楚雄州近50年氣溫和降雨變化的特征分析*

魯永新

(楚雄州氣象局，云南 楚雄 675000)

1.引言

自20世紀80年代以來，氣候變化一直是國際社會關注的熱點話題之一。氣候變化是一個長期的和全球性的問題，涉及水資源、農業和糧食生產、能源、陸地生態系統、海洋帶、近海生態系統以及人類健康等諸多領域，與世界各國的經濟和社會發展密切相關［1］。2007年政府間氣候變化專門委員會 (IPCC)公布的第四次評估報告 (IPCC AR4)指出，最近100年 (1906～2005年)，全球平均地表氣溫升高了0.74℃。過去50年全球地表氣溫變化很可能是由于人類活動所排放溫室氣體產生的增溫效應造成的，預計到本世紀末全球平均氣溫將升高1.1～6.4℃［2—3］;王光偉，鄭國光《應對氣候變化報告》2009年注定將成為人類應對氣候變化的里程碑。秦大河［1］《氣候系統變化與人類活動》成為熱點話題。楚雄近半個世紀來，隨著區域社會經濟的發展壯大、城市擴張和工業化進程的加快，溫室氣體排放量逐年增加，空氣污染日趨嚴重，生態系統和生存環境同樣遭到了破壞。以干旱、洪澇、低溫冷害、冰雹、大風、雷電為主的氣象災害多發。2008年10月的秋季強降雨，2009年秋至2012夏的連續干旱，2009年3月初的強霜凍天氣，都說明了氣候變化正在加劇［4］。本文通過對楚雄州近50年的氣溫、降雨量、各級降雨日分析，旨在為楚雄氣候變化提供科學的參考依據。

2.資料與方法

2.1 資料來源

資料選自楚雄州10縣市氣象站1961－2010年地面觀測資料中的平均氣溫，最高、最低氣溫，降雨量，降雨日數。

2.2 分析方法

結合楚雄州農業與氣候的關系，對楚雄州10縣市1961～2010年50年的氣溫、雨量資料分別按年 (1～12月)、春季 (2～4月)、夏季 (5～7月)、秋季 (8～10月)、冬季 (11月至次年1月)序列統計。用氣候傾向率、氣候趨勢系數、距平分析法、5年滑動平均及線性回歸方法對平均氣溫，最高、最低氣溫，降雨量，各級降雨日數逐項展開分析。

2.3 氣候傾向率與氣候趨勢系數［5—10］

氣象要素的長期系列變化，可采用線性回歸方程y(x)=a+bx來分析氣溫及其氣象要素的變化率。其中b為某氣象要素序列的趨勢變化率，b＞0表示呈上升趨勢，b＜0表示呈下降趨勢，b值絕對值的大小可以衡量其趨勢上升、下降的幅度。b值可由最小二乘法計算得到(1)式。

氣象要素的序列可看做是符合正態分布的隨機變量，其中，逐年時間是遞增序列，即1，2，3，4，…n。如果n個時刻所對應的要素序列與自然數列相關顯著，表示該要素氣候趨勢明顯，存在增加(減少)趨勢。氣象要素與自然序列的相關系數rxy可表示為(2)式。rxy稱作氣候趨勢系數。根據回歸理論，氣候趨勢系數rxy與氣候傾向率b有如下關系:b=rxy(σy/σx)。其中:σy，σx分別是某氣象要素(如氣溫)序列與自然數列的均方差。可以使用通常的相關系數統計檢驗方法，檢驗氣候趨勢rxy是否顯著。由于rxy是無單位的，所以可以根據它的數值大小比較不同的氣象要素的長期趨勢大小;因此，特別適合于對一個大范圍的氣象要素場的長期趨勢的空間分布特征的研究。

計算公式如下:

2.4 累積距平曲線［6］

在氣候變化趨勢分析中，運用累積距平曲線分析方法對某個氣象要素的變化趨勢分析，即對某一距平值序列Tdx(x=1，2，3，…，n)，在樣本中某一時刻x的累積距平值為:

