氣候變暖背景下六盤水近58 a氣候變化特征分析

楊宏宇,鐘 靜

(貴州省六盤水市氣象局，貴州 六盤水 553001)

0 引言

六盤水市位于貴州西部，地處云貴高原中部的斜坡上，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，雨水充沛，干濕季節(jié)分明，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，2004年被中國(guó)氣象學(xué)會(huì)授予“中國(guó)涼都”稱號(hào)。《氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告》[1]指出，近100 a來中國(guó)年平均地表氣溫明顯增加，升溫幅度為0.5～0.8 ℃，增溫主要發(fā)生在冬季和春季。在全球氣候變暖的背景下，六盤水的氣候也在發(fā)生著明顯變化，以往對(duì)六盤水市的氣候變化特征分析[2]，要素單一、資料相對(duì)陳舊，本文通過對(duì)六盤水市長(zhǎng)時(shí)間序列的歷史氣象資料進(jìn)行分析，揭示其氣候變化的特征，有助于氣候資源的合理開發(fā)利用和為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展提供決策參考，也為六盤水市旅游服務(wù)提供理論參考。

1 資料與方法

采用六盤水市氣象站1961—2018年的氣溫、降水、日照等觀測(cè)資料，氣候平均值使用1981—2010年30 a的平均值，季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)：春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季9—11月)、冬季(12—次年2月)。

采用線性傾向估計(jì)法：用T(t)表示樣本量為n的某一氣候變量，用t表示T(t)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立T(t) 與t之間的一元線性回歸。其中t為時(shí)間(單位：a)，回歸系數(shù)b的符號(hào)表示氣候變量T(t)的趨勢(shì)傾向，稱為傾向值，b>0,表明隨時(shí)間t的增加T(t)呈上升趨勢(shì)，反之b<0則表示下降趨勢(shì)。

T(t)=a+bt

采用Mann-Kendall[3-6]法對(duì)各氣象要素的突變特征進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化特征

2.1.1 年平均氣溫的變化特征 從六盤水近58 a的年平均氣溫逐年變化曲線、5 a滑動(dòng)平均及線性趨勢(shì)圖(圖1a)可以看出，近58 a來六盤水年平均氣溫存在著明顯的年際變化特征,其氣候傾向率為0.18 ℃/10 a,表明六盤水近58 a來年平均氣溫呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。1961—2018年六盤水市年平均氣溫為12.5 ℃，年平均氣溫最低年份出現(xiàn)在1976年，為11.4 ℃，年平均氣溫最暖年份出現(xiàn)在2015年，為13.8 ℃，比常年平均偏高1.3 ℃。六盤水市年平均氣溫在20世紀(jì)60年代初—90年代呈冷暖交替變化，90年代以來年平均氣溫一直呈上升趨勢(shì)，表明20世紀(jì)90年代以來六盤水市持續(xù)變暖。

圖1 1961—2018年六盤水市年、季平均氣溫逐年變化、5 a滑動(dòng)平均及線性趨勢(shì)Fig.1 Annual variation, 5-years running mean curve of and linear tendency of seasonal and year mean temperature in Liupanshui from 1961 to 2018

由六盤水市年平均氣溫的年代際變化特征(表1)可以發(fā)現(xiàn)，年平均氣溫在20世紀(jì)60—90年代相對(duì)偏低，90年代以后略有回升，特別是21世紀(jì)以來呈明顯升高趨勢(shì)，2000—2010年平均氣溫較常年平均氣溫升高了0.4 ℃，2010—2018年增溫更顯著，氣溫升高了0.6 ℃。

