近30年貴州氣候變化時(shí)空特征分析
2018-07-09 01:19:34葉秀江
安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) 2018年10期
葉秀江
摘 要：該文利用氣象觀測(cè)資料分析了近30年貴州省的氣溫和降水的時(shí)空間變化特征，結(jié)果表明：（1）年均溫呈上升趨勢(shì)且有顯著的區(qū)域差異，畢節(jié)市、六盤水市、黔西南州為氣溫顯著上升區(qū)；貴陽(yáng)、黔南州北部氣溫上升緩慢；（2）年均降水量呈下降趨勢(shì)，呈現(xiàn)自東向西逐步減少趨勢(shì)；（3）年均降水量與年均溫的變化趨勢(shì)相反。年均降水量的變化速率表現(xiàn)為東快西緩，而年均溫表現(xiàn)為西快東緩；（4）畢節(jié)市、六盤水市、安順市、黔西南州等地區(qū)年均氣溫增長(zhǎng)較大，年均降水量變化較小，尤其是畢節(jié)市的西部年均氣溫變化最大，而年均降水變化最小。
關(guān)鍵詞：貴州省；氣候變化；時(shí)空特征；氣溫；降水
中圖分類號(hào) P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）10-0129-05
Spatial and Temporal Characteristics of Climate Change in Guizhou in Recent 30 Years
Ye Xiujiang
（School of Tourism and Resources Environment， Qiannan Normal University for Nationalities，Duyun 558000， China）
Abstract：We analyzed the temporal and spatial characteristics of temperature and precipitation in Guizhou Province in last 30 years. The results showed that： （1） There is an increase trend of temperature with significant differences in different regions. There was significantly increased in the Bijie region， Liupanshui City， and Qianxinan Prefecture；while there were areas with rising slowly in the central region of Guiyang， northern Qiannan Prefecture. （2） There was a decreased trend of the annual average precipitation from east to west. （3） There are opposite trends between temperature and precipitation. The rate of change of annual average precipitation is faster in eastward than that in westward， while the rate of change of annual average temperature is faster in westward than that in eastward. （4） The average annual temperatures in Bijie City，Liupanshui City，Anshun City，and Qianxinan Prefecture are relatively large，with small changes in average annual precipitation.
Key words：Guizhou Province； Climate change； Spatio-temporal characteristics； Temperature； Precipitation
1 研究背景與意義
