云南省细网格气候区划及气候代表站选取

2011-01-30段旭陶云段长春

大气科学学报 2011年3期

段旭，陶云，段长春

(云南省气象科学研究所，云南昆明650034)

0 引言

过去几十年里，国内已开展了许多气候区划的研究工作。钱纪良和林之光(1965)依据我国干湿季分明的特点，利用蒸发量和干燥度进行了气候分区。李世奎(1987)、卢其尧等(1988)结合农业与地形从热量、种植类型、水分条件、气象灾害等方面分不同等级开展了农业气候区划。王宇(1990)结合低纬高原特点，把云南省分为7个气候带，即北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、暖温带、中温带和高原气候区，这对指导农业生产和了解云南复杂气候有重要影响。一些省区也进行了气候区划工作(张谊光和黄朝迎，1981;何大章和张声粦，1985;缪启龙等，1988;况雪源等，2007;毛炜峄等，2008)。目前气候区划用的最多的指标是日平均气温大于等于10℃的积温和天数(林振耀和吴祥定，1981;陈咸吉，1982;陈明荣，1990)。总体看，气候区划指标大致分为两类:一类是气象要素指标(如降水量、积温等)，另一类是自然因子指标(如地形、土壤、植被等)。如果在气候区划时两类指标都要考虑，固然比较全面，但会把问题搞得很复杂。本文比较倾向丘宝剑(1984)的观点:气候是很复杂的现象，可以从不同角度来表达，在气候区划中不要过多的纠缠区划指标，而要着眼研究一些问题。

过去的研究工作大都以点代面，即用气象站的资料来代替某一片区域(一般为行政县域)。这样的做法虽然能大致划分气候带，但不够精细。特别是在高原或山地，较短水平距离区域内海拔高度有可能相差很大，如果不考虑气温随地形的变化，用某一点的气温描述区域内气候，会产生较大误差。因此，本文将利用温度递减率关系，先进行地形订正，把站点气温资料插值到1 km×1 km网格点上，然后再进行气候区划，并依据细网格气候区划结果选取气候代表站。

1 资料和方法

气温资料选用1961—2008年共48 a的云南省124个，以及西藏、四川、贵州与云南相邻的37个地面站逐日平均值。计算1971—2000年124站标准30 a的日平均气温，用于气候区划时统计大于等于10℃的积温和天数。统计云南124站标准30 a年平均气温，建立云南区域气温随高度递减的统计关系(图1)，即海拔每升高(降低)100 m，气温约下降(上升)0.51℃。

图1 云南省124站年均气温与海拔高度的关系Fig.1 The relationship between average temperature and altitude of the124station sin Yunnan Province

在得到云南124站标准30 a年平均气温和气温垂直递减率的基础上，利用Cress man(1959)方法，将161个站点(云南124站及相邻37站)资料插值到网格点上。插值时以扫描半径范围为单元进行地形订正(即对某一格点插值时，将其扫描半径内站点值根据其垂直递减率计算订正到格点高度上，再进行距离权重插值)。插值范围为包含了云南省97.258～106.186°E、21.144～29.244°N矩形，经纬网格距取0.009°×0.009°(约1 km×1 km)，格点数为963×901。网格点的地形高度取自国家测绘局提供给中国气象局的“国家基础地理信息数据”中的云南数字高程模型数据，云南省范围以外的格点地形高度定义为－999.99，客观分析时遇到地形高度为－999.99的格点不进行插值。

通过地形订正，建立了标准30 a日平均气温1 km×1 km网格点数据，气候区划在细网格上进行。

气候区划主要参考文献(陈咸吉，1982;王宇，1990;中国气象局，2002)给出的指标，并结合云南地形因素确定(表1)，其中大于等于10℃的天数218 d是温带和亚热带的分界线(陈咸吉，1982)。

表1 气候带划分指标Table 1The indicators of climatic zone division

2 气候区划

在所考虑的客观分析矩形内，共有963×901=867 663个格点，其中云南省境内格点数为423 146个，由于网格点较细，可以用格点数的多少近似代表面积的大小。按照表1给出的指标，计算得到云南省细网格气候区划各气候带所占面积的比例(表2)。

表2 云南省各气候带所占面积的比例Table 2The proportion of area of each climatic zones

可以看出，云南气候以亚热带气候为主，占总面积的78.99%，其他气候带所占比例较小。考虑气候主要特征和地形因素，把高原寒带、高原亚寒带、高原亚温带、高原温带合并为高原气候带，寒温带、中温带和暖温带合并为温带。这样，云南可分为高原气候带、温带、北亚热带、中亚热带、南亚热带和北热带等6个气候带(表3)。与过去的气候带划分(王宇，1990)比较，仅是把各温带进行了合并，因暖温带和寒温带在本文细网格气候区划(图2)中所占面积的比例都很小，合并为温带是合理的。

