田永麗，彭艷秋，戴 敏，竇小東

(云南省氣象服務(wù)中心，云南 昆明 650034)

滇池流域的氣候變化特征、預(yù)估及其影響

田永麗，彭艷秋，戴 敏，竇小東

(云南省氣象服務(wù)中心，云南 昆明 650034)

利用1961—2014年滇池流域6個(gè)代表站點(diǎn)的降水和氣溫資料及多模式集成的2016—2100年不同排放情境下氣候變化模擬實(shí)驗(yàn)的預(yù)估結(jié)果，分析滇池流域過去54a降水和氣溫的變化，并預(yù)估未來85a該流域的氣候變化趨勢(shì)。分析表明，過去54a滇池流域年降水量總體呈不顯著的下降趨勢(shì)，而年平均氣溫和年平均最高(低)氣溫呈顯著上升趨勢(shì)。預(yù)估顯示，未來85a在不同排放情境下，滇池流域的降水總體呈增加趨勢(shì)，其中前25a降水量偏少，中后期逐漸轉(zhuǎn)為偏多。不同季節(jié)流域降水距平百分率變幅從大到小依次是冬>夏>春>秋；滇池流域年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈上升趨勢(shì)，不同季節(jié)流域氣溫增幅依次為春>夏>秋>冬。預(yù)估提示未來滇池流域春季氣溫上升現(xiàn)象尤其明顯，需特別關(guān)注春季異常偏暖對(duì)流域水環(huán)境的影響。

氣候變化；氣候預(yù)估；水環(huán)境影響；滇池流域

滇池流域位于我國(guó)西南地區(qū)低緯高原腹地，地理環(huán)境復(fù)雜。受到東亞、南亞兩支季風(fēng)共同影響，氣象災(zāi)害頻繁多樣，具有獨(dú)特的天氣氣候特征[1]。滇池流域的氣候變化、水資源利用和生態(tài)系統(tǒng)功能的變化，直接影響著云南省整體經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略布局。

在全球變暖的大背景下，區(qū)域氣候變化對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)具有深刻影響[2]。程建剛和段旭等人[3-4]分析云南氣候資料發(fā)現(xiàn)，近50a來云南區(qū)域氣溫明顯增加，增溫幅度略大于全球，弱于北半球和全國(guó)；進(jìn)入21世紀(jì)后，云南的降水呈減少趨勢(shì)，高溫干旱事件則在增多增強(qiáng)。姚平等人[5]對(duì)滇池流域不同區(qū)域代表站點(diǎn)的氣候特征統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，滇池流域的氣溫隨緯度和經(jīng)度呈規(guī)律性變化，距離滇池近的觀測(cè)站冬夏溫差要小于距離滇池遠(yuǎn)的測(cè)站。謝波、郭有安等人[6-7]在分析了昆明的日氣象要素?cái)?shù)據(jù)、滇池水位資料、水文站徑流資料和社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料后認(rèn)為，氣候變化已經(jīng)對(duì)滇池流域的水資源利用產(chǎn)生了影響。

本文從滇池流域的區(qū)域氣候變化特征視角出發(fā)，揭示了近54a滇池流域的年、季降水和氣溫變化事實(shí)，然后利用CMIP5的多模式預(yù)估數(shù)據(jù)對(duì)滇池流域未來85a局地降水和氣溫的可能變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)估，并將其對(duì)滇池流域水環(huán)境可能產(chǎn)生的影響做簡(jiǎn)要分析。

1 資料和方法

本文選取的研究范圍為(24°29′～25°28′，102°29′～103°01′)。歷史觀測(cè)資料為云南省氣象局提供的1961—2014年昆明、太華山、安寧、晉寧、呈貢和嵩明6個(gè)代表站點(diǎn)的月平均降水量資料和月平均氣溫資料。其中代表站點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)參考了姚平等人的研究[5],可以較全面地反映滇池流域的氣候狀況。

