貴陽市氣候變化及其近20 a氣溫演變特征

羅乃興，曾莉萍，黃世芹，呂 海

(1.貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001;2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

1 引言

近年來，全球變暖作為氣候變化的重要一環已經成為全球關注的熱點，據2007年IPCC的氣候報告指出，最近的100 a，即1906—2005年，全球平均氣溫上升了0.74℃［1］。在全球變暖的背景下，近50 a來我國平均地面氣溫增速接近0.22℃/10 a，較同期全球平均氣溫增速明顯偏高［2］。牛濤等研究了青藏高原東麓氣候變化后指出即使是受人為影響較小的地區也存在這種趨勢［3］。

李文莉以蘭州為例，指出由于城市化程度的不斷加深，城市與其毗鄰的鄉村存在著明顯的差異［4］。而周海等則以日喀則為例，探討了青藏高原東麓的氣溫氣候變化特征［5］。

貴陽地理上位于貴州的中心，擁有超過500萬的人口，在城市規模和經濟上都是貴州最大的城市。受特殊的喀斯特地貌、城市環境等諸多因素的影響，貴陽地區氣候的區域性特征十分明顯。目前，針對貴州及貴陽地區氣溫的氣候變化方面已開展了很多研究工作，并取得了一些研究成果。陳靜等用REOF方法對1961—2007年貴州夏季氣溫的變化區域進行劃分，研究發現不同區域的變化趨勢及年代際變化存在差異［6］。嚴小冬等對貴陽站1961—2007年遷站前后的月平均氣溫資料進行了均一性檢驗并進行了訂正［7］。李瑋對1921—1994年貴陽市氣溫序列進行突變分析，發現氣溫在1966年發生了突變，溫度向增暖的方向變化。劉益蘭利用小波變換揭示了貴陽近80 a 來的氣溫周期特征［8］。

為進一步探討在全球變暖大背景下的小區域氣候變化特征，豐富小區域氣候變化的研究內容，本文利用1951—2010年貴陽測站逐日及年氣溫資料，分析貴陽市年際氣溫變化的一些規律，著重探討近20 a來氣溫的分布細節，為今后我國西南局部地區的氣候變化特征研究提供一些依據。

2 資料與方法

研究所用資料為貴陽市內8個地面觀測站(貴陽、花溪、白云、烏當、清鎮、修文、息烽、開陽)建站以來的逐日氣溫資料，包括日平均溫度和年平均溫度。

由于貴陽站在2000年遷站后氣溫存在一定的差異，為了保持數據的均一性，這里根據遷站前對比觀測的結果對2000年后的日平均氣溫數據進行了訂正。這是因為遷站前后貴陽站均處于同一區域，由于新舊站點相距較近，可以近似處于同一天氣系統的內部，并且這里對日平均氣溫的應用的是其統計特征，因此可以近似忽略其隨機差異，參照對月平均氣溫的訂正方法對日平均氣溫進行近似訂正。

貴陽其它7個區縣站的平均氣溫變化和貴陽站有顯著的相似性，從表1可以看出，貴陽與修文的相似度最高，為0.954;而與花溪的相關系數最低，但仍為0.839。因此可用貴陽站的氣溫近似代表貴陽市的氣溫特征。

表1 貴陽8個測站的近50 a來年平均氣溫的相關系數表

線性趨勢傾向是由最小二乘法求的［9］，采用一次線性方程來描述溫度的氣候變化趨勢，即:y(t)=a0+a1t

突變的檢驗方法采用Mann－Kendall法(M－K法［9］)對氣溫的變化趨勢進行突變和顯著性檢驗。

3 結果分析

3.1 年平均氣溫的變化趨勢

圖1 貴陽站1954—2010年年平均氣溫的變化(a)和對應M－K算法計算圖(b)

