江西武夷山气候变化及其未来变化预测

宋蝶+王圣燕+徐毅+李萍+杨艳蓉

摘 要：全球气候变化导致的气候异常事件频发是影响森林生态系统产生自然灾害的主因，江西武夷山地区（铅山）是我国天然林的重要分布地之一。该文利用1960-2013年的历史气候资料以及IPCC对2040年前的气候预估，通过数据统计和气象绘图分析，研究江西武夷山（铅山）过去及未来共80年内的气候，得出结论：（1）江西武夷山地区气温总体呈缓慢增加趋势，1960-2009平均气温增幅为0.175℃/10a，2010-2039年增幅为0.299℃/10a。（2）江西武夷山地区的降水量在过去（1960-2013）年虽呈现微增加的趋势（R=0.05），2009年相比于1960年降水量增加了146.5 mm，但其在未来的数值却是波动下降的，2010-2039年这30年间降水量减少率为52.805 mm/10a；（3）未来武夷山地区的气候将朝着变暖变干的方向发展。

关键词：武夷山 气候变化 气温 降水

中图分类号：X508 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0140-08

Abstract： The natural disasters in forest ecosystem are attibuted to the frequent events of climate change caused by global climate change. The area of Wuyi Mountain in Jiangxi Province （Yanshan） is one of the important distribution of natural forest in China. This paper uses the data in 1960-2013 and the IPCC prediction of climate before 2040，.To research the cilmate change in the past and the future among 80 years by data analysis and meteorological plotting in Wuyi Mountain， Jiangxi Province，we can conclude：（1） t it showed a slow increasing trend of temperature in ；the increase in mean temperature was 0.175℃/10a in 1960-2009 and in 2010-2039 it was 0.299 ℃/10a. （2） although the precipitation showed a slowly increasing trend （R=0.05） in the past （1960-2013），it decreased in a fluctuation way in the future； compared to 1960 ，the precipitation in 2009 increased by 146.5mm ；the reduction rate of precipitation is 52.805mm/ 10a in 2010-2039； （3） the climate warming will become warm and dry in the future of Wuyi Mountain.

Key Words：Wuyi Mountain； Climate change； Temperature； Precipitation

2007年IPCC第四次气候变化评估报告指出：1906—2005年，全球平均气温总共升高了0.74℃，到21世纪末全球的平均气温将会升高1.1～6.4℃，因此全球变暖已是一个毋庸置疑的事实[1]。愈发明显的全球变暖，是导致异常气候事件频发的主因，也是森林自然灾害和气象灾害的主要原因。中国气候变暖与全球气候变暖基本同步[2]。对于中国而言，增温主要是从20世纪80年代中期开始的[3]。而华南地区在1960—2011年这52年以来，年均、最高、最低气温都呈增加趋势，且最低氣温增温率对年平均气温增温贡献最大，空间上呈现纬向分布的特征，与此同时，年均降水量呈微弱增加趋势，降水量的空间分布特征较为明显，由东南向西北逐渐减少，与全国降水量分布呈一致性[4]。另有研究[5]也表明，在气候变暖背景下，1961—2007年华南地区积温和湿润指数增加，降水量略微增加，地区气候总体表现为暖湿趋势。

由此可见，包括江西武夷山在内的华南地区作为天然林的重要分布区域，历史气候统计资料显示该地呈现“暖而湿”的趋势。研究表明，气候变暖可使闪电频率增加30%～40%[6]，随着雷击数量的上升，尤其是干雷暴的频发，森林雷击火发生频率会增加[7]。而华南地区是我国雷电发生最频繁的区域之一[8]。近年来南方地区降水虽有所增加，但增加的降水远远不能补偿气温升高引起的大量蒸发[9]。同时，据IPCC估计，全球平均地表温度在20世纪提高了0.6℃，未来我国南方地区气候变化呈“变暖变干”趋势[9-11]，这就更易形成干雷暴天气，而“干雷暴”加上长期干旱和高气温是产生林区雷击火的气象条件[12]，直接导致雷击火的发生。

1 研究区介绍

江西武夷山国家级自然保护区位于江西省上饶市铅山县，地处武夷山脉北段的西北坡，地理坐标范围为117°39′30″E—117°55′47″E，27°48′11″N—28°00′35″N。保护区总面积16007hm2，其中核心区4835hm2，缓冲区2021hm2，实验区9151hm2。其东南毗邻福建武夷山国家级自然保护区，与之共同组成完整的中亚热带中山森林生态系统[13]。地貌类型主要有山地、流水和湿地。地带性植被属中亚热带常绿阔叶林，垂直分布非常显著，天然植被有常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针阔叶混交林、针叶林、山顶苔藓矮林、山顶灌丛草甸、毛竹林等7个类型[14]。生境特征表现为原生性保存完好，森林覆盖率超过96.0%[3]，保护区内保存有1560hm完整的南方铁杉天然林[15]，是我国主要的南方天然林保护基地。endprint

