中國(guó)亞熱帶南嶺山地氣候變化特點(diǎn)及趨勢(shì)

段輝良,曹福祥

(中南林業(yè)科技大學(xué),湖南 長(zhǎng)沙 410004)

中國(guó)亞熱帶南嶺山地氣候變化特點(diǎn)及趨勢(shì)

段輝良,曹福祥

(中南林業(yè)科技大學(xué),湖南 長(zhǎng)沙 410004)

使用RegCM-Miroc預(yù)估數(shù)據(jù),采用線性傾向估計(jì)法,對(duì)南嶺山地2030～2050年的年均降水、年平均氣溫、7月平均氣溫進(jìn)行分析。結(jié)果表明: 降水呈逐年增加的趨勢(shì),但增幅相對(duì)1980～2010年明顯減少；氣溫的較快升高,增幅相對(duì)1980～2010年明顯增加。

山地氣候模型；南嶺山地；氣候變化

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第一工作組第四次評(píng)估報(bào)告指出：近50年(1956～2005年)的線性變暖趨勢(shì)為每10年增加0.13℃,幾乎是近100年(1906～2005年)的2倍。而中國(guó)近100年(1906～2005年)的年平均氣溫上升了(0.78±0.27 ℃),明顯高于同期全球的平均氣溫升高幅度(0.5～0.6 ℃)[1]。近年來(lái),我國(guó)許多學(xué)者對(duì)我國(guó)部分區(qū)域氣候變化進(jìn)行重點(diǎn)研究,例如對(duì)青藏高原[2],對(duì)東北西北地區(qū)[3]比較深入。但對(duì)南方山地氣候變化的研究較少,國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)這一部分的研究還不夠全面。由于山地受地形的影響很大,在全球氣候變化的背景下,對(duì)山地氣候特點(diǎn)進(jìn)行研究具有一定意義[4]。南嶺山地以森林為主,預(yù)估南嶺山地氣候變化趨勢(shì)對(duì)提高南嶺山地應(yīng)對(duì)氣候變化的能力具有重要的科學(xué)意義[5]。

1 研究區(qū)概況

南嶺山脈是中國(guó)江南最大的橫向構(gòu)造帶山脈。同時(shí)也是長(zhǎng)江與珠江流域的分水嶺。它是溫帶動(dòng)植物最南端的避難所,也是熱帶亞熱帶動(dòng)植物的基因?qū)殠?kù),南嶺的地帶性植被是亞熱帶常綠闊葉林，多分布在海拔800 m以下。一些研究表明，氣候變化已經(jīng)成為一個(gè)全球性的威脅[6]。由于近年來(lái)，全球環(huán)境的變化，該地區(qū)的植被也發(fā)生了許多變化[7],該文研究范圍為 109°～ 115°E，24°～ 27°N區(qū)域。該文將對(duì)該區(qū)域的30年（1980～2010年）來(lái)的氣候變化特點(diǎn)進(jìn)行分析并對(duì)未來(lái)20年（2030～2050年）氣候的變化進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)估。

該地區(qū)的地勢(shì)為“U”形,東、南、西側(cè)均是海拔高度超過(guò)500 m的山峰,中間部分為海拔高度為200～300 m地盆地,地勢(shì)平坦。南嶺阻擋南北氣流的運(yùn)行,以致南北坡的水熱狀況有一定差異,尤以冬溫最為明顯[8]。例如瑤山(屬于南嶺)以北的坪石,1月均溫為7.5 ℃,而山南樂(lè)昌為9.5 ℃；萌渚嶺以北江華1月均溫為7.3℃,而嶺南連縣高達(dá) 9.5 ℃。

圖1 南嶺地形地勢(shì)Fig.1Nanling Mountain domain and topography

2 數(shù)據(jù)資料選取與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

大氣環(huán)流模式 (GCM) 對(duì)未來(lái)氣候情形的預(yù)測(cè)通常采用大網(wǎng)格(50×50 經(jīng)緯網(wǎng)格或更大)模擬,從而降低了對(duì)氣候變化預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性(尤其是對(duì)一些特殊區(qū)域)。由于區(qū)域氣候模式(RegCM)具有較高的水平分辨率 ,模擬和預(yù)測(cè)結(jié)果可以提供更多的區(qū)域氣候信息[9],因而越來(lái)越受到了研究者的重視。該文使用國(guó)家氣候中心提供RegCM-Miroc預(yù)估數(shù)據(jù), 降水?dāng)?shù)據(jù)格距為：0.25 °×0.25 °。氣溫?cái)?shù)據(jù)格距為：0.008 421°×0.008 421°。由于精度相對(duì)于GCM有很大的提高,更能反應(yīng)出該區(qū)域的氣候信息。

