江川站近50a觀測要素變化與探測環(huán)境變化淺析

劉 峰，張瑾文

(1. 云南省江川縣氣象局，云南 江川 652600;2. 云南省氣象科學(xué)研究所，云南 昆明 650034)

1 引言

在全球氣候變暖的大背景下，許多學(xué)者的研究表明近百年來我國氣候變化趨勢和全球氣候變化趨勢基本一致［1－2］。程建剛等［3］的研究表明，云南近50 a 氣溫變化與全球、北半球、中國變化趨勢基本一致，而且以20世紀90年代后期增溫最為明顯。20世紀以來的全球變暖已是公認的氣候變化事實，但這種變暖存在很大的地域性和突變性［4］。氣候變化不僅直接影響局地天氣氣候的變化，也對當(dāng)?shù)毓I(yè)、農(nóng)業(yè)以及社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。觀測資料的保存和積累是研究一個地區(qū)氣候變化的基礎(chǔ)，作為一名觀測員，在日常觀測工作中可以感受到近年來觀測要素的明顯變化，為近一步分析和揭示這種變化的特征，我們對江川站近50 a的觀測要素進行了統(tǒng)計分析，說明江川各氣象要素對全球氣候變化的響應(yīng)，以期為江川氣候分析和氣候資源的利用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

江川站始建于1958年10月，地理位置為102°46'E，24°17'N，處于云南省中部偏東，觀測場拔海高度1 731.1 m，江川縣國土面積850 m2，縣區(qū)四周高、中部低，其中山區(qū)、半山區(qū)占國土面積的71.67%，壩區(qū)占15.96%，高原湖泊占12.37%，形成“七山一水二分田”的格局。江川屬中亞熱帶半干燥高原季風(fēng)氣候，夏無酷暑，冬無嚴寒，四季如春。多年平均氣溫15.6℃，極端最高氣溫33.0℃，極端最低氣溫－5.9℃。降水受地形影響分布不均，且干濕季分明，雨季(5—10月)平均雨量727.8 mm，最多1 009 mm(1971年)，干季(11—次年4月)平均雨量134.0 mm，最多285 mm(1968年)，多年平均降水量為864.7 mm。

3 資料和分析方法

選用江川站1961—2010年共50 a 的氣溫、地溫及降水量資料，其中地溫采用了0 cm、5 cm、10 cm、20 cm 4個不同深度的資料。主要采用線性分析方法、10 a 滑動平均及相關(guān)資料的分析，并對觀測資料的多年平均值、最值等特征量進行統(tǒng)計分析，得出氣溫、降水量、地溫的季節(jié)和年的變化規(guī)律。通過這些要素值的變化來說明氣候變化對江川的影響。

氣象要素的變化特征采用線性趨勢方程［5］表示，即:Y=a1×t+b。

式中，Y 為氣象要素，t 為時間，a1為線性趨勢項，a1＞0 表示呈上升趨勢，a1＜0 表示呈下降趨勢，a1絕對值的大小可以衡量上升、下降的幅度。a1×10 表示氣象要素每10 a 的傾向率，傾向率單位為:℃/10 a、mm/10 a。

4 結(jié)果與分析

4.1 氣溫變化

4.1.1 年、年代平均氣溫變化 1961—2010年江川年平均氣溫升高趨勢明顯(見圖1)，上升傾向率為0.19℃/10 a。1998年以前，年均氣溫在15～16℃間波動，多年平均為15.6℃，上升趨勢不明顯;1998 以來，年平均氣溫升至16～17℃，多年平均為16.3℃，且逐年升高，近2 a 更是躍升至17～18℃。從氣溫10 a 滑動平均可見，20世紀70年代有一降溫期，其后不斷升溫;氣溫升高并非逐漸緩慢變化，雖然60—80年代氣溫變率都不大，但在90年代后氣溫變率逐漸加大，近10 a 上升趨勢尤為明顯。

圖1 江川1961—2010年平均氣溫變化趨勢、年代氣溫變化趨勢

江川站累年(1961—2010)平均氣溫為15.8℃，近50 a 江川站年平均氣溫變化可以分為2個時期:第1個時期(1961—1997年)為偏冷期，平均氣溫為15.6℃，低于累年平均值0.2℃，呈先降后升的趨勢，且變化幅度不大;第2個時期(1998—2010年)為偏暖期，平均氣溫為16.3℃，高于歷年平均值0.5℃，這一時期的氣溫變化呈快速上升趨勢，變化幅度加大。年均氣溫最低出現(xiàn)在1971 和1992年，為14.9℃(距平為－0.9℃);最高則出現(xiàn)在2010年，為17.6℃(距平為+1.8℃)，最高與最低差值達2.7℃。高溫年份多出現(xiàn)在1998年以來，有10 a≥16.0℃，1998年之前僅有2 a≥16.0℃，近2 a 更是≥17.0℃(見表1)。2001年以來，氣溫連續(xù)10 a 高于累年平均值。4.1.2 季節(jié)的氣溫變化 進行氣溫的季節(jié)變化分析時，3—5月、6—8月、9—11月分別代表春、夏、秋季，12月—次年2月為冬季。季平均氣溫均呈上升趨勢(見圖2):冬季升高最顯著，高達0.31℃/10 a，遠高于其它季節(jié)，夏季、秋季升溫率分別為0.18℃/10 a、0.17℃/10 a，略低于全年平均氣溫增幅，春季升溫率最低，僅為0.1℃/10 a。表明冬季增溫貢獻最大，春季對年平均氣溫升高起滯緩作用。