2.1.2 季平均氣溫的變化特征 從六盤水近58 a各季節(jié)平均氣溫的逐年變化曲線、5 a滑動(dòng)平均及線性趨勢(shì)圖看出，近58 a來六盤水各季節(jié)平均氣溫均呈上升趨勢(shì),春季、夏季、秋季、冬季的氣候傾向率分別為0.13 ℃/10 a、0.17 ℃/10 a、0.24 ℃/10 a、0.17 ℃/10 a。秋季(圖1d)平均氣溫增溫趨勢(shì)最明顯，高于年平均氣溫的增長(zhǎng)率,而春季(圖1b)平均氣溫增長(zhǎng)趨勢(shì)低于年平均氣溫的增長(zhǎng)率,夏季和冬季平均氣溫增長(zhǎng)率與年平均氣溫增長(zhǎng)率一致。

由六盤水市各季平均氣溫的年代際變化特征(表1)可以發(fā)現(xiàn)，各季節(jié)平均氣溫的年代際變化趨勢(shì)與年平均氣溫變化趨勢(shì)基本一致，20世紀(jì)60—90年代六盤水市各季的平均氣溫也相對(duì)偏低，90年代以后逐漸升高，進(jìn)入21世紀(jì)以來各季平均氣溫均呈升高趨勢(shì)，近58 a來各季節(jié)平均氣溫在2010—2018年這9 a內(nèi)升溫趨勢(shì)最顯著，除了冬季氣溫上升0.4 ℃以外，春季、夏季、秋季的平均氣溫均超過了0.6 ℃以上。春季平均氣溫在20世紀(jì)80年代為最冷時(shí)期，平均氣溫為12.7 ℃，比平均值偏低0.7 ℃，20世紀(jì)90年代春季平均氣溫略有上升，為13.1 ℃，21世紀(jì)以來春季增溫迅速，比20世紀(jì)90年代升高1.3 ℃。夏季和秋季氣溫在20世紀(jì)60—70年代為相對(duì)較低的時(shí)期，90年代以后逐漸回升，冬季相對(duì)其他季節(jié)來說氣溫變化幅度最小。

表1 六盤水市年、季平均氣溫的年代際變化(單位：℃)Tab.1 Age variation of annual and seasonal mean temperature in Liupanshui from 1961 to 2018(Unit:℃)

2.1.3 極端氣溫變化特征 圖2為六盤水市極端最高氣溫、極端最低氣溫的年際變化曲線、5 a滑動(dòng)平均及線性趨勢(shì)變化，可以看出，近58 a來六盤水極端最高氣溫和最低氣溫都呈上升趨勢(shì)，極端最高氣溫的氣候傾向率為0.21 ℃/10 a，極端最低氣溫的氣候傾向率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于極端最高氣溫的增長(zhǎng)率，為0.41 ℃/10 a，可見，年平均氣溫的上升主要是極端最低氣溫的上升引起的。近58 a來六盤水2002年極端最高氣溫為歷史最高(27.1 ℃)，1986年極端最高溫為歷史最低(24.2 ℃)。2014年極端最低氣溫達(dá)6.2 ℃，而1967年僅為2.6 ℃。

2.2 降水變化特征

2.2.1 年降水量的變化趨勢(shì)分析 從六盤水市年降水量的年際變化趨勢(shì)可以看出(圖3a)，近58 a來六盤水市年降水量呈減少趨勢(shì)，其線性傾向率為-25.4 mm/10 a。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，六盤水市近58 a來年平均降水量為1 176.5 mm，年際變化差異顯著，降水量最多的年份出現(xiàn)在1983年，年降水量達(dá)到1 551.8 mm,降水量最少的年份出現(xiàn)在2011年，降水量?jī)H為764 mm。

六盤水市年降水量在20世紀(jì)60年代偏多，70年代略有減少，80年代增加明顯，20世紀(jì)90年代至今降水量一直偏少。

2.2.2 季降水量的變化趨勢(shì)分析 六盤水市各季的降水量變化趨勢(shì)并不完全一致，春季(圖3b)、夏季(圖3c)、秋季(圖3d)降水量的呈減少趨勢(shì),其線性傾向率分別為-59.4 mm/10 a、-52.6 mm/10 a、-150 mm/10 a，冬季降水量(圖3e)呈增多趨勢(shì)，其線性傾向率0.68 mm/10 a,增多趨勢(shì)不明顯。各季節(jié)降水量也差異顯著，四季中夏季降水量最多，近58 a來六盤水市夏季平均降水量為644.5 mm，占全年降水量的54.8%；而冬季平均降水最少，為55.1 mm，占全年降水量的4.7%；秋季降水量和春季降水量平均分別為260.8 mm 和216.4 mm，分別占全年的22.2%、18.4%。

