云南近46年降水與氣溫變化趨勢的特征分析＊

劉 瑜,趙爾旭,黃 瑋,周建琴,琚建華

(1.云南省氣候中心,云南昆明 650034;2.云南省氣象科技服務(wù)中心,云南昆明 650034; 3.云南省氣象局,云南昆明 650034)

云南近46年降水與氣溫變化趨勢的特征分析＊

劉 瑜1,趙爾旭2,黃 瑋1,周建琴1,琚建華3

(1.云南省氣候中心,云南昆明 650034;2.云南省氣象科技服務(wù)中心,云南昆明 650034; 3.云南省氣象局,云南昆明 650034)

利用云南1961-2007年降水與氣溫資料進(jìn)行線性趨勢分析和突變檢驗。結(jié)果表明,近46年來云南年均降水量是趨于減少的,其中夏季降水量減少較為明顯,減少率為4.5 mm/10a,且夏季降水在1971年前后發(fā)生了由多到少的突變。從降水的季節(jié)變化特征及異常值統(tǒng)計結(jié)果來看,云南雨季平均降水量是趨于減少的,而干季平均降水量趨于增加;從降水的地域分布來看,滇南地區(qū)降水呈緩慢減少趨勢;滇中降水呈緩慢減少后略升狀態(tài);滇西北降水呈略升趨勢;滇東北降水為明顯下降趨勢。近46年云南年平均氣溫是升高的,從全省氣溫變化的季節(jié)特征及異常值統(tǒng)計結(jié)果來看,春夏秋冬四季增溫都明顯,但冬季氣溫增加最為顯著,增加率為0.27℃/ 10a,冬季平均氣溫在1995年出現(xiàn)了一次由冷到暖的突變。滇中及以東地區(qū)的氣溫變化增暖趨勢明顯,滇西地區(qū)氣溫也為增暖的變化趨勢。

云南;降水;氣溫;變化趨勢;特征

0 引言

氣候及其變化越來越受到廣泛關(guān)注。全球氣候變暖對環(huán)境、水資源、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)等各方面的影響已成為世界科學(xué)界的重要研究課題。根據(jù)IPCC第4次評估報告,最近100年(1906-2005年)的溫度線性趨勢為0.74℃(0.56℃至0.92℃)[1],這一趨勢大于《第三次評估報告》(TAR)給出的0.6℃(0.4℃至0.8℃)的相應(yīng)趨勢(1901-2000年)。全球溫度普遍升高,在北半球高緯度地區(qū)溫度升幅較大,而且這種上升趨勢還將持續(xù)。因此,氣象學(xué)者對氣候變化成因的研究格外關(guān)注[2-5]。對于氣候變化來說,氣溫和降水是非常重要的氣候要素,而云南處在低緯高原,同時受到西南季風(fēng)和東亞季風(fēng)的共同影響,氣候類型十分復(fù)雜。在全球變暖的大背景下,云南氣候變化也十分突出。王宇[6]分別分析了云南18個代表站1951-1994年近40年降水與氣溫的年際變化特征,并在此基礎(chǔ)上利用EOF方法分析了這18個站的空間分布特征,得出了一些有意義的結(jié)論;周國蓮等[7]也采用EOF方法分析了1961-2002年42年降水量的時空分布特征;尤衛(wèi)紅等[8]利用連續(xù)小波分析了云南近百年降水和氣溫的多時間尺度特征;張萬誠等[9]利用EOF和小波變換分析研究了西南縱向嶺谷區(qū)的近百年降水的時空分布特征。而對云南的氣候演變及氣候突變研究較少,因此本文利用最新的云南124站降水與氣溫資料,主要針對這兩個重要的氣候要素在云南的氣候演變趨勢及氣候突變進(jìn)行研究,這對云南的短期氣候預(yù)測具有十分重要的實際意義。

1 資料與方法

本文所用的資料為云南124站1961年1月-2007年2月的月降水與月平均氣溫;所指的春季是3-5月,夏季是6-8月,秋季是9-11月,冬季是12月至次年2月,干季是11月至次年4月,雨季是5月至10月。

