陸 晴, 閆 冰, 趙東升

(1.東華理工大學(xué) 測繪工程學(xué)院, 南昌 330013; 2.流域生態(tài)與地理環(huán)境監(jiān)測國家測繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南昌 330013; 3.江西省科學(xué)院能源研究所, 南昌 330096;4.中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所， 中國科學(xué)院 陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100101)

氣候變化對自然生態(tài)系統(tǒng)、社會和經(jīng)濟(jì)具有重大影響，也是眾多研究者乃至政治家關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。全球氣候變化特征以變暖為主，1880—2012年，全球平均地表溫度升高了0.85℃，特別是近半個世紀(jì)以來，增溫速率更為顯著，幾乎是1880年以來升溫速率的兩倍[1-2]。在全球持續(xù)變暖的背景下，中國氣候變化與全球變化基本一致，但有一定差別。近100年來我國平均地表溫度升高了0.5～0.8℃，增溫幅度明顯，略高于全球升溫幅度均值(0.6℃ ±0.2℃)；降水量變化趨勢不明顯，但年代際之間存在較大波動，自1956年以來有微弱上升趨勢[3]。近50 a來我國增暖現(xiàn)象更為明顯，年平均氣溫增溫速率達(dá)0.27℃/10 a，升溫近1.35℃，主要開始于20世紀(jì)80年代中期[4]。

區(qū)域氣候及其變化對人類生產(chǎn)、生活影響更為直接，因此對區(qū)域氣候變化及其影響的研究更受關(guān)注[5-6]。青藏高原作為地球的“第三極”，其升溫速率更為顯著，近50 a來升溫幅度達(dá)0.37℃/10 a[7]，明顯高于全球平均水平；青藏高原氣溫整體呈波動上升趨勢，但是存在突變特征，自1995年來升溫幅度略有降低，增長速率為0.29℃/10 a[8]。此外，北方地方增溫現(xiàn)象更甚于南方[9]，而西南地區(qū)從20世紀(jì)50年代至70 a呈現(xiàn)降溫現(xiàn)象[10]，近30 a來轉(zhuǎn)變?yōu)樵鰷靥卣?，增溫幅度僅為0.18℃/10 a，2008年后才出現(xiàn)顯著增溫現(xiàn)象[11]。在我國降水波動變化趨勢背景下，我國區(qū)域降水表現(xiàn)為以長江為界的南澇北旱分布特征，西北部地區(qū)降水總體呈增加趨勢[12]，特別是自20世紀(jì)80年代至今[6,10]。與其他地區(qū)相比，我國干旱半干旱地區(qū)在未來表現(xiàn)為氣溫上升和降水增多最為明顯的地區(qū)之一[13]。

在全球變暖趨勢下，我國各地區(qū)氣溫和降水變化趨勢在地理區(qū)域上呈現(xiàn)出一定的差異性，因此，觀察各地氣候變化情況具有一定的必要性。已有研究表明，對江西省的氣候特征分析多為對氣象站點(diǎn)的分析[14-15]，空間動態(tài)變化研究相對缺乏。為了分析江西省降水和氣溫在近期的時空變化規(guī)律，本文采用ANUSPLIN插值軟件獲得江西省氣候因子在空間上的差異特征，應(yīng)用中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的近56 a來江西省及周邊部分站點(diǎn)的降水、氣溫數(shù)據(jù)分析江西省降水量、平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的年、季節(jié)時空分布特征，以期為江西省氣候變化狀況提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為生態(tài)環(huán)境、植被變化研究提供科學(xué)依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省地處長江中下游南岸，東臨浙江、福建，西接湖南，北毗湖北、安徽，南連廣東，范圍為24°29′14″—30°04′41″N，113°34′36″—118°28′58″E，總面積約16.70萬km2。根據(jù)圖1中高程分布情況可以看出，江西省地形呈東、南、西三面環(huán)山態(tài)勢，形成以北部鄱陽湖為中心的盆地。該省地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨水充沛，氣候溫和，日照充足，屬于溫暖帶多雨氣候。氣溫從北到南呈逐漸增加趨勢，平原高于山區(qū)，冬冷、春寒、夏熱、秋干。該地區(qū)雨、熱資源豐富，是我國糧食的主產(chǎn)區(qū)。