2 资料及方法

文章采用的历史气候资料来自中国气象数据网（http：//data.cma.cn/）1960—2013年有观测记录的气温和降水等气象要素，未来气候变化预估来自IPCC气候模型MPI-ESM-LR在B2情况下预测的2010—2039年的气温和降水资料。

对历史气候资料分析采用统计软件分析方法，对未来气候变化预估是利用GrADS软件结合统计软件进行分析。

3 江西武夷山地区气候变化

3.1 历史气候变化分析

1960—2013这54年间，江西武夷山（铅山）地区年平均气温、平均最高气温及最低气温都呈上升趋势.平均最低气温的上升趋势（R=0.5572）相比于平均最高气温（R=0.3992）和平均气温（R=0.5393）而言最为显著，同时平均最高气温54年间总共上升了近0.95℃，比年平均气温54年的增量还要高0.07℃。由于最高气温增速大于最低气温，导致了这54年间温度较差总共增加了0.03℃。并且每10年平均气温增幅为0.175℃/10a，增温显著，如图1所示。

为了进一步分析增温趋势，将研究区1960—2013这54年间的年平均气温作图2，并以1980年为节点。可明显看出，虽然在图一中显示年平均气温总体呈现增加趋势，但在1980年之前的20年间，年平均气温实际上是呈减少趋势（R=-0.36）的，而在1980年之后的33年间，平均气温显著增加（R=0.82），增温幅度为0.55℃/10a，明显高于以1960年为起点分析得到的平均气温增幅0.175/10a。这与相关研究所得出的近百年来的中国气温变化，除了整体上的变暖趋势外，比较突出的特征还有1960—1970年的变冷，以及1980—1999年的快速增暖的结论相一致[17]。

以武夷山地区平均最冷月（1月）和最暖月（7月）平均气温对比来看，由图3可见该地区1月份（R=0.8132）气温平均增幅为0.155℃/10a，大于7月份（R=0.2078）气温平均增幅0.1225℃/10a，导致温度较差与之前相比在减少。虽然20世纪70年代1月份的平均气温相比与60年代减少了0.3℃，但在此后一直在增加，从5.2℃增加到80年代的5.4℃，再增加到90年代的的5.7℃，接着又增加2000年代的6.1℃，各增加了0.2、0.3、0.4℃。相关研究表明，我国80年代以来的气候变暖现象，以冬季反映最为突出[18]。80年代前后气温变化发生明显转折，可能与当时中国正在实行改革开放相关，因为改革开放使工业得到有效发展，而工业的发展会伴随着环境的破坏，如工厂温室气体的大量排放，加剧了温室效应，因而气温显著增加。

图4显示了武夷山地区过去50多年间降水量的变化。在这段时间内，该地区年降水量相关系数（R=0.055）较小，因此据此图推测年降水量可能存在着一种弱增加的趋势。趋势线较为平缓，大致位于1700mm降水量位置。而54年间就有25年的年降水量低于1700mm，在1979年更是达到最低值1202.7mm；共有29个年份的年降水量高于1700mm，其中1975年达到最大值，约有2764.4mm，2009年相比于1960年降水量增加了146.5mm。降水量年际的剧烈变动将给当地的生态环境变化方向带来更多的不确定性因素。

有研究表明，江西降水多集中在5月上、中旬和6月中旬至7月上旬[18]。为此，本文取6月为最大降水量月份，12月份为最小降水量月份，二者年际变化曲线如图5所示。由图可见，无论是6月（R=0.107）还是12月（R=0.130），该地区降水量均有波动且呈现弱增加趋势，即最大降水量与最小降水量均在增加，且6月降水量增幅164.01mm/10a明显大于12月降水量增幅50.1mm/10a。在1980s，12月降水量降到最低值25.03mm后一直在上升，至2000s 已达68.51mm，而对于6月份，降水量在1990s达到最大值450.02mm，而此时12月的降水量也比较大，推测1990s这一时间段是该地区降水多发年份。

3.2 未来气候变化分析

江西武夷山2010—2039逐年年平均气温变化如图6。可见，在這未来30年间，该地区的温度呈现波动上升的趋势（R=0.3158），虽然增加趋势小于历史增温趋势（R=0.5393），但增温幅度0.25/10a大于历史增温幅度0.175℃/10a。在2013年和2023年均达到谷值16.62℃，在2020—2039年中最低值为17.66℃，比2010—2029年这20年中年平均气温的最低值还要高约1℃，而在2019、2025、2029、2034、2037年气温均超过19℃。

比较不同时间尺度下的的R值，我们不难发现，2010—2039年平均气温的R值为0.3158，2010—2039每5年平均气温的R值为0.7362，年代间的增温趋势大于逐年的，因此可说明设定的时间尺度越大，所得趋势可能就越明显，根据趋势推测得到的结果可能也就越接近真实情况。同理，当把1960—1979、1980—1999、2000—2019、2020—2039这四个时间段的资料做成图7，可明显看出，相比于图6，图7所反映的增温趋势更加显著（R=0.9052），如此表明，江西武夷山从过去50年到未来30年一直呈增温趋势。