圖1a為以貴陽本站的年平均氣溫的變化圖。從整體變化趨勢來看，近57 a來貴陽站的氣溫是明顯升高的，這種上升趨勢通過了0.001的顯著性檢驗，平均上升速率為0.16℃/10 a。另一方面從5 a的滑動平均來看，可以發現這種整體上升表現為3次明顯的波動，第1次是以1966年為終點的上升周期;第2次是1966—1972年的波動下降周期;最后為1978年至今的波動上升趨勢，而這種趨勢到2010年為止仍未表現出明顯的降溫趨勢。而圖1(b)的M－K檢驗也表明這種整體變化趨勢，從UF曲線可見，自1954—1990年這種增暖趨勢超過了0.05的臨近線甚至超過0.001的顯著性水平(u0.001=2.56);而在2001年以后，氣溫的增速明顯放緩。

與貴陽站相似的是，其它7個區縣站同樣表現出自70年代起的顯著增暖趨勢(除白云是1982年建站)，但其趨勢隨地區的不同而有所變化，其增幅在0.154～0.298℃/10 a之間。值得注意的是，除了貴陽、烏當和開陽的溫度增幅在全國50 a溫度平均增幅0.022℃/a之上外，其余各站的溫度增幅均低于全國平均增幅，這與貴陽各地區的城市化發展程度相一致，從一個側面反映了貴陽市周邊地區的城市化進程較全國平均速度偏慢的情況。

3.2 基于M－K方法的突變檢驗

如圖1b所見，在2000年開始，貴陽地區的年平均氣溫有的升速較之前明顯變快，為了檢驗貴陽地區年平均溫度曲線的是否有發生突變，本文選取M－K檢驗法(圖1b)來對其突變進行檢驗。根據UF和UB曲線的交界點的位置，可以發現貴陽站的年平均氣溫在21世紀初有一次明顯的突變過程(a=0.01);另一方面，在此之后UB曲線已經超過了顯著性水平為0.05的顯著性檢驗，說明此次突變后仍然是明顯的變暖趨勢。而通過對貴陽站周邊的其它7個觀測站進行同樣的檢驗(圖略)，發現其突變時間點集中在2001—2004年之間，與全國年平均氣溫在1993年后的突變相比，貴陽地區推遲了8～10 a，但與位于青藏高原的日喀則的年平均氣溫突變時間較為相似(2001年)［5］，這也暗示了貴陽地區受高原系統的影響更大。

3.3 貴陽地區積溫的變化情況

氣溫的變化對農作物的影響較大，其中積溫是研究溫度與生物有機體發育速度之間關系的一種指標。這里選取有效積溫(日平均氣溫≥10℃溫度的累計)作為熱量條件的標尺來衡量貴陽地區近57 a作物生長發育過程所需的熱量條件的變化。

圖2 貴陽站1954—2010年年積溫變化圖及其5點平滑趨勢線

貴陽地區的年積溫在3 400～4 300℃/a之間，平均值為3 920℃/a，屬于亞熱帶氣候。總的來說，貴陽地區的年積溫呈波動上升，這種趨勢在1990年之后明顯加快。根據年積溫的變化柱狀圖和對應的5點平滑曲線可以看出(圖2)，貴陽地區的這種波動上升狀態經歷了3個周期，每個周期的波長在20 a左右。第1個周期在1954—1972年之間，在該周期內的1970年出現了貴州半個世紀內的積溫的最低值，為3 258.1℃/a，峰值出現在1964年，峰值為4 062.9℃/a;第2個周期在1973—1992年間，與前1個周期相比并不是十分的對稱，該周期的后半段下降期明顯的縮短，該周期的波峰位于1983年，峰值為4 155.2℃/a，最低出現在1976年，最低值為3 693.4℃/a;第3個周期起始于1993年，并且到2010年為止并沒有形成一個完整的周期，與之前的2個周期不同的是，該周期到2009年為止都處于明顯的上升區間，該區間內的積溫明顯高于其它時期，該區間內的峰值位于2009年，為4 355.5℃/a這也是半個世紀內的峰值。

3.4 貴陽近20 a內日平均氣溫的概率分布特征

在年平均氣溫發生突變的2001年后的10 a內，貴陽市先后經歷了2008年春季罕見的凝凍災害，2009年罕見的夏秋冬連旱等持續性的災害天氣，這些都明顯的改變了貴陽當時氣溫。但是在這種條件下，貴陽市的年平均氣溫在該時段內仍然保持著整體上升的趨勢，這與上一個10 a(20世紀90年代)比較相似;同時積溫則持續上升。

