楚雄州1971―2016年极端气温变化特征分析*

徐 凌，陈晓东，林 坤

(1.楚雄州气象局，云南 楚雄 675000；2.元谋县气象局，云南 元谋 651300)

1 引言

近年来，不同的学者针对不同地区极端气温的变化进行了研究，武丽梅、董丹宏等研究了中国极端气温时空变化特征[1―4]；蒋薇、张卉等分析我国不同区域极端气温的变化特征[5―7]；张万诚、杨晓静等对云南省极端气温时空变化进行了分析[8―11]；夏范燕对楚雄站近50年极端气候数据变化进行了分析[12]；何萍、鲁永新等对楚雄气温变化情况进行分析[13―14]，但针对楚雄州极端气温变化情况的研究很少。本文对楚雄州1971～2016年气温实测资料进行统计分析，以揭示楚雄州近46年来极端气温的变化特征及演变趋势，加深认识本地气候变化的规律，为更好的开展本地气候变化的监测、评估及防灾减灾等提供科学依据。

2 资料与方法

2.1 数据来源与处理

以1971～2016年楚雄州10站点逐日极端最高(低)气温、平均气温实测资料为基础，统计出楚雄州年(季)极端气温和平均气温的基本状况。以10站点平均值为全州平均。年极端最高(低)气温从各月极端最高(低)气温中挑取；四季极端最高(低)气温从对应各月极端最高(低)气温中挑取。文中3～5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，12月～次年2月为冬季。

2.2 研究方法

利用线性倾向估计[15]，对楚雄州1971―2016年极端最高(低)气温、平均气温进行线性趋势分析。计算出相关系数[15]，进行显著性检验[15]。

2.2.1 线性倾向估计

建立气候要素的时间变化序列，进行趋势分析，用一元线性回归方程Y=at+b表示，其中a、b为经验常数，用最小二乘法通过实际资料计算得出。a表示线性函数的斜率，也就是气候要素变化趋势率，a为正(负)表示增加(减小)趋势，并以a的10倍作为气候变量的气候倾向率。

2.2.2 相关分析

通过计算两组气象要素间的Pearson相关系数，来度量气象要素问的相关性。对于两组气象要素X1，X2，……，Xn和Y1，Y2，……，Yn，相关系数r的计算公式为：

相关系数r取值在-1.0～+1.0之间。当r>0时，表明两变量正相关，越接近1.0，正相关越显著；当r<0时，表明两变量负相关，越接近-1.0，负相关越显著；当r=0时，则表明两变量相互独立。本文中所涉及相关系数均是气温变量与时间变量(年序号)之间的线性相关。

2.2.3 相关性检验

利用相关系数检验表，根据自由度，给定显著性水平，直接查表对相关系数进行显著性检验。

3 结果与分析

3.1 极端气温变化

3.1.1 各站极端最高(低)气温基本状况

从表1可看出，楚雄州10站累年极端最高气温均出现在2014年6月，其中2014年6月3日楚雄、双柏、牟定、姚安、大姚、元谋、禄丰7站出现极值；同年6月4日南华、永仁、武定3站出现极值；姚安站2014年6月3日、2015年6月4日极端最高气温均达历史极值。10站中极端最高气温的最大值为元谋站42.4℃，最小值双柏站32.0℃，其余各站在33.9～37.8℃之间。

与极端最高气温出现时段各站点比较一致的情况不同，楚雄州10站累年极端最低气温出现在不同年份，其中出现在1974年1月有2站，1982年12月4站，出现在1983年12月、1997年1月、1999年12月各有1站。双柏县2016年1月25日极端最低气温与累年最低的1982年12月26日持平。2000年后10站中除双柏站外，均未出现累年极端最低气温。10站中累年极端最低气温的最小值为姚安、南华站-8.4℃，最大值元谋站-1.3℃，其余站点在-4.4℃～-7.3℃之间。

表1 1971―2016年楚雄州10站点累年极端最高(低)气温极值及出现时间表

从累年极端气温出现的月份看，全州极端最高气温多出现在5月，46年中有26年，占57%；其次是6月份，占22%。46年中极端最低气温多出现在1月份，有33年，占72%，出现在12月份的有12年，占26%。