全球氣候變化是當(dāng)今世界各國(guó)政府和科學(xué)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)話題，氣候變化對(duì)人類未來(lái)的生存和發(fā)展有著直接和間接的影響[1-3]。在全球變化中，氣候系統(tǒng)變暖是毋庸置疑的，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，大氣和海洋的變暖引起積雪和冰川量減少，導(dǎo)致海平面上升[4]。貴州高原屬于典型喀斯特地區(qū)，且位于珠江上游和長(zhǎng)江中上游的生態(tài)屏障區(qū)，研究其在全球變化的大背景下的氣候變化，有助于采取具體措施，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。
2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
受全球氣候變化的廣泛影響，近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)我國(guó)的氣候也受到了一定程度的影響，其中以年均氣溫升高的趨勢(shì)最為明顯，總體上升了0.5～0.8℃[5]。我國(guó)是全球氣候變暖最明顯的地區(qū)之一，尤其是近50年以來(lái)年平均地面氣溫總體升高了1.1℃，年均增溫速率接近0.22℃/10a[6]。在空間上，年均氣溫變化也呈現(xiàn)著明顯的區(qū)域差異，在全國(guó)整體氣溫呈上升趨勢(shì)的情況下，四川盆地、四川云南交界地區(qū)呈現(xiàn)出小幅度降溫趨勢(shì)，而降水變化的區(qū)域差異，表現(xiàn)為在我國(guó)中東部多個(gè)區(qū)域有下降的趨勢(shì)[7]。
貴州省地處亞熱帶的低緯云貴高原地區(qū)，總面積12.7×104km2，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。貴州地形復(fù)雜，氣候復(fù)雜多變，自然災(zāi)害頻繁，加之喀斯特石漠化環(huán)境土壤理化性質(zhì)的變化及人類對(duì)生態(tài)的影響作用不斷加深，極易影響植物多樣性特征[8-9]。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在全球氣候變暖的大背景下，旱澇、寒暑等極端天氣事件頻繁發(fā)生[10]。姚正蘭等人利用遵義市紅花崗區(qū)1951—2000年這一期間的氣溫?cái)?shù)據(jù)，對(duì)遵義市近50年來(lái)的年均氣溫變化和年際變化作出了十分全面的氣候變化分析，在此次研究發(fā)現(xiàn)遵義市近50年來(lái)年均氣溫、年均最低氣溫呈現(xiàn)出了線性上升趨勢(shì)[11-12]。在全球性氣候變化的這一大前提下，不同地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)在面對(duì)氣候變化時(shí)都有著不同程度的響應(yīng)。本文采用1981—2010年貴州省27個(gè)地面氣象站的年均氣溫和年均降水量的觀測(cè)資料，對(duì)近30年來(lái)貴州省氣候變化趨勢(shì)的時(shí)間和空間特征進(jìn)行了相應(yīng)的科學(xué)分析，旨在對(duì)貴州省區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有所幫助。
3 研究數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
3.1 研究區(qū)概況 本次研究以貴州省作為研究區(qū)，貴州省內(nèi)下分為遵義市、銅仁市、黔東南州、黔南州、黔西南州、六盤水市、畢節(jié)市、安順市、貴陽(yáng)市這9個(gè)地州市（圖1）。
貴州省位于我國(guó)西南部的云貴高原東麓和亞熱帶低緯高原山區(qū)內(nèi)，屬我國(guó)第二階梯東部邊緣的一部分，緯度位置位于東經(jīng)103°30′～109°30′，北緯24°30′～29°13′。全省總國(guó)土面積17.6萬(wàn)km2，其中山地占61.7%、丘陵占30.8%、山間平壩占7.5%。貴州省地形西高東低，整體海拔高度介于100～2800m，最高峰位于貴州省西部地區(qū)，海拔為2901m，最低處位于東南部地區(qū)，海拔為148m。貴州省的主要地貌類型主要為喀斯特地貌，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，受季風(fēng)的影響，年降雨量十分充沛，且氣象災(zāi)害頻繁，因貴州省屬于我國(guó)自然災(zāi)害的多發(fā)地，每年受自然災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失占GDP的6%～7%，其中氣象災(zāi)害占80%以上。
