毛智軍　柳　苗

(1.龍游縣氣象局,浙江 衢州 324400；2.浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017)

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金衢盆地與祁連山南麓近56年氣候特征對(duì)比分析

毛智軍1柳苗2

(1.龍游縣氣象局,浙江 衢州 324400；2.浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017)

摘要：本文利用線性傾向估計(jì)、M-K檢驗(yàn)、Morlet小波等方法，對(duì)金衢盆地和祁連山區(qū)南麓4個(gè)觀測(cè)站1957—2012年的氣溫和降水資料進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，金衢盆地和祁連山南麓的年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫都呈顯著上升趨勢(shì)，年平均最低氣溫上升幅度大于年平均最高氣溫升幅，但祁連山南麓的氣溫變化更明顯、更敏感，特別是在夏季和冬季。金衢盆地在1996年存在氣溫突變，祁連山南麓的氣溫響應(yīng)全球變化早，在四季變化中，春季、秋季、冬季氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，但祁連山南麓在秋、冬季上升明顯。金衢盆地降水雨日存在17 a、7 a、3 a左右的周期變化，祁連山南麓年降水量呈較明顯的上升趨勢(shì)，雨日存在19 a、5 a左右的周期變化。

關(guān)鍵詞：金衢盆地；祁連山南麓；氣候特征；對(duì)比分析

0引言

IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告指出，人類活動(dòng)極有可能是20世紀(jì)中期以來全球氣候變暖的主要原因，可能性在95%以上，而過去的130 a全球升溫0.85℃；2003—2012年平均溫度比1850—1900年平均溫度上升了0.78℃；據(jù)預(yù)測(cè)，在全球范圍內(nèi)，未來強(qiáng)降雨的強(qiáng)度和密度都將會(huì)上升[1]。左洪超等對(duì)中國近50 a(1951—2000年)氣溫及降水量的變化分析表明，全國平均氣溫從70年代開始增溫，增溫幅度高于全球平均增溫水平；但在各個(gè)地區(qū)，由于受人類影響及自然環(huán)境的不同，其氣候變化的情況有較大不同[2]。雷媛等一些學(xué)者研究指出，近50 a浙江的年平均氣溫都是正趨勢(shì)，年降水量的變化仍處自然振動(dòng)的變化范圍之內(nèi)；浙江省在 1951—1985 年為氣溫下降階段，在 80 年代中期以后氣溫開始上升變暖，近40 a來年際氣溫主要經(jīng)歷了降溫、升溫、再降溫、再升溫幾個(gè)階段，雨日的平均降水量呈上升的趨勢(shì)，降水強(qiáng)度增大，降水強(qiáng)度增大可能導(dǎo)致嚴(yán)重的洪澇及暴雨災(zāi)害[3-6]。施雅風(fēng)等人提出,我國西北地區(qū)的氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型,祁連山及其北側(cè)的中西段地區(qū)是氣候轉(zhuǎn)型顯著的區(qū)域之一[7-8]。氣候變化已經(jīng)對(duì)祁連山地區(qū)的水資源、農(nóng)林牧業(yè)、生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生了重要影響，并由此各種災(zāi)害性天氣發(fā)生的頻率增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)近年來各種自然災(zāi)害引發(fā)的農(nóng)業(yè)成災(zāi)面積、經(jīng)濟(jì)損失越來越大，對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成一定的潛在威脅[9-11]。

金衢盆地位于浙江省中西部，東西長約200 km，南北寬約20 km，盆地介于千里崗山脈、仙霞嶺山脈、金華山脈和大盤山脈之間，是省內(nèi)最大的中生代陸相盆地，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，同時(shí)受河谷盆地小氣候影響，四季分明，光照充足。祁連山南麓主要位于青海省東北部的祁連縣境內(nèi)，為祁連山脈的中西部，黑河是境內(nèi)最大的內(nèi)陸河，東西長約280 km，南北寬約185 km，屬大陸性高原山區(qū)氣候，冬季較長，春秋季較短。兩個(gè)地區(qū)在人口密集程度、經(jīng)濟(jì)狀況、自然條件均有較大差異，特別是人類活動(dòng)影響方面有明顯區(qū)別，那它們的氣候變化會(huì)有什么不同差異呢？本文應(yīng)用兩地基本氣象站資料,對(duì)近56 a來近地面氣溫、降水變化進(jìn)行分析，旨在分析不同區(qū)域?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)，為積極應(yīng)對(duì)氣候變化和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