表1 近50 a 江川高溫年份年均溫

4.2 地溫變化

下墊面與大氣的相互作用影響著各種尺度的天氣氣候變化，而在陸氣相互作用中，地表反照率、土壤溫度和濕度對大氣環(huán)流和氣候變化有重要的影響［6］。土壤溫度是太陽輻射平衡、土壤熱量平衡和土壤熱學(xué)性質(zhì)共同作用的結(jié)果。下墊面溫度和不同深度的土壤溫度統(tǒng)稱地溫，淺層地溫指離地面5 cm、10 cm、15 cm、20 cm 的地中溫度［7］。在陸氣相互作用中，氣候變化、氣溫升高對地溫有著重要的影響，許多研究均表明，地溫呈上升趨勢，與氣溫變化保持一致［8－9］。

江川0 cm、5 cm、10 cm、20 cm 4個層次地溫的逐年變化(見圖3)，淺層地溫的年平均值均呈上升趨勢，與氣溫的變化趨勢一致;0 cm、5 cm、10 cm、20 cm 地溫的上升傾向率分別為0.32℃/10 a、0.21℃/10 a、0.20℃/10 a、0.19℃/10 a，地溫的增溫幅度基本大于氣溫的變化，說明淺層地溫對氣候變暖的響應(yīng)比氣溫更強;0 cm 地溫受太陽輻射影響上升趨勢最大，最小是20 cm，說明增幅隨深度增加而減少。地溫與氣溫的相關(guān)系數(shù)分別是0 cm(0.41)、5 cm(0.46)、10 cm(0.47)、20 cm(0.46)，淺層地溫與氣溫變化相關(guān)更密切。0 cm 的升溫率最大;氣溫升高和降水減少對地溫上升的影響較大。

圖3 江川1961—2010年地溫變化趨勢

4.3 降水量變化

4.3.1 年降水量變化 1961—2010年江川的降水量資料表明，多年平均降水量為864.7 mm，最大降水量出現(xiàn)在1968年(1 220.6 mm)，最小降水量出現(xiàn)在1969年(591.1 mm)。通過對年平均降水量的趨勢分析表明年降水量呈減少趨勢(見圖4)，減少的傾向率為－21.85 mm/10 a;通過10 a 滑動平均表明，降水量在20世紀60年代和90年代中后期有2個上升期，其它時期為下降期;其變化的特征是前期多雨，中期少雨，后期先多后少，近10 a 的減少趨勢明顯。

圖4 江川1961—2010年降水量變化趨勢

4.3.2 干季、雨季降水量變化 由于屬半干燥高原季風(fēng)氣候，江川降水量有明顯的季節(jié)變化，干、雨季節(jié)明顯。進行降水量季節(jié)變化分析時，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c僅做干、雨兩季的分析，5—10月代表雨季，1—4月和11—12月代表干季。雨季降水占全年降水量的84%左右，干季降水量僅占16%，雨季和干季降水量均呈下降趨勢(見圖5)。雨季的下降趨勢(傾向率－ 21.29 mm/10 a)大于干季(傾向率－0.56 mm/10 a)。對比干季、雨季降水情況表明，干季對年降水量變化影響較小(相關(guān)系數(shù)0.52)，雨季對年降水量的變化影響較大，密切相關(guān)(相關(guān)系數(shù)0.92)，說明雨季降水的變化決定年降水量的變化，降水量減少主要由雨季降水量的減少造成的。

圖5 江川1961—2010年雨季、干季降水量變化趨勢

5 結(jié)論與討論

①近50 a 江川站氣溫呈上升趨勢，年平均氣溫以每0.19℃/10 a 的速率上升。20世紀70年代有一個降溫期，其后不斷升溫;90年代后期以來增溫趨勢逐漸加大，近10 a 上升趨勢明顯，這一時期增溫趨勢與觀測到的測站周圍城鎮(zhèn)化建設(shè)同步。

②淺層地溫的變化與氣溫一致，均呈上升趨勢。4個層次地溫的上升傾向率分別為0.32℃/10 a、0.21℃/10 a、0.20℃/10 a、0.19℃/10 a，地溫的增溫幅度比氣溫更強;0 cm 地溫的上升趨勢最大，20 cm 地溫的上升趨勢最小。

③近50 a 江川站年降水量總體表現(xiàn)為減少趨勢，減少速率為－21.85 mm/10 a。降水量在20世紀60年代和90年代中后期有2個上升期，其它時期為下降期，近10 a 的減少趨勢明顯。江川年降水量的減少主要是雨季降水量的減少。

④隨著城市化進程的加快，如今觀測站已和縣城連成一片，城市規(guī)模的擴大對觀測要素的影響是除氣候變化外另一個不能忽視的影響因子，這還有待進一步研究。

［1］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研究［J］. 氣象學(xué)報，2004，62(5):634－346.

［2］任國玉，郭軍，徐銘志，等. 近50 a 中國地面氣候變化基本特征［J］. 氣象學(xué)報，2005，63(6):942－956.

［3］程建剛，解明恩. 近50 a 云南區(qū)域氣候變化特征分析［J］. 地理科學(xué)進展，2008，19－21.

［4］宋巧云，魏鳳英.年代際氣候變化研究進展［J］. 氣象科技，2006，34(1):1－6.

［5］盛驟，謝式千，潘承毅. 概率論與數(shù)理統(tǒng)計［M］. 北京:高等教育出版社，2001:299－305.

［6］李崇銀. 氣候動力學(xué)引論［M］. 北京:氣象出版社，1995:290－296.

［7］中國氣象局. 地面氣象觀測規(guī)范［M］. 北京:氣象出版社，2003:85－89.

［8］杜軍，李春，廖健，等. 拉薩近45 a 淺層地溫的變化特征［J］. 干旱區(qū)地理，2007，30(6):826－831.

［9］裴洪芹，孫成武，吳凌志. 近48年臨沂淺層地溫的變化特征［J］. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30(增1):38－41.