近62年舟山市氣溫、降水特征分析

李　云

(寧波市氣象臺,浙江 寧波 315012)

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近62年舟山市氣溫、降水特征分析

李云

(寧波市氣象臺,浙江 寧波 315012)

摘要：利用舟山市定海基準站1954—2015年氣溫、降水資料,探討分析了海島地區的氣溫和降水變化。結果表明：1)海島地區的氣溫在1954—1990年間變化趨勢不明顯,90年代后才呈變暖趨勢,氣溫在1998年發生突變,1954—2015年線性傾向值為0.0168 ℃/a,變暖時間比內陸城市偏晚,變暖幅度偏小；春季氣溫變暖率最大,其次是冬季,夏秋最少；平均最高氣溫變暖最明顯,對舟山市氣溫的整體上升貢獻最大,平均最低氣溫變化最平緩,且秋季沒有明顯的變化趨勢。2)降水量呈現逐漸增多趨勢,四季中夏季增多最明顯,近年來有減少趨勢,冬季降水90年代以來緩慢增加。3)62 a來共出現嚴重的冷冬8次,暖冬3次,多雨事件7次,少雨6次。

關鍵詞：氣溫；降水；突變；線性傾向率

0引言

多年以來,我國許多學者對我國及其各地的溫度、降水變化特征進行了研究,結果表明,中國近百年的溫度變化與北半球大致相似,表現為增暖的趨勢,且變暖幅度明顯高于全球和北半球同期平均水平,但各地的變暖幅度存在差異[1-9]。中國降水量總體呈下降變化趨勢,但長江流域以南呈增加趨勢[10]。浙江地區的氣溫、降水研究也有很多[11-13]。但目前來看,研究所用數據主要集中在陸地城市,對于海島地區、城市化影響較小的地區的氣溫、降水的研究分析還比較少,在全球氣候變化和周邊城市化迅速發展的大背景下,海島地區的氣溫、降水氣候特征產生了怎樣的變化是值得關注和研究的。舟山地處東海,為典型的海島城市,海洋性氣候特征顯著,因此,以舟山作為海島站代表,分析其氣溫、降水特征,這對于理解浙江省乃至全國氣候變化的總體特征和極端氣候事件的發生具有參考價值。

1資料和分析方法

1.1資料

本文所用的資料是舟山市定海國家基準站1954—2015年共62 a的年平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫和降水量報表資料。選用世界氣象組織最新規定的1981—2010年要素平均值作為氣候平均值。計算年代平均值時,觀測年數不足6 a不計算年代平均值。另外文中四季的劃分為冬季(前一年12月與當年1、2月),春季(3、4、5月),夏季(6、7、8月),秋季(9、10、11月)；季節平均值取各季3個月的平均值。

1.2分析方法

首先對舟山市年平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫、降水量進行年際及年代際變化分析和季節分析,其次對這些要素進行線性趨勢分析并對之顯著性和可靠性進行檢驗,顯著性檢驗方法是Mann-Kendall 方法,同時也利用此方法對數據進行突變檢驗,Mann-Kendall 檢驗法是時間序列的變化趨勢和突變情況主要研究方法之一,它可以確定突變的準確年份,檢測范圍寬,人為性少,定量化程度高,具體方法見文獻[14]。

氣候要素線性傾向率計算： y(t)=a+bt,式中y(t)為具體氣候要素時間序列,t為時間(本文為1954—2015年),b為線性趨勢項,其趨勢變化率方程為dy(t)/dt=b,在最小二乘法估計下,其線性趨勢b的估計值為

2氣溫變化特征

2.1年際、年代際變化特征

由舟山市年平均氣溫、最高、最低氣溫距平圖(圖1)和距平累積曲線和趨勢線(圖略)可知,62 a間年平均氣溫呈現明顯的前冷后暖特征,在90年代以前全部為負距平,90年代后變暖趨勢明顯增強,距平多為正值。但在1954—1990年間的冷階段中也有相對冷暖的多次波動，有3個明顯的偏冷階段,即50年代中期到50年代末(1954—1958年)、60年代中后期到70年代初期(1967—1972年)以及80年代(1980—1989年),3階段距平值多在-0.5 ℃以下,累積曲線呈下降趨勢；50年代末到60年代中期(1959—1966年)平均氣溫相對偏暖,尤其平均最高氣溫距平為正值。從90年代開始舟山氣溫呈現明顯的變暖趨勢,尤其是1997—2004年,年平均氣溫連續8 a出現正距平,中間1998年出現平均氣溫歷史第二高值17.7 ℃,比常年偏高0.8 ℃,之后2007年出現平均氣溫、平均最高和最低氣溫的歷史最高值,比常年偏高1.1 ℃,2006年同1998年相同為歷史第二高。