圖1 研究區(qū)位置和氣象站點(diǎn)分布

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文的基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)為中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/site/index.html)提供的氣象數(shù)據(jù)。本文選取了江西省內(nèi)及周邊的30個氣象站點(diǎn)，剔除掉了江西省內(nèi)3個數(shù)據(jù)缺失時段較長的站點(diǎn)數(shù)據(jù)(具體站點(diǎn)分布見圖1)。氣象數(shù)據(jù)為月值數(shù)據(jù)，時間序列為1961—2016年，包括降水量、平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫。

1.3 研究方法

1.3.1 ANUSPLIN插值 本研究應(yīng)用ANUSPLIN 4.3插值軟件進(jìn)行空間插值，得到分辨率為0.083 33°×0.083 33°的江西省空間氣象數(shù)據(jù)。ANUSPLIN是由澳大利亞科學(xué)家Hutchinson基于薄盤樣條理論開發(fā)的插值軟件[16]，是針對氣候要素數(shù)據(jù)曲面擬合的專用軟件并得到了廣泛應(yīng)用[17-20]。ANUSPLIN系統(tǒng)編程使用FORTRAN語言，包括8個程序模塊，本研究主要應(yīng)用了SPLINA和LAPGRD兩個模塊。在進(jìn)行降水和溫度插值的過程中，均以經(jīng)度、緯度作為自變量，而溫度插值過程中以海拔作為協(xié)變量，降水插值未使用協(xié)變量。在降水插值過程中進(jìn)行了開平方轉(zhuǎn)換，以保證降水不為負(fù)值。

1.3.2 分析方法 采用一元線性回歸方法分析各氣象要素的時空變化速率及不同季節(jié)變化趨勢。通過分析每個格點(diǎn)的各氣象要素變化趨勢可以獲得其變化速率的空間分布，從而得知研究區(qū)內(nèi)各氣象要素在不同區(qū)域的變化情況。計算公式如下：

(1)

式中：n為年數(shù)；VARi為某年的柵格氣象要素值或某一區(qū)域均值；Slope為柵格氣象要素或某一區(qū)域氣象要素均值多年變化速率。Slope>0說明氣象要素在該時間段內(nèi)呈增加趨勢，反之則是減少。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西省多年月均值氣候要素特征

根據(jù)ANUSPLIN軟件插值獲得的月氣候要素數(shù)據(jù)，獲得近56 a來江西省區(qū)域內(nèi)多年氣候要素月均值(圖2)。從降水量多年月均值可以看出，江西省降水主要分布在春季(3—5月)和夏季(6—8月)，占全年降水量的72.9%，最大降水量出現(xiàn)在6月，達(dá)280.8 mm。江西省氣溫在7月、8月最高，平均氣溫分別為28.2℃和27.6℃，最低在1月，為5.7℃；最高氣溫在7月最高，達(dá)33.1℃，1月最低為10.1℃；最低氣溫在7月和1月分別為24.5℃和2.7℃。

圖2 1961-2016年江西省多年氣候要素月均值

2.2 近56 a江西省氣候要素時間變化特征

2.2.1 年變化特征 江西省1961—2016年降水量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫年際變化如圖3所示，江西省氣溫呈增加趨勢，而降水則為波動態(tài)勢。近56 a來，降水量變化速率為3.15 mm/a，但增加幅度不顯著(p>0.05)；降水量年際變化幅度較大，最小值出現(xiàn)在1963年，為1 126.7 mm，最大值在1975年，達(dá)2 160.9 mm；20世紀(jì)90年代降水量處于較大值階段，進(jìn)入21世紀(jì)后減少，近幾年有增加現(xiàn)象。

