1961-2018年荊州市氣候變化特征分析

高華東　鄧艷君　費強　楊青青　劉詩慧

摘要：為研究荊州市氣候時空變化特征，利用荊州市6個國家氣象站1961-2018年日平均氣溫、逐日降水量和日照時數資料，采用線性傾向估計法、累積距平法、M-K突變檢驗法分析了荊州市主要氣候要素時空變化特征。結果表明，近58年來荊州市增溫趨勢非常明顯，20世紀90年代以來尤為顯著;降水量總體呈增加趨勢，但年際間波動較大;年日照時數明顯減少。荊州市增溫主要在2-5月和9-12月;7月降水量增加趨勢明顯，降水量減少主要集中在秋季;夏季日照時數明顯減少是荊州市光照變差的主要原因。荊州市各站氣候要素變化趨勢基本一致，僅松滋站年降水量呈減少趨勢，與荊州市整體變化趨勢相反。隨著氣候變暖，荊州市熱量資源明顯增加。

關鍵詞：氣候要素;變化特征;突變檢驗;荊州市

中圖分類號：P467 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114 （2020） 16-0066-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.16.013 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》指出，全球升溫趨勢為（0.2±0.1）℃/10年，目前全球平均溫度比工業化前約高1℃[1]。已有研究表明，中國地區氣候變化與全球氣候變化總趨勢是一致的[2-5 ]。任國玉等[2]指出1951-2001年中國平均地表氣溫上升趨勢為0.22℃/10年，變暖幅度約為1.10℃，明顯大于全球或半球同期水平，長江中下游地區降水量呈增加趨勢，全國日照時數顯著減少;孔鋒等[3]研究發現1961-2014年中國平均氣溫增加趨勢為0.26℃/10年。荊州市地處湖北省中南部，江漢平原腹地，屬于亞熱帶季風濕潤氣候區，是熱帶海洋氣團和極地大陸氣團交替控制和互相角逐交綏的地帶，是著名的魚米之鄉。對于荊州市的氣候變化方面已有不少研究，吳燕輝等[6]指出1958-2004年江漢平原平均氣溫增加趨勢為0.25℃/10年，變暖趨勢十分明顯;魏寶華等[7]研究發現1960-2005年湖北省各地區平均氣溫普遍呈不同增加趨勢，江漢平原降水量有增加的趨勢;劉可群等[8]指出1960—2004年江漢平原東南部的年降雨量呈明顯增加趨勢。這些研究主要是選取氣溫或降水作為氣象要素指標，所用氣象要素資料的年限較短。本研究利用荊州市6個國家氣象站1961-2018年日平均氣溫、逐日降水量和日照時數等資料，研究了荊州市氣溫、降水、日照、積溫的變化趨勢和突變特點，以便全面認識全球氣候變暖背景下的荊州市主要氣象要素變化狀況，以期為地方政府部門合理利用氣候資源安排農業生產、促進生態文明建設等提供參考。

1資料與方法

1.1資料來源

所用資料為湖北省荊州市6個國家氣象站（圖1）1961-2018年日平均氣溫、逐日降水量和日照時數，該數據由湖北省氣象信息與技術保障中心提供。

1.2 研究方法

對荊州市年平均氣溫、降水量、日照時數的年、月變化進行了研究。采用線性傾向估計法和累積距平法分析氣候要素序列的變化趨勢[9];采用Mann-Kendall法判斷氣候要素序列的突變時間[9];采用5d滑動平均法確定0℃（喜涼作物）和10℃（喜溫作物）界限溫度的起止日期[10]，從而計算穩定通過0℃和10℃的活動積溫[11];采用反距離加權法（IDW）進行空間插值，并用ArcGIS 10.0進行空間表達。