預(yù)估數(shù)據(jù)為中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心2012年12月發(fā)布的《中國(guó)地區(qū)氣候變化預(yù)估數(shù)據(jù)集V3.0》中的降水和氣溫月平均資料，該數(shù)據(jù)集是CMIP5多模式降尺度的算術(shù)平均集合數(shù)據(jù)，包括RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下未來氣候變化預(yù)估數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)源自PCMDI(Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparison)公開發(fā)布的全球23個(gè)模式組的全球氣候模式數(shù)值模擬結(jié)果，這些國(guó)際耦合模式數(shù)據(jù)為IPCC第五次評(píng)估報(bào)告提供重要支持。劉波、周秀華等人[8-9]的研究表明，該數(shù)據(jù)在云南區(qū)域的分析是比較可靠的。我們挑選出滇池流域的格點(diǎn)資料，使用其中2016—2100年的月平均降水和氣溫預(yù)估資料，空間分辨率為1°×1°。此數(shù)據(jù)中氣溫的單位為℃，指近地面的氣溫(通常為2m高處)。降水的單位為mm，包括所有類型降水的總和(降水、降雪、大尺度降水、對(duì)流降水等)。

文中采用相關(guān)分析、最小二乘法分析和滑動(dòng)平均處理等統(tǒng)計(jì)分析方法。

2 1961—2014年滇池流域降水和氣溫變化分析

2.1 降水變化

過去54a滇池流域年平均總降水量呈下降趨勢(shì)，線性變率為 -24.3mm/10a，但并沒有通過95%的顯著性檢驗(yàn)。在《云南省未來10—30年氣候變化預(yù)估及其影響評(píng)估報(bào)告》中關(guān)于云南氣候變化的觀測(cè)事實(shí)部分指出[10]，與同期全國(guó)年降水量無明顯變化的趨勢(shì)不同，云南全省平均年降水量總體呈減少趨勢(shì)，線性變率為每10a減少16.1mm。而滇中及以東地區(qū)年降水量減少高于全省，為每10a減少30mm以上。圖1中滇池流域平均年降水量變化的趨勢(shì)和幅度與該報(bào)告結(jié)論高度一致，也與程建剛和段旭等人的分析趨勢(shì)吻合[3-4]。2009—2012年，云南全省出現(xiàn)了4a連續(xù)極端干旱事件，是云南有氣象記錄以來最強(qiáng)的干旱事件[11]。同期滇池流域也出現(xiàn)了連續(xù)少雨干旱，2009年和2011年流域年降水量?jī)纱嗡⑿?961年以來的極小值，其中2011年僅577.1mm，為多年平均值的60%。2013年滇池流域的連續(xù)干旱趨于結(jié)束，2014年年降水量轉(zhuǎn)為正距平，干旱事件完全結(jié)束。

滇池流域干濕季分明，各個(gè)季節(jié)的降水量由大到小排列為夏季562.8mm，秋季231.1mm，春季129.9mm和冬季41.6mm。降水主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的5到6成；冬季自然降水最少，不到夏季的1/10。統(tǒng)計(jì)顯示，滇池流域春季降水變率為4.5mm/10a，冬季為1.9mm/10a，這兩個(gè)季節(jié)降水呈增加趨勢(shì)，其中春季與全省減少的趨勢(shì)并不一致[3]；而夏季降水變率為-5.3mm/10a，秋季為-15.1mm/10a，這兩個(gè)季節(jié)降水呈減少趨勢(shì)。春季降水在整個(gè)20世紀(jì)60年代均以偏少為主；70年代中前期和21世紀(jì)初期降水以偏多為主；其他時(shí)段主要為年際振蕩。夏季降水基本以年際振蕩為主要特征，僅在20世紀(jì)80年代末至90年代初有明顯偏少現(xiàn)象。秋季累積雨量以年際振蕩為主，但在2002—2009年轉(zhuǎn)為明顯偏少時(shí)期，尤其是2009年出現(xiàn)了極端偏少事件，為平均值的4成。冬季降水在20世紀(jì)80年代中后期連續(xù)5a偏少，80年代末至90年代中期連續(xù)6a偏多，其他時(shí)段均表現(xiàn)為年際振蕩特征。