近56 a來，江西省氣溫呈顯著增加趨勢，特別是1998年后，氣溫距平值幾乎均大于0。多年年均溫增溫幅度為0.196℃/10 a (p<0.001)，最高氣溫增溫幅度為0.169℃/10 a (p<0.001)，最低氣溫增溫幅度更甚，達(dá)0.25℃/10 a (p<0.001)；進(jìn)入21世紀(jì)后，江西省氣溫增溫幅度顯著，僅2000年和2012年年均溫和最高氣溫低于多年均值，而最低氣溫則均高于多年均值。分析近56 a來江西省多年年均溫、最高氣溫和最低氣溫可以發(fā)現(xiàn)，最低氣溫增大是江西省氣溫上升的主要貢獻(xiàn)者。

圖3 1961-2016年江西省氣候要素年際變化

2.2.2 季節(jié)變化特征 近56 a來，江西省季節(jié)降水量、平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的多年均值和變化情況見表1。根據(jù)表1得知，江西省季節(jié)降雨量最大值出現(xiàn)在春季，值為632.66 mm，秋季和冬季較少，均僅約220 mm；根據(jù)1961—2016年來江西省季節(jié)降水量變化速率發(fā)現(xiàn)，夏季呈顯著增加趨勢，增加速率為2.001 mm/a (p<0.05)。季節(jié)多年平均氣溫在夏季為26.6℃，變化不顯著；春季、夏季、冬季多年平均氣溫均呈極顯著增加趨勢(p<0.01)，冬季多年平均氣溫最低(7.05℃)，但增加速率最大，為0.026℃/a。多年最高氣溫在較低溫季節(jié)增溫顯著，春季增溫幅度為0.027℃/a (p<0.01)，冬季為0.018℃/a (p<0.01)。多年最低氣溫在4個季節(jié)均呈顯著增溫趨勢，在春、夏、秋季增溫幅度均約0.02℃/a，而冬季達(dá)0.034℃/a。

表1 1961-2016年江西省氣候要素季節(jié)均值、變化速率

注：下劃線數(shù)據(jù)為通過95%置信度檢驗(yàn)；*為95%置信度；**為99%置信度。

2.3 近56 a江西省氣候要素空間變化特征

2.3.1 年變化特征 圖4為江西省近56 a來降水量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫多年均值空間分布特征。江西省降水量分布特征為由西向東呈逐漸增加趨勢，最低值出現(xiàn)在贛西南地區(qū)，不超過1 500 mm，最高值在贛東北地區(qū)，近1 840 mm；江西省大部分地區(qū)降水量多集中在1 500～1 700 mm，約占江西省總面積的60%。平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫空間分布特征較一致，表現(xiàn)為較高溫分布在南部地區(qū)，而較低溫則主要零星散布在江西省域內(nèi)的周邊地區(qū)。多年平均氣溫的最高值約為20℃，最低值不超過11℃，大部分地區(qū)平均氣溫集中在16～19℃，約占江西省總面積的83.1%；多年平均最高氣溫主要集中在20～24℃，該地區(qū)面積約占江西總面積的88%；江西省約92%地區(qū)的多年平均最低氣溫分布在12～16℃，主要分布在江西省的中部地區(qū)。

1961—2016年江西省降水量和氣溫年均值均呈上升趨勢，但是變化程度在區(qū)域分布上具有一定差異(圖5)。近56 a來，江西省各地區(qū)年降水量顯示為增加趨勢，但是增加趨勢不顯著；年降水量增加幅度較大區(qū)域主要分布江西省的東北部和中部地區(qū)，最大增加幅度為5.43 mm/a，江西省南部年降水量增加幅度較小，最小僅為0.79 mm/a。年平均氣溫、年均最高氣溫和最低氣溫變化趨勢均呈極顯著增加趨勢(p<0.01)，在空間分布上略有差異。年平均氣溫較大增溫幅度主要分布在江西省的東北部和中部地區(qū)，最大增溫幅度為0.028℃/a；年均最高溫較大增溫幅度主要分布在中部以及東北部、西南部的零星地區(qū)，最大增溫幅度為0.025℃/a；年均最低溫則主要分布在江西省東北部，最大值達(dá)0.039℃/a，中部次之，約為0.030℃/a。