2結果與分析

2.1 年氣候要素變化特征

2.1.1 氣溫1961-2018年荊州市年平均氣溫為16.9℃。由圖2可知，近58年來荊州市年平均氣溫序列呈上升趨勢，線性傾向率為0.29℃/10年，通過了0.01水平的顯著性檢驗，變暖趨勢相當明顯，高于全國平均水平[3]。用Mann-Kendall法對1961-2018年荊州市年平均氣溫進行突變檢驗分析，1961-1971年UF曲線呈現波動下降趨勢，1972年后呈現上升趨勢，在1997年超過了顯著性水平0.05的臨界線，UF、UB曲線相交于1996-1997年，交點位于顯著性水平0.05的臨界線之間，是荊州市年平均氣溫突變的開始。突變前，1961-1996年荊州市年平均氣溫為16.5℃;突變后，1997-2018年荊州市年平均氣溫為17.6℃，前后相差1.1℃虞海燕等研究得出2007年是中國有記錄以來的最暖年，但基于本研究使用的時間序列數據已延伸到2018年，可以看出，2013年是荊州市最暖的一年，年平均氣溫為18.2℃，而1998、2007、2017年為次暖年，年平均氣溫都為18.0℃。

由圖3可以看出，荊州市各站年平均氣溫均呈增加趨勢，線性傾向率為0.24～0.36℃/10年，均通過了0.01水平的顯著性檢驗。監利站的增溫幅度最大，線性傾向率為0.36℃/10年，荊州站的增溫幅度最小，線性傾向率為0.24℃/10年。

2.1.2 降水量 1961 -2018年荊州市年降水量多年平均值為1219.0mm。由圖4可知，近58年來荊州市年降水量總體呈增加趨勢，但年際間波動較大，線性傾向率為18.9 mm/10年，未通過0.05水平的顯著性檢驗。這一結論與張峻等[13]得出的長江中下游地區1958-2017年降水量呈上升趨勢（22.1mm/10年）的分析結果基本一致。

從分段變化來看，1961-2018年荊州市年降水量序列可分為以下5個時段：第一階段為1961-1979年，荊州市年降水量年際間波動較大，累積距平總體呈下降趨勢，表明此階段為降水偏少期;第二階段為1980-1995年，荊州市年降水量累積距平具有明顯的周期性變化，經歷了增多-減少-增多-減少的變化趨勢，以3～5年的短周期旱澇交替為主要特征;第三階段為1996-2004年，累積距平在波動中呈上升趨勢，此階段為降水偏多期;第四階段為2005-2014年，累積距平呈下降趨勢，此階段為降水偏少期;第五階段為2015-2018年，累積距平呈增加趨勢，此階段為降水偏多期。

由圖5可以看出，荊州市年降水量中東部呈增加趨勢，西部呈減少趨勢，線性傾向率為-10.0～47.3mm/10年，僅石首站通過了0.01水平的顯著性檢驗。松滋站年降水量變化趨勢與荊州市整體趨勢相反，線性傾向率為-10.0mm/10年;石首站年降水量增加趨勢最大，線性傾向率為47.3mm/10年。

2.1.3 日照時數 1961-2018年荊州市年日照時數的多年平均值為1765.0h。由圖6可知，近58年來荊州市年日照時數序列呈波動下降趨勢，線性傾向率為-64.1h/10年，通過了0.01水平的顯著性檢驗，減少趨勢十分明顯，這與張立波等[14]得出的長江中下游地區的年平均日照時數總趨勢明顯減少（-68.2h/10年）的研究結果一致。用 Mann-Kendall法對1961-2018年荊州市年日照時數進行突變檢驗分析，UF曲線呈波動下降趨勢，在顯著性水平0.01的臨界線之間，UF、UB曲線相交，突變點位于1983-1984年，這與張立波等[14]得出的湖北省中南部年日照時數在20世紀80年代后明顯減少的結果一致。突變前，1961-1983年荊州市年平均日照時數為1887.4h，突變后，1984-2018年荊州市年平均日照時數為1684.6h，前后相差202.8h。值得注意的是，突變后階段，2013年荊州市年日照時數高達1999.7h，比多年平均值高234.7h，同時2013年也是荊州市最暖的一年，表明2013年是荊州市有記錄以來光熱資源最豐富的一年。