2.2 處理方法

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型模擬結(jié)果的比較,驗(yàn)證模擬結(jié)果的可信度。通過(guò)對(duì)模擬的結(jié)果,采用線性傾向估計(jì)法預(yù)估未來(lái)的氣候變化趨勢(shì)。

氣候趨勢(shì)分析采用線性傾向估計(jì)法,即

式中：Yi為氣候要素值；Ti為氣候要素對(duì)應(yīng)的時(shí)間；A和B分別為回歸系數(shù)和回歸常數(shù)，A也稱為氣候傾向率，A＞0表示氣候要素隨時(shí)間T升高（增大），A＜0表示氣候要素隨時(shí)間T降低（減少），A的大小表示氣候要素隨時(shí)間的變化速率。同時(shí)為了幫助對(duì)氣候年際變化的識(shí)別,使用了5年滑動(dòng)平均線。

3 降水變化特點(diǎn)及趨勢(shì)

以往的研究表明，RegCM能夠較好地模擬中國(guó)地面降水、氣溫以及環(huán)流場(chǎng)的季節(jié)演變特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)模擬出的降水、氣溫與實(shí)測(cè)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，RegCM模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)能基本保持一致,湖南省與江西省邊界兩側(cè)的降水分布與該區(qū)域地勢(shì)密切相關(guān)，2010年該區(qū)域年降水模擬值為1464.07 mm，其分布如圖2所示。

圖2 2010年降水分布Fig.2Annual precipitation distribution of 2010

對(duì)該圖數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,用降水量與所占比重進(jìn)行累加計(jì)算得到該區(qū)域的年平均降水量,該方法能直觀地得出分布狀態(tài)。進(jìn)而對(duì)圖片進(jìn)行解析后得到如表1所示所示的數(shù)據(jù)。

表1 2010年年均降水Table 1Annual precipitation of 2000

其余年份采用類似方式得到圖3所示的年均降水量(經(jīng)平滑處理,下同)、回歸系數(shù)、趨勢(shì)系數(shù)、5年滑動(dòng)平均線(年平均氣溫及7月平均氣溫采用相同的方法)。

圖3 1980～2010年均降水量(mm/year)、回歸系數(shù)、趨勢(shì)系數(shù)、5年滑動(dòng)平均線Fig. 3Annual precipitation(mm/year), regression coeff i cient, trend coeff i cient and 5-year moving average of 1980～2010

從模擬結(jié)果看,年降水量的實(shí)測(cè)降水與模擬結(jié)果基本一致,觀測(cè)平均值為1401.34 mm。RegCM氣候模型模擬值為1493.29 mm。平均誤差在30.67 mm/10 a,誤差在2.19%左右。采用該方法能基本證實(shí)模型對(duì)該區(qū)域氣候變化模擬的可信

圖4 2050年降水分布Fig.4 Annual precipitation distribution of 2050

2030～2050模擬數(shù)據(jù)表明,其回歸系數(shù)為正，表明降水還是呈逐年增加的趨勢(shì),該區(qū)域年均降水為1565.61mm,較1980至2010年均降水1493.29 mm有所增加,但增幅相對(duì)1980～2010年明顯減少,圖5的斜率(0.86)遠(yuǎn)小于圖3的斜率(6.70),也說(shuō)明降雨相對(duì)減少明顯。變得相對(duì)干旱。度較高。

從1980～2010年均降水量變化趨勢(shì)圖（圖3）可以看出,年降水回歸系數(shù)為正,表明年降水呈增加的趨勢(shì)。對(duì)2030至2050的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到如圖4、圖5所示的降水分布和趨勢(shì)曲線。

圖5 2030～2050降水量(mm/year)、回歸系數(shù)、趨勢(shì)系數(shù)、5年滑動(dòng)平均線Fig. 5 Annual precipitation(mm/year), regression coeff i cient, trend coeff i cient and 5-year moving average of 1980～2010

4 年平均溫變化特點(diǎn)及趨勢(shì)