2.2 氣溫變化

(1)年平均氣溫

由圖2(A)可見，在全球增暖的大背景下，近54a來滇池流域的年平均氣溫在以明顯的趨勢(shì)增加。其線性增長(zhǎng)率為0.25℃/10a，不僅明顯高于《云南省未來10—30年氣候變化預(yù)估及其影響評(píng)估報(bào)告》中同期云南的增溫速率0.16℃/10a，也略高于全國(guó)的增溫速率0.23℃/10a[10]。與氣候平均值相比，年平均氣溫在20世紀(jì)60年代到70年代偏低；在80年代到90年代中期，年平均氣溫基本穩(wěn)定在平均值附近，呈現(xiàn)出年際振蕩特征；90年代后期至2014年，年平均氣溫在振蕩中持續(xù)升高，連續(xù)17a平均氣溫等于或高于氣候平均值，并屢次改寫氣溫極大值。特別在2010年，流域平均氣溫高達(dá)15.9℃，再次刷新了54a來的氣溫極大值。

從季節(jié)變化來看，春季、夏季、秋季、冬季滇池流域的平均氣溫分別為15.9℃、19.2℃、14.3℃和8.4℃。過去54a，四季氣溫呈現(xiàn)不同程度的升溫變化，其線性增長(zhǎng)率分別為0.16℃/10a、0.17℃/10a、0.23℃/10a和0.38℃/10a，冬季增暖的趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他季節(jié)，而春季增溫變化幅度最小?？梢娔昶骄鶜鉁卦黾又饕怯捎诙驹雠呢暙I(xiàn)。春季氣溫在20世紀(jì)90年代前以穩(wěn)定為主，1991年開始呈持續(xù)升溫趨勢(shì)。夏季氣溫在20世紀(jì)60年代至70年代以偏低為主，80年代為穩(wěn)定的年際振蕩，90年代初開始呈持續(xù)上升趨勢(shì)。秋季氣溫與夏季氣溫變化趨勢(shì)較一致。冬季氣溫在20世紀(jì)70年代中期之前偏低；70年代中后期至90年代初正常，但1982和1991年在正常背景下有兩次極端低溫事件；1993年后持續(xù)偏高。

(2)年平均最高氣溫

滇池流域過去54a年平均最高氣溫呈上升趨勢(shì)(圖2(B))，線性增長(zhǎng)率為0.18℃/10a，通過了95%的顯著性檢驗(yàn)，但明顯低于年平均氣溫的增溫幅度。在20世紀(jì)60年代開始至90年代初，滇池流域年平均最高氣溫總體呈正常至偏低，尤其在整個(gè)70年代偏低的現(xiàn)象最為明顯。但是自90年代中期開始，滇池流域年平均最高氣溫明顯上升轉(zhuǎn)為偏高。在年平均最高氣溫的四季變化中，冬季以0.28℃/10a居變率之首，秋季次之0.24℃/10a，再次是夏季0.22℃/10a，最后春季為0.02℃/10a。這樣的順序與年平均氣溫的季節(jié)變率大體保持一致，不過冬季和春季增溫的幅度小于年平均，而夏季和秋季則大于年平均。

(3)年平均最低氣溫

圖2(C)顯示，過去54a滇池流域年平均最低氣溫總體呈明顯的上升趨勢(shì)，線性增長(zhǎng)率為0.30℃/10a，遠(yuǎn)高于年平均氣溫和年平均最高氣溫的增溫幅度，通過了99%的顯著性檢驗(yàn)。20世紀(jì)60年代至70年代末，年平均最低氣溫明顯偏低，1961—1973年連續(xù)13a低于多年平均值。自80年代初開始，年平均最低氣溫趨于平均值，80年代末至90年代中的10a間在平均值附近呈年際振蕩。90年代中期至2014年，滇池流域的年平均最低氣溫開始呈快速上升趨勢(shì)。在年平均最低氣溫的季節(jié)變化中，春、夏、秋、冬季變率分別為0.36℃/10a、0.16℃/10a、0.22℃/10a和0.48℃/10a。其中，春季和冬季的增溫變率高于年平均氣溫的增溫變率，而夏季和秋季的增溫變率低于年平均氣溫的增溫變率。

