近60年來廣西北部灣氣候變化及其適應研究

黎樹式，黃鵠，戴志軍

(1.廣西北部灣海岸科學與工程實驗室 欽州 535011；2.華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室 上海 200062)

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近60年來廣西北部灣氣候變化及其適應研究

黎樹式1,2，黃鵠1，戴志軍2

(1.廣西北部灣海岸科學與工程實驗室 欽州 535011；2.華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室 上海 200062)

區域氣候變化的適應研究是區域可持續發展的重要內容。文章通過收集近60年廣西北部灣沿海地區的氣溫、降雨量和海平面變化等數據，采用小波分析、M-K檢驗等方法，分析該區域的氣候變化特征，結果表明：年平均氣溫上升趨勢明顯，月平均氣溫峰值出現在6—8月，與全球平均氣溫變化趨勢一致；年平均降雨量變化趨勢不明顯，5—10月是洪季；平均氣溫和平均降雨量存在4～6年的短周期振蕩和12～16年的長周期振蕩；平均氣溫突變年份可能是1993年或1995年，年平均降雨量的突變節點可能是2001或2007年；2007—2015年的平均海平面均高于常年海平面，平均高出常年海平面62.44 mm，海平面上升造成海岸侵蝕、風暴潮增加和濕地損失增大等嚴重后果；建議在生態、生產、生活和管理等方面提高人類對氣候變化的適應能力。

氣候變化；北部灣；海平面上升；適應性

全球氣候變化對地球、人類經濟社會的影響具有長期性和根本性，因此成為國內外學者關注的焦點和熱點[1-5]。聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)至今已先后5次對全球氣候變化進行評估，體現全球對氣候變化的高度關注度，其中最近一次評估報告是2013年，報告確認世界各地都在發生氣候變化，氣候系統變暖毋庸置疑；報告還進一步指出，近幾十年在各大洲和各個海域都已顯現出氣候變化的影響[6]。根據2017年1月公布的2016年《中國氣候公報》，受超強厄爾尼諾影響，我國極端天氣氣候事件多，暴雨洪澇和臺風災害重；2016年全國平均氣溫較常年偏高0.81℃，為歷史第三高，年降水資源總量68 888億m3，為1961年以來最多。氣候變化研究受到國內外專家學者的高度關注，涌現的相關研究成果不勝枚舉。廣西北部灣地區地處南海北部，半封閉、水深較淺、“大灣套小灣”等特點使該區域對全球氣候變化的響應區別于其他海灣地區。本文通過收集近60年來廣西北部灣的氣象資料，嘗試分析該區域氣候變化特征并提出適應性措施，為決策部門提供科學依據。

1 廣西北部灣概況

廣西北部灣地區位于北部灣北部、廣西壯族自治區南部，行政區上包括北海市、欽州市和防城港市3個地級市，位于107°29′E～110°20′E、20°58′N～22°50′N，區域面積2.036 1萬km2，2015年末總人口達575.34萬，海域總面積達12.93萬km2，大陸海岸線長1 628.59 km。廣西北部灣地區位于北回歸線以南，地處南亞熱帶氣候區，具有亞熱帶向熱帶過渡性質的海洋性季風特點。較大山脈有六萬大山、羅陽山、銅魚山及十萬大山等，均呈東北-西南走向，較高山峰海拔高程為十萬大山蒔良峰1 462 m、六萬大山葵扇頂1 118 m；地勢自東北向西南傾斜，大小低谷臺地和平原分布于谷河系及瀕海地區；平原有合浦南流江三角洲、欽江沿岸、茅嶺江河口及濱海平原，這些地區地勢平緩，海拔高程均在100 m以下，尤其是合浦南流江三角洲、茅嶺江河口、濱海平原的海拔高程均在20 m以下(圖1)。

圖1 廣西北部灣區域

2 數據來源與研究方法

降雨量和氣溫數據來源于中國氣象局國家氣象信息中心“中國氣象科學數據共享服務網”的中國地面氣候資料月值數據集(數據集代碼SURF_CLI_CHN_MUL_MON，版本3.0)，以及各省(自治區、直轄市)氣候資料處理部門逐月上報的《地面氣象記錄月報表》的信息化資料；臺風數據來源于上海臺風研究所；海平面變化數據來源于2007—2015年《中國海平面公報》。

采用的主要研究方法有小波分析(Wavelet Analysis)、蒙-肯德爾(Mann-Kendall)法、相關性分析和數理統計等。小波分析亦稱多分辨率分析(Multiresolution Analysis)，可在時(空)頻(波)兩域給出系統演化的信息，為全方位多尺度探索地理系統提供諸多幫助[7]；可給出序列的瞬時推動隨時間推移的變動狀況，可分析同一頻率的周期突變現象；由于河流水沙的變化在時域中存在多層次時間尺度結構和局部化特征，小波分析被廣泛應用于地質、大氣和海洋科學等研究領域[8-11]，是近期十分熱門的前沿領域，本文主要運用該方法分析氣溫和降雨量的周期變化。蒙-肯德爾法是一種非參數統計檢驗方法，已被廣泛應用于檢驗水文氣象資料的趨勢成分，包括水質、流量、氣溫和降雨序列等[12]。