由圖7可知，荊州市各站年日照時數均呈顯著減少趨勢，線性傾向率為-89.1～-32.6 h/10年，均通過了0.01水平的顯著性檢驗。監利站減少趨勢最大，線性傾向率為-89.1 h/10年，洪湖站減少趨勢最小，線性傾向率為-32.6 h/10年。

2.2月氣候要素變化特征

2.2.1氣溫荊州市逐月平均氣溫呈單峰型分布，峰值出現在7月（28.5℃）、8月（27.9℃），1月（4.4 ℃），年較差較大。圖8a顯示，1-12月平均氣溫均呈升高趨勢，2-5月和9-12月月平均氣溫升高趨勢明顯，其他月份氣溫升高趨勢不明顯，這使得荊州市氣溫年較差表現為減小的趨勢。

2.2.2 降水量 荊州市各月降水量分布不均勻，全年70.8%的降水都集中在3-8月，6月（190.3mm）降水量最多，12月（31.1 mm）降水量最少。圖8b顯示，月降水量線性傾向率為正值的月份有1-2月、4-7月和11月，主要集中在冬季和夏季，其中，7月增多趨勢最顯著;3月、8-10月和12月線性傾向率為負值，主要集中在秋季。這種變化特點使得荊州市年內降水量分配趨于更不均衡。

2.2.3 日照時數 荊州市逐月日照時數分布與逐月平均氣溫基本一致，表現為單峰型，峰值出現在7月（230.8 h）、8月（226.0 h）、2月（88.9h）。圖 8c 顯示，近58年來各月日照時數線性傾向率在1月、6-9月減少趨勢非常明顯，4月日照時數線性傾向率為正值，但未通過顯著性檢驗。表明夏季日照時數明顯減少是荊州市光照變差的主要原因。

2.3 年積溫變化特征

由圖9可知，1961-2018年荊州市年≥0℃、≥10℃積溫的多年平均值分別為6149.1（℃·d）和5 370.3 （℃·d），58年間增加趨勢非常明顯，均通過了0.01水平的顯著性檢驗。用Mann-Kendall法對1961-2018年荊州市年≥0℃、10℃積溫進行突變檢驗分析，20世紀80年代中期，UF曲線均持續上升，并分別于1997年和2000年超過了顯著性水平0.05的臨界線，在顯著性水平0.05臨界線之間，UF、UB曲線交點均位于1996-1997年，是兩者突變的開始。突變前，1961-1996年荊州市年>0℃、≥10℃積溫分別為5993.5 （℃·d）和5226.8（℃·d）;突變后，1997-2018年荊州市年≥0℃、≥10 ℃積溫分別為 6 403.8 （℃·d）和5 605.2 （℃·d），兩者分別相差410.3 （℃·d）和378.4 （℃·d）。可見，隨著氣候的變暖，荊州市熱量資源明顯增加。

3小結與討論

3.1 小結

通過對荊州市6個國家氣象站1961-2018年的日平均氣溫、逐日降水量和日照時數時空變化特征進行分析，得出以下主要結論。

1） 近58年來，荊州市年平均氣溫明顯升高，線性傾向率為0.29℃/10年，20世紀90年代以來增溫尤為顯著。年平均氣溫在1996-1997年發生突變，突變后與突變前階段年平均氣溫相差1.1℃，增幅相當大。年降水量總體呈增加趨勢，但年際間波動較大，線性傾向率為18.9 mm/10年;1961-1979年、2005-2014年為降水偏少期，1996-2004年、2015-2018年為降水偏多期，1980-1995年則以3～5年的短周期旱澇交替為主。年日照時數明顯減少，線性傾向率為-64.1h/10年，突變點在1983-1984年，突變后與突變前階段年日照時數相差202.8h。

2） 各月平均氣溫、降水量、日照時數均呈單峰型分布，月平均氣溫7月最高（28.5）℃，1月最低（4.4℃）;月降水量6月最多（190.3 mm），12月最少（31.1mm）;月日照時數7月最多（230.8h），2月最少（88.9 h）。增溫主要表現在2-5月和9-12月;7月降水量增加趨勢明顯，降水量減少主要集中在秋季;夏季日照時數明顯減少是荊州市光照變差的主要原因。