把T(x)隨時間變化繪制成累積距平曲線。累積距平曲線變化中上升段定為偏暖階段，下降段定為偏冷階段，曲線上的微小變化只反映要素的短期波動，而曲線大的變化趨勢則可反映要素長期演變趨勢。

3.分析與結果

3.1 全州氣溫變化趨勢

用氣候傾向率 (1)式和氣候趨勢系數 (2)式對楚雄州10縣 (市)1961～2009年49年間的平均氣溫做趨勢分析，結果為:49年以來，全州年平均氣溫隨年代呈上升趨勢，上升率為0.05℃/10a。用5年滑動平均曲線及累積距平分析得出:楚雄全州1961～1969年的9年間，平均氣溫變化相對平穩，略有小幅上升;1970～1978年的9年間，平均氣溫處于緩慢下降時期;1979～1993年的15年間，平均氣溫呈3年上升，5年下降的準8年周期變化;1994～2009年的16年間，平均氣溫呈跳躍式上升。一年中以春、夏、秋、冬四季的氣溫變化來細分，結果是，49年來春季平均氣溫上升率為0.08℃/10a，夏季平均氣溫上升率為－0.07℃/10a，秋季平均氣溫上升率為0.09℃/10a，冬季平均氣溫上升率為0.6℃/10a。3.1.1 楚雄州中部（楚雄市）氣溫變化趨勢

3.1.1 楚雄州中部 (楚雄市)氣溫變化趨勢

49年中，楚雄市年平均氣溫以0.3℃/10a的平均傾向率上升。其中，年平均最高氣溫上升的幅度小，平均上升傾向率為0.06℃/10a，年平均最低氣溫變化突出，平均上升傾向率達0.6℃/10a，是平均最高氣溫隨年際變化的10倍。一年中平均最高氣溫隨年際間的變化除春季平均上升率達0.1℃/10a外，其余季節內平均最高氣溫隨年際間的變化幅度小，均上升率均小于0.1℃/10a;平均最低氣溫隨年際間的變化率則比較突出，春、夏、秋、冬四季的平均上升率分別達1.06℃/10a、0.27℃/10a、0.36℃ /10a和0.92℃ /10a。

3.1.2 楚雄州南部 (雙柏縣)氣溫變化趨勢

49年中，雙柏縣年平均氣溫隨年際間呈上升趨勢，平均上升速率為0.11℃/10a，上升速率遠小于以楚雄市為代表的中部地區。年平均最高氣溫隨年際間呈微下降趨勢，下降傾向小于0.01℃/10a，年平均最低氣溫變化幅度略高于年平均氣溫，上升傾向0.13℃/10a，是平均最高氣溫隨年際變化幅度的10倍。一年中，平均最高氣溫春季、夏季呈微下降趨勢，下降傾向率分別為0.016℃/10a和0.12℃/10a，秋季和冬季平均最高氣溫隨年際間的變化幅度不明顯，上升率僅為0.006℃/10a和0.077℃/10a;平均最低氣溫年際間的變化幅度相對突出，上升傾向率較平均最高氣溫大，春、夏、秋、冬四季的平均上升率分別為0.22℃/10a、0.025℃/10a、0.1℃/10a和0.18℃/10a。

3.1.3 楚雄州西部 (姚安縣)氣溫變化趨勢

49年中，姚安縣年平均氣溫呈小幅上升趨勢，上升傾向率為0.097℃/10a，上升傾向率小遠于以楚雄市為代表的中部地區，略小于以雙柏縣為代表的南部地區。年平均最高氣溫呈上升趨勢，上升傾向率0.1℃/10a;年平均最低氣溫變化幅度略高于年平均氣溫和最高氣溫，年際間呈上升趨勢，平均上升傾向率0.16℃/10a。一年中平均最高氣溫冬季、春季隨年際間呈上升降趨勢，上升傾向率分別為0.24℃/10a和0.12℃/10a，夏季呈微下降趨勢，秋季呈微上升趨勢，年際間的變化幅度不明顯，下降傾向率僅分別為－0.032℃/10a和0.088℃/10a;平均最低氣溫較平均最高氣溫變化明顯，春、夏、秋、冬四季上升率分別為0.22℃/10a、0.047℃/10a、0.12℃/10a和0.296℃/10a。