溫度是物種分布的主要限制因子之一,高溫限制了北方物種分布的南界,而低溫則是熱帶和亞熱帶物種向北分布的限制因素[10]。對(duì)該區(qū)域的溫度變化特點(diǎn)及趨勢(shì)進(jìn)行研究對(duì)物種的潛在分布或物種的遷移方向均有重要意義。

圖6 2010年年平均溫 VS 2050年年平均溫(℃)Fig. 6 Average temperature in January 2010 and 2050 (℃)

圖7 1980～2010 年平均氣溫(℃)、回歸系數(shù)、趨勢(shì)系數(shù)、5年滑動(dòng)平均線Fig. 7 Average temperature in January(℃), regression coeff i cient, trend coeff i cient and 5-year moving average of 1980～2010

圖8 2030～2050年年平均氣溫(℃)、回歸系數(shù)、趨勢(shì)系數(shù)、5年滑動(dòng)平均線Fig. 8 Average temperature in January(℃), regression coeff i cient, trend coeff i cient and 5-year moving average of 1980～2010

自1980年至于2010年，該區(qū)域的氣溫整體上呈上升趨勢(shì),1994年為最低值，但隨后上升較快，2010年達(dá)到17.5 ℃。該時(shí)間段年平均氣溫為16.83℃。

預(yù)估數(shù)據(jù)表明,該區(qū)域年平均氣溫在2030年至2050年達(dá)到18.56 ℃。較1980年至2010年的16.83℃升高了1.73℃,說(shuō)明年平均氣溫有較大幅度的升高。這對(duì)于一些喜冷物種來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)災(zāi)害,但對(duì)于喜溫性物種來(lái)說(shuō)則非常有利。

5 7月平均溫變化特點(diǎn)及趨勢(shì)

該區(qū)域的7月氣溫呈上升趨勢(shì),但上升的幅度很少,該時(shí)間段7月平均氣溫為24.29 ℃。

圖9 2010年7月平均溫 VS 2050年7月平均溫(℃)Fig. 9 Average temperature in July 2010 and 2050(℃)

預(yù)估數(shù)據(jù)表明,該區(qū)域7月平均氣溫在2030年至2050年達(dá)到25.72℃。較1980年至2010年的24.29 ℃升高了1.43℃,說(shuō)明7月平均氣溫也有較大幅度的升高。

圖10 1980～2010年7月平均溫、回歸系數(shù)、趨勢(shì)系數(shù)、5年滑動(dòng)平均線Fig.10 Average temperature in July(℃), regression coeff i cient, trend coeff i cient and 5-year moving average of 1980～2010

圖11 2030～2050年7月平均溫(℃)、回歸系數(shù)、趨勢(shì)系數(shù)、5年滑動(dòng)平均線Fig. 11Average temperature in July(℃), regression coeff i cient, trend coeff i cient and 5-year moving average of 2030～2050

6 結(jié)論與討論

南嶺山地降水呈逐年增加的趨勢(shì),但增幅相對(duì)1980～2010年明顯減少；氣溫較快升高,年平均溫增加趨勢(shì)為(0.58 ℃/10 a)7月平均溫增加趨勢(shì)為(0.47 ℃/10 a)。由于氣溫的升高、將導(dǎo)致地面降水有所加強(qiáng),但蒸散作用增加表現(xiàn)得更加突出,土壤含水量將減少。

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Characteristics and trends of climate change of Chinese subtropical Nanling Mountain

DUAN Hui-liang, CAO Fu-xiang
(Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By using RegCM-Miroc approximate data，and adopting linear trend estimation method, the average annual precipitation,annual average temperature, average temperature of July in 2030～2050 of Nanling mountain were forecasted. The results show that the precipitation will take a rising trend, but the increase amplitude predicted will signif i cantly reduced than the factual increase amplitude in 1980～2010; the temperature will relatively soon increase, the increase amplitude predicted will signif i cantly arise relative to the factual increase amplitude in 1980～2010.

mountainous climate model; Nanling Mountain; climate change

S718.5H2

A

1673-923X(2012)09-0110-04

2012-06-21

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(200804001)

段輝良(1978-)，男，湖南衡陽(yáng)人，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)仿真及氣候變化數(shù)據(jù)模擬；E-mail:Flduan@csu.edu.cn

[本文編校:吳 毅]