山西省春季氣候變化分析

山西省春季氣候變化分析

1極端高溫事件的面積權重1957年至2008年春，山西省氣溫和降水量的數(shù)據(jù)來自國家氣候局，共有17個車站。將山西省按地、市級行政區(qū)劃分為4個子區(qū)域,利用面積權重法計算各子區(qū)域的面積權重,如表1所示。將1957-2008年各年春季平均氣溫升序序列的第80個百分位值上的氣溫定義為極端高溫事件的閾值,當某站某個春季平均氣溫超過極端高溫事件的閾值時,就稱之為極端高溫事件,將升序換為降序序列即可得到極端低溫事件的閾值,同理可得到極端高、低降水量的閾值。利用公式(1)計算氣候干燥度:Idm=PT+10(1)Ιdm=ΡΤ+10(1)式中:Idm為deMartonne干燥度,P為平均降水量(mm),T為平均溫度值(℃),干燥度值越小,表明氣候越干燥。2結果分析2.1u3000氣溫、降水和降水傾向率山西省1957-2008年春季平均氣溫和降水量區(qū)域分布如圖1所示,均大致表現(xiàn)為由北向南隨緯度降低而增加,與山西北高南低的地形相對應。五臺山由于海拔明顯偏高(2208.3m),具有全省春季最低氣溫(-2.57℃)和最大降水量(129.59mm),其余站點中春季最高氣溫(14.98℃)和最大降水量(108.59mm)均位于晉南的運城,最低氣溫(右玉:5.67℃)和最小降水量(原平:55.61mm)均位于晉北。將各站點春季氣溫和降水量乘以面積權重,得到各站點面積權重氣溫和面積權重降水量。以下提到的氣溫和降水量除經特殊說明外,均經過了面積權重處理。山西省1957-2008年春季氣溫和降水量(17個站點均值)距平百分率年際變化如圖2所示。氣溫在1997年之前變化趨勢不明顯,1997年以來,氣溫距平百分率均為正值,最大正、負距平分別出現(xiàn)在2004年(17.92%)和1976年(-17.41%),正、負距平出現(xiàn)年份分別占40%和60%,春季氣溫整體表現(xiàn)為波動增加趨勢,傾向率為0.38℃/10a。20世紀50年代后期、70年代和本世紀以來均為降水偏少時期,最大正、負距平分別出現(xiàn)在1964年(106.95%)和1962年(-66.93%),正、負距平出現(xiàn)年份分別占46%和54%,春季降水量表現(xiàn)為不太明顯的波動減少趨勢,傾向率為-2.22mm/10a。山西省春季降水量和干燥度(Idm)空間及年際變化的相關系數(shù)分別為0.948(五臺山除外)和0.939,均顯著相關,表明春季降水量與氣候濕潤程度具有相同的時空變化。以上分析表明,山西省春季濕潤程度從北向南隨緯度降低呈增加趨勢,近52年以來有減小趨勢。山西省17個站點1957-2008年春季氣溫傾向率和降水傾向率如表2所示。五臺山氣溫傾向率和降水傾向率均明顯大于其他站點,近52多年來明顯呈暖干趨勢,現(xiàn)將其除外,僅分析其它站點。16個站點的氣溫傾向率均為正值,最大值出現(xiàn)在晉東南,為0.658℃/10a,最小值出現(xiàn)在榆社,為0.127℃/10a,大致表現(xiàn)為從北向南呈增加趨勢。有6個站點的降水傾向率為正值,面積占32%,主要分布在晉北地區(qū),最大正值出現(xiàn)在右玉,為2.872mm/10a;其余站點的降水傾向率均為負值,面積占68%,最大負值出現(xiàn)在運城,為-8.385mm/10a。進一步分析表明,晉北和晉中分別有2/3和1/3的區(qū)域春季降水呈增加趨勢,晉南和晉東南整個區(qū)域均呈減少趨勢。五臺山除外,各站點1957-2008年春季氣溫傾向率和降水傾向率隨各站點平均氣溫和降水量的變化如圖3所示。由圖3可知,氣溫傾向率正值和降水傾向率負值均隨平均值的增加而增加。以上結果表明,由于氣溫明顯升高和降水量的減少,山西春季有2/3的區(qū)域氣候呈暖干趨勢,晉北大部和晉中小部區(qū)域呈暖濕趨勢,晉南和晉東南區(qū)域均呈暖干趨勢;山西春季氣溫和降水量越高的地區(qū),氣候呈暖干趨勢越明顯;反之亦反。2.2極低降水事件在不同季節(jié)和年際變化的表現(xiàn)山西省春季1957-2008年不同年代極端氣溫和降水事件出現(xiàn)年份數(shù)如表3所示。由表3可知,極端高溫年份全部出現(xiàn)在1997-2008年,這段時間沒有極端低溫年份出現(xiàn)。極端高降水年份主要集中在1957-1976年間,1967-1976年間極端高、低降水年份各出現(xiàn)3年和5年,表明這段時間降水變率較大,極端高、低降水年份交替出現(xiàn)。1977年以來極端高、低降水年份均比較少,表明極端降水年份頻率有減小趨勢。根據(jù)公式(1)對干燥度分析表明,極端干旱年份主要集中在1987-2008年間,極端濕潤年份主要集中在1977-1996年間,1987-1996年極端干旱、濕潤年份各出現(xiàn)3年,表明這段時間干燥度變率較大,極端干旱、濕潤年份交替出現(xiàn),1997年以來出現(xiàn)干旱年份最多,表明極端干旱和濕潤年份出現(xiàn)頻率分別呈增大和減小趨勢。