貴州省1960-2014年不同地貌類型的氣溫變化特征

莫躍爽， 周秋文

(貴州師范大學 地理與環境科學學院, 貴陽 550025)

近年來，全球氣候普遍變暖，大部分地區氣候狀況發生了明顯變化，氣候變化問題越來越引起重視。IPCC第4次評估報告指出，20世紀初以來全球平均地表氣溫上升0.76℃，近50 a的變暖趨勢幾乎是近100年的2倍[1]。在全球范圍內，氣候變暖在近十多年來表現更加顯著，但在區域以及季節尺度方面，氣溫上升的速度存在著較大差別[2]。

中國眾多學者針對氣候變化方面做了很多深入研究。如郝志新等[3]研究了中國南方過去400年的極端冷冬天氣變化?？妴圼4]、王翠花[5]、史嵐[6]等前后對中國1950年以來的最高氣溫和最低氣溫做了分析研究。張晶晶等[7]對近50 a中國氣溫變化的地區差異進行了分析研究。這些研究結果表明,中國氣候總體趨向變暖,冬天的變暖趨勢更為顯著。除了全球、全國尺度的研究外，對局部地區的氣溫變化特征進行分析同樣很有價值，因此，區域尺度的氣溫變化研究也逐漸變得熱門[8-12]。由于受季風和復雜地形等多種因素的影響，貴州氣候變化有其自身獨特的特點，尤其是進入21世紀后氣溫變化更加復雜[13]。貴州省處于典型的季風氣候區，深受冬夏季風強弱變化的影響，所以許多學者對該區的氣候特點研究做了大量工作,取得了一些的成果[14-16]。事實上，許多平均氣溫的變化與極端氣溫和四季氣溫的變化是緊密相關的。進一步分析其最高、最低氣溫的變化有助于全面了解貴州省氣候變化的特征和進行氣候變化因子的討論，有助于氣候災害的預測，對防災減災有重要意義。

本文選取貴州省各縣、市的19個站點1960—2014年的氣候資料，根據地貌類型[17]，詳細分析近55年來氣溫的演變規律，通過有序聚類法和Mann-Kendall檢驗法進行趨勢分析，檢驗其不同地貌氣溫的突變性，以了解貴州省不同地貌區氣溫變化特征。

1 研究區概況

貴州省位于我國西南部，地處24°37′—29°13′N，103°36′—109°35′E。貴州地貌屬于中國喀斯特高原山區，地勢西高東低，平均海拔約1 100 m。土地面積17.62萬km2，山地和丘陵占區內總面積的92.5%。貴州巖溶地貌發育非常典型，喀斯特出露面積10.91萬km2，占全省國土面積的61.9%。境內巖溶分布范圍廣泛，形態類型齊全，地域分異明顯。貴州省氣候溫暖濕潤，屬亞熱帶溫潤季風氣候，年均溫14～16℃，氣溫變化小，冬暖夏涼，氣候宜人。由于獨特的地理位置和復雜的地形地貌，區內氣溫變化差異顯著。

圖1 研究區地貌類型

2 資料與方法

氣溫的變化主要包括周期變化、趨勢變化和突變變化。采用貴州省1960—2014年的氣象數據，包括逐月平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫資料，將四季劃分為:春季(3—5月),夏季(6—8月),秋季(9—11月),冬季(12月—翌年2月)。貴州省地貌可分為：巖溶槽谷、非喀斯特區、峰叢洼地、巖溶高原、巖溶峽谷、巖溶盆地[17]，并以此進行氣溫研究。

表1 貴州省氣象站點相關數據

利用最小二乘法[18]進行年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年極端最低氣溫和年極端最高氣溫的趨勢估算；利用ArcGIS里的反距離權重插值進行年平均氣溫變化趨勢的空間分析。通過對氣溫數據進行有序聚類、M-K非參數檢驗[19]研究其突變特征。

3 結果與分析

3.1 各地貌類型年均氣溫的時間變化

從表2可以看出，貴州省近55 a來的年平均氣溫除巖溶盆地地區以外，其他地區(巖溶槽谷、峰叢洼地、巖溶高原、巖溶峽谷、非喀斯特區)總體呈波動上升趨勢，并分別以0.13，0.14，0.09，0.19，0.12℃/10 a的速度增加，同時，巖溶高原增溫速率最低，巖溶峽谷增溫速率最高。近55 a來巖溶盆地地區的年平均氣溫總體呈下降趨勢，下降速率為-0.10℃/10 a，2000年以后氣溫變化較大，總體在波動下降。巖溶盆地55 a來的年平均氣溫最低溫和最高溫出現在2011年和1987年，氣溫分別為9.43，16.24℃；而其他地區的年均最低溫出現在20世紀70，80年代，最高溫都出現在2000年以后，2013年全省各地區的溫度普遍居高，最高溫度達到17.54℃。其中從80年代中期以來,氣溫波動上升較明顯?？傮w來看，55 a來年平均氣溫的最高值就出現在這一階段，年均氣溫從1976年的14.67℃上升到最高氣溫16.35℃，上升1.68℃，上升幅度較大。