研究所用資料來源于浙江省信息網(wǎng)絡(luò)中心、青海省氣候中心，采用資料的時(shí)間序列為1957—2012年逐日氣溫和降水觀測(cè)資料，資料經(jīng)過省、市、縣三級(jí)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，全部資料通過一致性、合理性檢驗(yàn)。衢州、金華兩個(gè)基本站(海拔高度分別為67.1 m和64.7 m)位于金衢盆地中部，觀測(cè)資料序列長、代表性好，采用其資料平均代表金衢盆地，托勒、祁連兩個(gè)基本站(海拔高度分別為3367 m和2787.4 m)位于祁連山脈中部，建站時(shí)間長，資料均一性、代表性好，其資料平均可代表祁連山南麓氣候狀況。

采用線性趨勢(shì)傾向估計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化距平、累積距平、相關(guān)分析、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法、Morlet小波分析法對(duì)兩區(qū)域的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年降水量、年雨日進(jìn)行變化趨勢(shì)、突變檢驗(yàn)、降水周期等氣候變化特征分析[12]，線性傾向率用α表示，用10×α表示每10 a的氣候傾向率，單位為℃/10a。氣溫趨勢(shì)系數(shù)的計(jì)算公式為：

(1)

(2)式中Ri為第i年的極值標(biāo)準(zhǔn)化降水，ri為第i年的年降水量，rmin為該分析時(shí)段內(nèi)年降水極小值，rmax為該分析時(shí)段內(nèi)年降水極大值。

2研究地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)比

金衢盆地與祁連山南麓由于地理環(huán)境、氣候特點(diǎn)、生產(chǎn)生活方式不同，在人類活動(dòng)方面有明顯差異。金衢盆地屬我國長三角地區(qū)，人口密度大，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，在2012年，第二產(chǎn)業(yè)在國民生產(chǎn)總值中占比53%，全社會(huì)用電量3900671萬kW·h，工業(yè)用電量占比76%，工業(yè)二氧化硫排放量84299.8 t。祁連山南麓屬青藏高原北緣，地廣人稀，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，以農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為主，在2012年，第一產(chǎn)業(yè)在國民生產(chǎn)總值中占比23%，全社會(huì)用電量6628.5萬kW·h，只有同年金衢盆地用電量的1.7‰，工業(yè)二氧化硫排放量543 t，是同年金衢盆地二氧化硫排放量的6.4‰。據(jù)統(tǒng)計(jì)部門公布數(shù)據(jù)(表1)，兩地在人口總量、人口密度及人口增長量方面均有明顯差異，截止2012年，金衢盆地每平方公里人口數(shù)是祁連山南麓的104倍，年均每平方公里增長人數(shù)同比祁連山南麓為27倍，增長速度顯著快于祁連山南麓。以上對(duì)比分析，在一定程度上可以表明，金衢盆地人類活動(dòng)比祁連山南麓更加頻繁，但由于缺乏足夠時(shí)長及多的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，人類活動(dòng)分析有待進(jìn)一步深入研究。

表1　金衢盆地和祁連山南麓主要年份人口數(shù)

注：根據(jù)當(dāng)?shù)亟y(tǒng)計(jì)工作實(shí)際，當(dāng)年人口數(shù)，金衢盆地從1978年開始，祁連山南麓從1982年開始。