3.1.4 楚雄州東北部 (元謀)氣溫變化趨勢

49年中，元謀縣年平均氣溫隨年際間呈下降趨勢，下降傾向率為0.18℃/10a，氣候變化的特例，也是楚雄州境內干熱河谷區氣候變化的一個典型，能否代表其他低熱區的氣候變化，還有待于更多的研究。年平均最高氣溫隨年際間呈緩慢下降趨勢，變化傾向率為－0.095℃/10a，遠小于年平均氣溫的變化;年平均最低氣溫變化幅度高于年平均氣溫及年平均最高氣溫，年際間呈下降趨勢，下降傾向率為0.22℃/10a。一年中平均最高氣溫冬、春、夏季隨年際間呈下降趨勢，變化傾向率分別為－0.036℃/10a、－0.073℃/10a和－0.36℃/10a，夏季趨勢明顯，秋季傾向率僅為0.048℃/10a;平均最低氣溫年際間的變化幅度較明顯，春、夏、秋、冬四季降傾向率分別為－0.44℃/10a、－0.31/10a、 －0.044℃ /10a和 －0.067℃ /10a。

3.2 楚雄州降雨量變化趨勢

氣候傾向率 (1)式和氣候趨勢系數 (2)式對楚雄州10縣市1961～2009年49年間的平均降雨量分析，結果為:年平均降雨量隨年代呈上升趨勢，傾向率為10.35mm/10a。5年滑動平均及累積距平曲線 (3)式分析得出:全州1962～1973年的12年間，年降雨量變化相對平穩，呈小波幅微升;1974～1988年的15年間，年雨量呈跳躍式下降，并有2年上升、3年下降的跳躍變化;1989～2001年的13年間，年雨量呈間歇性跳躍式上升，并有2年上升、3年下降的跳躍變化;2002～2009年的8年間，年雨量呈小幅跳躍下降。一年中平均降雨量變化傾向是，春、夏季升趨勢，上升傾向率分別為4.9mm/10a和17.8mm/10a，秋季呈減少趨勢，傾向變化率－12.2/10a，冬季變化微小，傾向率為0.5mm/10a。

3.2.1 楚雄州中部 (楚雄市)降雨量變化趨勢

49年中，楚雄市年降雨量以25.6mm/10a的傾向變化。其中，1964～1974年的11年間，變幅較小，呈微增加趨勢;1975～1980年的6年呈跳躍式減少趨勢，1981～2001年的21年間，呈2減、3增加的跳躍式上升，跳躍幅度較大，2002～2009年的8年間，呈小波動減少趨勢。一年中，春、夏季年際間呈增加趨勢，傾向率分別為4.4mm/10a和31.3mm/10a;秋季降雨量呈跳躍式減少，傾向率為9.4mm/10a;冬季降雨量呈大幅跳躍略減少。

3.2.2 楚雄州南部 (雙柏)降雨量變化趨勢

49年中，雙柏縣年平均降雨量以18.3mm/10a的傾向變化。其中，1962～1976年的15年間，呈小幅跳躍式增加，1977～1982年的6年間逐年減少，1983～2002年的20年間呈大幅跳躍式增加，2003年以后呈大幅跳躍式減少。一年中，春季、夏季、秋季降雨量隨年際間的變化呈增加趨勢，趨勢傾向率分別為8.3mm/10a、10.8mm/10a和2.9mm/10a;冬季降雨量總體呈跳躍式減少，傾向率為3.1mm/10a。

