近50年内滇西北极端气候变化*

2014-08-02夏范燕吴巩胜李丽周跃赵如

云南师范大学学报（自然科学版） 2014年3期

夏范燕，吴巩胜，李丽，周跃，赵如

(1.云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明 650500；2．云南财经大学野生动植物管理与生态系统健康研究中心，云南昆明 650221)

1 引言

世界气象组织规定，如果某个(些)气候要素的时、日、月、年值达到25年以上一遇，或者与其相应的30年平均值的“差”超过了二倍均方差时，这个(些)气候要素值就属于“异常”气候值.出现“异常”气候值的气候就称为“极端气候”.极端气候事件给世界各国的社会经济带来了巨大的负面影响，每年全球都因为极端气候灾害造成巨额经济损失，并且呈现逐年增加的趋势.极端气候对人类社会和基础设施，以及生态系统和野生动物都会造成严重的破坏[1-2]，同样对人类的健康也有潜在的影响[3].IPCC第四次报告指出20世纪后半叶可能是过去1 300年最暖的50年，全球气候变化以全球平均气温波动式变化、呈升温趋势为特征[4].据科学家预测，二十一世纪将平均升温1.1～6.4 ℃，全球的最高温、最低温均升高，但以最低温变暖最为明显[5].在气候变化的过程中，极端高温和极端低温更易导致死亡[6].云南省滇西北是全球生物多样性的热点地区，也是北半球生态系统最具代表性的地区之一.极端气候的分析将是气候变化对生物多样性影响研究的重要补充，对未来滇西北乃至整个云南的社会经济和生态系统平衡以及人类的健康都有重大的意义.

2 研究方法

2.1 研究区概况

研究区位于北纬26°14'～29°20'，东经98°05'～101°16'之间，整体呈北高南低的地势分布特点，海拔在1 335～5 551 m，平均海拔为3 394 m；受东亚季风、南亚季风、青藏高原季风环流的影响，滇西北地区具有冬干夏雨的季风气候特点.高山与河流并列，山地与高原相间，属于典型山地自然景观垂直带，有保存完好的大片原始森林.社会经济方面总体上仍属于云南省经济发展相对滞后的地区，农业人口和少数民族人口比重大，仍以农业生产为主，保留着传统的粗放生产方式.

2.2 数据

采用了云南省滇西北地区的7个气象站点(德钦站、香格里拉站、贡山站、维西站、丽江站、泸水站、大理站)50年内(1961～2010)12个月中每天的气温(℃)和降水(mm/d)数据(数据来源：国家气象中心提供)进行分析.(国家气象中心区域气候模式预估数据，其分辨率为0.25°×0.25°)

2.3 分析方法

7个站点近50年内的逐日气候数据利用STARDEX Diagnostic Extremes Indices Software(欧洲地区极端事件统计和区域动力降尺度)[7]分析得出每个站点逐年的57个极端指数，在57个极端指数中10个核心指数被用于极端事件变化事实的分析、模式资料降尺度的效果评价、未来气候极端事件变化定量预估.其中，降水指数很好地结合了强度(pq90,px5d,pint)、频率(pnl90,pxccd)和比例(pfl90)，部分指数考虑了降水的分配情况.雨日规定为日降水量不小于1.0 mm.气温指数有2个大小尺度的指数(txq90、tnq10)和2个频次尺度的指数(tnfd、txhw90)[7].冷、热极端时间均有大小和频次尺度的指数来衡量.本文选取10个核心指数的同时，参考文献[2-3,5-6,8-23]添加年均温(tav)、气温日较差平均值(trav)、生长期有效积温(tgdd)和生长期(tgsl)、有霜期(tnfsl)等7个指数.

运用散点图对每一个站点春、夏、秋、冬四季和全年的17个指标分别进行了线性趋势分析，对整个区域平均数据也进行线性趋势分析，并采用T检验对线性趋势进行95%的检验，通过显著性检验说明变化趋势显著，否则认为变化趋势为正常的气候波动[24].

STARDEX极端指数见表1：

表1 选取的STARDEX极端指数列表

*代表指数为核心指数

3 结果与分析

通过分析得出七个站点的极端气温在近50年内出现明显上升趋势,极端降水总量呈略微增加的趋势.

3.1 极端温度特征统计分析

表2 1961～2010年间滇西北七站点极端气温变化趋势(单位：1%/10a)

*表示通过95%的信度检验.

3.1.1 气温上升，年日较差降低

通过对德钦等7个站点的数据进行分析可知，年均温呈上升趋势，上升幅度为0.2%/10a，尤其是冬季上升最为明显，增幅在0.23%/10a ～0.31%/10a.且北部地区增温趋势相对于南部地区更为明显.

年日较差均值呈现下降趋势，尤其以春季下降最为明显，其中维西、丽江和泸水三个站点的春季日较差均值降幅都在0.25%/10a以上，地区总体降幅在0.136%/10a.

