杭州市近56年氣候變化特征分析

蔡子怡+胡丹+周凌燕

【摘要】本文基于1960年-2015年杭州站降水與氣溫資料，利用線性趨勢擬合法、Mann-Kendall檢驗法對近56年來杭州市氣候變化特征進行分析。研究結(jié)果表明：杭州市年均溫和年降水量均呈顯著波動上升趨勢，并存在突變點。并推測未來杭州市年均溫與年降水量依然會呈現(xiàn)波動上升趨勢。研究結(jié)果可為杭州市的杭州市政治、經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

【關鍵詞】杭州市；降水量；氣溫

【中圖分類號】P467 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）10-0295-02

氣候變化是指氣候平均狀態(tài)統(tǒng)計學意義上的巨大改變或者持續(xù)較長一段時間（典型的10年或更長）的氣候變動。隨著人類社會的發(fā)展，人類活動已經(jīng)很大程度上影響了全球氣候系統(tǒng)。2007年IPCC第四次氣候變化評估報告指出：1906-2005年，全球平均氣溫總共升高了0.74°C，而且最近50年來的升溫是過去100年來的2倍，并預測出到21世紀末全球的平均氣溫將會升高1.1-6.4°C，因此全球變暖已是一個毋庸置疑的事實[1]。除了氣溫的升高，還有一系列的氣候因子的變化。在全球中高緯的大部分地區(qū)降水量為增加的趨勢，并且增加的趨勢達到0.5-1.0%每10年[2]。氣候變化不僅僅是全球變化的主要組成部分，同時還會對人類經(jīng)濟、社會、環(huán)境，國家利益和安全等有十分重要的影響，因此，氣候變化是全人類共同關注的問題。

氣溫和降水量作為氣候變化最為重要的兩個因子，已經(jīng)是很多學者和專家關注的熱點。對區(qū)域氣溫和降水量研究越來越多。而各項研究也表明，全球不同地區(qū)氣候有非常明顯的變化，并且這種變化有顯著的時間和區(qū)域差異，因此研究不同區(qū)域的氣候變化和同一區(qū)域不同時期的氣候變化有重要意義。杭州作為全國經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)之一，在近五六十年里發(fā)生了翻天覆地的變化，人類活動頻繁的同時也造成了杭州地區(qū)氣候的相應變化。研究杭州市近56年來的氣候變化，不僅為學者研究區(qū)域之間氣候變化差異提供依據(jù)，也可側(cè)面反映杭州市的經(jīng)濟發(fā)展變化和人民生活變化，既有經(jīng)濟效益又有社會效益。

一、數(shù)據(jù)來源

本文采用的杭州站1960-2015年降水及氣溫數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)（杭州氣象臺站建立較早，且無變遷，數(shù)據(jù)完整無缺失）。將天降水量累加得到月降水量，再將月降水量累加得到年降水量，每天的氣溫數(shù)據(jù)累加除于一年總天數(shù)得到年平均氣溫。

二、1960-2015年杭州市氣候變化特征分析

（一）氣溫變化分析

1.趨勢變化

基于杭州站1960-2015年年均溫時間序列，進行時間趨勢變化特征分析。將各年平均氣溫距平制成折線圖，由圖1可知，近56年來杭州市年平均氣溫呈現(xiàn)先降后升趨勢，年均溫最高值出現(xiàn)在2007年，為18.50°C，最低值出現(xiàn)在1969年，為15.74°C。根據(jù)五年滑動平均曲線，大致分為兩個階段。1988年之前，即1960-1988年為偏冷期，年均溫距平都在0以下，年平均氣溫呈現(xiàn)波動下降，1988年之后，年均溫距平開始大于0并且持續(xù)上升，2007年達到峰值，年均溫距平為2.7°C，之后距平值有所下降但仍大于0，因此此階段年均溫呈現(xiàn)上升趨勢，為偏暖期。對年均溫距平進行趨勢線擬合，可得出1960-2015年杭州市年均溫以0.34°C/10a的速度上升，雖然R2偏小，但也可大致反映近56年來杭州市年均溫總體呈現(xiàn)上升趨勢。

為檢驗該趨勢是否顯著，利用Mann-Kendall方法對杭州站1960-2015年年均溫數(shù)據(jù)進行趨勢檢驗。經(jīng)計算得到標準化統(tǒng)計量Zc=5.69>0，說明近56年來杭州市年均溫呈現(xiàn)上升趨勢。并且|Zc|>2.32>1.96，分別通過了0.01與0.05的顯著性檢驗，說明年均溫總體呈現(xiàn)上升趨勢是顯著的。

2.突變檢驗

利用Mann-Kendall方法對杭州站數(shù)據(jù)進行突變檢驗，結(jié)果如圖2。20世紀90年代之前，UF（k）值大部分小于0，但未超過臨界直線，說明年均溫下降趨勢不顯著。90年代開始，UF（k）和UB（k）均大于0，并且在1996年開始，UF（k）曲線超過臨界直線，說明此階段年均溫呈現(xiàn)上升趨勢十分顯著。這與趨勢檢驗結(jié)果相一致。