3 2016—2100年不同情境下滇池流域降水和氣溫趨勢(shì)預(yù)估分析

根據(jù)CMIP5多模式降尺度的算術(shù)平均集合預(yù)估數(shù)據(jù)資料，并以1981—2010年近30a的降水和氣溫的算術(shù)平均值做為氣候平均值，可以計(jì)算得到本世紀(jì)未來85a滇池流域的降水距平百分率和氣溫距平變化趨勢(shì)。

3.1 降水趨勢(shì)預(yù)估

如圖3所示，滇池流域3種不同排放情景下的降水量均呈整體增加的趨勢(shì)。RCP2.6情景下年總降水增幅為5.3%/100a，RCP4.5情景下增幅為8.5%/100a，RCP8.5情景下增幅為12.6%/100a。相較之下，高度排放RCP8.5情景下降水增加的幅度最大，中等排放情景RCP4.5次之，低排放情景RCP2.6最小。

在RCP2.6情景下，在2015—2027年的13a中，滇池流域年降水量呈稍偏少趨勢(shì)，距平百分率在-8%～0。2028—2055年，滇池流域年降水量呈正常趨勢(shì)，降水距平百分率在±5%之間來回?cái)[動(dòng)，有明顯的年際振蕩特征。2056—2100年，滇池流域年降水量略偏多，降水距平百分率在-2%～6%，45a間有60%的年份降水量偏多。

在RCP4.5情景下，2015—2034年滇池流域年降水量稍偏少，距平百分率在-5%～-2%。2035—2064年，滇池流域年降水量基本正常，距平百分率在-3%～5%，且具有年際振蕩特征。2065—2100年，滇池流域年降水量略偏多，距平百分率在0%～10%，不過在2085—2089年期間有短暫的反復(fù)。

在RCP8.5情景下，2015—2040年滇池流域降水呈偏少趨勢(shì)，距平百分率在-10%～0%。2045—2073年，年降水量穩(wěn)定在-5%～5%，為正常。2074—2100年，滇池流域年降水量較氣候平均值相比為穩(wěn)定偏多，27a間降水量持續(xù)表現(xiàn)為正距平，距平百分率在2%～10%。

在整體緩慢增長(zhǎng)的大背景下，RCP2.6情景下滇池流域預(yù)估年降水量在2060年前有準(zhǔn)15a的周期特征，2060年后基本穩(wěn)定。RCP4.5情景下，21世紀(jì)前期年總降水量增加趨勢(shì)較明顯，中期較為穩(wěn)定，后期有準(zhǔn)20a的年代際特征。RCP8.5情景在21世紀(jì)中前期為持續(xù)增加趨勢(shì)，后期在2075年左右躍變至高位相，之后維持穩(wěn)定少變。

分析表1的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，滇池流域3種情景下的降水距平百分率變幅順序?yàn)镽CP8.5>RCP4.5>RCP2.6，因此可以理解為RCP2.6情景是3種排放情節(jié)中最為保守的一種。

就年際變化而言，滇池流域的降水在21世紀(jì)未來85a總體呈增加趨勢(shì)。其中，前期25a(2016～2040年)預(yù)估降水量較常年平均偏少，中后期(2041—2100年)逐漸轉(zhuǎn)為偏多。

就季節(jié)變化而言，滇池流域的季節(jié)降水距平百分率變率幅度大致具有冬季最大，夏季次之，春季再次，秋季最小的特征。未來滇池流域春、夏、秋三季降水呈連續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，而冬季降水在21世紀(jì)中期有減少趨勢(shì)。從數(shù)據(jù)中還可以發(fā)現(xiàn)，3種情景對(duì)降水的預(yù)估趨勢(shì)在春夏季一致性較好，而秋冬季則較差。

表1 21世紀(jì)不同階段滇池流域的降水距平百分率 (%)