表3 云南省气候带划分Table 3Climatic zone division in Yunnan Province

细网格气候区划把云南分为6个气候带(图2)，按云南省国土面积39.41×104km2计算，高原气候带、温带、北亚热带、中亚热带、南亚热带和北热带所占面积分别为3.32×104、3.65×104、15.65×104、6.82×104、8.66×104和1.31×104km2。

1)高原气候带，占云南省国土面积的8.43%。分布在滇西北3 000 m以上高低海拔地区，其中，3 000～3 800 m的地区约占高原气候带面积的74.71%，3 800～4 200 m、4 200～4 900m和4 900 m以上的地区分别为17.12%、7.72%和0.45%。高原气候带所属站点2个，德钦、香格里拉。

2)温带，占云南省国土面积的9.26%。主要分布在滇东北和滇西北海拔高度为2 200～3 000 m的地区，其他海拔较高的地区也有零星分布。其中海拔高度2 200～3 000 m的地区约占温带面积的90.64%，海拔高度1 800～2 200 m所占面积比例为9.36%。温带所属站点4个:镇雄、昭通、维西、兰坪。

3)北亚热带，占云南省国土面积的39.71%，是云南省面积最大的气候带。主要分布在滇中、滇西、滇南高海拔地区和滇北低海拔地区，大部分集中在海拔高度为1 900～2 300 m的地区，该区域约占北亚热带面积的66.09%，海拔高度1 200～1 900 m和2 300～2 700 m所占面积比例为16.18%和17.73%。北亚热带所属站点35个:昆明、安宁、晋宁、呈贡、嵩明、寻甸、太华山、威信、大关、鲁甸、会泽、宣威、沾益、马龙、富源、罗平、师宗、陆良、泸西、丽江、宁蒗、永胜、贡山、剑川、鹤庆、洱源、大理、祥云、姚安、南华、武定、双柏、腾冲、昌宁、龙陵。

图2 云南省细网格点数据气候区划Fig.2 The climate division in Yunnan Province based on the fine mesh data

4)中亚热带，占云南省国土面积的17.31%。主要分布在滇中、滇东南和滇西南海拔较高的地区，大部分集中在海拔高度为1 500～2 000 m的地区，该区域约占中亚热带面积的74.26%，海拔高度800～1 600 m和2 000～2 300 m所占面积比例为16.51%和9.23%。中亚热带所属站点37个:富民、宜良、石林、禄劝、绥江、永善、盐津、彝良、丘北、广南、砚山、西畴、弥勒、个旧、元阳、屏边、易门、玉溪、澄江、江川、华宁、通海、峨山、福贡、云龙、永平、漾濞、弥渡、巍山、永仁、大姚、牟定、楚雄、禄丰、西盟、凤庆、保山、施甸。

5)南亚热带，占云南省国土面积的21.97%。主要分布在滇南和河谷地区，大部分集中在海拔高度为900～1 600 m的地区，该区域约占南亚热带面积的81.62%，海拔高度400～900 m和1 600～2 200 m所占面积比例为9.50%和8.88%。南亚热带所属站点39个:东川、富宁、文山、马关、麻栗坡、石屏、建水、开远、蒙自、红河、绿春、金平、新平、华坪、六库、宾川、南涧、景东、镇源、景谷、墨江、普洱、宁洱、江城、澜沧、孟连、勐海、云县、临沧、永德、镇康、耿马、沧源、双江、盈江、梁河、潞西、陇川、瑞丽。

6)北热带，占云南省国土面积的3.32%。云南北热带主要分布在滇南和海拔较低的河谷地区，大部分集中在海拔高度为500～1 000 m的地区，该区域约占北热带面积的70.11%，海拔高度500 m以下和1 000～1 500 m所占面积比例为17.74%和12.15%。根据气候带划分指标，北热带所属站点6个:巧家、河口、元江、元谋、景洪、勐腊。

与站点气候区划(王宇，1990)相比，细网点数据气候区划总体趋势与之大致相似。但差异还是比较明显:其一，站点区划结果各气候带基本以行政区域划界，成片相连，而细网格区划结果各气候带分布与地形和纬度相关联;其二，各气候带面积大小，站点区划以站点所在县的面积大小确定，即以点代面，而细网格区划则以格点数的多少近似代表面积的大小。由于云南地形复杂，同一行政内地形起伏变化较大，各气候带面积大小并不以所属站点多少来决定，更多的是以海拔高度确定，地形因素比行政区域更能体现气候特征。

3 气候代表站选取

在气候区划的基础上确定各气候带气候代表站，一方面用于气候变化研究分析，另一方面也可为大气观测体系建设提供参考依据。首先利用1961—2008年云南124站和西南相邻的37站逐年平均气温，进行考虑地形的细网格客观插值，得到48 a逐年细网格数据;然后计算云南6个气候带所属格点累加平均值，得到6个气候带48 a年平均气温变化序列;最后统计分析各气候带与各气候带所属站点年平均气温变化序列之间的关系。从两个方面确定气候代表站:1)站点序列与气候带序列(细网格累加平均)变化趋势的一致性;2)站点序列与气候带序列偏离程度。