根據(jù)UF（k）與UB（k）的曲線交點位置，確定杭州市年平均氣溫的增暖是突變現(xiàn)象。根據(jù)圖2可知，突變點在1995年，并且未超過臨界直線，通過0.05的顯著性檢驗，突變顯著。因此，近56年來杭州市年平均氣溫存在增暖現(xiàn)象并且顯著，在1995年發(fā)生突變，并且突變顯著。

（二）降水變化分析

1.趨勢分析

從近56年來杭州市年降水距平變化（圖7）可以看出，年降水量從低到高，從高到低不斷波動變化。年際變化較大，1973年和2015年為兩個較大峰值，年降水量距平達到637.4mm與746.1mm，1967年、1978年和2013年為三個較明顯谷值，年降水量距平分別為-501.4mm、-522.1mm、-436.9mm。由五年滑動平均曲線可知，1970年之前小于0，為年降水量偏少時期，1970-1975有短暫回升期，1976-1981距平值小于0，年降水量短暫下降，1982-2002年距平值小范圍上下波動，但都大于0，為年降水量偏多期，2002-2008年年降水量再次短暫下降，2009年開始直至現(xiàn)在持續(xù)上升。而根據(jù)趨勢線擬合方程，近56年來杭州市降水量以55.3mm/10a的速率上升，但R2較小。綜合可得，1960-2015年杭州市年降水量有3個豐水期，3個枯水期，豐枯期交替出現(xiàn)，總體呈現(xiàn)波動上升趨勢。

為檢驗總體上升趨勢是否顯著，利用Mann-Kendall方法對杭州市1960-2015年降水量進行趨勢檢驗，經(jīng)計算得到標準化統(tǒng)計量Zc=2.68>0，說明年降水量是呈上升趨勢的，并且|Zc|>2.32>1.96，通過0.01與0.05年顯著性檢驗，因此近56年來杭州市年降水量呈現(xiàn)總體上升趨勢是顯著的。endprint

結(jié)合溫度變化，考慮這與城市發(fā)展導致的溫室效應有關。氣溫升高導致城市水汽蒸發(fā)加快，加之城市發(fā)展導致的大氣污染物增多，大氣中凝結(jié)核增多，促進了降水的發(fā)生。

2.突變檢驗

對杭州站1960-2015年降水量數(shù)據(jù)進行Mann-Kendall突變檢驗，結(jié)果如圖8。由圖可知，1962-1980年，UF（k）大部分小于0，但未超過臨界直線，因此降水量減少趨勢不顯著。1981年開始，UF（k）和UB（k）的值均大于0，說明年降水量呈現(xiàn)上升趨勢。但1981-1988年兩條曲線均未超過臨界直線，因此在此階段降水趨勢變化不顯著。1988年之后，UF（k）超過臨界直線，尤其在1999-2006年，兩條曲線均超過臨界直線，因此年降水增加趨勢十分顯著。這與M-K趨勢檢驗結(jié)論相符合。

觀察兩條曲線，在1978年、2002年、2006年兩條曲線相交，說明年降水量在此三年發(fā)生了突變。其中，1978年、2006年兩點處在兩條臨界直線之間，通過0.05顯著性檢驗，突變?yōu)轱@著。2002年突變點超過臨界直線，未通過0.05水平下顯著性檢驗，突變不顯著。2002-2008年兩條曲線交替頻繁，說明降水量年際變化較大。

三、結(jié)論

1.近56年來，杭州市年均溫變化呈現(xiàn)先緩慢下降后迅速上升趨勢，90年代之后氣溫上升迅猛，在1996年存在顯著突變點。導致杭州市年均溫近56年總體以0.34°C/10a的速率上升。并且有繼續(xù)上升的趨勢。

2.杭州市的年降水量在近56年來有三個短暫枯水期和三個豐水期，豐枯交替出現(xiàn)，1978年、2002年、2006年為降水突變點。有兩個降水量極大峰值，分別是1973年和2015年。三個明顯谷值，1967年、1978年和2013年。近56年來杭州市降水量總體以55.3mm/10a的速率上升。2015年為近幾十年來年降水最大年，尤其是夏季降水量接近1000mm，結(jié)合其他資料可知這可能與2015年全球氣候受厄爾尼諾影響有關。

3.根據(jù)分析可知，杭州市的年均溫和年降水量均存在不穩(wěn)定性，這與季風氣候的不穩(wěn)定性有關，同時杭州還受其他臺風等自然因素影響。90年代之后，氣溫和降水量均有明顯增多，與社會經(jīng)濟發(fā)展導致的城市熱島效應密不可分。杭州在近20年內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展迅速，大量的移民進入，大量的工廠產(chǎn)生，隨之而來的是城市熱到效應的加劇，如今杭州市已經(jīng)被稱為新四大火爐之一。熱島效應也產(chǎn)生小范圍氣候效應，使得局部降水量增多，也在一定程度上導致了90年代之后的降水量增多。推測未來杭州市的年均溫與年降水量還將繼續(xù)呈現(xiàn)波動上升趨勢。

參考文獻

[1]王利盈.華南地區(qū)近48年氣候變化特征及未來趨勢分析[D].蘭州大學，2014.

[2]Houghton，J.T，Ding，D.J.Griggs，et al.Climate change 2001：The Scientific Basis Cambridge：The Press Syndication of Cambridge University，2001.endprint