3.2.3 楚雄州西部 (姚安)降雨量變化趨勢

49年中，姚安縣年降雨量以5.1mm/10a的傾向變化。其中，1961～1973年的13年間，有3增、3減的6年準周期微變化，1974～1994年，為相對少雨階段，并有2增2減的準4年周期跳躍式變化，1974～2001年的28年間，1989年以前的16年呈階梯式減少，1990～2001年呈跳躍式增加，2002年以后呈跳躍式減少。一年中，春、夏季降雨量隨年際間呈增加趨勢，趨勢傾向率分別為4.5mm/10a和18.3mm/10a;秋季降雨量跳躍式減少，傾向變化率為－16.9mm/10a;冬季降雨量呈微下降，傾向率為－0.1mm/10a。

3.2.4 楚雄州北部 (永仁縣)降雨量變化趨勢

49年中，永仁縣年降雨量以2.0mm/10a的平均傾向率呈跳躍式增加。一年中，春、夏季降雨量隨年際間變化呈增加趨勢，趨勢傾向率分別為5mm/10a和29.5mm/10a;秋季降雨量隨年際間呈直線減少，趨勢傾向率－14.6mm/10a;冬季降雨量變化趨勢不突出。

3.2.5 楚雄州東部 (祿豐縣)降雨量變化趨勢

49年中，祿豐縣年降雨量以9.1mm/10a的平均傾向率呈小幅跳躍式增加。一年中，春、夏和冬季降雨量隨年際間呈增加趨勢、秋季呈減少趨勢，春、夏、秋季降雨量變化趨勢傾向率分別為4.5mm/10a、18.0mm/10a和－12.9mm/10a，冬季降雨量變化趨勢不明顯。

3.3 楚雄州降雨日數變化分析

分析得出，最近49年來，楚雄全州年降雨變率發生了明顯的變化。年平均降雨日數隨年代呈減少趨勢變化。其中，最近10年年總降雨日數呈減少的變化趨勢較明顯，大雨、暴雨和大暴雨的年降雨日數呈增加趨勢。

3.3.1 年平均降雨日數的年代分布

從表1中的統計數據可看出:楚雄州10縣市日平均降雨量大于或等于0.1毫米的年降雨日數為120天，其中1961～1970年和1971年～1980年代130.3天，1981～1990年代114.8天，1991～2000年代117.4天，年平均降雨日數呈減少趨勢變化;日平均降雨量大于或等于25.0毫米的年平均降雨日數8.1天，其中2001～2009年代平均8.7天，比前20年平均7.8天多了0.9天，呈增加趨勢;日降雨量大于或等50.0毫米的年平均降雨日數1.5天，其中，近20年為1.9天，比前30年的平均1.4天多0.5天。統計結果表明:近20年來由于受氣候變化的影響，楚雄州年平均總降雨日數呈減少趨勢變化，而大雨、暴雨以上的降雨日數增加趨勢變化，導致了干旱、洪澇等天氣災害發生的頻率增加。

表1 楚雄州各縣 (市)年平均降雨 (R≥0.1、25.0、50.0mm)日數 單位:天/年

3.3.2 年平均降雨日數的年代分布

楚雄州10縣 (市)日平均降雨量大于或等于0.1毫米的降雨日數分布有明顯的地域差異，近50年中，年降雨日數減少比較突出的是中部的楚雄市、牟定縣，東部的祿豐縣和東北部的武定縣，干熱河谷地帶的元謀縣降雨日數變化最小;日降雨量大于或等于25.0毫米以上的大雨降雨日數的年際變化突出的是，中部的楚雄市、南部的雙柏縣和北部的永仁縣，最近20年比前幾十年平均增加了2天;日降雨量大于或等于50.0毫米以上的暴雨、大暴雨降雨日數的年際變化突出的是，中部的楚雄市、南華縣，南部的雙柏縣和北部的永仁縣，年大雨降雨日數最近20年比前幾十年平均增加了1～2天。

