1957—2015年山西省春季氣候變化時空演變特征

孔鋒 王一飛 方建

摘要 采用1957—2015年氣象資料，對山西省春季降水、溫度及降水溫度變化趨勢比的時空分布及變化趨勢進行了研究。結果表明，山西省春季降水變化趨勢存在空間上的差異，其中晉南主要表現為減少趨勢，晉西北和晉中部分地區表現為增多趨勢，并且這種趨勢會隨著氣候變暖逐漸加強。全省范圍內的溫度變化均表現為升高的趨勢，其中溫度升高幅度最大的2個區域分別為五臺山地區和晉南的臨汾、運城、晉城；晉西北的朔州、忻州、呂梁一帶與晉中的太原及其他部分地區溫度升幅相對較小。能夠反映春季氣候變化異常的降水溫度變化趨勢比的時空分布與降水的時空分布基本一致，仍為五臺山地區和晉南最小，晉西北最大，說明未來山西地區氣候變化將會變得更加不穩定。

關鍵詞 氣候變化；降水；溫度；時空分布；春季；山西省

中圖分類號 S162 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）18-0151-03

Abstract Based on the meteological data from 1957 to 2015， the trend and temporalspatial distribution of the precipitation and temperature change in springs of Shanxi Province were analyzed. The results showed that the spring precipitation trends of Shanxi Province were significant spatial differences. The trends in south of Shanxi Province were declining as well as the trend of northwest in Shanxi Province and parts of center in Shanxi Province were increasing， and this trend would gradually be strengthened as the climate were getting warm. The tendency of temperature were manifested as increasing in provincewide range. The temperature were increasing significantly in the two regions： Wutai Mountain area and Linfen， Yuncheng as well as Jincheng in southern Shanxi. The temperature of Shuozhou， Xinzhou and Luliang in northwest Shanxi as well as Taiyuan and parts of Jinzhong rised relatively small. The temporal and spatial distribution of abnormal precipitation and temperature in spring was almost same with the temporalspatial distribution of the precipitation： the Wutai Mountain area and southern Shanxi minimum， northwest in Shanxi maximum. This showed that the future climate change in Shanxi would become more unpredictable.

Key words Climate change；Precipitation；Temperature；Spatiotemporal distribution；Spring；Shanxi Province

山西省地處黃土高原與華北平原過渡帶，氣象災害種類多、強度大、頻率高，是我國氣象災害頻繁發生的省份之一[1]，經常發生的氣象災害主要有干旱、暴雨雪、大風、雷電、冰雹、霜凍等，每年因氣象災害造成的經濟損失占全省生產總值的1%～3%，全省平均每年由各種災害造成的農作物受災面積200多萬hm2，影響人口近700萬人，直接經濟損失70多億元[2]。隨著經濟的發展，氣象災害已經成為制約山西省經濟社會發展、危及人民群眾生命財產安全的重要因素[3-4]。春旱作為一種自然災害，嚴重影響山西省糧食作物小麥的生長發育，它的發生程度主要由3—5月的降水與溫度決定[5]，它的形成是一個漸近和累積的過程，發生緩慢而不易被察覺。干旱通常是水分的收支平衡被打破而形成的水分短缺現象[6]，它是一種綜合自然災害，它的發生和發展與降水、氣溫、底墑、灌溉及種植結構等因素有關[7]。干旱一旦發生將是大范圍的，無論對農業、工業都將造成嚴重的影響[8]。2013年春季，山西運城、長治、臨汾部分地區缺少有效降水，造成運城、臨汾、長治、晉城、晉中5市39個縣（區）359萬人受災，5.4萬人飲水困難，約2.8萬人需生活救助，農作物受災面積38.95萬hm2，其中絕收4.01萬hm2；直接經濟損失11億元。2015年以來，山西多地遭受多年未遇的嚴重干旱，直接經濟損失達67.5億元，造成山西604.3萬人受災，農作物受災面積126.79萬hm2，絕收面積22.36萬hm2。山西省以小麥為主要農作物，小麥產量的高低受干旱影響較大，春旱由于發生在小麥的生長旺盛期，嚴重時會造成土地干裂，麥苗枯死現象。同時，干旱還造成小麥根系不發達，對小麥抵御春季寒潮的襲擊十分不利，小麥越冬死亡率將會增加，嚴重影響小麥的營養物質積累和后期產量[9]。同時春旱的發生機率在所有干旱中發生機率也最高，危害也最嚴重[10]。春旱的時空分布隨著全球氣候變暖的加劇而呈現出顯著的頻發性和變異性。對春季干旱進行監測、研究，了解和掌握春旱發生、發展的變化規律，有效應對氣候變化對山西省農業和國民經濟的影響，在未來的政府決策中將會起到越來越重要的作用。筆者從山西省春季氣溫和降水的變化趨勢入手，以降水和氣溫變化趨勢比來量化氣候變化程度，揭示該省長期氣候干濕趨勢變化特征。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

