西南地區(qū)氣溫時空變化特征分析

西南地區(qū)氣溫時空變化特征分析

氣候變化與中國氣候的關系根據(jù)國家間氣候變化特別委員會（picc）的第四次評估報告，自第三次評估報告以來，最新、最多和最有力的證據(jù)表明，氣候變化是不可否認的。據(jù)估計，未來100年世界的地表溫度可能會上升。在全球變暖的氣候背景下,我國的氣候特征也發(fā)生了顯著變化,丁一匯等認為:1905—2005年中國地表年平均氣溫上升了0.95℃,增溫速率為0.94℃/100a,略高于全球平均增溫速率;1951—2004年中國年平均氣溫的整體上升趨勢非常明顯,此間中國地表年平均氣溫上升了約1.30℃,增溫速率達0.25℃/10a,增溫主要是從20世紀80年代開始,而且上升速率還在不斷地加快。任國玉等的研究也表明:近50年來中國地表年平均氣溫變暖幅度約為1.10℃,增溫速率接近0.22℃/10a,比全球或北半球同期平均增溫速率明顯大。陳隆勛等的研究指出:中國現(xiàn)代變暖主要發(fā)生在北方,在南方存在一個較為廣闊的變冷區(qū),中心主要位于四川、貴州。馬振鋒等利用西南地區(qū)1961—2000年139個站的氣象常規(guī)地面觀測資料,對西南地區(qū)近40年來氣候的年際和年代際變化特征進行了分析,揭示了青藏高原、川西高原、云貴高原在20世紀后40年氣溫上升趨勢顯著,而在四川盆地東北部和西南部的氣溫則存在明顯的下降趨勢,表明西南地區(qū)氣候變化與全球變暖存在非同步性。唐紅玉等利用1951—2002年全國733個站經過非均一性檢驗的月平均氣溫資料,分析了52年來中國東、西部及青藏高原地區(qū)的氣溫變化趨勢的一致性和差異性,并討論了其可能原因,認為四川盆地52年來的年平均氣溫基本沒有明顯的線性變化趨勢,但20世紀90年代以來明顯變暖。到2002年為止,西南降溫區(qū)比20世紀80年代以前明顯縮小。劉燕等認為,青藏高原氣候變化常比中國各地氣候變化要早,成為我國以至世界氣候變化的啟動區(qū)。也有學者研究了青藏高原及其周邊地區(qū)氣候變化與海拔高度的關系,認為在青藏高原及其周邊地區(qū)變暖的啟動時間及量級與海拔存在較明顯的關系,海拔越高增暖的啟動時間越晚、量級越小,特別是氣溫極值與海拔無明顯的聯(lián)系。還有多位學者也對西南局部地區(qū)的氣候變化特征作了深入細致的研究,得出一些有意義的結論。國內外學者已對全球、全國及西南地區(qū)的氣候變化特征作了大量的研究工作。但對于西南地區(qū)的研究,大部分僅將之界定為西藏、云南、四川、貴州、重慶,對體現(xiàn)該區(qū)域三級地形臺階的空間氣候變化特征有一定的局限性,或僅限于研究西南局部地區(qū),加之所選取的資料站點及長度的不一致,且大部分資料均為2000年以前的資料,部分研究針對青藏高原及周邊地區(qū)的特殊月份或氣溫極值分析了變暖啟動時間及量級,所得出的結論與有些學者的也不一致。本文將在以往研究的基礎上,更進一步分析西南地區(qū)不同地形臺階的氣溫變化特征,從一個方面深入揭示該地區(qū)的氣候變化事實。1氣候突變區(qū)的分區(qū)西南地區(qū)主要包括西藏、四川、云南、貴州、重慶,為深入研究三級地形臺階的氣候變化事實,考慮到廣西丘陵地區(qū)能較好地代表第三級地形臺階,特將廣西納入西南地區(qū)來進行討論。該地區(qū)是世界上地形最復雜的區(qū)域之一,海拔最高地形最復雜的青藏高原、云貴高原、橫斷山區(qū)、四川盆地、丘陵山地等構成了該區(qū)域大陸地貌的主要特征,也是典型的氣候多變區(qū)。根據(jù)測站海拔,綜合考慮地形與氣候條件,將西南地區(qū)分為三級地形臺階4個不同區(qū)域來討論(見圖1)。