3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源 本報(bào)告所用的研究數(shù)據(jù)來(lái)源于1981—2010年貴州省27個(gè)地面氣象站點(diǎn)的年均氣溫和年均降水月數(shù)據(jù)資料，數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)所提供。對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得近30年來(lái)貴州省的年降水?dāng)?shù)據(jù)和年均氣溫?cái)?shù)據(jù)。
3.3 研究方法
3.3.1 氣候要素時(shí)間變化率 以氣候要素為因變量、時(shí)間要素為自變量，建立一元線性回歸方程Y=A+BX（其中Y為氣候要素值，X為時(shí)間要素）回歸系數(shù)B（正/負(fù)）的大小表示氣象要素的時(shí)間變化速率。
3.3.2 反距離權(quán)重（IDW）空間插值法 反距離加權(quán)插值，也可以稱為距離倒數(shù)乘方法。局部插值——區(qū)域面降水的反距離權(quán)重空間插值，計(jì)算一個(gè)格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)時(shí)給予一個(gè)特定數(shù)據(jù)點(diǎn)的權(quán)值與指定方次的從結(jié)點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)的該結(jié)點(diǎn)被賦予距離倒數(shù)成比例。
設(shè)空間待插點(diǎn)為P（xp，yp，zp），P點(diǎn)鄰域內(nèi)有已知散亂點(diǎn)Qi（xi，yi，zi），i=1，2，…，n，利用距離加權(quán)反比法對(duì)P點(diǎn)的屬性值Zp進(jìn)行插值。其插值原理是待插點(diǎn)的屬性值是待插點(diǎn)鄰域內(nèi)已知散亂點(diǎn)屬性值的加權(quán)平均，權(quán)重的大小與待插點(diǎn)與鄰域內(nèi)散亂點(diǎn)之間的距離有關(guān)，是距離的k（0≤k≤2）（k一般取2）次方的倒數(shù)。其表達(dá)式如下：
[Zp=i=1nzid2i/i=1n1d2i]（1）
其中，di為待插點(diǎn)與其鄰域內(nèi)第i個(gè)點(diǎn)之間的距離。
4 結(jié)果與分析
4.1 氣象要素的時(shí)空變化
4.1.1 氣溫的年際變化 1981—2010年貴州省年均氣溫變化呈上升趨勢(shì)，平均每5年氣溫升高0.14℃，其中在2005年時(shí)達(dá)到最高溫達(dá)17.51℃，最低溫出現(xiàn)在1996年，為15.18℃（圖2）。與其他年份相比較，2005年增溫明顯，與2004年的年際溫差達(dá)到1.07℃。
研究期間，貴州年均氣溫有明顯的階段性。1981—1990年間年均氣溫整體呈上升趨勢(shì)，但初期呈下降趨勢(shì)，中期開(kāi)始快速上升（圖3）。
1991—2000年間年均氣溫前期呈線性下降趨勢(shì)，而1996年達(dá)到研究期間的最低氣溫（15.18℃）后年均氣溫才有所回升（圖4）。
在2001—2010年間年均氣溫呈下降趨勢(shì)，但在2001—2005年間中貴州省年均氣溫呈階段性上升的趨勢(shì)，并在2005年達(dá)到這一階段中年均氣溫的最高值，而后氣溫迅速下降，并在2008年達(dá)到這一階段年均氣溫最低值，之后氣溫開(kāi)始有所回升（圖5）。在氣候變暖的背景下，貴州省近30年來(lái)的年均氣溫和極端最低氣溫都有顯著升高趨勢(shì)，同1986年以前相比，極端寒冷事件出現(xiàn)頻率明顯減少，暖冬現(xiàn)象更加明顯。
貴州省年平均氣溫變化速率有明顯的空間差異（圖6），表現(xiàn)為以貴陽(yáng)和黔南州中部為中心，向四周逐步上升，且貴州西部地區(qū)年均氣溫的整體上升速率大于東部地區(qū)，貴陽(yáng)市、黔南州、安順市、銅仁市西部、黔東南州地區(qū)的年均氣溫呈下降趨勢(shì)，升溫速率均在0℃/a或以下，特別是貴陽(yáng)市年均升溫為-0.10℃/a，畢節(jié)市、遵義市、銅仁市東部、黔東南州大部分、六盤水市、黔西南州、安順市南部年均升溫速率都在0℃/a以上，尤其在畢節(jié)市西部年均氣溫上升明顯，達(dá)到0.15℃/a。銅仁市年均氣溫差異較大，其東部年均升溫在0℃/a以上，其西部年均升溫在0℃/a以下。