3氣溫氣候變化特征分析

3.1年際變化

根據(jù)1957—2012年對(duì)金衢盆地和祁連山南麓兩者的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫的趨勢(shì)系數(shù)、氣候傾向率分析(表2)，兩地的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，升幅為0.15～0.33 ℃/10a(均通過0.01以上的顯著性檢驗(yàn))，這與全球氣候變暖趨勢(shì)一致。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，祁連山南麓的氣溫變暖趨勢(shì)更加顯著，年平均氣溫、年平均最低氣溫的上升幅度每10 a是金衢盆地2倍，說明祁連山南麓受氣候變化更加敏感，同時(shí)表明雖然金衢盆地人類活動(dòng)更為頻繁，但祁連山南麓的氣溫對(duì)全球變暖的響應(yīng)更為明顯、更敏感，特別是在夏季和冬季，這與賈文雄等研究結(jié)果[15]是一致的。兩地都是年平均最低氣溫上升幅度明顯大于年平均最高氣溫，表明最低氣溫對(duì)全球氣候變化更為敏感，金衢盆地和祁連山南麓56 a平均氣溫累計(jì)分別上升了0.8 ℃、1.7 ℃。

對(duì)兩地的逐年平均氣溫資料求其標(biāo)準(zhǔn)化距平序列并作圖，定義年平均氣溫標(biāo)準(zhǔn)化序列小于-1.0為偏冷年，大于1.0 為偏暖年[16]。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，由圖1a可知，金衢盆地偏冷年有6 a，分別為1969、1970、1976、1980、1981、1984年，偏暖年有10 a，分別為1961、1994、1998、2002—2004、2006—2009年，偏冷年出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中期以前，偏暖年除了1961年外均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期之后。由圖1b可知，祁連山南麓偏冷年有8 a，分別為1957、1961、1962、1967、1970、1976、1977、1983年，偏暖年有11 a，分別為1998、1999、2001、2002、2004—2007、2009—2011年，偏冷年也出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代初以前，偏暖年則出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代末之后，比金衢盆地要略晚。受全球氣候變暖的影響，兩地90年代之后偏暖年出現(xiàn)的次數(shù)超過90年代之前。

表2　金衢盆地和祁連山南麓年、四季平均氣溫及年平均最高、最低溫度的趨勢(shì)系數(shù)、氣候傾向率

注：“▲”通過0.05顯著性檢驗(yàn)；“*”通過0.01顯著性檢驗(yàn)；“△”通過0.001顯著性檢驗(yàn)。

利用Mann-Kendall方法對(duì)兩地的氣溫變化進(jìn)行突變檢驗(yàn)，由圖2分析表明，金衢盆地從20世紀(jì)60年代初至80年代中期氣溫呈下降趨勢(shì)，從90年代初氣溫呈明顯的增暖趨勢(shì)，2002年以后這種增暖趨勢(shì)大大超過顯著性水平0.05的臨界線，表明這種上升趨勢(shì)是十分顯著的。根據(jù)UF線和UB線在臨界線間的交點(diǎn)位置，確定90年代初以后的增暖是一種突變現(xiàn)象，具體是從1996年開始的。祁連山南麓從20世紀(jì)80年代中期氣溫一直呈上升趨勢(shì)，1990年以后增暖趨勢(shì)超過0.05顯著性水平，表明90年代后上升趨勢(shì)十分顯著，這與張存杰等研究[17]表明除祁連山東端外，祁連山其它地區(qū)氣溫變暖都是從80年代中期開始，特別是90年代后期增溫明顯的結(jié)果一致。這說明高海拔地區(qū)對(duì)全球變化的響應(yīng)明顯早于低海拔地區(qū)，氣溫增暖出現(xiàn)了突變。