I區(qū)包括西藏高原、川西高原以及云南西北部海拔>2000m的測站;II區(qū)主要包括云貴高原,即云南大部、貴州和四川海拔在1000~2000m的測站;III區(qū)主要包括廣西丘陵地區(qū)、四川盆地、川渝河谷丘陵地帶海拔<1000m的測站,考慮到川渝山地、盆地及貴州丘陵地區(qū)與廣西丘陵地帶在經緯度分布、地形、氣候等方面存在較大的差異,又把III區(qū)分成兩個區(qū)域來討論,III-1區(qū)為25°N以北地區(qū),主要包括四川盆地、川渝及貴州山地丘陵地區(qū),III-2區(qū)為25°N以南地區(qū),主要包括廣西及貴州丘陵地區(qū)。另外,對一些因海拔與周邊臺站差距較大而不能代表所在分區(qū)氣候特征的臺站進行了剔除,而對于一些海拔與所在分區(qū)雖有一定的差距,但與周邊臺站相差不大的臺站,其氣候特征與所在分區(qū)相類似,即按所在分區(qū)臺站來處理。2年、月平均氣溫時間序列及資料選取該區(qū)域內分布相對均勻的135個站(國家基準、基本站)1961—2005年的年、月平均氣溫資料,對各站資料分別進行了均一性處理,對缺測資料進行了線性補插,然后分別求出4個分區(qū)所有測站的算術平均值,得到代表各分區(qū)的年、月平均氣溫時間序列,再進行相應的分析,氣候值選取1971—2000年的平均值。資料來自國家氣象信息中心氣象資料室。利用線性趨勢法、滑動平均、累積距平等方法,詳細分析溫度隨時間的演變特征。對氣溫突變的檢測采用Mann-Kendall突變檢測法進行。3增溫中心分布對所選的135個臺站分別進行線性趨勢分析,得到西南地區(qū)年平均氣溫變化趨勢的空間分布(見圖2),且各系列均通過了一定程度的顯著性檢驗。從圖2可以看出:近45年來,西南地區(qū)大部年平均氣溫的線性趨勢均為較明顯的上升趨勢,上升趨勢最明顯的地區(qū)在西藏、四川西南部及滇西北、滇東北、滇中及以南地區(qū),增溫中心也相應出現(xiàn)在這4個地區(qū)。值得注意的是,在四川的東北部及云南北部與四川的交界處存在氣溫下降趨勢,并有明顯的降溫中心,這與陳隆勛等的研究結論(35°N以南和100°E以東地區(qū)存在一個氣溫變冷區(qū),中心在四川及其鄰近地區(qū))和馬振鋒等的研究結論(在重慶、四川西南部至云南北部、川藏交界處存在氣溫下降趨勢,并出現(xiàn)了明顯的降溫中心)均較為一致。這表明在西南局部地區(qū),尤其是四川的東北部及云南北部與四川的交界處,其氣候變化與全球變暖存在非同步性。另外,廣西、貴州、重慶、四川大部及西藏東部為相對較弱的上升趨勢。同樣,可分析出西南地區(qū)四季氣溫變化線性傾向分布(圖3)?？傮w上看,各個季節(jié)增溫趨勢最為明顯的地區(qū)在西藏高原(包括西藏、四川西部、云南西北部)和云貴高原等高海拔地區(qū)。而在云南北部與四川交界處,各季節(jié)均表現(xiàn)為明顯的下降趨勢,四川東部也均表現(xiàn)為下降趨勢或非常弱的上升趨勢,其他地區(qū)為相對較弱的上升趨勢。就不同季節(jié)來說,冬季的總體增溫趨勢明顯大于其他季節(jié),最小為夏季。4不同地形樓梯的溫度變化特征4.1增溫速率分布表1給出了各分區(qū)年平均及四季氣溫的線性擬合情況?？偟膩碚f,各分區(qū)年平均氣溫均表現(xiàn)為上升趨勢,且均通過了一定程度的顯著性檢驗,上升趨勢最為明顯的是I區(qū),近45年來的增溫速率達0.24℃/10a,與全國近50年平均增溫速率0.25℃/10a較為接近,其他3個分區(qū)明顯小于全國平均增溫速率,特別是III-1區(qū),僅為0.07℃/10a,表現(xiàn)為非常弱的增長趨勢。也可看出,三級地形臺階的氣溫變化趨勢表現(xiàn)為高海拔地區(qū)的增溫明顯大于低海拔地區(qū),且海拔越高增溫趨勢越明顯。