圖2 1961—2018年六盤水市極端最高氣溫、極端最低氣溫年際變化、5 a滑動(dòng)平均及線性趨勢(shì)Fig.2 Annual variation, 5-year running mean curve of and linear tendency seasonal and year extreme maximum and extreme minimum temperature in Liupanshui from 1961 to 2018

圖3 1961—2018年六盤水市年、季降水量逐年變化、5 a滑動(dòng)平均及線性趨勢(shì)Fig.3 Annual variation, 5-year running mean curve of and linear tendency seasonal and year precipitation in Liupanshui from 1961 to 2018

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(表略)，春季和夏季降水在20世紀(jì)60年代和80年代均偏多，90年代以來均偏少；秋季降水在20世紀(jì)60—70年代偏多，80—90年代減少，進(jìn)入21世紀(jì)以來六盤水秋季降水明顯偏少。冬季降水在20世紀(jì)60—80年代相對(duì)偏少，但90年代以后降水略偏多。

2.2.3 月際變化分布 由圖4看出，六盤水市降水量的月際變化大，降水量主要集中在5—9月，占總降水量的79.9%，其中6月降水量最多，占總降水量的20.3%，其次是7月和8月，分別占總降水量的19.3%、15.1%。1月、2月及12月降水量最少，分別占總降水量的1.81%、1.71%、2.61%。

圖4 1961—2018年六盤水市降水量的月際變化Fig.4 Monthly variation of precipitation in Liupanshui from 1961 to 2018

2.3 日照變化特征

2.3.1 年日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)分析 從六盤水市年日照時(shí)數(shù)的年際變化趨勢(shì)可以看出(圖5a)，近58 a來六盤水市年日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，其線性傾向率為-65.3 h/10 a。日照時(shí)數(shù)多年平均值為1 358 h，年際變化差異顯著，1963年日照時(shí)數(shù)最多，為1 854.7 h,2000年日照數(shù)最少，僅為939.1 h。

六盤水市年日照時(shí)數(shù)在20世紀(jì)60—70年代相對(duì)偏多，80年代至今一直減少，進(jìn)入21世紀(jì)以來的近幾年，與常年值相比偏少141.4 h。

2.3.2 季日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)分析 六盤水市各季的日照時(shí)數(shù)年際變化呈減少趨勢(shì)(圖略)，春季、夏季、秋季、冬季的日照時(shí)數(shù)的線性傾向率分別為-17.4 h/10 a、-32.2 h/10 a、-6.5 h/10 a、-9.6 h/10 a。夏季日照時(shí)數(shù)減少的更顯著。近58 a來六盤水市春季和夏季日照時(shí)數(shù)較多，分別為407.2 h、393.3 h，占全年的59%；冬季日照時(shí)數(shù)最少，為253.7 h，占全年的18.7%；秋季日照時(shí)數(shù)為301.8 h，占全年的22.3%。

圖5 1961—2018年六盤水市日照時(shí)數(shù)的年變化(a)和月變化(b)Fig.5 Annual (a) and monthly variations (b)of sunshine hours in Panshui from 1961 to 2018

各季節(jié)的日照時(shí)數(shù)在20世紀(jì)60—70年代均偏多。20世紀(jì)80年代春季、秋季、冬季日照時(shí)數(shù)減少，但夏季日照時(shí)數(shù)略有增加；90年代四季的日照時(shí)數(shù)均減少；2000—2010年春季和夏季日照時(shí)數(shù)減少，秋季和冬季日照時(shí)數(shù)增加，近幾年四季的日照時(shí)數(shù)與常年值比明顯偏少，夏季日照時(shí)數(shù)偏少得最明顯，減少了94.9 h。