3.2 氣溫趨勢(shì)預(yù)估

圖4顯示，3種不同排放情景下滇池流域平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈上升趨勢(shì)，平均氣溫增溫速率為0.6～4.8℃/100a，最高氣溫增溫速率為0.6～4.9℃/100a，最低氣溫增溫速率為0.4～4.7℃/100a,3種氣溫(年平均氣溫、年最高氣溫和年最低氣溫)預(yù)估均為低排放情景RCP2.6下增溫幅度最小，高排放情景RCP8.5下增溫幅度最大。未來25a(2016—2040年)滇池流域氣溫在3種不同排放情景下增溫幅度基本保持一致，之后60a 3種氣溫都在RCP8.5情景下氣溫增加幅度明顯加大，RCP2.6情景下增溫幅度最小，而中等排放情景RCP4.5情景下增溫居中。

表2～表4顯示滇池流域21世紀(jì)前期不同情景下平均氣溫的增幅差異不大，3種情景平均偏暖1.1℃；到21世紀(jì)中期，不同情景下增幅差異加大，其中RCP8.5情景下的增溫幅度最大為2.4℃，RCP2.6情景下增溫最小為1.3℃，3種情景下平均偏暖1.9℃；到21世紀(jì)后期，不同情景下增溫幅度差異最大，RCP8.5情景下的增溫幅度最大為4℃，RCP2.6情景下增溫最小為1.3℃，3種情景下平均偏暖2.5℃。RCP2.6情景下21世紀(jì)3個(gè)時(shí)期的增溫相當(dāng)，而RCP8.5情景下3個(gè)時(shí)期的增溫差異較大。對(duì)于季節(jié)而言，3種情景下各時(shí)期春季氣溫的增暖幅度都最大，春季平均氣溫在21世紀(jì)前期、中期和后期分別平均比常年偏暖1.3、2.0和2.7℃。冬季增暖幅度相對(duì)最小，在21世紀(jì)前期、中期和后期分別平均比常年偏暖1.0、1.8和2.4℃。而夏季和秋季增溫幅度基本相同，介于春季和冬季之間。

表2 21世紀(jì)不同階段滇池流域的平均氣溫距平

(℃)

表3 21世紀(jì)不同階段滇池流域的最高氣溫距平 (℃)

表4 21世紀(jì)不同階段滇池流域的最低氣溫距平 (℃)

4 未來降水和氣溫變化趨勢(shì)對(duì)滇池水環(huán)境的可能影響

氣候變化對(duì)水資源的影響有直接和間接兩種方式，其中降水的時(shí)空分布、強(qiáng)度和總量的變化、雨帶遷移以及氣溫、濕度、風(fēng)速等的變化直接影響水循環(huán)[12]。已有的研究表明，氣溫與湖泊的水溫變化有著很強(qiáng)的正相關(guān)相互作用，大水體對(duì)局地氣溫有一定的調(diào)節(jié)作用，而氣溫又制約著水體溫度的變化，氣溫升高不僅可以直接通過影響湖泊水溫來對(duì)水體產(chǎn)生影響，還將間接通過對(duì)流域的風(fēng)向風(fēng)速、蒸發(fā)量和空氣相對(duì)濕度等因素的影響再次作用于湖泊水體[13-15]。降水是徑流形成的基礎(chǔ)，自然降水通過匯集成地表徑流注入入滇河道，滇池流域河段流程短、水流急，加之匯流區(qū)的地面覆蓋類型導(dǎo)致地表徑流系數(shù)增加，導(dǎo)致降水增加可使得入滇河流產(chǎn)生較高的入湖流量[7]。

根據(jù)預(yù)估結(jié)果，21世紀(jì)中后期，滇池流域的自然降水量呈增加趨勢(shì)，這使得入滇河流的天然地表徑流量將有可能隨之增加，滇池自然補(bǔ)給可以得到一定程度的改善。但是如果目前入滇河道污染突出，水質(zhì)常年為劣Ⅴ類的現(xiàn)狀得不到有效控制，那么降水量增加帶來的正面效應(yīng)部分將被抵消，滇池水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化程度將繼續(xù)加劇。