根據(jù)丁一匯等的研究,1951—2004年中國四季平均氣溫總體上都呈上升趨勢,但增溫速率有所不同。其中,冬季氣溫的上升最為明顯,增溫速率高達0.39℃/10a;春季次之,增溫速率為0.28℃/10a;秋季為0.20℃/10a;最小是夏季,為0.15℃/10a。而西南地區(qū)各分區(qū)的表現(xiàn)與全國平均情況有所不同,各分區(qū)增溫速率最大的也是冬季,與全國相同,其次為秋季,最小的是夏季或春季,這與全國的平均情況有所差異,也就是說西南地區(qū)各分區(qū)秋冬季的增溫速率明顯高于春夏季。特別是I區(qū),冬季增溫速率與全國平均情況一致,秋季、夏季的增溫速率均高于全國平均水平,這是該區(qū)域出現(xiàn)明顯增溫的主要貢獻。而III-1區(qū)夏季增溫速率則出現(xiàn)了弱的負增長,春季為非常弱的增長,這是該區(qū)域出現(xiàn)弱增長或負增長的主要貢獻。其他分區(qū)各季的增溫速率均小于全國平均水平。4.2各分區(qū)年平均氣溫變動特征圖4分別給出了西南地區(qū)各分區(qū)年平均氣溫距平及其5年滑動平均和累積距平曲線。從圖4可以看出,I區(qū)年平均氣溫(圖4a)60年代至80年代中期以負距平為主,滑動平均曲線基本在0值線以下擺動,累積距平曲線表現(xiàn)為明顯的下降趨勢。80年代中期以來,氣溫距平以正距平為主,滑動平均曲線基本在0值線以上擺動,累積距平曲線自1993年后呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢,特別是1998年以來,均為正距平,并表現(xiàn)出更為明顯的增溫趨勢。II區(qū)年平均氣溫(圖4b)60年代至80年代中期以負距平為主,滑動平均曲線基本在0值線以下擺動,累積距平曲線表現(xiàn)為明顯的下降趨勢。80年代中期至90年代中后期,具體是1986—1997年,正負距平交替出現(xiàn),無明顯的增減趨勢,1998年以來,除2000年外全都為正距平,且數(shù)值較大,累積距平曲線表現(xiàn)為顯著的上升趨勢。III-1區(qū)年平均氣溫(圖4c)60—70年代正負距平交替出現(xiàn),滑動平均曲線在0值線附近上下擺動,無明顯的增減趨勢。80年代前期至中后期,以負距平為主,累積距平曲線表現(xiàn)為較明顯的下降趨勢。80年代末至90年代中前期,具體是1989—1996年,正負距平交替出現(xiàn),無明顯的增減趨勢。1997年以來,均為正距平,滑動平均曲線在遠離0值線以上,同時累積距平曲線也表現(xiàn)為顯著的上升趨勢。III-2區(qū)年平均氣溫(圖4d)自60年代中后期至80年代中期,以負距平為主,滑動平均曲線也基本在0值線以下擺動,累積距平曲線表現(xiàn)為明顯的下降趨勢。80年代中期至90年代中期,具體是1986—1996年,正距平稍多于負距平,滑動平均曲線主要在0值線以上擺動,累積距平曲線表現(xiàn)為弱的上升趨勢。1997年以來,均為正距平,滑動平均曲線在遠離0值線以上,同時累積距平曲線也表現(xiàn)為顯著的上升趨勢。總的說來,西南地區(qū)各分區(qū)年平均氣溫60年代至80年代中期基本表現(xiàn)為明顯的下降趨勢或無明顯的增減趨勢,80年代中期至90年代中期,I區(qū)和III-2區(qū)為弱的上升趨勢,II區(qū)和III-1區(qū)無明顯的增減趨勢。90年代后期,具體是1997年以來,各分區(qū)均表現(xiàn)出顯著的增溫趨勢。因I區(qū)自80年代中后期以來就開始出現(xiàn)增溫,且90年代以來更為明顯,可認為I區(qū)增溫啟動時間早于其他分區(qū)。5年平均氣溫增溫突變利用Mann-Kendall檢驗方法,對各分區(qū)年平均氣溫時間序列進行了突變檢驗和分析。