3） 地域上，荊州市各站年平均氣溫均呈增加趨勢，線性傾向率為0.24～0.36℃/10年;年降水量中東部呈增加趨勢，西部呈減少趨勢，線性傾向率為-10.0～47.3mm/10年;年日照時數均呈顯著減少趨勢，線性傾向率為-89.1～-32.6 h/10年。

4） 隨著氣候變暖，荊州市熱量資源明顯增加，≥0℃、≥10 ℃積溫的變化趨勢和突變時間與年平均氣溫的變化趨勢表現一致。

3.2討論

本研究中荊州市平均氣溫上升趨勢顯著，線性傾向率為0.29℃/10年（P < 0.01），該結果略高于前人的研究結果[6]，其主要原因為站點選擇和氣候要素序列起止時間等方面存在差異。彭少麟等[15]研究發現城市化發展使得城市熱島效應日趨嚴重，唐國利等[16]研究表明城市熱島效應對湖北省等地區近40～50年的地表平均氣溫影響很明顯，如果剔除城市熱島效應對氣溫的影響，荊州市的增溫速率將小于0.29℃/10年，此結果有待今后進一步研究。

在全球氣候變暖的背景下，荊州市氣候變化表現為氣溫升高、降水量增加、日照時數減少的趨勢，20世紀90年代以來“暖濕”特征明顯。豐富的熱量、充沛的降水、充足的光照，雨熱同步與農作物生產季一致的氣候條件，使荊州市適宜多種農作物生長發育。可因勢利導擴大復種指數，合理規劃農業生產，充分利用氣候資源，挖掘農業氣候資源潛力，結合氣候資源的開發和生態文明建設，大力發展特色濕地生態農業，開展稻蝦、再生稻、特色水產等農產品氣候品質認證，建立有氣候特色的地方優質農產品品牌，實現農業經濟的可持續發展，是荊州市未來農業發展的方向。

氣候變化為農業生產帶來機遇的同時，也帶來了一系列的問題。有研究表明氣候變暖會使水稻、小麥等作物生育期縮短，造成部分地區產量下降[17-19]。熊偉等[20]研究發現，1981-2007年隨著太陽輻射減少湖北省水稻產區水稻產量也表現出減少的趨勢。近年來洪澇、干旱、高溫熱害、低溫冷害等極端天氣氣候事件的頻率和強度明顯增強，對農業生產的穩定性產生了不利影響[21-24]。霍治國等[25，26]對中國農作物病蟲害的研究發現，氣候變暖、降水異常會導致區域病蟲害發生與災變程度加劇，危害損失加重。

尤其值得注意的是，上述研究表明，2013年是荊州市有記錄以來光熱資源最豐富的一年，在6月15日，即常年梅雨發生初始階段，西太平洋副熱帶高壓脊線就過早北跳至30°N附近，且西伸至四川盆地。長江流域受其影響，出現較大范圍的持續晴熱高溫天氣，6月16-20日荊州市出現日平均氣溫連續5d≥30℃、4d最高氣溫達35.9～37.8℃的有害高溫，對早稻抽穗揚花十分不利。同時6月中旬日照時數較常年偏多9成，在氣溫、地溫高亢（地面極端最高溫度達66.1℃）的情況下，對棉花、蔬菜易引起日灼。6月23日荊州市由晴熱高溫轉梅雨，至6月底，又出現此起彼伏的強降水天氣，其雨量大到暴雨、局部大暴雨，引起了局部洪澇。因此，氣象災害的研究及科學預測，對合理利用氣候資源安排農業生產顯得尤為重要。

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收稿日期： 2020-01-03

基金項目：湖北省科協“科技創新源泉工程”項目;湖北省氣象局科技發展基金研發項目（2019J07）

作者簡介：高華東（1990-），男，湖北公安人，工程師，主要從事農業氣象方面的研究，（電話）15927786586（電子信箱）273456608@qq.com。