3.2季節(jié)變化

表2分析表明，金衢盆地春季、秋季、冬季氣溫均呈顯著上升趨勢(shì)，升幅在0.16～0.197 ℃/10a,春、冬季升幅略大于秋季，夏季氣溫變化趨勢(shì)不顯著。相應(yīng)的，祁連山南麓四季氣溫均呈顯著上升趨勢(shì)，升幅在0.176～0.474 ℃/10a，尤其是秋、冬季上升更加明顯，每10 a上升幅度是金衢盆地的2倍多。金衢盆地近56 a春、秋、冬季分別上升了1.1、0.9、1.1 ℃，祁連山南麓近56 a春、夏、秋、冬季分別上升了1.0、1.5、1.8、2.7 ℃。這說明氣候變暖，兩地的暖冬出現(xiàn)概率增大，同時(shí)祁連山南麓四季氣溫的顯著升高，對(duì)于境內(nèi)的冰川生命期將產(chǎn)生影響。

4降水氣候變化特征分析

4.1年代及年際變化

根據(jù)圖3a降水量累計(jì)距平曲線及年代際降水距平(圖略)分析，金衢盆地60年代降水量呈減少趨勢(shì)，90年代呈上升趨勢(shì)，70—80年代、2000年之后呈波動(dòng)振蕩趨勢(shì)，60年代、21世紀(jì)前10 a降水偏少，70、80年代降水略偏少，90年代降水偏多，70年代比60年代、90年代比80年代降水都分別有明顯增加，2000年之后又比90年代有明顯減少；祁連山南麓60—70年代降水量呈減少趨勢(shì)，80年代略有上升，90年代變化不顯著，2000年之后又呈增加趨勢(shì)，60、70年代降水偏少，80年代、2000年之后又明顯偏多。從圖3b的線性趨勢(shì)傾向估計(jì)說明，金衢盆地年降水量未呈顯著上升趨勢(shì)(相關(guān)系數(shù)未通過0.05顯著性水平檢驗(yàn))，而祁連山南麓降水變化與年份的相關(guān)系數(shù)為0.333(通過0.05顯著性水平檢驗(yàn))，呈較明顯的上升趨勢(shì)，這也與賈文雄等研究相一致[15]，降水量年際變化率為0.898 mm/a，56 a間降水量增加了50.3 mm。

圖3　金衢盆地和祁連山南麓年降水量累計(jì)距平(a)、年際變化曲線(b)

4.2周期變化

金衢盆地的雨日在17 a、7 a、3 a左右的時(shí)間尺度上周期變化明顯 ( 圖4a) ，其中17 a左右的周期變化是第一主周期，7 a左右的周期變化是第二主周期( 圖4b) 。從17 a左右的周期來看，雨日大致經(jīng)歷了“-、+”相位的2次循環(huán)，其中1968、1990年是從偏少向偏多變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1978、2002年是從偏多向偏少變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。7 a左右的周期變化在1963—2012年較明顯，經(jīng)歷了“-、+”相位的6次循環(huán)，其中1964、1973、1981、1989、1998、2009年是從偏少向偏多變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1969、1977、1985、1994、2003年是從偏多向偏少變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由于2010年金衢盆地降水天數(shù)即將或開始了正相位，從7 a左右的周期變化推測(cè)，2011年之后4 a左右降水天數(shù)偏多，從17 a左右的周期變化推測(cè)，2011年之后9 a左右降水天數(shù)偏多。

祁連山南麓的雨日在19 a、5 a左右的時(shí)間尺度上周期變化明顯 ( 圖4c) ，其中19 a左右的周期變化是第一主周期 ( 圖4d) 。從19 a左右的周期來看，雨日大致經(jīng)歷了“+、-”相位的2次循環(huán)，其中1970、1993年是從偏多向偏少變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1981、2004年是從偏少向偏多變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。5 a左右的周期變化在1972—1996年較明顯，經(jīng)歷了“+、-”相位的5次循環(huán)，其中1974、1978、1984、1990、1995年是從偏多向偏少變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1976、1981、1987、1992年是從偏少向偏多變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由于2012年祁連山南麓降水天數(shù)仍處正相位，從19 a左右的周期變化推測(cè)，2010年之后10 a左右降水天數(shù)偏少。

