云南近46年降水与气温变化趋势的特征分析＊

刘 瑜,赵尔旭,黄 玮,周建琴,琚建华

(1.云南省气候中心,云南昆明 650034;2.云南省气象科技服务中心,云南昆明 650034; 3.云南省气象局,云南昆明 650034)

云南近46年降水与气温变化趋势的特征分析＊

刘 瑜1,赵尔旭2,黄 玮1,周建琴1,琚建华3

(1.云南省气候中心,云南昆明 650034;2.云南省气象科技服务中心,云南昆明 650034; 3.云南省气象局,云南昆明 650034)

利用云南1961-2007年降水与气温资料进行线性趋势分析和突变检验。结果表明,近46年来云南年均降水量是趋于减少的,其中夏季降水量减少较为明显,减少率为4.5 mm/10a,且夏季降水在1971年前后发生了由多到少的突变。从降水的季节变化特征及异常值统计结果来看,云南雨季平均降水量是趋于减少的,而干季平均降水量趋于增加;从降水的地域分布来看,滇南地区降水呈缓慢减少趋势;滇中降水呈缓慢减少后略升状态;滇西北降水呈略升趋势;滇东北降水为明显下降趋势。近46年云南年平均气温是升高的,从全省气温变化的季节特征及异常值统计结果来看,春夏秋冬四季增温都明显,但冬季气温增加最为显著,增加率为0.27℃/ 10a,冬季平均气温在1995年出现了一次由冷到暖的突变。滇中及以东地区的气温变化增暖趋势明显,滇西地区气温也为增暖的变化趋势。

云南;降水;气温;变化趋势;特征

0 引言

气候及其变化越来越受到广泛关注。全球气候变暖对环境、水资源、生态和经济等各方面的影响已成为世界科学界的重要研究课题。根据IPCC第4次评估报告,最近100年(1906-2005年)的温度线性趋势为0.74℃(0.56℃至0.92℃)[1],这一趋势大于《第三次评估报告》(TAR)给出的0.6℃(0.4℃至0.8℃)的相应趋势(1901-2000年)。全球温度普遍升高,在北半球高纬度地区温度升幅较大,而且这种上升趋势还将持续。因此,气象学者对气候变化成因的研究格外关注[2-5]。对于气候变化来说,气温和降水是非常重要的气候要素,而云南处在低纬高原,同时受到西南季风和东亚季风的共同影响,气候类型十分复杂。在全球变暖的大背景下,云南气候变化也十分突出。王宇[6]分别分析了云南18个代表站1951-1994年近40年降水与气温的年际变化特征,并在此基础上利用EOF方法分析了这18个站的空间分布特征,得出了一些有意义的结论;周国莲等[7]也采用EOF方法分析了1961-2002年42年降水量的时空分布特征;尤卫红等[8]利用连续小波分析了云南近百年降水和气温的多时间尺度特征;张万诚等[9]利用EOF和小波变换分析研究了西南纵向岭谷区的近百年降水的时空分布特征。而对云南的气候演变及气候突变研究较少,因此本文利用最新的云南124站降水与气温资料,主要针对这两个重要的气候要素在云南的气候演变趋势及气候突变进行研究,这对云南的短期气候预测具有十分重要的实际意义。

1 资料与方法

本文所用的资料为云南124站1961年1月-2007年2月的月降水与月平均气温;所指的春季是3-5月,夏季是6-8月,秋季是9-11月,冬季是12月至次年2月,干季是11月至次年4月,雨季是5月至10月。

为研究云南46年来降水与气温的变化趋势,采用线性倾向估计方法与mann-kendall(M-K)非参数检验法。M-K方法的优点在于不需要样本遵从一定的分布。也不受少数异常值的干扰,更适合于气象非正态分布的数据。该方法还能明确变量的演变趋势是否存在突变现象以及突变开始的时间,并指出突变区域。