為研究云南46年來降水與氣溫的變化趨勢,采用線性傾向估計方法與mann-kendall(M-K)非參數(shù)檢驗法。M-K方法的優(yōu)點在于不需要樣本遵從一定的分布。也不受少數(shù)異常值的干擾,更適合于氣象非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)。該方法還能明確變量的演變趨勢是否存在突變現(xiàn)象以及突變開始的時間,并指出突變區(qū)域。

2 云南降水、氣溫變化特征

2.1 年平均降水量及氣溫變化趨勢

為了分析云南氣候變化趨勢,把124個站的年降水量(氣溫)求和平均,得到一個年平均降水量(氣溫)系列,圖1是年均降水量(氣溫)1961-2006年變化曲線。從圖1a中可見,年均降水量是緩慢趨于減弱的,46年來降水減少了28.2 mm(減少率為6.1 mm/10a),相關(guān)系數(shù)通過了80%的顯著性檢驗,并且利用M-K方法進(jìn)行均值突變檢驗,結(jié)果表明云南46年間年均降水不存在突變現(xiàn)象;而從圖1b年均氣溫的線性趨勢來看,年平均氣溫是明顯趨于升高的,46年來增加了0.77℃(增加率為0.17℃/10a),相關(guān)系數(shù)通過了99%的顯著性檢驗。1976年以來,北半球中高緯大陸地區(qū)氣溫上升較快,特別是近20多年來,增暖的幅度達(dá)到了0.2℃/10a以上[10]。由此可見,近年來云南年平均氣溫的升高幅度僅略小于北半球年平均氣溫的增暖幅度,說明在全球變暖的大背景下,云南地區(qū)氣溫也呈明顯上升狀態(tài)。從云南年平均降水與氣溫的變化趨勢來綜合考慮,云南有由冷濕型氣候向暖干型氣候緩慢轉(zhuǎn)變的趨勢。雖然從年平均降水看減弱趨勢不很明顯,但是氣溫的增加則非常顯著。

圖1 1961-2006年云南年均降水(a)、氣溫(b)線性趨勢圖

云南整體的年平均降水緩慢趨于減少,而氣溫趨于增加,但是否云南每個地方的降水與氣溫的變化都是如此呢?為了說明這個問題,分別把124站的年降水量(年平均氣溫)系列應(yīng)用線性趨勢分析,做出124個站的近46年分布趨勢圖(圖2)。圖2a是云南124站46年年降水量變化趨勢,從圖中可見,雖然全省降水總的趨勢是減少的,但在省內(nèi)不同的區(qū)域,46年降水趨勢存在一定的差異,滇東大部地區(qū)和滇南大部地區(qū)降水減少明顯,達(dá)到20 mm/10a以上,減少最多的地區(qū)超過了40 mm/10a,而滇西北的部分地區(qū)降水則趨于增加,但增加趨勢幅度較小,由圖2a可看出,楚雄、麗江及迪慶的部分地區(qū)降水增加幅度為10 mm/10a,而滇中的部分地區(qū)46年來降水變化趨于平穩(wěn)。從圖2b云南省平均氣溫變化趨勢來看,除滇北局部地區(qū)外,全省大部地區(qū)的氣溫變化均為升高趨勢,升高幅度為0.1～0.2℃/10a,升高幅度最大的地區(qū)位于滇南及滇西北北部,最高的超過了0.4℃/10a,增暖非常顯著。而全省氣溫降低的地域范圍很小,僅占了滇北的麗江東部和楚雄北部的局部,與省內(nèi)其它地區(qū)的增溫幅度相比,降溫幅度非常小,僅為0.1℃/10a。另外,從圖2a、b還可看出,圖2a全省大部地區(qū)降水趨勢是明顯減少,對應(yīng)圖2b的地區(qū)大部氣溫趨勢是明顯升高,與前面分析的全省平均狀況是一致的。但滇西北降水增加的地區(qū)對應(yīng)的氣溫則分別有升高和降低的區(qū)域,這可能與滇西北特殊地形有關(guān):滇西北角處在青藏高原東南側(cè),屬于高原地區(qū)。很多氣象學(xué)者指出[4]:近年來,全球氣候加速變暖,冰川消融增強(qiáng),降水與徑流增加;翟盤茂等[5]人也認(rèn)為,近年來中國西部、特別是西北部降水呈明顯增加趨勢。因此,滇西北一角降水增多與西部高原地區(qū)的氣候變化是一致的。而楚雄北部和麗江東部的局部地區(qū)氣溫呈降低趨勢,這與任國玉等[11]得出的“中國大陸地區(qū)最明顯的增溫發(fā)生在北方和青藏高原地區(qū),而西南的四川盆地和云貴高原北部仍維持弱的降溫趨勢”結(jié)果也是一致的。