圖4　金衢盆地(a，b)和祁連山南麓(c，d)雨日小波變換系數(shù)的實(shí)部及方差

5結(jié)語

通過以上對(duì)金衢盆地及祁連山南麓氣候變化的對(duì)比分析，可得出如下結(jié)論。

1)金衢盆地和祁連山南麓的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫都呈顯著上升趨勢(shì)，但祁連山南麓的氣溫變暖趨勢(shì)更加顯著，年平均氣溫、年平均最低氣溫的上升幅度每10 a是金衢盆地2倍，說明雖然金衢盆地人類活動(dòng)更為頻繁，但祁連山南麓的氣溫對(duì)全球變暖的響應(yīng)更為明顯、更敏感，特別是在夏季和冬季暖趨勢(shì)更加顯著。祁連山南麓所處的大陸性高原山地氣候呈快速增暖趨勢(shì)，將使該區(qū)冰川快速退縮和消亡[18]，這將對(duì)黑河流域的涇流量產(chǎn)生影響。

2)金衢盆地偏冷年出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中期以前，偏暖年主要出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期之后。祁連山南麓偏冷年則出現(xiàn)在80年代初以前，比金衢盆地結(jié)束時(shí)間要早，偏暖年則出現(xiàn)在90年代末之后，比金衢盆地要略晚。金衢盆地從90年代初氣溫呈明顯增暖趨勢(shì)，這種增暖是一種突變現(xiàn)象，具體是從1996年開始的。祁連山南麓從80年代中期起氣溫一直呈上升趨勢(shì)，1990年以后增暖趨勢(shì)十分顯著，說明祁連山南麓的氣溫響應(yīng)全球變化早，但人類活動(dòng)相對(duì)少，其變化要較金衢盆地緩。

3)金衢盆地春季、冬季氣溫升幅略大于秋季，祁連山南麓四季氣溫均呈顯著上升趨勢(shì)，尤其是秋、冬季上升最為明顯，這與李棟梁等對(duì)祁連山氣候研究表明，祁連山區(qū)各季氣溫顯著升高，尤以冬季升溫最快相一致[19]，尤其使兩地出現(xiàn)暖冬的概率加大。

4)金衢盆地降水量年際變化呈正上升趨勢(shì)，但不顯著。金衢盆地降水量年際變化趨勢(shì)與施能等研究表明，近50 a(1951—1999年)年降水量呈不顯著正上升趨勢(shì)，年降水量仍處自然振動(dòng)變化范圍之內(nèi)相一致[5]。雖然金衢盆地人類活動(dòng)比祁連山南麓明顯，可是金衢盆地年降水量未呈明顯上升趨勢(shì)，而祁連山南麓降水呈較明顯的上升趨勢(shì)，說明年降水量受人類活動(dòng)影響不大，祁連山南麓的年降水量受全球變化影響有較大增加，從20世紀(jì)初開始，祁連山南麓的氣候有暖濕化趨勢(shì)，這對(duì)該地的內(nèi)陸河涇流、山地植被、草地物候及生態(tài)系統(tǒng)將有何影響，需進(jìn)一步探討。

5)金衢盆地雨日存在17 a、7 a、3 a左右的周期變化，其中17 a左右的周期變化是第一主周期，從17 a左右的周期變化推測(cè)，2011年之后9 a左右降水天數(shù)偏多。祁連山南麓雨日存在19 a、5 a左右的周期變化，從19 a左右的周期變化推測(cè)，2010年之后10 a左右降水天數(shù)偏少。

6)由于長時(shí)間序列站點(diǎn)限制，本文所用資料站點(diǎn)數(shù)較少，取相應(yīng)站點(diǎn)資料的平均代表區(qū)域氣候特點(diǎn)，對(duì)研究金衢盆地與祁連山南麓的兩地氣候變化可能帶來誤差，隨著20世紀(jì)后期觀測(cè)站網(wǎng)密度的增加及資料序列的延長，兩地不同氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)有待進(jìn)一步深入研究。

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收稿日期：2015-07-01