2 云南降水、气温变化特征

2.1 年平均降水量及气温变化趋势

为了分析云南气候变化趋势,把124个站的年降水量(气温)求和平均,得到一个年平均降水量(气温)系列,图1是年均降水量(气温)1961-2006年变化曲线。从图1a中可见,年均降水量是缓慢趋于减弱的,46年来降水减少了28.2 mm(减少率为6.1 mm/10a),相关系数通过了80%的显著性检验,并且利用M-K方法进行均值突变检验,结果表明云南46年间年均降水不存在突变现象;而从图1b年均气温的线性趋势来看,年平均气温是明显趋于升高的,46年来增加了0.77℃(增加率为0.17℃/10a),相关系数通过了99%的显著性检验。1976年以来,北半球中高纬大陆地区气温上升较快,特别是近20多年来,增暖的幅度达到了0.2℃/10a以上[10]。由此可见,近年来云南年平均气温的升高幅度仅略小于北半球年平均气温的增暖幅度,说明在全球变暖的大背景下,云南地区气温也呈明显上升状态。从云南年平均降水与气温的变化趋势来综合考虑,云南有由冷湿型气候向暖干型气候缓慢转变的趋势。虽然从年平均降水看减弱趋势不很明显,但是气温的增加则非常显著。

图1 1961-2006年云南年均降水(a)、气温(b)线性趋势图

云南整体的年平均降水缓慢趋于减少,而气温趋于增加,但是否云南每个地方的降水与气温的变化都是如此呢?为了说明这个问题,分别把124站的年降水量(年平均气温)系列应用线性趋势分析,做出124个站的近46年分布趋势图(图2)。图2a是云南124站46年年降水量变化趋势,从图中可见,虽然全省降水总的趋势是减少的,但在省内不同的区域,46年降水趋势存在一定的差异,滇东大部地区和滇南大部地区降水减少明显,达到20 mm/10a以上,减少最多的地区超过了40 mm/10a,而滇西北的部分地区降水则趋于增加,但增加趋势幅度较小,由图2a可看出,楚雄、丽江及迪庆的部分地区降水增加幅度为10 mm/10a,而滇中的部分地区46年来降水变化趋于平稳。从图2b云南省平均气温变化趋势来看,除滇北局部地区外,全省大部地区的气温变化均为升高趋势,升高幅度为0.1～0.2℃/10a,升高幅度最大的地区位于滇南及滇西北北部,最高的超过了0.4℃/10a,增暖非常显著。而全省气温降低的地域范围很小,仅占了滇北的丽江东部和楚雄北部的局部,与省内其它地区的增温幅度相比,降温幅度非常小,仅为0.1℃/10a。另外,从图2a、b还可看出,图2a全省大部地区降水趋势是明显减少,对应图2b的地区大部气温趋势是明显升高,与前面分析的全省平均状况是一致的。但滇西北降水增加的地区对应的气温则分别有升高和降低的区域,这可能与滇西北特殊地形有关:滇西北角处在青藏高原东南侧,属于高原地区。很多气象学者指出[4]:近年来,全球气候加速变暖,冰川消融增强,降水与径流增加;翟盘茂等[5]人也认为,近年来中国西部、特别是西北部降水呈明显增加趋势。因此,滇西北一角降水增多与西部高原地区的气候变化是一致的。而楚雄北部和丽江东部的局部地区气温呈降低趋势,这与任国玉等[11]得出的“中国大陆地区最明显的增温发生在北方和青藏高原地区,而西南的四川盆地和云贵高原北部仍维持弱的降温趋势”结果也是一致的。

图2 云南124站近46年年均降水量变化趋势(a,单位:mm/10a)及年均气温变化趋势(b,单位:℃/10a)分布图

图3 1961-2006年滇西北(a)、滇西南(c)、滇东北(e)、滇东南(g)、滇中(i)年均降水距平分布及对应5个区(b、d、f、h、j)的年均气温距平分布(柱形图表示距平,曲线表示5年滑动平均)