3.1.2 异常极端高温连续日数增加，“暖冬”几率增高

最长异常热浪天数呈现明显的增长趋势，由1961年的5天增加到2010年的11天，每十年增加1天，增幅在10%/10a左右，冬季异常高温增加趋势最为明显，增幅在1.56%/10a～1.95%/10a之间.

滇西北地区暖日阈值和冷夜阈值都在呈现升高的趋势，说明每日的最高气温和最低气温都有升高的趋势.暖日阈值与冷夜阈值的升高均在冬春两季表现明显，暖日阈值在冬季的增幅为0.5%/10a，而冷夜阈值则在春季呈现出0.5%/10a的增长.说明该地区冬季日高温上升，加上冬季均温升高和异常热浪天数增加明显，“暖冬”的出现概率更大；春季夜低温增加明显，出现“倒春寒”的概率也随之增加.

3.1.3 霜冻日数减少，生长期延长

各个站点的生长期和生长期有效积温呈现明显的增长，生长期有效积温在丽江站的增幅达到50%/10a，其他站点的增幅也达到30%/10a；同时，霜冻日数和有霜期都呈明显的下降趋势，下降幅度高达到10%/10a，大部地区的下降幅度达到5%/10a，泸水站、大理站、贡山站和丽江站尤为明显.

3.2 极端降水趋势

表3 1961～2010年间滇西北七站点极端降水变化趋势(单位：1%/10a)

*代表通过95%的信度检验.

3.2.1 总体趋势不明显，降水总量不减

滇西北地区的降水量总量总体上属正常范围内的气候变化，但有增加的趋势，七个站点有3.2%10a～17%/10a的不同增长.

3.2.2 区域降水不均，连续干、湿日数增加.

由表3可知香格里拉站降水强度与比例在50年间明显增加，其他六站点变化不明显.但对于全部站点的季度突变检验发现：春季强降水阈值在维西、丽江和泸水三个站点明显增加；春季最长连续湿日数在贡山站和大理站明显增加；春季最长连续干日数在贡山、维西、丽江三站明显增加；最大5日降水量、湿日平均降水量、较强降水日水和比例在丽江、泸水和大理三站尤为明显，特别是春季呈明显的增长趋势，最高达到4%/10年.春季降水的增加对于缓解春季干旱和森林火灾起到重要作用，但强降水的增加也更容易导致灾害的发生.

从七站点的区域分布图看，中南部地区的降水明显增多，北部地区无明显变化.由该地区特殊的地理位置判断降水的不均衡性与西南和东南暖湿气流以及地形有极大关系.

总之，极端气温在滇西北地区总体上呈升高趋势，与全球变暖的总体特征一致；气温的升高和降水的增加对传统粗放式生产和农业发展在一定程度上是有利的，但“暖冬”现象的出现，将会加剧某些病虫害的发生[25-26].滇西北地区冬季和春季的极端气温明显升高，极端降水略微增长[27]，从极端平均温度和极端平均降水的总体趋势来看，云南有由冷湿型气候向暖干型气候缓慢转变的趋势[27]；极端降水的变化分布不均匀性相当明显，但总体上呈现略增的趋势[20].

4 讨论

随着云南气候的不断变化，气候异常事件也频繁发生，气象灾害日趋严重[18,28-29]，其中干旱是最大的气象灾害，在气象总灾害中占50%以上[30-36].从统计可知春末夏初干旱是云南出现频率最高、影响范围广、持续时间长且危害最严重的干旱[18].滇西北地区虽然降水总体并未减少，但是春季连续干日数增加、夏季湿日平均降水减少、最大5日降水增加以及春季极端气温升高，表明滇西北也可能会出现春末夏初干旱.滇西北地区极端气候变暖，给当地物种及栖息地带来更多的不确定性的影响.在这样的气候变迁下，特殊的地理地形使滇西北气候与生态环境的演变存在特殊性，也将使滇西北的濒危物种受到更加强烈的气候变化影响和冲击.因此，深入研究滇西北极端气候特征对于滇西北乃至云南经济大开发和可持续发展都有重要的理论价值和现实意义[32].

在全球气候显著变暖的背景下，滇西北地区多项极端降水气候事件的频率和趋势不显著；对滇西北地区经济社会具有重大影响的主要极端气候事件频率总体上未见明显趋势性变化[12].滇西北极端气温增加的地区对应的降水有升高也有降低[20]，这可能与滇西北的海拔和坡向等原因有关，且各项极端气候指数分析结果在一定程度上受线性偏差的影响.因此，下一步研究应在实际极端气候数据基础上结合区域特点对极端指数进行修正和校验.

参考文献:

[1] 张宁.中国极端气温和降水趋势变化研究[D].南京:南京信息工程大学,2007.

[2] MEEHL G A,KARL T,EASTERLING D R,et al.An introduction to trends in extreme weather and climate events:observations,socioeconomic impacts,terrestrial ecological impacts,and model projections[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2000,81(3):413-417.