2.3.3 月日照時(shí)數(shù)的變化分布 由六盤水日照時(shí)數(shù)的月際變化可以看出(圖5b)，日照時(shí)數(shù)主要集中在3—5月、7月和8月，占總?cè)照諘r(shí)數(shù)的51.5%，其中8月日照時(shí)數(shù)最多，占總?cè)照諘r(shí)數(shù)的11.1%，1月日照時(shí)數(shù)最少，為75.7 h。

3 各氣象要素的突變特征分析

Mann-Kendall是一種常用的突變檢測(cè)方法，采用該檢測(cè)法來分析六盤水市近58 a的年平均氣溫、年降水量及年日照時(shí)數(shù)的突變性質(zhì)，圖6為Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線，(圖中直線為0.05顯著性檢驗(yàn)值±1.96)。

圖6a為六盤水近58 a年平均氣溫的Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線,由圖可見,2003年之前，年平均氣溫呈下降趨勢(shì)，2003年之后UF值大于0，呈明顯的升高趨勢(shì)，UF和UK的交點(diǎn)出現(xiàn)在1999年，但交點(diǎn)出現(xiàn)在臨界線之間，表明近58 a六盤水市年平均氣溫的升高和下降趨勢(shì)均沒有通過0.05的信度檢驗(yàn),氣溫突變趨勢(shì)不顯著。

圖6b可知，六盤水近58 a的年平均降水量在20世紀(jì)60年代呈增多趨勢(shì)，70年代后UF值一直小于0，降水呈減少趨勢(shì)，具有明顯的波動(dòng)變化特征，存在幾個(gè)突變點(diǎn)，比較明顯的突變點(diǎn)出現(xiàn)在1977年，沒有通過0.05的信度檢驗(yàn),降水突變趨勢(shì)不顯著。

圖6c可知，六盤水近58 a的年日照時(shí)數(shù)在20世紀(jì)80年代交替變化，80年代以后UF值小于0，突變點(diǎn)出現(xiàn)在1988年，交點(diǎn)超過臨界值，表明六盤水年日照時(shí)數(shù)的突變通過了0.05 的信度檢驗(yàn),日照出現(xiàn)突變。

圖6 1961—2018年六盤水市年平均氣溫(a)、年降水量 (b)及年日照時(shí)數(shù)(c)的Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線 Fig.6 Mann-Kendall statistical curve of annual mean temperature (a), annual precipitation (b) and annual sunshine hours (c) in Panshui from 1961 to 2018

4 結(jié)論

①近58 a來六盤水市年平均氣溫、各季平均氣溫及極端最高氣溫和最低氣溫均呈升高趨勢(shì), 年平均氣溫增長(zhǎng)率為0.18 ℃/10 a，秋季平均氣溫增溫趨勢(shì)最明顯(0.24 ℃/10 a)。1999年前后年平均氣溫發(fā)生了突變。20世紀(jì)60—90年代六盤水市年和各季平均氣溫相對(duì)偏低，90年代以后逐漸升高，冬季相對(duì)其他季節(jié)來說氣溫變化幅度最小，與我國(guó)近100 a的增溫主要發(fā)生在冬季和春季的現(xiàn)象存在差異。

②近58 a來六盤水市年降水量呈減少趨勢(shì)，春、夏、秋季降水呈減少趨勢(shì),冬季則呈增多趨勢(shì)。比較明顯的突變點(diǎn)出現(xiàn)在1977年，沒有通過0.05的信度檢驗(yàn),降水突變趨勢(shì)不顯著。

③近58 a來六盤水市年及各季的日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)，夏季日照時(shí)數(shù)減少更顯著，線性傾向率為-32.2 h/10 a。年日照時(shí)數(shù)在1988年前后發(fā)生突變，通過0.05的信度檢驗(yàn),1988年后日照減少顯著。