3 結果與分析

3.1 氣溫變化

1957—2014年廣西北部灣地區平均氣溫為22.5 ℃，年平均氣溫升高趨勢明顯，擬合結果通過99%的置信度水平(圖2)，平均氣溫升高0.61 ℃，增溫速率為0.11 ℃/10 a。具體而言大致可分3個階段：第一階段是1957—1979年緩慢下降階段；第二階段是1980—2003年快速上升階段；第三階段是2004—2014年快速下降階段。

圖2 廣西北部灣年平均氣溫變化

廣西北部灣月平均氣溫的高值區主要分布于6—8月，低值區分布于12月至次年2月(圖3)。月平均氣溫不大于10 ℃的極端低溫月份為1977年、2011年的1月和1968年的2月，其中1968年2月平均氣溫最低為9.5 ℃；月平均氣溫不小于29.5 ℃ 的極端高溫月份均出現在2010年、2007年、1983年、2003年的7月，其中2010年29.8 ℃為最高。可以看出近期月平均氣溫高于較早時期。

圖3 廣西北部灣月平均氣溫變化

為了解氣溫變化的周期性特征，用小波分析方法分析廣西北部灣的月平均氣溫周期性變化，結果表明：1982年前廣西北部灣地區平均氣溫有8年左右的短周期和20年左右的長周期，1982年后有4年左右的短周期和12年左右的長周期，2000年后長周期信號不明顯(圖4)。M-K突變檢驗結果表明，廣西北部灣平均氣溫的突變年份很可能是1993年或1995年(圖5)。

圖4 廣西北部灣月平均氣溫小波分析

圖5 廣西北部灣年平均氣溫M-K突變檢驗

3.2 降雨量變化

總體來說，近60年來廣西北部灣地區的年平均降雨量變化不大(圖6)。年平均降雨量不小于2 000 mm的年份出現于2001年、2008年、2013年，其中2001年2 194.6 mm為最高；年平均降雨量不大于1 200 mm則出現在1977年、1976年和1989年，其中1989年1 085.04 mm為最低。

圖6 廣西北部灣年平均降雨量變化

廣西北部灣月平均降雨量的高值區(洪季)主要分布在5—10月，低值區(枯季)為11月至次年4月(圖7)。月平均降雨量不小于7 000 mm的月份出現于1994年和2001年的7月，其中1994年8 468.83 mm為最高；月平均降雨量不大于5 mm的月份出現在1973年、1981年的12月和1971年、1980年的11月，其中1980年11月的0.5 mm為最低。

圖7 廣西北部灣月平均降雨量變化

月平均降雨量的周期性也比較明顯。1967年前，6年左右的短周期信號明顯；1968—1987年，14年左右的長周期信號明顯；1988—2014年期間存在6年左右的短周期和16年左右的長周期(圖8)。M-K突變檢驗結果表明，年平均降雨量的突變節點很可能是2001年或2007年(圖9)。

圖8 廣西北部灣月平均降雨量小波分析

圖9 廣西北部灣年平均降雨量M-K突變檢驗

4 討論

4.1 氣候變化的原因

廣西北部灣是全球眾多海灣地區之一，其氣候變化一方面是區域自然條件和人類活動共同作用的結果；另一方面受全球氣候變化大趨勢的控制。首先，根據IPCC第五次報告，過去100年全球平均氣溫升高約 0.74 ℃；葛全勝等[5]研究表明，20世紀亞洲進入快速增暖時期；近50年我國平均地表氣溫變暖幅度約為1.1 ℃，增溫速率接近0.22 ℃/10a[13]；廣西北部灣與全球和我國的平均氣溫變化趨勢是一致的，增暖速率比全國小。其次，任國玉[13]研究成果顯示，1951年以來全國平均降水量變化趨勢不明顯，廣西北部灣平均降雨量變化趨勢與之很吻合。平均氣溫和平均降雨量4～6年的短周期振蕩和12～16年的長周期振蕩可能與周期為2～7年的厄爾尼諾現象和周期為11年的太陽黑子活動有關。

4.2 氣候變化的影響

目前全球氣候變暖已是不爭的事實，氣候變暖的影響是多方面的，海平面上升是顯著響應之一。廣西北部灣海平面變化比較顯著，2007—2015年廣西北部灣沿海平均海平面均高于常年海平面，平均高出常年海平面62.44 mm，最高是2012年的108 mm，最低為2007年的27 mm(圖10)，表現出較強的氣候變化響應特征。月平均海平面變化則有較大差異，1-4月整天海平面均低于常年平均海平面，最低值-130 mm出現于2008年2月；9-11月則平均高出常年平均海平面200 mm左右，其中最高290 mm出現在2012年10月；顯而易見，9—11月是廣西北部灣沿海地區季節性高海平面時期，與這個時期高溫、熱帶氣旋等極端氣候事件時常發生相關。