站点序列与气候带序列变化趋势的一致性，用两者的相关系数衡量。图3给出了6个气候带所属站点与气候带之间的相关关系。可以看出，各气候带所属站点与该气候带的相关性均比较显著。在云南124站中，120站通过了0.01的显著性t检验，4站通过了0.05的显著性t检验。

通过站点序列与气候带序列趋势变化的一致性分析，选取相关系数大于等于0.9的站点，计算与所属气候带序列之间的均方根误差，考察两者之间的偏离程度，取均方根误差最小(即偏离程度最小)的站点作为气候代表站。它们分别是:高原气候带代表站香格里拉(56543)、温带代表站维西(56548)、北亚热带代表站师宗(56883)、中亚热带代表站宜良(56880)、南亚热带代表站江城(56977)和北热带代表站勐腊(56969)。

表4和图4分别给出了云南省6个气候代表站信息和空间分布。可知，云南气候代表站并非均匀分布，它们的位置由纬度、地形海拔高度和气候带分布决定。

图5给出了云南6个气候代表站序列与气候带序列的比较，可以看出，选出的6个气候代表站与所属气候带有较一致的变化趋势。其中，3个亚热带气候代表站序列与气候带序列误差极小，具有较高的代表性，其他气候带气候代表站序列与气候带序列有一定误差，但误差也较小，所选站点能够代表所属气候带，可以用为气候监测与分析的代表站。

图3 云南省各气候带站点序列与气候带相关系数a.北热带;b.南亚热带;c.中亚热带;d.北亚热带;e.温带;f.高原气候带Fig.3 The correlation coefficient of the sequence of the stations and the climatic zone over Yunnan Province a.north tropical;b.south subtropical;c.middle subtropical;d.north subtropical;e.temperate zone;f.plateau climate zone

表4 云南省气候代表站信息Table 4Information of the representative climate stations in Yunnan Province

图4 云南省气候代表站空间分布Fig.4 The spatial distribution of the representative climate stations in Yunnan Province

4 小结

1)云南地形复杂，过去主要利用气象站点的资料来进行气候区划，以点代面，不能细致准确地表现云南气候带分布特征。因此，利用本地气温递减率统计关系进行了地形订正，形成1 km×1 km细网格点数据，在此基础上进行气候区划。

2)细网格区划与站点区划结果虽然大致相似，但有两点比较明显的差异:首先，站点区划结果各气候带基本上以行政区域单元，分布成片相连，而细网格区划结果各气候带分布主要与地形和纬度，分布相对比较离散;其次，各气候带面积大小，站点区划以站点所在行政区域面积的大小确定，而细网格区划则以格点数的多少来确定面积的大小。因此，在云南地形复杂下，地形因素比行政区域更能体现气候特征。

图5 1961—2008年云南省气候代表站与相应气候带年际变化比较a.高原气候带;b.温带;c.北亚热带;d.中亚热带;e.南亚热带;f.北热带Fig.5 Comparison of the inter-annual changes of the representative climate stations with that of the climate zones in Yunnan Provincea.plateau climate zone;b.temperate zone;c.north subtropical;d.middle subtropical;e.south subtropical;f.north tropical

3)利用相关系数和均方根误差分析方法，进行站点序列与气候带序列趋势变化一致性和偏离程度统计分析，从各气候带相关系数大于等于0.9的所属站点中挑选出均方根误差最小的站点作为气候代表站。分析表明，所选气候代表站与相应气候带序列变化非常一致，能够较好地代表云南各气候带变化特征。

陈明荣.1990.试论中国气候区划［J］.地理科学，10(4):308-315.

陈咸吉.1982.中国气候区划新探［J］.气象学报，40(1):35-48.

何大章，张声粦.1985.海南岛气候区划［J］.地理学报，40(2):169-178.

况雪源，苏志，涂方旭.2007.广西气候区划［J］.广西科学，14(3):278-283.

李世奎.1987.中国农业气候区划［J］.自然资源学报，2(1):71-83.

林振耀，吴祥定.1981.青藏高原气候区划［J］.地理学报，36(1):22-32.

卢其尧，虞静明，傅抱璞.1988.农业地形气候区划的方法及其应用［J］.南京大学学报，24(3):441-451.

毛炜峄，南庆红，史红政.2008.新疆气候变化特征及气候分区方法研究［J］.气象，34(10):67-73.

缪启龙，李兆之，窦永哲.1988.陕西省气候的主成分分析与区划［J］.地理研究，7(2):87-93.

钱纪良，林之光.1965.关于中国干湿气候区划的初步研究［J］.地理学报，31(1):1-14.

丘宝剑.1984.我国亚热带划分中的一些问题［J］.地理研究，3(1):66-76.