3.1.2 极端最高气温变化

(1) 年极端最高气温变化

1971―2016楚雄州区域平均年极端最高气温升温趋势明显(见图1)，相关系数r=0.3972，气候倾向率为0.31℃/10a (显著性水平p=0.01),即每10年楚雄州区域平均年极端最高气温升高0.31℃。最低值出现在1974年，全州平均为30.1℃；最高值为2014年，全州平均为35.6℃。2008年后极端最高气温明显升高，气候倾向率为1.35℃/10a (显著性水平p=0.01)。

图1 1971―2016年楚雄州区域平均年极端最高气温变化及其线性趋势拟合(y为气温变量，x为年序号，R2为方程拟合度，R为y与x的相关系数,下文各图相同)

全州10站年极端最高气温均呈升温趋势，但各站气候倾向率不同，升温速率在0.11～0.47℃/10a之间；最大值为牟定站，气候倾向率为0.47℃/10a(p=0.01)；最小值为双柏站每10年年极端最高气温升高0.11℃ (未通过p=0.1检验)。

(2)各季节极端最高气温变化

从区域平均极端最高气温的各季节值变化趋势来看(见图2)，春、夏、秋、冬四季极端最高气温均呈升温趋势，升温速率冬季>夏季>春季>秋季。楚雄州极端最高气温在冬季上升明显，冬季每10年升高0.46℃ (p=0.01)。升幅最小的是秋季每10年升高0.25℃ (p=0.05)。

(a)春季

(b)夏季

(c)秋季(d)冬季

图2 1971―2016年楚雄州区域平均各季节极端最高气温变化及其线性趋势拟合

3.1.3 极端最低气温变化

(1)年极端最低气温变化

1971―2016年楚雄州区域平均极端最低气温也呈升温趋势，气候倾向率为0.36℃/10a (p=0.01),即每10年年区域平均极端最低气温升高0.36℃。最低值出现在1974年、1982年，极端最低气温均为-4.8℃。2000年后除2013年为负距平，其余15年极端最低气温均为正距平，低温升温趋势明显。

图3 1971―2016年楚雄州区域平均年极端最低气温变化及其线性趋势拟合

全州10站年极端最低气温均呈升温趋势，升温速率在0.1～0.91℃/10a之间。楚雄站升温速率最大，气候倾向率为0.91℃/10a (p=0.01), 牟定站气候倾向率为0.30℃/10a (p=0.01)，姚安站气候倾向率为0.56/10a (p=0.01),武定站气候倾向率为0.37/10a (p=0.01)，禄丰站气候倾向率为0.30/10a (p=0.01)。南华气候倾向率为0.30/10a(p=0.05)，大姚气候倾向率为0.24/10a(p=0.05)。双柏、永仁、元谋3站线性升温未通过显著性水平p=0.1的检验。

(2) 各季节极端最低气温变化

1971―2016年楚雄州区域平均四季极端最低气温均呈升温趋势(见图4)，升温速率春季>冬季>秋季>夏季。以春季升温最明显，每10年升高0.48℃ (p=0.01)。其次是冬季每10年升高0.37℃(p=0.01)。夏季每10年升高0.23℃ (p=0.05)。秋季每10年升高0.23℃，但线性变化趋势未通过显著性p=0.1的检验。

3.2 平均气温变化

3.2.1 年平均气温的变化

1971―2016年楚雄州区域平均年平均气温升温趋势明显(见图5)，但年平均气温升温速率较年极端最高(低)气温升温速率小，其气候倾向率为0.2℃/10a (p=0.01),即每10年年平均气温升高0.2℃。最低值出现在1971年、1992年，年均温为15.6℃；最高值为2014年，年均温17.5℃。各站点极端最高气温最大值一致地出现在2014年6月。

图5 1971―2016年楚雄州区域平均年平均气温变化及其线性趋势拟合

从逐年年均气温距平看，1971～1997年27年间气温相对偏低，负距平17年，正距平仅4年，其余6年年均温与历年持平。1998～2008年气温处于相对波动期，11年间正距平5年，负距平6年。2009年以后年平均气温均为正距平，除2011年年平均气温与历年持平，其余年份距平值在0.5℃以上，升温明显。

3.2.2 各季节平均气温变化

楚雄州区域平均各季节平均气温也呈升温趋势(见表2)，其中冬季升温较其他季节快，其气候倾向率为0.29℃/10a(p=0.01)，秋季略高于春、夏季，气候倾向率为0.18℃/10a (p=0.01)，春、夏季气候倾向率均为0.17℃/10a (p=0.05和0.01)。