圖4 1961-2016年江西省年氣候要素均值空間分布

圖5 1961-2016年江西省氣候要素年均值變化趨勢空間分布

2.3.2季節(jié)變化特征近56 a來，江西省降水、平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫各季節(jié)多年均值如圖6所示。不同季節(jié)降水量在空間分布上差異較大，春季，最大降水量達(dá)723 mm，較大降水量主要分布在東部地區(qū)，空間上表現(xiàn)為由東到西呈逐漸減小趨勢；夏季降水量略低于春季，最大值不足700 mm，主要分布在東北部，由東北向西南逐漸減?。磺?、冬季降水量較少，最大值不超過270 mm，秋季全省地區(qū)降水量較低，較大值出現(xiàn)在北部和西部小部分地區(qū)，而冬季較大值則在東北部、中部地區(qū)。

從江西省季節(jié)氣溫空間分布來看，平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫在同一季節(jié)空間分布特征較一致，夏季最高，其次為秋季和春季，冬季最低。春季，不同類型氣溫均表現(xiàn)為江西省南部較高，中北部周邊零星地區(qū)較低；夏季，平均氣溫和最高氣溫除江西省邊界零星地區(qū)表現(xiàn)為較低值外，其余地區(qū)均較高，而最低氣溫的較高值則出現(xiàn)在中北部地區(qū)；秋季，南部地區(qū)氣溫較高，但是西北部平均氣溫較低；冬季，南部地區(qū)氣溫明顯高于中北部。

從降水量多年季節(jié)變化特征來看，除夏季外，其余季節(jié)降水量變化幅度不顯著。夏季降水量在江西省東北部變化最為顯著，最大增加速率達(dá)4.67 mm/a (p<0.05)，變化顯著區(qū)域占江西省總面積的26.8%。平均氣溫在春季和冬季增溫速率更為顯著，春季最大增溫幅度達(dá)0.036℃/a (p<0.05)，較大增溫幅度地區(qū)主要分布在中部和北部地區(qū)，南部地區(qū)變化較為微弱；冬季在全省區(qū)域表現(xiàn)為顯著增溫趨勢，較大增溫區(qū)域主要分布在東北部和中部小部分地區(qū)；夏季增溫幅度最小，呈顯著增溫區(qū)域僅占江西省總面積的45.9%，主要分布在東北部和西南部、南部地區(qū)。最高氣溫呈顯著增溫趨勢的區(qū)域明顯小于平均氣溫和最低氣溫，春季和秋季增溫較為顯著，呈顯著增溫趨勢的區(qū)域分別占全省總面積的85.8%和78.8%，春季主要分布在中北部，秋季分布在除東部和西部之外的地區(qū)；夏季在南部增溫最為顯著，而冬季則主要在東部偏上地區(qū)和中部。最低氣溫在各季節(jié)增溫最為顯著，特別是冬季，最大增溫幅度達(dá)0.051℃/a (p<0.01)，分布在江西省北部地區(qū)；春季除在南部部分地區(qū)增溫較微弱外，其他區(qū)域增溫較為顯著；夏季較大增溫幅度主要分布在北部和中部地區(qū)，秋季則主要分布在北部地區(qū)。