山西省地理坐標為34°36′～40°44′N、110°15′～14°32′E，地處我國黃河中游、華北西部的黃土高原地帶，東鄰河北，西接陜西，南連山西，北臨內蒙古自治區。南北約長680 km，東西約寬380 km，總面積15.63萬km2。從地圖上看，其輪廓呈由東北傾向西南的平行四邊形。山西省地形較為復雜，境內有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等多種地貌類型，整個地貌是被黃土廣泛覆蓋的山地型高原，大部分在海拔1 000～2 000 m（圖1）。由于地形多樣，高差懸殊，既有緯度地帶性氣候，又有明顯的垂直變化。山西地處中緯度，距海不遠，但因山脈屏障，夏季風影響不大，屬于暖溫帶、溫帶大陸性氣候。年平均氣溫在-4～14 ℃，氣溫地區分布總趨向是自南向北、自平川向山地遞減；無霜期南長北短，平川長山地短，全省年降水量400～650 mm。山西北部由于受內蒙古冬季冷氣團的襲擊，比較寒冷；南部受到從河南黃淮海平原和豫北平原北上的夏季暖濕氣團的滋潤，比較溫和；南北氣候差異明顯。氣候特征是：冬季漫長，寒冷干燥；夏季南長北短，雨水集中；春季氣候多變，風沙較多；秋季短暫，天氣溫和。全境日照充足，熱量資源較豐富；災害性天氣較多，“十年九旱”；晝夜溫差較大。

1.2 數據來源

選取山西省19個氣象站1957—2015年春季（3—5月）的降水量、平均氣溫序列，數據來源于中國氣象科學數據共享服務網。站點分布狀況見圖1。

1.3 分析方法

基于山西省19個氣象觀測站1957—2015年的降水、溫度數據，對每個氣象站的溫度、降水數據進行趨勢擬合，在取得各縣的降水、溫度趨勢之后，利用ArcGIS系統分別對山西省春季的降水、溫度趨勢分布進行分析。春季干旱發生時，降水偏少的同時往往伴隨著溫度的升高，降水溫度變化趨勢比可以較好地反映一個地區的春季氣候異常變化情況，在此采用該方法對山西省境內春季降水溫度變化趨勢比變化的時空分布進行分析，研究其變化特征與其他單個氣候因子（降水、溫度）之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 春季降水變化趨勢的時空分布

在統計山西省各氣象站點春季總降水量的基礎上，進行趨勢擬合，然后采用ArcGIS進行趨勢分布制圖（圖2）。從圖2可以看出，晉南的長治、運城及臨汾、晉城的部分地區為降水減少較多區域，該區域降水變化趨勢空間呈現“V”型結構分布特征，減少最多達0.719 7 mm/a。山西中部及南部部分地區降水變化相對較小，降水變化趨勢空間呈現“+”型結構分布特征；山西西北部、晉中東部等地春季降水為增多趨勢，降水變化趨勢空間呈現“T”型結構分布特征，增多最高達0.277 7 mm/a。五臺山地區由于其特殊的地理位置和地形，降水變化異于其周圍其他地區，表現為減少的變化趨勢，降水變化趨勢空間呈現“∩”型結構分布特征。