氣溫方面，與全球持續(xù)變暖趨勢(shì)一致，21世紀(jì)后期滇池流域的年平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫均為上升趨勢(shì)。值得注意的是，預(yù)估結(jié)果表明，與已有的氣候變化呈現(xiàn)出冬季顯著變暖這一事實(shí)不同的是，21世紀(jì)中后期滇池流域冬季氣溫變暖的趨勢(shì)將有所放緩，而春季氣溫整體呈明顯上升趨勢(shì)，成為增溫幅度最大的季節(jié)，這會(huì)直接導(dǎo)致春季滇池表層水溫增加。而春季是藍(lán)藻暴發(fā)的季節(jié)，藍(lán)藻的暴發(fā)與水體溫度關(guān)系十分密切[16]，因此需關(guān)注該變化趨勢(shì)可能帶來滇池藍(lán)藻提前暴發(fā)等一系列問題。

5 結(jié)論

(1)過去54a滇池流域年降水量總體呈下降趨勢(shì)，但與季節(jié)變化并不一致。春季和冬季的降水量呈增加趨勢(shì)，夏季和秋季的降水呈減少趨勢(shì)。

(2)過去54a滇池流域的年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈明顯的上升趨勢(shì)，其中最低氣溫增溫幅度遠(yuǎn)高于年平均氣溫和最高氣溫。季節(jié)變化中，冬季增暖的幅度最大，春季最小。

(3)3種不同排放情景下，未來85a滇池流域降水量預(yù)估變化均呈整體增加趨勢(shì)。其中前期降水量較常年平均偏少，中后期逐漸轉(zhuǎn)為偏多。3種情景下的降水距平百分率變幅順序?yàn)镽CP8.5>RCP4.5>RCP2.6。就季節(jié)變化而言，滇池流域的季節(jié)降水距平百分率變幅依次為冬季>夏季>春季>秋季。

(4)3種不同排放情景下，滇池流域平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫預(yù)估序列均呈上升趨勢(shì)。低排放情景下增溫幅度最小，高排放情景下增溫幅度最大。在季節(jié)分布中，3種氣溫總體變化幅度表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季。因此在未來需要重點(diǎn)關(guān)注滇池流域春季氣溫異常偏暖現(xiàn)象。

區(qū)域氣候變化將從數(shù)量上和時(shí)空分布上不同程度地改變滇池流域的水資源和水環(huán)境，下一步我們還應(yīng)該定量估算氣候變化可能產(chǎn)生的影響，從而為滇池流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡等重要問題提供應(yīng)對(duì)依據(jù)。

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Observed (1961-2014) and Projected (2016-2100) Climate Change and Its Influence on Water Environment in the Dianchi Lake Basin

TIAN Yong-li, PENG Yan-qiu, DAI Min, DOU Xiao-dong

(Yunnan Meteorological Service Center，Kunming Yunnan 650034, China)

Based on the observation dada of precipitation and temperature from 1961 to 2014 and the projected data from 2016 to 2100 in the Dianchi Lake basin, the annual and seasonal changes of precipitation and temperature in the past 50 years were analyzed, and the climatic tendencies were predicted in the next 85 years using the multi-model ensemble under the CRP26、CRP45 and CRP85 scenarios in the 21stcentury. The results indicated that the annual precipitation has been decreasing in the past 50 years, which wasn’t statistically significant however. The mean annual and seasonal temperatures increased significantly during the same time period. The precipitation under each scenario had obvious growing tendency in the next 85 years. The increasing rates of seasonal precipitation were in the order of winter, summer, spring and autumn from high to low. The mean temperatures have obvious rising tendency in the future. The seasonal temperature rates were in the order of spring, summer, autumn and winter. It was found that the spring would become much warmer in the next 85 years than other seasons. This would affect the water environment.

climate change; projection; impact on water environment; the Dianchi Lake basin

2016-08-26

田永麗(1977-)，女，陜西韓城人，漢族，高級(jí)工程師，主要從事天氣氣候預(yù)測(cè)工作。

X16

A

1673-9655(2017)02-0070-07