表2中相关系数均为时间变量与气温(极端最高〈低〉气温、平均气温)变量两者的相关，如：春季平均气温相关系数0.2970表示：时间变量序列(1971―2016)与该序列对应的楚雄州区域平均春季气温两者的相关系数，表中其他相关系数依此类推。

表2 最近46年楚雄州区域平均的各季节和年平均气温、极端气温(最高最低)

备注：“***”、“**”、“*”表示分别通过显著性水平p=0.01、p=0.05、p=0.1的检验。

3.3 年极端最高(低)气温与年平均气温相关分析

分析楚雄州年极端最高(低)气温与年平均气温相关性，年极端最高气温与年平均气温的相关系数r=0.6650(p=0.01)，年极端最低气温的相关系数为r=0.3708(p=0.05)，都有显著的相关性。表明极端气温的变化趋势与气候变化趋势相一致。

4 特点和成因分析

(1)气候变暖背景下的极端气温变化。从年值变化看，1971―2016年楚雄州极端最高(低)气温、平均气温三者均呈升温趋势，这与何萍[13]、鲁永新[14]等的分析结果较一致，并且极端气温与年平均气温呈显著正相关性，年极端最高气温出现在134年来全球最暖年的2014年，表明当地气候响应全球气候变暖。楚雄州的升温速率表现为极端最低(0.36℃/10a)>极端最高(0.31℃/10a)>平均气温(0.20℃/10a)；四个季节的极端最高(低)气温升温速率均大于平均气温的升温速率，说明楚雄州在气候变暖背景下有低温事件频次数减小、高温事件频次数增大的变化特点。

(2)气候变暖的季节性特点。楚雄州四个季节的极端最高(低)气温、平均气温都呈升温趋势，与年值的变化较一致。升幅最大值极端最高气温(0.46℃/10a)、平均气温(0.29℃/10a)均出现在冬季，而极端最低气温升幅最大值出现在春季(0.48℃/10a)；表明冬春季变暖比其他季节变暖更明显，对当地气候变暖贡献最大。

(3)为什么年极端最高气温5月频次数大而多数站点累年极端最高气温出现在6月？楚雄州干、雨季节分明且雨季开始几乎为全省最晚区域；干季的2―4月和5月前中期因日照多和太阳辐射强且少雨，而不断升温；常年雨季5月末6月初雨季开始后，热容量大、温度较低的雨水会吸收地面的许多热量并通过水汽蒸发散失，导致气温下降，故最高气温都出现在雨季开始前夕。楚雄州的春末初夏极端干旱年都是雨季晚至6月中下旬才开始，从而导致多数站点累年极端最高气温都出现在6月。

(4)年值变化中楚雄州极端最高(低)气温、平均气温三者中极端最低气温升温速率最大，与全国[1―4]、云南省[8―11]最低气温变暖最明显较一致。有差异的是楚雄州升温速率为极端最低>极端最高>平均气温，与云南省同一气候带升温(最低气温>平均气温>最高气温)[10]变化趋势不同；同时，楚雄州极端最高气温、平均气温冬季升幅最大，极端最低气温升幅最大值出现在春季，这与云南省多数地区冬季最高、最低气温增幅均最大[8]不同。

5 结论

(1)楚雄州年极端最高气温5月出现频次大，但多数站点累年极端最高气温出现在6月，这与当地气候干、雨季节分明，雨季开始期典型偏晚且年际波动大有关。极端最低气温多出现在1月或12月，主要与当地寒潮天气的频次和强寒潮出现的时间分布有关。

(2)1971―2016年，楚雄州年极端最高(低)和年平均气温均呈升温趋势，其中年极端最低气温升温速率最大(0.36℃/10a)，最低气温的升温对气候变暖贡献较大，这与全球、我国和云南气候变暖趋势特点比较一致。极端最低气温升温速率大于极端最高气温，表明当地冬季冷事件减少的事实比极端高温事件增多更值得关注。

(3)楚雄州气候变暖的特点表现为极端最高(低)气温升幅>平均气温升幅；极端最高气温和平均气温的气候倾向率最大出现在冬季，同时极端最低气温升幅最大值出现在春季，表明冬、春季气温上升对楚雄州气候变暖贡献最大。

(4)楚雄州季节性极端气温变化有一些地方性特点。比如，春季升温速率极端最低气温>极端最高气温>平均气温，其他三季升温速率为极端最高气温>极端最低气温>平均气温，这与全国及省内大部分区域的季节性极端气温变化特点有所不同，其原因有待于进一步深入研究。