由表3可知,極端降水和極端干濕年份的年代分布并不一致,可能是極端干濕事件受極端氣溫事件影響較大所致。山西省春季1957-2008年極端氣候強度變化趨勢如圖4所示。由圖4可知,極端高、低溫強度和極端高、低降水量強度均呈增加趨勢,由于氣溫明顯升高,極端干旱和極端濕潤強度分別呈增大和減小趨勢。以上分析表明,山西省春季極端高、低溫年份頻率分別呈增大和減小趨勢,但強度均呈增大趨勢;極端高、低降水年份頻率均呈減小趨勢,但強度均呈增大趨勢;極端干旱年份頻率和強度均呈增大趨勢,極端濕潤年份頻率和強度均呈減小趨勢。山西省春季1957-2008年極端氣溫和極端降水量事件出現(xiàn)區(qū)域的面積百分率如圖5所示。極端高溫區(qū)域面積呈增加趨勢,傾向率為14.58%/10a,1997年之前,僅23%的年份有極端高溫區(qū)域出現(xiàn),面積在5-40%之間,平均為19%,1983-1993年間沒有極端高溫區(qū)域出現(xiàn);1997年以來,除2003年外,其它年份均有大面積的極端高溫區(qū)域出現(xiàn),平均面積為77%,2001年、2004年和2006年出現(xiàn)面積均覆蓋全省。極端低溫區(qū)域面積呈減少趨勢,傾向率為-5.22%/10a,1997年之前,57%的年份有極端低溫區(qū)域出現(xiàn),面積在5%-100%之間,平均為48%,1970年、1976年、1979年出現(xiàn)面積均覆蓋全省;1997年以來全省未出現(xiàn)過極端低溫區(qū)域,極端高溫區(qū)域面積與極端低溫區(qū)域面積呈反相位變化。1957-2008年,春季極端高、低溫區(qū)域同時出現(xiàn)的年份僅占4%,均不出現(xiàn)的年份占19%,僅有極端高溫或低溫出現(xiàn)的年份分別占37%和40%。以上分析表明,山西省春季1957-2008年間,極端高、低溫面積分別呈增加和減少趨勢,1997年以來,山西大部分區(qū)域春季被極端高溫覆蓋,極端低溫區(qū)域全部消失,極端高、低溫區(qū)域幾乎不會同時存在,即只要一個站點出現(xiàn)極端高溫或低溫事件,則整個山西省幾乎都處在同樣的狀態(tài)下。1957-2008年,春季極端高降水區(qū)域面積有不太明顯的減小趨勢,傾向率為-1.2%/10a,20世紀50年代末到60年代和80到90年代出現(xiàn)區(qū)域面積均較大,1964年出現(xiàn)面積覆蓋全省。極端低降水區(qū)域面積有不太明顯的增加趨勢,傾向率為0.2%/10a,60年代到70年代中期和90年代到本世紀初期出現(xiàn)區(qū)域面積均較大,1962年出現(xiàn)面積覆蓋全省。60年代和90年極端高、低降水量區(qū)域面積均比較大,表明這兩個時期降水變率較大,高低降水量交替出現(xiàn)。1957-2008年,春季極端高、低降水區(qū)域同時出現(xiàn)的年份占35%,均不出現(xiàn)的年份僅1年(1986年),占2%,僅有極端高降水或低降水區(qū)域出現(xiàn)的年份分別占33%和31%。1957-1966年、1967-1976年、1987-1996年和1997-2006年極端高低降水區(qū)域同時出現(xiàn)的年份分別為4年、2年、2年、4年和5年,表明山西省春季同時出現(xiàn)高低降水區(qū)域年份的頻率有增加趨勢,主要是由于降水在晉北趨于增加和在其它區(qū)域趨于減少所致。分析表明,山西省1957-2008年春季極端高、低降水區(qū)域面積和極端濕潤、干燥區(qū)域面積年際變化相關系數(shù)分別為0.938和0.948,均顯著相關,表明后者與前者具有相同的年際變化趨勢。分析表明,山西省春季均溫及極端高、低溫區(qū)域面積的年際變化分別與太原、五臺山、榆社的氣溫(未經面積權重處理)年際變化相關性最顯著,春季平均降水量及極端高、低降水區(qū)域面積則分別與介休、榆社相關性最顯著,相對應的擬合方程如表4所示,基于表4,可利用一個站點春季的氣溫和降水資料推算山西全省春季的平均氣溫和降水量及極端氣溫和極端降水事件覆蓋的大致面積。3不同季節(jié)氣候特征通過對山西省春季1957-2008年氣溫、降水及其極端事件變化的分析,得出如下結論:(1)春季氣溫、降水量和濕潤程度自北向南均大致呈增加趨勢;氣溫在1997年之前變化平緩,1997年突然上升后,距平持續(xù)表現(xiàn)為正值;降水量年際變化呈不太明顯的減小趨勢。(2)春季氣溫和降水量越高的地區(qū),氣候呈暖干趨勢越明顯;反之亦反;全省2/3的區(qū)域春季氣候趨于暖干,晉北和晉中分別有2/3和1/3的區(qū)域趨于暖濕,晉南和晉東南整個區(qū)域均趨于暖干,且趨于暖干的程度大于趨于暖濕的程度。(3)山西省春季極端高、低溫年份頻率分別呈增大和減小趨勢,但強度均呈增大趨勢;極端高、低降水年份頻率均呈減小趨勢,但強度均呈增大趨勢;極端干旱年份頻率