圖1　舟山市1954—2015年氣溫距平變化演變圖

年代際變化如表1所示,20世紀90年代之前,平均氣溫都在舊(1971—2000年)的常年值(16.4 ℃)上下少動,90年代已接近新的常年值,21世紀10年代氣溫已比常年偏高0.4 ℃。比70、80年代平均偏高0.9 ℃。平均最高氣溫在90年代前少動,90年代后明顯變暖,尤其21世紀10年代比20世紀60、70年代偏高1.3 ℃。而平均最低氣溫(常年13.6 ℃)變暖程度較小, 50年代接近常年,60—80年代甚至有所下降,80年代比常年偏低0.3 ℃,直到90年代才開始緩慢回升到常年值,進入21世紀后有了明顯的升高。

計算氣溫線性傾向值,1954—2015年平均氣溫線性傾向值為0.0168 ℃/a,平均最高氣溫為0.02330 ℃/a,平均最低氣溫變暖趨勢明顯偏少,線性傾向值僅為0.0096 ℃/a,三者均通過了信度99%的顯著性檢驗,說明平均氣溫、平均最高、最低氣溫總體都呈變暖趨勢。為了更清楚說明氣溫的階段變化,又分別計算了1954—1990年、 1991—2015年的平均氣溫線性傾向值,并進行了顯著性檢驗,發現1954—1990年線性傾向值僅為0.0013 ℃/a,且并沒有通過顯著性檢驗,說明1954—1990年間舟山氣溫變化趨勢不明顯；1991—2015年則達到0.02426 ℃/a,其中1991—2004年上升更加迅速,線性傾向值達到了0.0888 ℃/a,分別通過信度95%和99%的顯著性檢驗。

表1　舟山市年平均氣溫、平均最高、平均最低氣溫的年及四季的年代平均值　℃

2.2季節變化

由表1所示,舟山平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的變化趨勢存在著明顯的季節差異：90年代以前,三者四季變化都較小,平均最低氣溫還略有下降；90年代開始氣溫在各季節都有明顯的上升,平均氣溫、平均最高氣溫、最低氣溫的冬季上升幅度最大,分別比80年代高了0.9 ℃、1.0 ℃和0.7 ℃,夏季的增溫幅度最小僅為0.1～0.3 ℃之間；還可以得知：62 a中,60年代的冬天最冷,夏季最涼爽,可是秋季卻是20世紀最熱的。

分別計算四季線性傾向值,結果發現,平均氣溫和平均最高氣溫1954—2015年的春季線性傾向率分別為0.0278 ℃/a和0.0343 ℃/a,是四季中最高的,其次是冬季分別為0.0175 ℃/a和0.035 ℃/a；秋季最低,二者都僅為0.01 ℃/a,而平均最低氣溫四季的變暖速率都比平均氣溫和最高氣溫低,四季中夏季最高為0.0129 ℃/a,冬季次之,第三是春季,而秋季的線性傾向率僅為0.0062 ℃/a,且沒有通過信度90%的顯著檢驗,說明秋季平均最低氣溫的變化趨勢不明顯。

通過上述分析,可以發現舟山市氣溫從90年代開始存在變暖趨勢,并且平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的變暖率存在差異,平均而言,平均最高氣溫的增溫最明顯,而平均最低氣溫變化平緩,這反映出在氣溫的變暖趨勢中,平均最高氣溫的增暖對近年來舟山市氣溫的整體上升貢獻最大,這同其他許多地區最低氣溫的上升貢獻最大相反[2-3]。

2.3氣溫突變檢驗

采用Mann-Kendall方法分析舟山市平均氣溫的突變情況,趨勢檢驗結果表明(如圖2),舟山市的年平均氣溫從 90年代中期以來有明顯的增加趨勢,20世紀末到21世紀初年這種增加趨勢通過了 0.05 顯著性檢驗(U0.05=1.96),這表明舟山市的年平均氣溫上升趨勢是十分顯著的。 根據UF(k) 和UB(k)曲線交點的位置,確定舟山市年平均氣溫的增暖是突變現象,具體是從 1998 年開始的,這比全國大部和浙江省陸地氣溫在80年代后期到90年代初開始增溫并發生突變[8,11-12],明顯偏晚。