圖2 云南124站近46年年均降水量變化趨勢(a,單位:mm/10a)及年均氣溫變化趨勢(b,單位:℃/10a)分布圖

圖3 1961-2006年滇西北(a)、滇西南(c)、滇東北(e)、滇東南(g)、滇中(i)年均降水距平分布及對應(yīng)5個區(qū)(b、d、f、h、j)的年均氣溫距平分布(柱形圖表示距平,曲線表示5年滑動平均)

由于云南地形特殊,影響云南的天氣系統(tǒng)較為復(fù)雜,云南省氣象業(yè)務(wù)上將具有同一降水趨勢的地區(qū)劃為一個區(qū),這樣就把云南劃分為5個區(qū)分別進(jìn)行討論,這5個區(qū)是:滇西北、滇西南、滇東北、滇東南、滇中。圖3給出了這5個區(qū)域年平均降水量距平與年平均氣溫距平的變化對照圖。滇西北地區(qū)(圖3a、b)降水1960年代正距平稍占優(yōu)勢,即降水稍偏多,1970年代至1980年代負(fù)距平占優(yōu)勢,即降水變化一直處于偏少狀態(tài),進(jìn)入1990年代以后,正距平明顯增加,表明區(qū)域降水量增加趨勢明顯。氣溫在1980年代中期以前一致為負(fù)距平,區(qū)域氣溫明顯偏低,1980年代中期以后,正距平顯著增加,特別是1990年代以后,增加趨勢更為明顯。表明區(qū)域氣溫呈明顯的上升趨勢,且1990年代以后氣溫上升的最快。滇西南地區(qū)(圖3c、d)降水變化波動較明顯,存在10年左右的變化周期,按波動周期來看,近10年的區(qū)域降水量趨于減少。滇西南氣溫的變化與滇西北的趨勢基本一致,但變化的幅度沒有滇西北的大。滇東北地區(qū)(圖3e、f)降水在1970年代中期以前偏多,1970年代中期以后,降水變化有小幅波動,但總體區(qū)域年平均降水量是呈小幅度減少的,特別是近年來降水減少的較明顯。滇東北氣溫從1960年代至1990年代末期都較低,以負(fù)距平為主,1990年代末期以來氣溫呈明顯升高趨勢。滇東南地區(qū)(圖3g、h)降水也呈較明顯的波動形式,與滇西南的降水趨勢基本一致,但波動幅度沒有滇西南降水的變化幅度大,兩個地區(qū)降水趨勢出現(xiàn)基本一致的情況,可能是由于云南特殊的地理位置與地形造成了云南南部降水主要受熱帶系統(tǒng)影響有關(guān)。滇東南氣溫的變化與滇東北的氣溫變化基本一致,1960年代至1990年中期氣溫較低, 1990年代中期以后才開始出現(xiàn)明顯的升高。滇中地區(qū)(圖3i、j)降水在1960年代稍偏多,1970年代至1990年代中期降水一直呈減少的趨勢,1990年代中期以后,降水有明顯的增加。1960年代至1990年代滇中氣溫偏低,1990年代以后滇中氣溫明顯升高,滇中氣溫的變化與滇東北和滇東南的氣溫變化類似。

由于影響云南各地的天氣系統(tǒng)存在著一定的差異,造成了云南各地降水與氣溫變化的異同。滇東北和滇南的降水變化趨勢為下降,滇西北有緩慢上升趨勢,滇中前期下降后期弱的上升。滇中及以東地區(qū)的氣溫變化趨勢為前期略降后期升溫明顯,而滇西的氣溫變化趨勢為基本持續(xù)上升。