2.2 春季溫度變化趨勢的時空分布

在統計山西省各氣象站點春季平均溫度的基礎上，進行趨勢擬合，然后采用ArcGIS 進行趨勢分布制圖（圖3）。由圖3可知，山西全省范圍內溫度變化均表現為升高的趨勢，溫度升高趨勢空間呈現“Z”型結構分布特征，其中，溫度升高的最小幅度為0.008 5℃/a，溫度升高的最大幅度為0.125 8 ℃/a；溫度升高幅度最大的2個區域分別為晉東北五臺山一帶與晉南的運城及臨汾、晉城的部分地區；晉西北及晉中地區溫度升幅相對較小，溫度升高趨勢空間呈現“T”型結構分布特征。溫度的升高表明該地區農田蒸散量的增多，可能導致旱情加劇。

2.3 春季降水溫度變化趨勢比的時空分布

在統計山西省各縣氣象站點春季總降水量與春季平均溫度的基礎上，進行趨勢擬合，然后采用ArcGIS 進行趨勢分布制圖（圖4）。從圖4可以看出，晉西北的朔州、忻州、呂梁及晉中部分地區為降水溫度變化趨勢比的較大區域，降水溫度變化趨勢比空間呈現“T”型結構，最大達12.92 mm/℃；山西中部、東北部及臨汾盆地局部地區降水溫度變化趨勢比變化相對較??；晉南的晉城、運城、臨汾等地春季為降水溫度變化趨勢比的較小區域，降水溫度變化趨勢比空間呈現“△”型結構分布特征，最低達-18.397 7 mm/℃。五臺山地區由于其特殊的地理位置和地形，降水溫度變化趨勢比變化異于其周圍其他地區，表現為減少的變化趨勢。降水溫度變化趨勢比的時空分布與降水的時空分布基本一致，空間呈現“∩”型結構分布特征?？梢?，全球溫室效應已造成了山西區域內的氣候變異性增大。

3 結論與討論

（1）山西省春季降水變化趨勢存在著地理上的差異，其中，晉南主要表現為減少趨勢，晉西北和晉中部分地區表現為增多趨勢，并且這種趨勢會隨著氣候變暖逐漸加強。

（2）全省范圍內溫度變化均表現為升高的趨勢。其中溫度升高幅度最大的2個區域分別為五臺山地區和晉南的臨汾、運城、晉城。晉西北的朔州、忻州、呂梁一帶與山西中的太原及晉中的部分地區溫度升幅相對較小。

（3）反映春季氣候變化異常的降水溫度變化趨勢比的時空分布與降水的時空分布基本一致，仍為五臺山地區和晉南最小，晉西北最大，說明未來山西地區氣候變化都將會變得更加不穩定。

（4）全球環境變化引致全球環境風險在增加，氣候變化將導致天氣和氣候異常頻率增加，進而加劇災害風險，特別是巨災災害的發生[11-14]。全球變暖對人類的影響不僅是廣泛的，而且也是很深刻的，所產生諸如氣候異常、災害性天氣現象頻發等影響，足以對人類的可持續發展及整個地球生命系統造成巨大的環境風險。氣候變化的異常亦成為災害造成損失增加的重要原因。全球溫室氣體排放和氣候系統的很多方面都在發生變化，并處于IPCC預估范圍的較高上限[15]。氣候系統許多關鍵指標的變化正在超過當代社會和經濟發展所經歷的自然變率范圍，這些指標包括全球地表平均溫度、平均海平面、全球海洋溫度、北極海冰范圍、海洋酸化以及極端氣候事件。隨著不加控制的溫室氣體的排放，氣候的很多趨勢將有可能加速，這將導致氣候轉型的突變或不可逆轉的環境風險增加[16]。如何評估氣候變化不確定性對山西乃至我國的影響，是目前學界關注的焦點問題，亟待研究“氣候變化不確定性導致更大氣候災害風險”的問題。

參考文獻

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