圖2　舟山市氣候突變檢驗曲線圖

3降水變化特征

圖3為年降水量距平圖,可知：50年代中期到70年代初期為相對少雨期,其中1967年年降水量僅為604 mm,為歷年最低值；70年代中期后逐漸進入多雨階段, 1977年出現歷史最高值1976.5 mm,但進入21世紀又出現減少趨勢,2003年降水量835.5 mm,僅次于1967年,2011年后又開始增多。

從降水量的各年代平均值變化看,20世紀60年代是降水最少的時期,在春夏秋3季的季節平均也是如此；90年代降水最多,比60年代偏多359.5 mm,21世紀的前10 a降水僅次于60年代,居第二少。

從季節尺度看,春、夏、秋季降水與年降水量類似,都為60年代最少,且春季降水同年降水量年代變化相同,呈(-+-+-+)變化。夏季70—90年代降水呈增多趨勢,2000—2010年又下降。冬季降水趨勢特征呈明顯不同之處：最少年代為80年代,90年代以來呈逐漸增多的趨勢,2000—2010年的平均值比80年代偏多了74.7 mm,從多項式平均看同夏季的總體變化趨勢幾乎相反(如圖4),這種冬夏季降水量呈反位相的特征可以為長期天氣預報提供一定的參考。

從年降水線性傾向率看,年降水量以每年 2.7977 mm/a的速率增長,同浙江全省的降水變化趨勢相同。從季節看,除了夏季降水量的線性傾向值在各季節中最大為3.3904 mm/a,有明顯的增多趨勢,其余春、秋、冬3季降水量總體變化趨勢不明顯,在0.02～0.55 mm/a。

圖3　舟山市1954—2015年年降水量距平變化

圖4　冬夏季降水變化趨勢

4冷暖事件與干濕事件分析

本文參照王紹武等的標準將出現幾率約為10 a一遇的距平大于1.3個標準差(本地區氣溫標準差為0.96,1.3個標準差為1.25)的事件定義為嚴重氣候災害,以氣溫來表征的氣候災害主要有冷冬和暖冬,本文計算舟山62 a來出現的嚴重冷暖事件和嚴重多雨少雨年，見表2。

表2　舟山市1954—2015年嚴重冷暖和干濕事件

從表2中我們發現舟山62 a來共出現嚴重的冷冬8次,暖冬3次(其中異常冷冬1次出現在1967—1968年冬季,異常暖冬無),嚴重冷冬有7次出現在90年代以前,且出現次數均勻,平均每10 a 1～2次,上世紀90年代以來到21世紀10年代未出現,2010—2015年間又出現一次嚴重冷冬。與之相對的是嚴重暖冬事件均出現在90年代后期以后,且相隔時間短暫。2008年后到2015年未出現嚴重暖冬。

62 a來舟山多雨事件出現7次,少雨出現6次(其中4次出現在60年代),80和90年代降水均沒有嚴重事件出現。90年代以來至今隨著溫度升高,降水也有明顯的增加。

綜合可知60年代是冷而干的年代,90年代增溫增雨最明顯,2000—2010年是氣溫最高的10 a,冬季逐漸變得暖而濕。

5結語

通過上述的研究分析,可知,海島地區因為受到海洋的調節作用,氣溫、降水特征具有明顯特點。

1)1954—2015年舟山市氣溫總體呈變暖趨勢,線性傾向值為0.0168 ℃/a,但1954—1990年間氣溫沒有明顯變化趨勢,進入90年代才開始增暖,1990—2010年是氣溫上升速率明顯加快,1998年發生了氣溫變暖突變,變暖時間比我國乃至浙江省大陸其他地區變暖偏晚,且速率也偏小。在氣溫的變暖趨勢中,平均最高氣溫的增暖對近年來舟山市氣溫的整體上升貢獻最大。

2)氣溫的變化趨勢存在著明顯的季節差異,平均氣溫、平均最高氣溫春季變暖率最大,冬季次之,秋季最低；平均最低氣溫夏季變暖相對最明顯,秋季的平均最低氣溫基本沒有明顯變化趨勢。

3)年降水量總體呈現出逐漸增多的趨勢,夏季降水增加趨勢相對明顯,但進入21世紀后有逐漸減少趨勢,春、秋、冬季增加率較小。60年代是降水最少年代,90年代最多。春季的降水量具有和年降水量一致的變化趨勢,而冬季的降水量90年來一直呈緩慢增加趨勢。

4)從氣溫和降水綜合可知：60年代是冷而干的年代,90年代增溫增雨最明顯,2000—2010年是氣溫最高的10 a,冬季氣候近年來呈現出暖而濕的變化特征；62 a來共出現嚴重的冷冬8次,暖冬3次,多雨事件7次,少雨6次。

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收稿日期：2016-03-21