表2 不同地貌區氣溫年均值、四季均值線性變化率 ℃/10 a

3.2 各個站點年平均氣溫變化趨勢分析

對選取的貴州省19個站點1960—2014年的年平均氣溫進行趨勢分析(圖2),從圖中可以看出,所選的19個站點中，除貴陽和盤縣的趨勢系數是負值外,其余17個站點的趨勢系數都是正值，這表明全省總體氣溫呈變暖的趨勢。全省平均趨勢系數為0.113,其中畢節、榕江等12個站點超過平均水平。望謨氣溫增加趨勢最為明顯,而安順、凱里、羅甸3個縣氣溫增勢不明顯。

圖2 貴州省19個站點平均氣溫趨勢系數

3.3 年均氣溫的空間變化特征

如圖3所示，在貴州省年平均氣溫變化趨勢的空間分布圖中，19個站點的氣溫傾向率除貴陽和盤縣2個站點外，其余站點都為正值，說明研究區整個區域存在普遍的增溫趨勢，其中銅仁、黔西、習水、望謨這4個站點成為了高值變化率的中心，從北到南，年均氣溫的變化率在減小，從西向東，氣溫的變化率先增大后減小，較為特殊的是，中部的貴陽站點出現一個低值變化率中心。氣溫變化趨勢線在西部最為密集，西南部最為稀疏，表明氣溫的變化率在西部相差較大，而在西南部相差不大。

圖3 1960-2014年貴州省年平均氣溫變化趨勢的空間分析

3.4 極端氣溫變化分析

從圖4中可以看出，55 a來貴州省極端高溫以0.06℃/10 a的趨勢上升,上升趨勢不明顯,年內極端高溫上升了約0.33℃。其中最高值29.07℃出現在1969年，最低值26.78℃出現在2012年，最高最低氣溫兩者相差2.29℃，變化幅度偏大，極端高溫的平均值為27.92℃。20世紀60—90年代的極端高溫分別為28.01，27.84，27.58，27.88℃，2000年以后極端高溫繼續上升為28.22℃。極端氣溫在60年代的數值較高，70，80年代后極端高溫呈下降趨勢，直至90年代起氣溫開始回升，特別是2008—2010年極端氣溫急劇增加，前后增加了2.54℃。2010年以后，氣溫開始波動下降，最低極端高溫就出現在這一時期?？傮w來看，貴州省極端高溫是波動上升的。

從圖4中可以看出，貴州省55 a來極端最低氣溫的上升速率較大，為0.26℃/10 a，即55 a內極端低溫上升了約1.43℃。最低極端低溫出現在1961年，最高極端低溫出現在2014年，氣溫值分別為5.97，8.34℃，兩者相差2.37℃,變化幅度較大，極端低溫的平均值為7.09℃。60—90年代的極端低溫分別為6.61，6.72，6.87，7.30℃，2000年以后極端低溫上升到7.76℃，可看出，年代際極端最低氣溫穩定波動上升，期間出現一個明顯的波峰和波谷，分別為1973年(7.81℃)和1986年(6.36℃)?？傮w來看，極端最低氣溫的增溫趨勢非常明顯。

3.5 氣溫突變性分析

3.5.1 有序聚類 在氣候變化的研究中，氣溫突變現象有著十分重要的地位，近代許多學者進行了大量的氣溫突變研究工作,并取得了一定的成果[20-28]。本文采用兩種較為典型的方法，即有序聚類法和Mann-Kendall檢驗法進行氣溫突變性分析。前者是將整個序列看作一個整體，然后根據同類之間離差平方和最小原則來推求序列的最優分割點也就是突變點；后者可以表明突變開始的時間，并顯示突變的區域,它們都是檢驗突變性的重要方法。