3 討 論

在全球變暖背景下，江西省近56 a來的氣候變化特征主要以增溫為主，降水變化趨勢不顯著。江西省的變暖特征主要以最低氣溫上升為主要貢獻(xiàn)源，年最低氣溫上升幅度為0.25℃/10 a，低于全國的變化速率0.37℃/10 a[4]。魯向暉等[15]研究表明，1961—2012年多年平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫的增溫速率分別為0.16，0.12，0.22℃/10 a，各氣溫因子增溫速率均低于本研究結(jié)果的0.196，0.169，0.250℃/10 a，結(jié)果之間的差異主要是因?yàn)檠芯繒r段的不同，本研究的時段更長，到2016年，從圖3氣溫變化趨勢可知，自2013年來氣溫較高，特別是最低氣溫。丁一匯等[3]研究指出，20世紀(jì)主要出現(xiàn)了兩個增暖時期，分別為20—40年代和80年代中后期，本研究結(jié)果與這一研究結(jié)論相符，據(jù)圖3可發(fā)現(xiàn)，80年代開始江西省氣溫呈逐漸增加趨勢。對比全國各區(qū)域氣溫變化特征，江西省氣溫上升速率較低，明顯低于東北、華北、西北地區(qū)[9]。過去56 a間，江西省增溫現(xiàn)象主要發(fā)生在冬季和春季，秋季較弱，夏季氣溫呈不顯著降溫趨勢，這一研究結(jié)果與中國乃至全球的季節(jié)變化趨勢較為一致[3,21]。

自1961年來，江西省年降水量增加速率為31.5 mm/10 a，呈波動變化上升趨勢，雖然增加幅度未達(dá)顯著水平，但是其波動增加量處于全國較大增幅區(qū)域，明顯高于中部及西部地區(qū)[9]。其中20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了降水大幅增加現(xiàn)象，這一結(jié)果與王遵婭等[10]的研究成果較一致。江西省降水量的增加主要發(fā)生在夏季，增加速率為20.01 mm/10 a (p<0.01)，冬季次之，秋季較弱，春季表現(xiàn)為弱微減小趨勢。在全球氣候變暖背景下，我國極端氣候事件的發(fā)生頻率和強(qiáng)度具有一定變化。近年來，全國平均暴雨和極端強(qiáng)降水事件發(fā)生頻率和強(qiáng)度都有所增加，特別是長江中下游和東南地區(qū)[22]，江西省夏季降水量的顯著增加與該地區(qū)的洪澇災(zāi)害頻率和強(qiáng)度增大相一致。冬季降水增加趨勢為9.78 mm/10 a，增加幅度大于秋季和春季，可能歸因于冬季降水強(qiáng)度的增強(qiáng)[23-24]。冬季降水增加可能會導(dǎo)致極端氣候?yàn)?zāi)害事件的發(fā)生，比如2008年的南方冰凍雨雪天氣，對人們的交通、人身安全、農(nóng)業(yè)以及經(jīng)濟(jì)造成了一定的損失。

鄱陽湖是我國最大的淡水湖，位于江西省的北部地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，湖邊地區(qū)多為平原，鄱陽湖作為以野生白鶴為主的國家級自然保護(hù)區(qū)以及江西省的重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地[25-26]，厘清該地區(qū)的氣候變化特征能夠?yàn)樯鷳B(tài)保護(hù)和農(nóng)業(yè)發(fā)展起到重要支撐作用。從空間分布特征來看，江西省南部地區(qū)氣溫較高，鄱陽湖地區(qū)的氣溫高于周邊海拔較高地區(qū)，但是降水量較大值主要分布在江西省東北部地區(qū)。鄱陽湖地區(qū)降水、氣溫的多年變化速率均呈增加趨勢，且增加速率較周邊地區(qū)大，降水增加速率約為50 mm/10 a，平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫增溫速率分別約為2.75，2.48，3.87℃/10 a，均高于丁明軍等[27]的研究結(jié)果，主要原因是本研究的研究時段較長，而且是通過整個江西省及周邊的國家氣象站點(diǎn)進(jìn)行ANUSPLIN插值的結(jié)果。從季節(jié)空間分布特征可知，鄱陽湖地區(qū)秋季多年降水均值及增加速率均高于其他地區(qū)，而在夏季則表現(xiàn)為較低溫及較小增溫速率。