圖3 貴陽站1991—2000年與2001—2010年10 a中日平均氣溫的概率分布曲線。其中黑色區域表示在該區域內21世紀初在該溫度區間的概率要高于90年代，反之則用灰色表示。

為了從細節上說明突變前后貴陽地區在氣溫上發生的變化，這里以2001年為分界點，在突變前后各選取10 a(20世紀90年代和21世紀初)，來討論兩者的日平均氣溫在各溫度區間內(1℃)分布型的不同(圖3)。20 a內，貴陽市的日平均氣溫在－7℃ ～24℃之間(1991—2010年)。21世紀初期的日平均氣溫的分布與90年代相比，在低溫區間(＜1℃)與次高溫區間(14～20℃)內明顯增多，而這些在氣候上表現為21世紀初貴陽地區冬春凝凍天氣明顯增多，春、秋兩季的旱情高發;而在高溫區(20～22℃)概率的減少，也與近10 a來貴陽市夏季降水的增多有著一定的關系。

綜上所述，可以發現雖然20世紀90年代與21世紀初期貴陽地區的年平均溫度一直是明顯升高的，但是兩者之間有著明顯的區別，主要表現為21世紀初期的這10 a間，年平均溫度的升高是由于次高溫度區間(14～20℃)低溫區(＜1℃)溫度分布概率的增加共同決定的。受到這種分布型的影響，貴陽地區日平均氣溫＞10℃出現的概率明顯增多，因此貴陽地區的積溫較上一個10 a有明顯的升高。

4 小結

①貴陽地區年平均溫度呈波動上升趨勢，且通過顯著性檢驗。近57 a來，貴陽站的年平均溫度以0.025 7℃/a速度上升，略高于全國的平均增速。在2001年左右，貴陽地區的年平均溫度經歷了一次突變，雖然增溫幅度變緩，但仍然通過了顯著性檢驗。

②在對農業影響最大的積溫方面，貴陽地區的年積溫一直呈現增加的趨勢，但是與年平均氣溫不同的是，從2001起貴陽地區的積溫有了明顯的升高。分析其原因，主要是由于在該時段內日平均氣溫在14～20℃區間的分布有了明顯的增加。

對比以2001年為分界線的前后2個10 a中日平均溫度在各溫度區間的分布情況，可以看出，兩個時間段內日平均氣溫的分布有著明顯的不同，在2001年開始的10 a里，貴陽地區的溫度在低溫區(＜1℃)和次高溫區(14～20℃)有明顯的增多，受其共同影響，在2001年貴陽地區的年平均溫度出現突變，并且年積溫也有了明顯的升高。

［1］IPCC.IPCCFourth Assessment Report(AR4)［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2007:1 －2.

［2］陳隆勛，周秀驥，李維亮，等.中國近80 a來氣候變化特征及其形成機制［J］.氣象學報，2004，62(5):634－646.

［3］牛濤，劉洪利，宋燕，等.青藏高原氣候由暖干到暖濕時期的年代際變化特征研究［J］.應用氣象學報，2005，16(6):763－771.

［4］李文莉，李棟梁，楊民.近50 a蘭州城鄉氣候變化特征及周末效應［J］.高原氣象，2006，25(6):1 161－1 167.

［5］周海，尚可政，王式功，等.日喀則近53 a氣候變化特征分析［J］.氣象科技，2011，39(2):165 －171.

［6］陳靜，穆仕超.貴州夏季氣溫分區變化特征［J］.貴州氣象，2009，33(3):3 －5.

［7］嚴小冬，龔雪芹，石艷.貴陽站氣溫均一性檢驗與訂正［J］. 貴州氣象，2009，33(3):6－8.

［8］劉益蘭.貴陽近80 a氣溫變化的小波分析［J］.貴州氣象，2001，25(2):10 －14.

［9］魏風英.現代氣候統計診斷與預測技術［M］.北京:氣象出版社，1999.