圖4 1960-2014年貴州省極端氣溫變化

1960—2014年貴州省不同地貌分區年均氣溫序列離差平方和Sn(r)曲線見圖5。1960—2014年巖溶槽谷區年均氣溫序列離差平方和Sn(r)曲線較為平緩，基本上沒有出現較明顯的低峰，則推測沒有顯著的突變點。巖溶峽谷的Sn(r)曲線在2002年出現最低值12.03，突變點可能在2002年。巖溶高原對應的Sn(r)曲線1996年出現最小值8.78，則1996年可能是變異點。非喀斯特區、巖溶槽谷、峰叢洼地在1998年對應的Sn(r)為各自序列的最小值，1998年為最可能的變異點。

圖5 有序聚類統計量曲線

3.5.2 M-K突變檢驗 基于M-K突變檢驗方法，分析1960—2014年貴州省不同地貌分區年均氣溫變化的突變規律。從圖6A可看出，在1998年處UF與UB曲線相交，在顯著性水平0.05的臨界線范圍內。2003年以后，顯著性趨勢全部超過U0.05=1.96的水平，且在2006年超出U0.01=2.56時的顯著性水平，表明巖溶槽谷區在1998年氣溫可能發生突變，即出現從低值到高值的突變現象。從圖6B可知，UF與UB曲線相交在1997—2000年有3個交點，2004年以后，顯著性趨勢全部超過U0.05=1.96的水平，說明非喀斯特區氣溫變化在1997—2000年突變情況較多，總體呈低值向高值的突變現象。從圖6C峰叢洼地氣溫的MK曲線看出,UF曲線上升迅速，在1998年與UB線相交，且在2004年超過了U0.05=1.96的水平，說明峰叢洼地氣溫可能在1998年出現低值到高值的突變現象。圖6D中，在顯著性水平0.05的臨界線之間，UF與UB曲線有2個交點，分別為1994年、1996年，從2007年以后，顯著性趨勢超過U0.05=1.96的水平，說明巖溶高原平均氣溫在1994年、1996年可能出現從低溫至高溫的突變現象。從圖6E可看出，在2001年處UF與UB曲線相交，在顯著性水平0.05的臨界線范圍內。2005年以后，顯著性趨勢全部超過U0.05=1.96的水平，且在2006年超出U0.01=2.56時的顯著性水平，表明巖溶峽谷區在2001年氣溫可能發生突變，即出現從低值到高值的突變現象。圖6F說明，正序列UF變化趨勢較平穩,從1960—2014年沒有超出a=0.05時的顯著性水平,說明巖溶盆地近55 a來的年均溫沒有突變現象。從2007年以后，UF小于0，說明在此區間氣溫出現下降趨勢。

綜合以上可知，巖溶盆地年平均氣溫沒有存在突變現象，其他地貌區均可能發生了由低值到高值的突變現象。巖溶峽谷年平均氣溫出現突變的時間比較晚，第一次發生突變的時間大概出現在2001年，非喀斯特區、巖溶槽谷、峰叢洼地和巖溶高原近55來的年均氣溫突變的時間大致相同，都在90年代后期出現。

4 結 論

(1) 1960—2014年來貴州省的年平均氣溫除極個別地區外(巖溶盆地)，其他地區(巖溶槽谷、巖溶峽谷、峰叢洼地、巖溶高原和非喀斯特區)均出現波動上升的趨勢。其中，增溫速率最低的是巖溶高原，最高的是巖溶峽谷，春季和夏季增溫幅度較小，秋季和冬季較大。

圖6 1960-2014年貴州省氣溫的M-K統計值曲線

(2) 從選取的貴州省19個站點的年平均氣溫進行趨勢分析得到：全省的氣溫，除了貴陽和盤縣外，其余17個站點都有變暖的趨勢。在全省平均方面,其趨勢系數為0.113,其中畢節、榕江、興義、湄潭、習水、思南、銅仁、三穗、威寧、望謨、遵義、黔西這12個站點超過平均水平。增加趨勢最明顯的是望謨縣,增加趨勢最不明顯的有安順、凱里、羅甸3個縣。

(3) 貴州省近55 a來極端最高溫和極端最低溫呈上升趨勢，且極端低溫的變化率要遠遠大于極端高溫的變化率。在1969年出現最高值達29.07℃,在2012年出現最低值為26.78℃,兩者相差2.29℃,變化幅度較大。在1961年出現最低極端低溫，在2014年出現最高極端低溫。

(4) 非喀斯特區、巖溶槽谷、峰叢洼地和巖溶高原均溫在20世紀90年代后期出現發生突變，巖溶峽谷均溫可能在2001年發生突變，巖溶盆地均溫沒有存在突變現象。