本研究雖然采用ANUSPLIN軟件插值方法獲得了近56 a來江西省的時空變化特征，但是未分析在該時段內(nèi)不同年代際降水、氣溫的變化規(guī)律，忽略了江西省氣候變化的波動情況，這將在接下來的研究進(jìn)一步進(jìn)行闡明。除此之外，本文僅分析了氣候變化的區(qū)域規(guī)律，并未考慮氣候變化特征的成因機(jī)制，特別是江西省處于季風(fēng)氣候區(qū)，水系發(fā)達(dá)，在某種程度上對氣候變化起到一定調(diào)節(jié)作用。在全球氣候變化背景下，極端事件頻發(fā)[28]，極端氣溫、降水在多年均值中被忽略，且江西省屬于干旱洪澇災(zāi)害高發(fā)區(qū)[29]，為了深刻體現(xiàn)氣候在年度尺度上的變化趨勢，則應(yīng)考慮各類極端氣候?qū)ζ湄暙I(xiàn)大小，以揭示氣象災(zāi)害與環(huán)境風(fēng)險之間的關(guān)系，為極端事件的預(yù)防及處理提供理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

(1) 江西省多年年降水量均值呈波動增加趨勢，增加速率為31.5 mm/10 a，20世紀(jì)60年代為枯水期，而90時代為豐水期；全年降水量約72.9%集中在春季和夏季，夏季降水量增加最為顯著，增加速率達(dá)20.0 mm/10 a，冬季次之，春季變化較為微弱。

(2) 江西省氣溫呈顯著增加趨勢，特別是最低氣溫，年最低氣溫均值增溫速率為0.250℃/10 a，年平均氣溫、最高氣溫分別為0.196，0.169℃/10 a；20世紀(jì)70年代處于氣溫較低值區(qū)域，80時代之后轉(zhuǎn)為以增溫為主導(dǎo)；最低氣溫在四季均呈顯著增溫趨勢，特別是冬季，達(dá)0.34℃/10 a；最高氣溫僅在春季和冬季增溫趨勢顯著，春季增溫幅度較大，高于最低氣溫，而冬季則幅度較小，僅為0.18℃/10 a；平均氣溫除夏季變化較小外，其余3個季節(jié)均為顯著增溫趨勢。

(3) 年降水量在空間上表現(xiàn)為由西向東呈增加趨勢，變化區(qū)間范圍為1 463～1 840 mm，約60%區(qū)域的年降水量集中在1 500～1 700 mm；降水量在季節(jié)上具有一定的空間差異，特別是秋季；年降水量變化趨勢不顯著，增加速率較大區(qū)域主要分布在江西省的東北部和中部地區(qū)，最大值為54.3 mm/10 a，最小值僅為7.9 mm/10 a，在江西省南部地區(qū)；夏季降水量在江西省東北部變化最為顯著，最大增大速率達(dá)4.67 mm/a (p<0.05)，其他季節(jié)變化趨勢不明顯。

(4) 氣溫的較高值主要分布在江西省的南部，較低值則分散在鄱陽湖周邊；年平均氣溫、年均最高氣溫、年均最低氣溫的較大增溫趨勢區(qū)域主要分布在江西省的北部和中部地區(qū)，最大增溫速率分別為0.28，0.25，0.39℃/10 a；平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫在同一季節(jié)空間分布特征較一致，夏季氣溫在鄱陽湖地區(qū)較高，其他季節(jié)則在江西省南部地區(qū)呈現(xiàn)出較高溫；平均氣溫在各季節(jié)的較大增溫區(qū)域均分布在江西省的北部和中部地區(qū)；最高氣溫在不同季節(jié)的空間分布差異較大，春季較大增溫區(qū)域主要分布在中北部地區(qū)，夏季在南部地區(qū)，秋季在西北地區(qū)，而冬季則主要在東部偏上和中部地區(qū)；最低氣溫在不同季節(jié)空間分布特征與平均氣溫較為一致，最低氣溫在各季節(jié)增溫最為顯著，特別是冬季，最大增溫幅度達(dá)0.051℃/a (p<0.01)，分布在江西省北部地區(qū)。