2.2 季節(jié)平均降水量、氣溫變化趨勢

云南是典型的季風(fēng)氣候區(qū),干濕季節(jié)分明,雨季的降水量占了全年降水的80%～90%。而雨季的降水主要集中在夏季,所以夏季降水的變化基本能代表云南雨季降水的變化情況。但雨季開始前的春季是云南工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最為重要的時期,前人有不少研究都討論了這段時期的降水對云南工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要影響[12-15]。另外從氣溫來看,近年來由于溫室氣體的大量排放,全球大部地區(qū)氣溫處于變暖趨勢中,這與云南全省的狀況是一致的。但氣溫變化在不同的季節(jié)對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有不同的影響。因此,各季節(jié)的氣候變化對云南來說都是非常重要的。在此,我們分季節(jié)分別討論降水氣溫的變化趨勢情況,為節(jié)省篇幅,只敘述討論的結(jié)果。

云南春季降水量具有增加的趨勢,增加較明顯的區(qū)域是滇中及以西以南地區(qū)。總的降水趨勢46年來增加了16.2 mm(增加率為3.5 mm/10a),并且相關(guān)系數(shù)達(dá)到了95%的顯著性檢驗。應(yīng)用M-K檢驗方法進(jìn)行均值突變檢驗,發(fā)現(xiàn)1970年代初以來,云南春季降水量有明顯增加趨勢,特別是在1970年代中期,這種增加趨勢超過了95%臨界線,在1972年前后云南春季降水發(fā)生了由少到多的突變。云南夏季降水是趨于減弱的,減弱最明顯的區(qū)域在滇東南、滇西南,這與圖2a的趨勢分布情況是基本一致的,可見夏季降水是云南全年降水的主要組成部分。近46年來云南夏季降水量減少明顯,46年中減少了20.7 mm(減少率為4.5 mm/10a),并且相關(guān)系數(shù)達(dá)到了95%的顯著性檢驗。應(yīng)用M-K檢驗方法進(jìn)行均值突變檢驗,檢驗結(jié)果表明1970年代以來,云南夏季降水量有一明顯減少趨勢,特別是在1980年代末期至1990年代末期,這種減少趨勢均超過了95%臨界線,在1971年前后云南夏季降水發(fā)生了由多到少的突變。云南秋季降水也是趨于減少的,46年來減少了5.5 mm(減少率為1.2 mm/10a),但相關(guān)不顯著, M-K檢驗沒有明顯突變。云南冬季降水是趨于增加的,46年來增加了1.3 mm(增加率為0.3 mm/ 10a),相關(guān)不顯著,M-K檢驗沒有明顯的突變。

以上分析表明,云南雨季(夏、秋季)降水總量趨于減少,干季(冬、春季)降水總量趨于增加,但干季降水量增加的幅度沒有雨季降水量減少幅度的大,因此云南近46年來總的降水趨勢是趨于減少的。

從氣溫的季節(jié)變化來看,云南124站春夏秋冬各季均表現(xiàn)出增溫趨勢,且增溫最明顯的區(qū)域位于滇中以南及滇西北地區(qū),冬季和秋季增溫較春季和夏季明顯。而冬季氣溫上升最為顯著,46年來增加了1.27℃(增加率為0.27℃/10a),相關(guān)系數(shù)超過了99%的顯著性檢驗。應(yīng)用M-K檢驗方法進(jìn)行均值突變檢驗,云南冬季從1980年代初期溫度開始明顯增加,2000年以后增溫趨勢通過了95%的臨界線,在1995年出現(xiàn)了一次由冷到暖的突變。春季氣溫增加率為0.09℃/10a,相關(guān)系數(shù)通過了90%的顯著性檢驗,M-K檢驗沒有突變;夏季氣溫增加率為0.15℃/10a,相關(guān)系數(shù)超過了99%的顯著性檢驗,M-K檢驗表明1979年以后氣溫有明顯上升,突變點在1987年;秋季氣溫增加率為0.17℃/10a,相關(guān)系數(shù)檢驗超過了99%的顯著性檢驗,M-K檢驗表明1993年以后氣溫有明顯上升,突變點在1996年。

2.3 云南降水、氣溫異常的統(tǒng)計分析

降水異常對社會經(jīng)濟(jì)和人類活動以及人民生命財產(chǎn)安全有著重要的影響。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,降水異常所造成的影響越來越強(qiáng)烈。對于降水異常,采用距平絕對值超過標(biāo)準(zhǔn)差兩倍以上為達(dá)到異常的標(biāo)準(zhǔn)。