4.1.2 降水量的年均變化 近30年來(lái)貴州年均降水量以年均3.31mm的幅度在下降（圖7）且年際變化大。1981—2010年貴州省年均降水量變化在900～1300mm上下波動(dòng)，在1989年時(shí)達(dá)到研究期間的最小值為928.25mm，年均降水量超過(guò)1300mm的年份為1997年和2008年，分別為1317.62mm和1300.72mm，此外，1982年、1983年、2000年的年均降水量也接近1300mm。貴州省年均降水量均高于900mm，降水量豐富，且年際間降水變化大。近30年來(lái)貴州年均降水量以年均3.31mm的幅度的趨勢(shì)線性下降（圖7）。
貴州省年均降水變化呈每10年的周期性的變化，在1981—1990年時(shí)貴州省年均降水正處于一個(gè)相對(duì)的少雨期，在此時(shí)期中省內(nèi)年均降水量呈線性下降的趨勢(shì)，年均降水量的極大值出現(xiàn)在1983年，而極小值在1989年（圖8）。
到了1991—2000年時(shí)貴州省處于一個(gè)相對(duì)多雨的時(shí)期，在此時(shí)期中貴州省的年均降水量豐富，洪澇頻繁，因此近30年的年均降水量的最大值也在此期間內(nèi)（圖9）。
而進(jìn)入21世紀(jì)后貴州省又處于一個(gè)相對(duì)少雨的時(shí)期，在這期間貴州年均降水量逐年降低，在2000—2010年這10年間貴州省曾多次出現(xiàn)強(qiáng)度較為嚴(yán)重的干旱，年均降水量呈線性下降的趨勢(shì)（圖10）。
貴州省年均降水變化存在明顯的空間差異，由東北向西南逐步降低（圖11），在黔西南州、六盤水市、畢節(jié)地區(qū)的西部年均降水變化速率最小（-5mm/a），本省年均降水變化速率最大（2mm/a）的地區(qū)主要有2處，分別為遵義市、黔東南州、銅仁市這3地的交界處和黔南州的西南部，畢節(jié)市、六盤水市、安順市、黔西南州這四個(gè)地區(qū)的年均降水變化速率均在0mm/a以下，貴陽(yáng)市、銅仁市、黔東南州、黔南州、年均降水變化速率均在0mm/a或以上。遵義市年均降水變化速率由東北向西南遞減。在黔南州中，有2處分別為年均降水變化速率的最大值和最小值，分別為黔南州的中部與黔東南州的交界處年降水變化達(dá)到最小值（-5mm/a），黔南州的西南部與廣西省交界處降水變化達(dá)到最大值（2mm/a）。
在年均降水變化速率和年均氣溫變化速率方面，氣溫和降水的相關(guān)性體現(xiàn)在空間上的變化速率不同，年均降水的變化速率主要表現(xiàn)為東快西緩，而年均氣溫變化速率則與年均降水相反表現(xiàn)為西快東緩。在貴州西部的年均氣溫變化速率大于0℃/a，部分地區(qū)更是達(dá)到氣溫變化速率的最大值（0.15℃/a），而年均降水變化速率卻與氣溫變化速率相反，貴州西部的年均降水變化速率均小于0℃/a，部分地區(qū)更是達(dá)到降水變化速率的最小值（-5℃/a）。
5 結(jié)論
本文采用貴州省1981—2010年地面氣象站點(diǎn)觀測(cè)資料，分析了貴州省年均氣溫和年降水量的時(shí)空分布特點(diǎn)，研究結(jié)果如下：
（1）研究期間，貴州省年平均氣溫呈上升趨勢(shì)，每5年升高0.14℃；年均氣溫變化有顯著的地區(qū)差異，其中西南部的畢節(jié)市、六盤水市、黔西南州為年均氣溫上升的顯著地區(qū)，而中部地區(qū)的貴陽(yáng)、黔南州中部氣溫上升緩慢，1996年后上升顯著。
（2）研究期間，年均降水變化呈線性下降趨勢(shì)，年均下降幅度為3.31mm。年均降水變化趨勢(shì)呈自東向西逐步減少，在遵義市、黔東南州、銅仁市三地的交界處和黔南州的西南部的降水變化趨勢(shì)較大，而畢節(jié)市、六盤水市、安順市、黔西南州等地的降水變化趨勢(shì)最小。
（3）研究期間，年均氣溫和年均降水具有相關(guān)性。在年均降水和年均氣溫上，年均降水的下降趨勢(shì)伴隨著年均氣溫的升高而下降。2005年的年均氣溫達(dá)到研究期間的最高值，該年份的年均降水量相對(duì)較低。畢節(jié)市、六盤水市、安順市、黔西南州等地區(qū)年均氣溫增長(zhǎng)幅度較大，年均降水變化率較小，尤其是在畢節(jié)市的西部地區(qū)年均氣溫變化最大，而年均降水變化最低。在空間上，年均降水量的空間變化速率表現(xiàn)為東快西緩，而年均氣溫的空間變化速率表現(xiàn)為西快東緩。
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（責(zé)編：張宏民）