4.討論

分析結果表明:楚雄州平均氣溫上升及近10多年來的暖冬現象明顯，除受全球氣候變暖的背景影響外，與城市化進程快速推進密切相關，秋季氣溫升高與秋雨減少，雨季縮短相關［4］。中部的楚雄市1984年以來因城市發展規模擴大及工業化進程的加速，城市效應對氣候的影響明顯加大，特別是冬、春兩季表現突出;南部的雙柏縣因森林植被較好，春雨較其他區域多，常年空氣濕度大，年溫差小，森林對氣候的調節作用明顯，天然的半濕潤氣候特點突出;西部的姚安縣年降雨量偏少，空氣濕度小，風速大，四周開闊，以農業為主，城市規模及工業無較大發展，森林植被等環境因素無較大變化，半干旱氣候特點突出;北部干熱河谷的元謀縣，常年降雨量偏少，空氣濕度小，日照豐富，多年來以均以綜合性農業及經濟作物種植為主，城市規模及工業無較大發展，森林植被等環境因素無較大變化，半干旱氣候特點突出，但從上世紀80年代以來，由于冬、春季節經濟作物的種植面積不斷擴大，地面綠色覆蓋增加，作物蒸騰量增大，土壤表面及近地層空氣濕度增大，蒸發量下降，空氣濕度增大對高溫的調節作用明顯［1］。分析結果表明，相對于城市發展規模和工業化進程發展較快的楚雄市來說，南部、西部和北部等縣的城市發展規模和工業化發展進程相對落后于楚雄市，人類活動、城市擴張、工業發展對氣候變化的影響效應不十分明顯。

楚雄州夏季降雨量集中，引發極端洪澇災害事件的概率在增大;秋季氣溫上升明顯，說明了降雨量天數少，雨季提前結束，局部區域雨季與干季的時間交替正在發生變化。春、秋季降雨量的突出變化，農業種植業風險呈增加趨勢。年平均降雨量隨年代的變化，呈現出多—少—少—多—平的變化趨勢，全州年平均降雨量1961～1970年859毫米，1971～1980年819毫米，1981～1990年912毫米，1991～2000年905毫米，2001～2010年853毫米。1981～2008年間年平均降雨量增多了約80毫米，屬于相對多雨時期，驗證了不難看出該段來楚雄州境內極端天氣 (干旱、洪澇和泥石流滑坡等氣象災害及次生災害)發生的概率在增大，雨季結束期提前明顯，農業種植風險正在增大［1，4］。其中南部雙柏縣四季降雨量隨季節間變化與其他縣市相比，變化幅度較小，雨季開始期和雨季結束期的年際間變化不突出;西部姚安縣受夏、秋降雨量變幅的影響，極端天氣災害及次生災害的風險增加;北部永仁縣夏季平均變化率最大、秋季次之，冬季最小。東部祿豐縣降雨量夏季變率最大、秋季次之，冬季最小。

從不同等級的年降雨日數隨時間和空間分布分析結果再次說明，在全球氣候變化異常突出的大背景下，楚雄州區域氣候變化除受到全球氣候變化的影響外，受地方城市發展、工業化進程加快、人口增加及人類活動的影響較大。其中受城市化、工業發展、人口增長及人類活動影響表現最典型的楚雄市和祿豐縣，氣候變化突出，年總降雨日數減少明顯，大雨以上的降雨日數增加，降雨時段集中，局部的極端天氣事件和災害性天氣發生的概率在逐年增大，因氣象災害造成的損失也隨之增大。如2003年，2008年發生在楚雄市境內的局部洪澇、泥石流滑坡等次生氣象災害，又如2004年發生在祿豐縣的“6·20”洪災都造成了巨大的危害和損失。

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