由圖5可見,I區(qū)年平均氣溫(圖5a)自20世紀70年代以來表現(xiàn)為增溫趨勢,特別是自80年代后期以來是I區(qū)年平均氣溫出現(xiàn)增溫突變的時間區(qū)域,具體是1987年后。但因UF和UB曲線未出現(xiàn)相交,故認為未表現(xiàn)出明顯的突變。II區(qū)年平均氣溫(圖5b)80年代末以來表現(xiàn)為增溫的趨勢,21世紀以來是II區(qū)年平均氣溫出現(xiàn)增溫突變的時間區(qū)域。根據(jù)UF和UB曲線的交點位置判斷,1995年是增溫突變點。III-1區(qū)年平均氣溫(圖5c)60—90年代表現(xiàn)為降溫趨勢,90年代末以來表現(xiàn)為增溫趨勢,但未出現(xiàn)突變。根據(jù)UF和UB曲線的交點位置判斷,1965年為降溫突變點,2001年為增溫突變點。III-2區(qū)年平均氣溫(圖5d)自90年代以來表現(xiàn)為增溫趨勢,特別是進入21世紀后,III-2區(qū)年平均氣溫出現(xiàn)增溫突變的時間區(qū)域,具體是2003年后,1997年為增溫突變點?？偟恼f來,各分區(qū)年平均氣溫均檢測出了增溫突變的特征,I區(qū)雖未檢測出具體的突變時間,但其突變的時間區(qū)域出現(xiàn)在80年代后期,明顯早于其他分區(qū),也進一步說明西藏高原等高海拔地區(qū)年平均氣溫增溫突變啟動時間早于其他低海拔地區(qū)。而III-1區(qū)雖90年代以前為降溫趨勢,但進入21世紀以來,還是表現(xiàn)為較明顯的增溫趨勢。6增溫速率分析(1)從線性趨勢的空間分布來看,西南地區(qū)大部年平均氣溫均為較明顯的上升趨勢,最顯著的地區(qū)在西藏、川西南及滇西北等高海拔地區(qū),而在川東北及云南北部存在降溫中心,這表明該地區(qū)氣候變化與全球變暖存在非同步性,四季的情況與年平均較為相似。就不同季節(jié)來說,冬季的總體增溫趨勢明顯大于其他季節(jié),最小為夏季。(2)從各分區(qū)的線性趨勢分析來看,年平均氣溫均表現(xiàn)為上升趨勢,最明顯的是I區(qū),與全國近50年的平均增溫速率較為接近,其他3個分區(qū)明顯小于全國平均增溫速率,特別是III-1區(qū)表現(xiàn)為非常弱的增長趨勢。三級地形臺階的氣溫變化趨勢表現(xiàn)為高海拔地區(qū)的增溫明顯大于低海拔地區(qū),且海拔越高增溫趨勢越明顯。各分區(qū)四季的增溫速率排序與全國平均情況有所不同,增溫速率最大的也是冬季,其次為秋季,最小的是夏季或春季。其中,I區(qū)夏、秋、冬三季增溫速率均大于或等于全國平均水平,而III-1區(qū)夏季增溫速率則出現(xiàn)了弱的負增長,其余分區(qū)各季的增溫速率均小于全國平均水平。各分區(qū)年平均氣溫60年代至80年代中期基本表現(xiàn)為明顯的下降趨勢或無明顯的增減趨勢,自90年代后期,具體是1997年以來均表現(xiàn)出顯著的增溫趨勢,且I區(qū)增溫啟動時間早于其他分區(qū)。(3)I區(qū)年平均氣溫80年代末期以來出現(xiàn)突變的時間區(qū)域,具體是1987年后,但未檢測出具體的突變點。II區(qū)的突變時間區(qū)域出現(xiàn)在21世紀,具體是2001年后,檢測出1995年是增溫突變點。III-1區(qū)未出現(xiàn)突變的時間區(qū)域,檢測出1965年為降溫突變點,2001年為增溫突變點。III-2區(qū)的氣溫突變的時間區(qū)域出現(xiàn)在90年代后期以來,具體是2003年后,1997年為增溫突變點。特別值得注意的是:I區(qū)高海拔地區(qū)年平均氣溫增溫突變啟動時間早于其他低海拔地區(qū),而III-1區(qū)雖90年代以前為降溫趨勢,但進入21世紀以來,還是表現(xiàn)為較明顯