图6仅反映出江西武夷山站点附近的气温变化趋势，整个该地区的变化如图8。武夷山及周边地区在2010—2039每5年年平均气温变化如图8（A）-（F），图中黑点代表武夷山站点。由图可见，在未来30年间整个武夷山地区气温呈现增加的趋势，17、18、19℃等温线北移较为明显。在2010—2014年（图8（A））武夷山地区年平均气温在17℃等温线附近，五年之后17℃等温线逐渐北移（图8（B）-（E）），至2035—2039年时可看出该地区年均温逼近18℃等温线附近（图8（F）），且在图8（E）和图8（F）上可以看出气温明显超过了18℃，但还没有越过19℃，介于18～19℃之间。说明在未来30年，武夷山地区的气温是呈现增高的趋势的，这也与之前通过对近50多年（1960年—2013年）的历史资料所得出的分析结论相符。endprint

江西武夷山2010-2039这30年间年年降水量变化如图9。可见30年间该地降水量呈下降趋势（R=﹣0.3166），减少幅度为52.805 mm/10a，其中降水量在前15年有较明显的下降，从1749.75 mm降低到1329.13 mm，减少了420.62 mm。未来预估的结果与历史资料所得出的降水量弱增加的趋势的结论不相符。在进行统计分析时，设定的时间尺度越大，数据量越大，分析的变化趋势越会接近真实情况。由于未来预估的结果与历史资料所得出的降水量弱增加的趋势的结论不相符，因此将历史降水量资料和未来预估资料结合起来分析，即可得到图10。由图10可见，该地区降水量从1960年到未来的2039年这80年间，年降水量也是呈现逐渐下降的趋势（R=﹣0.688），减少幅度24.74mm/10a虽小于2010—2039年的减少幅度，但是其相关性大于将未来30年降水量单独分析所得到的相关性（R=﹣0.3166）。因此武夷山地区降水量虽然在过去存在一定程度上的弱增加，但就其长远来看，，该地区年降水量是呈减少趋势的，武夷山地区非但没有“变湿”，反而还向着“变干”的方向发展，并且在未来，降水量的减少幅度可能会进一步加大。

图9仅反映出气象站点附近的降水量变化趋势，整个武夷山地区的降水量分布如图11。图中黑点代表武夷山站点。由图可见，整个武夷山及其附近地区的年降水量是波动变化的，前10年降水量减少，中间10年降水量增加，后10年降水量又减少。其中，武夷山地区在2010—2014（图11（A））年年降水量在1800～2000mm之间，之后降水量下降至1400～1500mm之间（图11（B）-（C）），然后降水量回升至1800mm左右（图11（D）-（E）），最后降水量下降至1500mm左右（图11（F）），说明未来30年武夷山地区的降水量是总体呈现下降趋势的，虽然这与之前的历史资料分析结論并不一致（图4），这可能与武夷山地区的降水量的波动较大、某些时段气候异常以及历史资料的数据量不够大有关，并且当结合历史资料和未来预估分析（图10）也证明了武夷山地区降水量的确是呈现减少趋势的。

4 总结与讨论

（1）历史资料显示，在1960—2013年这54年间，江西武夷山（铅山）地区年平均、平均最高及最低气温都呈上升趋势，其中平均最低气温的上升趋势最显著，每10年（平均）气温增幅为0.175℃/10a。最暖月的气温平均增幅大于最冷月，气温较差减少。而该地区年降水量在54年间呈现一种弱增加的趋势，各年份年降水量在1700mm处波动，降水量最大月的增加幅度为164.01mm/10a，降水量最小月的增加幅度为50.1mm/10a。

（2）未来资料显示，江西武夷山未来30年（2010—2039）确实是呈增温趋势，且增温幅度0.299℃/10a大于历史增温幅度0.175℃/10a。而该地降水量在这30年间呈现下降趋势，减少幅度为52.81mm/10a。当结合历史降水量资料整体分析显示，武夷山地区降水量总体一直是呈现减少趋势的，在1960—2039这80年间减少幅度24.74mm/10a，且在未来降水量减少的趋势将会更加明显。

总之，江西武夷山地区气温总体呈增加趋势，从1960至今的历史资料及未来30年的趋势一致，尽管增加较为平缓，而降水量在过去虽呈现微增加的趋势，这与江西地区气温和降水量存在气温下降（上升）时， 降水量减少（增加）的关系的相关研究结论是相符的[19]。但将历史资料与未来预估资料结合起来分析时表明，从长远来看，武夷山地区降水量总体是呈现下降趋势的，且减少幅度逐渐增加，有异于前人研究江西或华南地区气候“变湿”的结论。这可能与武夷山地区的地理位置以及其他一些气象灾害有关。因此，在未来，武夷山地区的气候不是朝着“暖湿”的方向发展，而是朝着“变暖变干”的方向发展。暖而干是雷击火发生的重要条件，江西武夷山由于其所处的地理位置的较为特殊且是我国南方天然林保护地，因此研究该地区的气候为我们后期对雷击火的进一步研究显得尤为重要。目前所得结论基于实测资料和IPCC对未来气候的模拟结果，今后有待进一步研究。

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