為13.4 ℃、10.2 ℃、18.1 ℃，由圖3可知，近60 a來該地區(qū)年平均氣溫、年平均日最低氣溫、年平均日最高氣溫均呈上升趨勢，氣候傾向率分別為0.17 ℃/10 a、0.24 ℃/10 a、0.15 ℃/10 a，表現(xiàn)為年平均日最低氣溫>年平均氣溫>年平均日最高氣溫,同時年平均氣溫、年平均日最低氣溫均通過了0.001水平的顯著性檢驗，而年平均日最高氣溫只通過了0.02水平的顯著性檢驗，顯著性較低。在20世紀(jì)90年代末期之前平均氣溫表現(xiàn)為波動變化趨勢，日最高氣溫表現(xiàn)出一定的下降趨勢，而90年代末期以后均表現(xiàn)為明顯的上升趨勢；年平均日最低氣溫在90年代末期之前表現(xiàn)為緩慢波動上升趨勢，90年代末期以后上升趨勢更為明顯，表明該地區(qū)氣溫變化可能在90年末期左右曾出現(xiàn)過突變。

圖3 1960—2019年畢節(jié)市氣溫時間變化特征(單位：℃/a)(a)年平均氣溫、(b)年平均日最低氣溫、(c)年平均日最高氣溫

2.2.2 氣溫季節(jié)變化特征 表1給出了1960—2019年畢節(jié)市各季節(jié)氣溫趨勢變化率，由表可知除夏季外，氣溫趨勢變化率均表現(xiàn)為平均日最低氣溫>平均氣溫>平均日最高氣溫，與全年變化趨勢表現(xiàn)較為一致。同時秋季的趨勢變化率均大于0.2 ℃/10 a，且均通過了0.001水平的顯著性檢驗，整體表現(xiàn)優(yōu)于其余3個季節(jié)。冬季趨勢變化率整體也較高，但根據(jù)顯著性檢驗結(jié)果顯示，只有日最低氣溫通過了0.001水平的顯著性檢驗，年平均氣溫只通過了0.02水平的顯著性檢驗，日最高氣溫變化趨勢并不顯著；夏季氣溫變化趨勢均通過了0.02水平的顯著性檢驗，但只有平均日最低氣溫大于0.2 ℃/10 a，其中平均氣溫、平均日最低氣溫通過了0.001水平的顯著性檢驗，變化趨勢更為顯著；春季作為趨勢變化率最小的季節(jié)，其變化趨勢只有平均日最低氣溫較為顯著。同時對于平均氣溫以及日最低氣溫來說，變化趨勢表現(xiàn)為冬季>秋季>夏季>春季，其中日最低氣溫變化四季均大于0.2 ℃/10 a；日最高氣溫則表現(xiàn)為秋季變化趨勢最大，冬季次之，春季最小。

表1 1960—2019年畢節(jié)市氣溫趨勢變化率 (℃/10 a)

2.3 M-K突變檢驗

利用M-K突變檢測畢節(jié)市氣溫序列的突變，給定顯著性水平α=0.05，即uα=±1.96。從圖4可以看出，該地區(qū)年平均氣溫在20世紀(jì)90年代末期以前表現(xiàn)為波動變化趨勢，90年代末期以后則表現(xiàn)出明顯的上升趨勢，并且從2006年以后出現(xiàn)突變增暖現(xiàn)象，2010年以后該上升趨勢超過顯著性水平，表明其上升趨勢在2010年以后極為顯著；年平均日最低氣溫在90年代末期以前則表現(xiàn)為波動上升趨勢，90年代末期以后上升趨勢變得更加明顯，且于1999年超過顯著性水平0.05的臨界線，其突變發(fā)生在2002年以后；年平均日最高氣溫在90年代末期以前表現(xiàn)為波動下降趨勢，90年代末期以后轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙厔?，且?016年以后超過顯著性水平0.05的臨界線，上升趨勢顯著，其突變發(fā)生在2007年以后。與通過滑動平均得出結(jié)論較為一致。

圖4 1960—2019年畢節(jié)市氣溫M-K統(tǒng)計量曲線(a)年平均氣溫、(b)年平均日最低氣溫、(c)年平均日最高氣溫

3 結(jié)論

①近60 a來畢節(jié)市年平均氣溫、年平均日最低氣溫、年平均日最高氣溫空間分布大致相同，均表現(xiàn)為在威寧、大方存在低值區(qū)，在畢節(jié)市東部存在高值區(qū)。整體受地形分布影響較為明顯。

②1960—2019年，畢節(jié)市年平均氣溫線性趨勢空間分布由西向東呈現(xiàn)高—低—高的分布趨勢；年平均日最低氣溫與年平均日最高氣溫線性趨勢空間分布特征較為一致，其趨勢變化率由北向南逐漸遞增。

③近60 a來畢節(jié)市年平均氣溫、年平均日最低氣溫、年平均日最高氣溫均呈上升趨勢，氣候傾向率分別為0.17 ℃/10 a、0.24 ℃/10 a、0.15 ℃/10 a，表現(xiàn)為年平均日最低氣溫>年平均氣溫>年平均日最高氣溫，且年平均氣溫、年平均日最低氣溫顯著性高于年平均日最高氣溫。

④季節(jié)變化上看，對于平均氣溫以及日最低氣溫，變化趨勢表現(xiàn)為冬季>秋季>夏季>春季；日最高氣溫則表現(xiàn)為秋季變化趨勢最大，冬季次之，春季最小。

⑤M-K突變檢驗結(jié)果表明畢節(jié)市氣溫在20世紀(jì)90年代末期以前上升趨勢均不明顯，90年代末期以后均表現(xiàn)為明顯的上升趨勢，且年平均氣溫、年平均日最低氣溫、年平均日最高氣溫分別在2006年、2002年、2007年發(fā)生氣溫序列的突變。