由于云南地形特殊,影响云南的天气系统较为复杂,云南省气象业务上将具有同一降水趋势的地区划为一个区,这样就把云南划分为5个区分别进行讨论,这5个区是:滇西北、滇西南、滇东北、滇东南、滇中。图3给出了这5个区域年平均降水量距平与年平均气温距平的变化对照图。滇西北地区(图3a、b)降水1960年代正距平稍占优势,即降水稍偏多,1970年代至1980年代负距平占优势,即降水变化一直处于偏少状态,进入1990年代以后,正距平明显增加,表明区域降水量增加趋势明显。气温在1980年代中期以前一致为负距平,区域气温明显偏低,1980年代中期以后,正距平显著增加,特别是1990年代以后,增加趋势更为明显。表明区域气温呈明显的上升趋势,且1990年代以后气温上升的最快。滇西南地区(图3c、d)降水变化波动较明显,存在10年左右的变化周期,按波动周期来看,近10年的区域降水量趋于减少。滇西南气温的变化与滇西北的趋势基本一致,但变化的幅度没有滇西北的大。滇东北地区(图3e、f)降水在1970年代中期以前偏多,1970年代中期以后,降水变化有小幅波动,但总体区域年平均降水量是呈小幅度减少的,特别是近年来降水减少的较明显。滇东北气温从1960年代至1990年代末期都较低,以负距平为主,1990年代末期以来气温呈明显升高趋势。滇东南地区(图3g、h)降水也呈较明显的波动形式,与滇西南的降水趋势基本一致,但波动幅度没有滇西南降水的变化幅度大,两个地区降水趋势出现基本一致的情况,可能是由于云南特殊的地理位置与地形造成了云南南部降水主要受热带系统影响有关。滇东南气温的变化与滇东北的气温变化基本一致,1960年代至1990年中期气温较低, 1990年代中期以后才开始出现明显的升高。滇中地区(图3i、j)降水在1960年代稍偏多,1970年代至1990年代中期降水一直呈减少的趋势,1990年代中期以后,降水有明显的增加。1960年代至1990年代滇中气温偏低,1990年代以后滇中气温明显升高,滇中气温的变化与滇东北和滇东南的气温变化类似。

由于影响云南各地的天气系统存在着一定的差异,造成了云南各地降水与气温变化的异同。滇东北和滇南的降水变化趋势为下降,滇西北有缓慢上升趋势,滇中前期下降后期弱的上升。滇中及以东地区的气温变化趋势为前期略降后期升温明显,而滇西的气温变化趋势为基本持续上升。

2.2 季节平均降水量、气温变化趋势

云南是典型的季风气候区,干湿季节分明,雨季的降水量占了全年降水的80%～90%。而雨季的降水主要集中在夏季,所以夏季降水的变化基本能代表云南雨季降水的变化情况。但雨季开始前的春季是云南工农业生产最为重要的时期,前人有不少研究都讨论了这段时期的降水对云南工农业生产的重要影响[12-15]。另外从气温来看,近年来由于温室气体的大量排放,全球大部地区气温处于变暖趋势中,这与云南全省的状况是一致的。但气温变化在不同的季节对工农业生产都有不同的影响。因此,各季节的气候变化对云南来说都是非常重要的。在此,我们分季节分别讨论降水气温的变化趋势情况,为节省篇幅,只叙述讨论的结果。

云南春季降水量具有增加的趋势,增加较明显的区域是滇中及以西以南地区。总的降水趋势46年来增加了16.2 mm(增加率为3.5 mm/10a),并且相关系数达到了95%的显著性检验。应用M-K检验方法进行均值突变检验,发现1970年代初以来,云南春季降水量有明显增加趋势,特别是在1970年代中期,这种增加趋势超过了95%临界线,在1972年前后云南春季降水发生了由少到多的突变。云南夏季降水是趋于减弱的,减弱最明显的区域在滇东南、滇西南,这与图2a的趋势分布情况是基本一致的,可见夏季降水是云南全年降水的主要组成部分。近46年来云南夏季降水量减少明显,46年中减少了20.7 mm(减少率为4.5 mm/10a),并且相关系数达到了95%的显著性检验。应用M-K检验方法进行均值突变检验,检验结果表明1970年代以来,云南夏季降水量有一明显减少趋势,特别是在1980年代末期至1990年代末期,这种减少趋势均超过了95%临界线,在1971年前后云南夏季降水发生了由多到少的突变。云南秋季降水也是趋于减少的,46年来减少了5.5 mm(减少率为1.2 mm/10a),但相关不显著, M-K检验没有明显突变。云南冬季降水是趋于增加的,46年来增加了1.3 mm(增加率为0.3 mm/ 10a),相关不显著,M-K检验没有明显的突变。