式中:Ki為降水異常指數(shù);Ri為某年(季)降水量; R為多年平均降水量;S為標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)≥2時為出現(xiàn)異常,當(dāng)在1.5～2之間時為接近異常。Ki為正值時為降水偏多異常,反之亦然。

利用上述降水異常公式計算了云南124站年總降水及各季節(jié)降水異常指數(shù),并統(tǒng)計出降水異常和接近異常出現(xiàn)次數(shù)(表1)。從表1的統(tǒng)計可見,云南年總降水量變化趨勢較為平緩,沒有明顯的降水異常發(fā)生,僅出現(xiàn)6次接近異常,并且接近負(fù)異常發(fā)生的概率較高,從這6次發(fā)生接近異常年代來看,1980年代后期以來,年總降水主要以接近負(fù)異常為主,這與前面分析的全省年降水量趨于減少趨勢相吻合。春季降水發(fā)生了兩次正異常,這兩次正異常發(fā)生在1990年及2004年,春季降水的4次接近負(fù)異常都發(fā)生在1990年代以前,所以從春季降水異常的發(fā)生情況來看,云南春季降水進(jìn)入了一個偏多時期。夏季降水的2次正異常發(fā)生在1980年代以前,1980年代以后夏季降水都以負(fù)異常出現(xiàn),由此也可看出夏季降水逐漸進(jìn)入了一個偏少時期。秋季降水的正接近異常主要出現(xiàn)在1980代中期至1990年代中期之間,1990年代后期以來,秋季降水以負(fù)異常為主。冬季降水異常的分布與春季降水異常分布類似。由此可見,從降水異常的分布情況也可看出,云南省年總降水量的變化較為平緩,夏、秋季節(jié)的降水趨于減弱,而春、冬季節(jié)的降水趨于增加。

表1 1961-2006年年降水及季節(jié)降水異常統(tǒng)計表

氣溫異常是指氣溫嚴(yán)重偏離平均狀態(tài)。對于氣溫異常,采用氣溫距平絕對值超過標(biāo)準(zhǔn)差兩倍以上為達(dá)到異堂的標(biāo)準(zhǔn),即當(dāng)氣溫距平絕對值≥2時為出現(xiàn)異常,當(dāng)絕對值在1.5～2之間時為接近異常,若為正距平則是高溫異常,反之亦然。

表2是1961-2006年年氣溫及季節(jié)氣溫異常統(tǒng)計表。從表2可看出,每個季節(jié)的異常值均表現(xiàn)為1990年代前為低溫異常(春季除外),1990年代中期以后為高溫異常,也就是說1970年代中期以前云南氣溫較低,各季節(jié)出現(xiàn)氣溫異常偏低的概率較高。進(jìn)入1990年代中期以后,氣溫以正異常為主,溫度在不斷升高,各季節(jié)氣溫均出現(xiàn)了由低到高的突變,這與前面用M-K檢驗得出的結(jié)論完全一致。在全球增溫的大背景下,進(jìn)入21世紀(jì)后云南省也出現(xiàn)了連續(xù)異常的高溫天氣,而且出現(xiàn)了連續(xù)14年的暖冬氣候。從各季節(jié)的異常分布來看,1990年代后期以后,云南各季節(jié)的氣溫都是出現(xiàn)正異常,表明云南各季節(jié)的氣溫1990年代中期以來氣溫呈明顯上升趨勢。春季氣溫變化稍為平緩,M-K檢驗也表明春季氣溫沒有突變,夏、秋、冬季氣溫變化較為激烈,異常值的變化點與這三個季節(jié)M-K檢驗出現(xiàn)的突變點基本一致。

表21961 -2006年年氣溫及季節(jié)氣溫異常統(tǒng)計表(加粗體為異常年,其它為接近異常年)

3 結(jié)論

利用云南1961-2007年降水與氣溫資料進(jìn)行線性趨勢分析和突變檢驗,得出以下結(jié)論:

(1)云南近46年來年平均降水量是趨于減少的,特別是夏季降水量減少較為明顯,減少率為4.5 mm/10a,相關(guān)系數(shù)達(dá)到了95%的顯著性水平,并且在1971年前后夏季降水發(fā)生了由多到少的突變;春季降水量有增加的趨勢,增加率為3.5 mm/ 10a,相關(guān)系數(shù)也達(dá)到了95%的顯著性檢驗,1972年前后春季降水發(fā)生了由少到多的突變;秋季降水量則趨于減少,冬季降水量趨于增加。由于云南干季降水量的增加率小于雨季降水量的減少率,因此總體來看,云南年均降水量是趨于減少的。

(2)云南近46年來年平均氣溫是明顯升高的,升高率為0.17℃/10a,相關(guān)系數(shù)超過了99%的顯著性水平,在1997年出現(xiàn)了一次由冷到暖的突變;其中冬季平均氣溫增加最為顯著,增加率為0.27℃/10a,相關(guān)系數(shù)超過了99%的顯著性檢驗,冬季平均氣溫1995年出現(xiàn)了一次由冷到暖的突變;春、夏、秋季的平均氣溫均呈現(xiàn)明顯增加的狀態(tài)。

(3)在云南的不同地區(qū),由于地形和天氣系統(tǒng)影響的差異,出現(xiàn)了降水及氣溫的區(qū)域差異。滇南地區(qū)降水變化趨勢基本一致,滇東北、滇西北、滇中有各自的降水特點;滇中及以東地區(qū)氣溫變化基本一致,滇西地區(qū)具有基本相同的氣溫變化趨勢。

(4)從降水異常的分布情況可看出,云南省年總降水量的變化較為平緩,夏、秋季節(jié)的降水趨于減弱,而春、冬季節(jié)的降水趨于增加。從氣溫的異常分布來看,1990年代后期以來,云南年平均氣溫及各季節(jié)平均氣溫是增加的。因此,云南有由冷濕型氣候向暖干型氣候緩慢轉(zhuǎn)變的趨勢。

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Characteristic Analysis of Precipitation and Temperature Trend in Yunnan Province in Recent 46 Years

Liu Yu1,Zhao Erxu2,HuangWei1,Zhou Jianqin1and Ju Jianhua3

(1.Climate Center of Yunnan,Kunm ing650034,China;2.M eteorological Science and Technology Services Center of Yunnan,Kunm ing650034,China,3Yunnan ProvincialM eteorological Bureau,Kunm ing650034,China)

Using the latest data of precipitation and temperature in Yunnan in the period from 1961 to 2007, their linear variation and mutations are analyzed.The results indicate that the average annual precipitation in Yunnan in recent 46 years tends to decrease.In particular,the summer precipitation decreases obviously,with a decreasing rate of 4.5 mm/10a.The summer precipitation abruptly decreased around 1971.From the seasonal variation of precipitation and the statistical results of precipitation anomalies,the mean precipitation in rainy seasons in Yunnan tends to decrease,however the average precipitation in dry seasons tends to increase.From the perspective of geographical distribution of precipitation,the precipitation in southern Yunnan shows a gradual decrease trend.But the precipitation in central Yunnan indicates a trend of gradual decrease and then increase. The precipitation in northwest Yunnan tends to slightly increase.In northeast Yunnan,precipitation shows a clear decreasing trend.In recent46 years,the annualmean temperature in Yunnan is increasing.The characteristicsof seasonal temperature variation and the statistical results of temperature anomalies show that the temperatures in all the four seasons obviously increase,especially the winter temperature,which increases the most obviouslywith an increasing rate of 0.27℃/10a.A mutation ofwinter average temperature from cold towarm occurred in 1995.The war ming trend in central and eastern Yunnan is clear.The temperature in western Yunnan also tends to getwar m.

Yunnan;precipitation;temperature;trend;characteristics

P426.61+3;P423

A

1000-811X(2010)01-0039-06

2009-07-27

國家自然科學(xué)基金項目(40905033);國家自然科學(xué)基金與云南省聯(lián)合資助重點項目(U0833602);昭通市烤煙生產(chǎn)信息數(shù)字化與烤煙氣候資源分析研究項目(2006)

劉瑜(1958-),女,云南武定人,教授級高工,主要從事短期氣候預(yù)測及氣候變化研究工作.E-mail:cqkly@163.com