[3] MEEHL G A,ZWIERS F,EVANS J,et al.Trends in extreme weather and climate events:issues related to modeling extremes in projections of future climate change[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2000,81(3):437-426.

[4] IPCC.Climate Change 2007 Synthesis Report[EB/OL].http://www.ctc-health.org.cn/file/2009070106.Pdf.

[5] 华丽娟,马柱国,罗德海.1961～2000年中国区域气温较差分析[J].地理学报,2004,59(5):680-688.

[6]OLIVIER DESCHENES，ENRICO MORETTI.Extreme weather events,mortality and migration[J].The review of economics and statistics,2009,91(4):659-681.

[7] STARDEX Diagnostic Extremes Indices Software User Information.Pdf[Z].Version 3.3.1.2004.

[8]FRICH P,ALEXANDER L V,DELLA-MARTA P,et al.Observed coherent changes in climatic extremes during the second half of the twentieth century[J].Climate Research,2002,19(3):193-212.

[9] 任国玉,初子莹,周雅清,等,中国气温变化研究最新进展[J].气候与环境研究,2005,10(4):701-715.

[10]王秀萍,任国玉,赵春雨,等.近46年大连地区初、终霜冻事件和无霜冻期变化[J].应用气象学报,2008,19(6):673-678.

[11]周雅清,任国玉.城市化对华北地区最高、最低气温和日较差变化趋势的影响[J].高原气象,2009,28(5):1158-1166.

[12]任国玉,陈峪,邹旭恺,等.综合极端气候指数的定义和趋势分析[J].气候与环境研究,2010,15(4):354-361.

[13]周雅清,任国玉.中国大陆1956～2008年极端气温事件变化特征分析[J].气候与环境研究,2010,15(4):405-417.

[14]张勇,许吟隆,董文杰,等.SRES B2情景下中国区域最高、最低气温及日较差变化分布特征初步分析[J].地球物理学报,2007,50(3):714-723.

[15]DIMRI A P,DASH S K.Winter temperature and precipitation trends in the Siachen Glacier[J].Current Science,2010,98(12):1620-1625.

[16]ADRIAN J C,KEVIN I H,LENNART O B,et al.Impact of increasing resolution and a warmer climate on extreme weather from Northern Hemisphere extratropical cyclones[J].Tellus A,2011,63(5):893-906.

[17]GREENOUGH G,MCGEEHIN M,BERNARD S M,et al.The potential impacts of climate variability and change on health impacts of extreme weather events in the United States[J].Environmental Health Perspectives,2001,109(suppl 2):191-198.

[18]程建刚,解明恩.近50年云南区域气候变化特征分析[J].地理科学进展,2008,27(5):19-26.

[19]丁裕国,郑春雨,申红艳.极端气候变化的研究进展[J].沙漠与绿洲,2008,2(6):1-5.

[20]刘瑜,赵尔旭,黄玮,等.云南近46年降水与气温变化趋势的特征分析[J].灾害学,2010,25(1):39-44.

[21]王冀,江志红,宋洁,等.基于全球模式对中国极端气温指数模拟的评估[J].地理学报,2008,63(3):227-236.

[22]MORSS R E,WILHELMI O V,MEEHL G A,et al.Improving societal outcomes of extreme weather in a changing climate: an integrated perspective[J].Annual Review of Environment and Resources,2011,36(1):1.

[23]DIMRI A P,DASH S K.Wintertime climatic trends in the western Himalayas[J].Climatic Change,2012,111(3-4):775-800.

[24]杨莲梅.新疆极端降水的气候变化[J].地理学报,2003,58(4):577-583.

[25]吴建国，吕佳佳，艾丽.气候变化对生物多样性的影响:脆弱性和适应[J].生态环境学报,2009,18(2):693-703.

[26]李淑华.气候变暖对我国农作物病虫害发生,流行的可能[J].中国农业气象,1992,13(2):46-49.

[27]张强,韩永翔,宋连春.全球气候变化及其影响因素研究进展综述[J].地球科学进展,2005,20(9):990-998.

[28]赵元茂,杞明辉.全球变化中的我国云南气候与生态响应[J].辽宁气象,2005 (1):20-22.

[29]杨竹云，孙亚林，古书鸿，等.勐腊县雷暴气候变化特征分析[J].云南大学学报：自然科学版，2013，35(2)：193-198.

[30]晏红明,程建刚,郑建萌,等.2009年云南秋季特大干旱的气候成因分析[J].大气科学学报,2012,35(2):229-239.

[31]彭贵芬,刘瑜,张一平.云南干旱的气候特征及变化趋势研究[J].灾害学,2009,24(4):40-44.

[32]张万诚,郑建萌,任菊章.云南极端气候干旱的特征分析[J].灾害学,2013,28(1):59-64.

[33]陈艳,段旭,董文杰,等.云南不同气候带极端气温变化趋势[J].气象科技,2013,41(1):126-130.

[34]陶云，樊风，段旭，等.云南不同气候带气温变化特征[J].云南大学学报：自然科学版，2013，35(5)：652-660