以上分析表明,云南雨季(夏、秋季)降水总量趋于减少,干季(冬、春季)降水总量趋于增加,但干季降水量增加的幅度没有雨季降水量减少幅度的大,因此云南近46年来总的降水趋势是趋于减少的。

从气温的季节变化来看,云南124站春夏秋冬各季均表现出增温趋势,且增温最明显的区域位于滇中以南及滇西北地区,冬季和秋季增温较春季和夏季明显。而冬季气温上升最为显著,46年来增加了1.27℃(增加率为0.27℃/10a),相关系数超过了99%的显著性检验。应用M-K检验方法进行均值突变检验,云南冬季从1980年代初期温度开始明显增加,2000年以后增温趋势通过了95%的临界线,在1995年出现了一次由冷到暖的突变。春季气温增加率为0.09℃/10a,相关系数通过了90%的显著性检验,M-K检验没有突变;夏季气温增加率为0.15℃/10a,相关系数超过了99%的显著性检验,M-K检验表明1979年以后气温有明显上升,突变点在1987年;秋季气温增加率为0.17℃/10a,相关系数检验超过了99%的显著性检验,M-K检验表明1993年以后气温有明显上升,突变点在1996年。

2.3 云南降水、气温异常的统计分析

降水异常对社会经济和人类活动以及人民生命财产安全有着重要的影响。随着社会经济的发展,降水异常所造成的影响越来越强烈。对于降水异常,采用距平绝对值超过标准差两倍以上为达到异常的标准。

式中:Ki为降水异常指数;Ri为某年(季)降水量; R为多年平均降水量;S为标准差。当≥2时为出现异常,当在1.5～2之间时为接近异常。Ki为正值时为降水偏多异常,反之亦然。

利用上述降水异常公式计算了云南124站年总降水及各季节降水异常指数,并统计出降水异常和接近异常出现次数(表1)。从表1的统计可见,云南年总降水量变化趋势较为平缓,没有明显的降水异常发生,仅出现6次接近异常,并且接近负异常发生的概率较高,从这6次发生接近异常年代来看,1980年代后期以来,年总降水主要以接近负异常为主,这与前面分析的全省年降水量趋于减少趋势相吻合。春季降水发生了两次正异常,这两次正异常发生在1990年及2004年,春季降水的4次接近负异常都发生在1990年代以前,所以从春季降水异常的发生情况来看,云南春季降水进入了一个偏多时期。夏季降水的2次正异常发生在1980年代以前,1980年代以后夏季降水都以负异常出现,由此也可看出夏季降水逐渐进入了一个偏少时期。秋季降水的正接近异常主要出现在1980代中期至1990年代中期之间,1990年代后期以来,秋季降水以负异常为主。冬季降水异常的分布与春季降水异常分布类似。由此可见,从降水异常的分布情况也可看出,云南省年总降水量的变化较为平缓,夏、秋季节的降水趋于减弱,而春、冬季节的降水趋于增加。

表1 1961-2006年年降水及季节降水异常统计表

气温异常是指气温严重偏离平均状态。对于气温异常,采用气温距平绝对值超过标准差两倍以上为达到异堂的标准,即当气温距平绝对值≥2时为出现异常,当绝对值在1.5～2之间时为接近异常,若为正距平则是高温异常,反之亦然。

表2是1961-2006年年气温及季节气温异常统计表。从表2可看出,每个季节的异常值均表现为1990年代前为低温异常(春季除外),1990年代中期以后为高温异常,也就是说1970年代中期以前云南气温较低,各季节出现气温异常偏低的概率较高。进入1990年代中期以后,气温以正异常为主,温度在不断升高,各季节气温均出现了由低到高的突变,这与前面用M-K检验得出的结论完全一致。在全球增温的大背景下,进入21世纪后云南省也出现了连续异常的高温天气,而且出现了连续14年的暖冬气候。从各季节的异常分布来看,1990年代后期以后,云南各季节的气温都是出现正异常,表明云南各季节的气温1990年代中期以来气温呈明显上升趋势。春季气温变化稍为平缓,M-K检验也表明春季气温没有突变,夏、秋、冬季气温变化较为激烈,异常值的变化点与这三个季节M-K检验出现的突变点基本一致。