圖10 2007—2015年廣西北部灣沿海海平面變化

海平面上升會引發海岸侵蝕、風暴潮和濕地損失等一系列嚴重問題[14]。如前所述，廣西北部灣地區與全球沿海地區同樣受氣候變化的威脅。廣西部分海岸侵蝕非常嚴重；1949—2013年影響廣西北部灣的臺風頻率增加、強度增強，風暴潮災害較嚴重，數量呈增加趨勢[15]；2001—2006年北部灣沿海地區共發生較大洪潮災害12次、熱帶風暴3次、天文大潮4次[16]；北侖河口紅樹林面積大為減少，紅樹林生態系統底棲生物密度和生物量偏低，處亞健康狀態[17]。

5 氣候變化的適應對策建議

氣候變化對人類的影響可能在短期內難以消除，盡管其有很大的不確定性，但發揮人類主觀能動性、適當采取預防對策，是可以降低社會、經濟適應成本的[18-19]。由于氣候變化的影響是多方面的，可從生態、生產、生活和管理等方面提高人類對氣候變化的適應能力；區域氣候變化的適應是一個復雜的系統工程，而生態、生產、生活和管理適應之間相互聯系，相輔相成(圖12)，需要各方面統籌協調才能取得最佳適應效果。

圖12 生態、生產、生活和管理適應的關系

生態適應是指從生態、環境等自然方面主動適應氣候變化對人類的各種影響。目前廣西北部灣海岸帶生態系統良好，有較潔凈的海灣、面積較大的紅樹林和沙質優良的海灘，可通過大量種植紅樹林、建立原生態海岸保護區等海岸生態防護工程，提高人類對氣候變化的生態適應能力。

生產適應是人類在創造物質財富的過程中同時考慮經濟效益、社會效益和生態效益，以適應氣候變化帶來的各種挑戰，一般通過調整產業結構和優化生產布局來實現。廣西北部灣經濟區自2008年獲國務院批復實施以來，各類生產活動如火如荼，經濟、社會效益逐漸凸顯；但非法圍填海、破壞沿海生態系統等行為也不斷出現。因此，只有通過發展低能低碳環境保護產業和高新科技產業等，才能有效提高適應氣候變化的能力。

生活適應是人類在日常生活中通過接受教育和培訓等途徑，提高適應氣候變化的自覺性。廣西北部灣沿海地區在全球氣候變化認識、海洋環境保護意識和高等教育水平等方面仍落后于我國其他沿海地區，可通過公眾科普和教育活動以及提高區域氣候變化基礎研究水平等方式，提高對氣候變化的適應能力。

管理適應是為更好地適應氣候變化而制定的一系列措施、政策與法規。除嚴格執行國家相關法律法規外，制定地方性的《區域海洋海岸災害預報預警管理規定》以及制定措施盡快完善包含區域氣候變化要素的系統觀測網絡建設等都是主動提高氣候變化管理適應能力的有效途徑。

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Climate Change and Its Adaptation in Beibu Gulf of Guangxi in Recent 60 Years

LI Shushi1,2，HUANG Hu1，DAI Zhijun2

(1.The Key Laboratory of Coastal Science and Engineering，Beibu Gulf，Guangxi，Qinzhou 535011，China；2.State Key Lab of Estuarine & Coastal Research，East China Normal University，Shanghai 200062，China)

Study on the adaptability of regional climate change is an important content of regional sustainable development.The data about temperature，rainfall and sea level changes in coast of the Beibu Gulf in Guangxi in recent 60 years were collected，meanwhile，methods of Wavelet analysis，Mann-kendall were used to analysis the climate change characteristics.The results show that：Annual average temperature increases significantly，and the peak of monthly mean temperature appeares in June-August，which are consistent with the variation trend of global average temperature，but the average annual rainfall trend is not obvious.The period of May to October is the flood season.The mean temperature and mean precipitation have short period oscillation with 4—6 years and long-period oscillation with 12—16 years.The average temperature mutation year may be 1993 or 1995，while the average annual rainfall may be 2001 or 2007.The mean sea level in 2007—2015 was higher than the annual sea level by 62.44 mm；Rising sea level results in serious consequences such as coastal erosion，storm surge and wetland loss.It was suggested that human beings should adapt to climate change in the aspects of ecology，production，life and management.

Climate change，Beibu Gulf，Sea level rise，Adaptability

2017-02-28；

2017-03-10

國家自然科學基金項目(41666003)；廣西自然科學基金項目(2015GXNSFBA139207)；2015廣西高等學校科學研究人文社科重點項目(KY2015ZD133)；廣西北部灣海岸科學與工程實驗室自主項目(2016ZZD01、2016ZYB01、2016ZZD02).

黎樹式，副教授，博士研究生，研究方向為海洋環境、海岸帶管理，電子信箱：lishushi120@163.com

黃鵠，教授，博士，研究方向為海岸帶環境演變，電子信箱：mrhuanghu@126.com

K903；P7

A

1005-9857(2017)04-0050-06