表21961 -2006年年气温及季节气温异常统计表(加粗体为异常年,其它为接近异常年)

3 结论

利用云南1961-2007年降水与气温资料进行线性趋势分析和突变检验,得出以下结论:

(1)云南近46年来年平均降水量是趋于减少的,特别是夏季降水量减少较为明显,减少率为4.5 mm/10a,相关系数达到了95%的显著性水平,并且在1971年前后夏季降水发生了由多到少的突变;春季降水量有增加的趋势,增加率为3.5 mm/ 10a,相关系数也达到了95%的显著性检验,1972年前后春季降水发生了由少到多的突变;秋季降水量则趋于减少,冬季降水量趋于增加。由于云南干季降水量的增加率小于雨季降水量的减少率,因此总体来看,云南年均降水量是趋于减少的。

(2)云南近46年来年平均气温是明显升高的,升高率为0.17℃/10a,相关系数超过了99%的显著性水平,在1997年出现了一次由冷到暖的突变;其中冬季平均气温增加最为显著,增加率为0.27℃/10a,相关系数超过了99%的显著性检验,冬季平均气温1995年出现了一次由冷到暖的突变;春、夏、秋季的平均气温均呈现明显增加的状态。

(3)在云南的不同地区,由于地形和天气系统影响的差异,出现了降水及气温的区域差异。滇南地区降水变化趋势基本一致,滇东北、滇西北、滇中有各自的降水特点;滇中及以东地区气温变化基本一致,滇西地区具有基本相同的气温变化趋势。

(4)从降水异常的分布情况可看出,云南省年总降水量的变化较为平缓,夏、秋季节的降水趋于减弱,而春、冬季节的降水趋于增加。从气温的异常分布来看,1990年代后期以来,云南年平均气温及各季节平均气温是增加的。因此,云南有由冷湿型气候向暖干型气候缓慢转变的趋势。

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Characteristic Analysis of Precipitation and Temperature Trend in Yunnan Province in Recent 46 Years

Liu Yu1,Zhao Erxu2,HuangWei1,Zhou Jianqin1and Ju Jianhua3

(1.Climate Center of Yunnan,Kunm ing650034,China;2.M eteorological Science and Technology Services Center of Yunnan,Kunm ing650034,China,3Yunnan ProvincialM eteorological Bureau,Kunm ing650034,China)

Using the latest data of precipitation and temperature in Yunnan in the period from 1961 to 2007, their linear variation and mutations are analyzed.The results indicate that the average annual precipitation in Yunnan in recent 46 years tends to decrease.In particular,the summer precipitation decreases obviously,with a decreasing rate of 4.5 mm/10a.The summer precipitation abruptly decreased around 1971.From the seasonal variation of precipitation and the statistical results of precipitation anomalies,the mean precipitation in rainy seasons in Yunnan tends to decrease,however the average precipitation in dry seasons tends to increase.From the perspective of geographical distribution of precipitation,the precipitation in southern Yunnan shows a gradual decrease trend.But the precipitation in central Yunnan indicates a trend of gradual decrease and then increase. The precipitation in northwest Yunnan tends to slightly increase.In northeast Yunnan,precipitation shows a clear decreasing trend.In recent46 years,the annualmean temperature in Yunnan is increasing.The characteristicsof seasonal temperature variation and the statistical results of temperature anomalies show that the temperatures in all the four seasons obviously increase,especially the winter temperature,which increases the most obviouslywith an increasing rate of 0.27℃/10a.A mutation ofwinter average temperature from cold towarm occurred in 1995.The war ming trend in central and eastern Yunnan is clear.The temperature in western Yunnan also tends to getwar m.

Yunnan;precipitation;temperature;trend;characteristics

P426.61+3;P423

A

1000-811X(2010)01-0039-06

2009-07-27

国家自然科学基金项目(40905033);国家自然科学基金与云南省联合资助重点项目(U0833602);昭通市烤烟生产信息数字化与烤烟气候资源分析研究项目(2006)

刘瑜(1958-),女,云南武定人,教授级高工,主要从事短期气候预测及气候变化研究工作.E-mail:cqkly@163.com