贵州省1960-2014年不同地貌类型的气温变化特征

莫跃爽， 周秋文

(贵州师范大学 地理与环境科学学院, 贵阳 550025)

近年来，全球气候普遍变暖，大部分地区气候状况发生了明显变化，气候变化问题越来越引起重视。IPCC第4次评估报告指出，20世纪初以来全球平均地表气温上升0.76℃，近50 a的变暖趋势几乎是近100年的2倍[1]。在全球范围内，气候变暖在近十多年来表现更加显著，但在区域以及季节尺度方面，气温上升的速度存在着较大差别[2]。

中国众多学者针对气候变化方面做了很多深入研究。如郝志新等[3]研究了中国南方过去400年的极端冷冬天气变化。缪启龙[4]、王翠花[5]、史岚[6]等前后对中国1950年以来的最高气温和最低气温做了分析研究。张晶晶等[7]对近50 a中国气温变化的地区差异进行了分析研究。这些研究结果表明,中国气候总体趋向变暖,冬天的变暖趋势更为显著。除了全球、全国尺度的研究外，对局部地区的气温变化特征进行分析同样很有价值，因此，区域尺度的气温变化研究也逐渐变得热门[8-12]。由于受季风和复杂地形等多种因素的影响，贵州气候变化有其自身独特的特点，尤其是进入21世纪后气温变化更加复杂[13]。贵州省处于典型的季风气候区，深受冬夏季风强弱变化的影响，所以许多学者对该区的气候特点研究做了大量工作,取得了一些的成果[14-16]。事实上，许多平均气温的变化与极端气温和四季气温的变化是紧密相关的。进一步分析其最高、最低气温的变化有助于全面了解贵州省气候变化的特征和进行气候变化因子的讨论，有助于气候灾害的预测，对防灾减灾有重要意义。

本文选取贵州省各县、市的19个站点1960—2014年的气候资料，根据地貌类型[17]，详细分析近55年来气温的演变规律，通过有序聚类法和Mann-Kendall检验法进行趋势分析，检验其不同地貌气温的突变性，以了解贵州省不同地貌区气温变化特征。

1 研究区概况

贵州省位于我国西南部，地处24°37′—29°13′N，103°36′—109°35′E。贵州地貌属于中国喀斯特高原山区，地势西高东低，平均海拔约1 100 m。土地面积17.62万km2，山地和丘陵占区内总面积的92.5%。贵州岩溶地貌发育非常典型，喀斯特出露面积10.91万km2，占全省国土面积的61.9%。境内岩溶分布范围广泛，形态类型齐全，地域分异明显。贵州省气候温暖湿润，属亚热带温润季风气候，年均温14～16℃，气温变化小，冬暖夏凉，气候宜人。由于独特的地理位置和复杂的地形地貌，区内气温变化差异显著。

图1 研究区地貌类型

2 资料与方法

气温的变化主要包括周期变化、趋势变化和突变变化。采用贵州省1960—2014年的气象数据，包括逐月平均气温、最高气温和最低气温资料，将四季划分为:春季(3—5月),夏季(6—8月),秋季(9—11月),冬季(12月—翌年2月)。贵州省地貌可分为：岩溶槽谷、非喀斯特区、峰丛洼地、岩溶高原、岩溶峡谷、岩溶盆地[17]，并以此进行气温研究。

表1 贵州省气象站点相关数据

利用最小二乘法[18]进行年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温、年极端最低气温和年极端最高气温的趋势估算；利用ArcGIS里的反距离权重插值进行年平均气温变化趋势的空间分析。通过对气温数据进行有序聚类、M-K非参数检验[19]研究其突变特征。

3 结果与分析

3.1 各地貌类型年均气温的时间变化

从表2可以看出，贵州省近55 a来的年平均气温除岩溶盆地地区以外，其他地区(岩溶槽谷、峰丛洼地、岩溶高原、岩溶峡谷、非喀斯特区)总体呈波动上升趋势，并分别以0.13，0.14，0.09，0.19，0.12℃/10 a的速度增加，同时，岩溶高原增温速率最低，岩溶峡谷增温速率最高。近55 a来岩溶盆地地区的年平均气温总体呈下降趋势，下降速率为-0.10℃/10 a，2000年以后气温变化较大，总体在波动下降。岩溶盆地55 a来的年平均气温最低温和最高温出现在2011年和1987年，气温分别为9.43，16.24℃；而其他地区的年均最低温出现在20世纪70，80年代，最高温都出现在2000年以后，2013年全省各地区的温度普遍居高，最高温度达到17.54℃。其中从80年代中期以来,气温波动上升较明显。总体来看，55 a来年平均气温的最高值就出现在这一阶段，年均气温从1976年的14.67℃上升到最高气温16.35℃，上升1.68℃，上升幅度较大。

表2 不同地貌区气温年均值、四季均值线性变化率 ℃/10 a

3.2 各个站点年平均气温变化趋势分析

对选取的贵州省19个站点1960—2014年的年平均气温进行趋势分析(图2),从图中可以看出,所选的19个站点中，除贵阳和盘县的趋势系数是负值外,其余17个站点的趋势系数都是正值，这表明全省总体气温呈变暖的趋势。全省平均趋势系数为0.113,其中毕节、榕江等12个站点超过平均水平。望谟气温增加趋势最为明显,而安顺、凯里、罗甸3个县气温增势不明显。

图2 贵州省19个站点平均气温趋势系数

3.3 年均气温的空间变化特征

如图3所示，在贵州省年平均气温变化趋势的空间分布图中，19个站点的气温倾向率除贵阳和盘县2个站点外，其余站点都为正值，说明研究区整个区域存在普遍的增温趋势，其中铜仁、黔西、习水、望谟这4个站点成为了高值变化率的中心，从北到南，年均气温的变化率在减小，从西向东，气温的变化率先增大后减小，较为特殊的是，中部的贵阳站点出现一个低值变化率中心。气温变化趋势线在西部最为密集，西南部最为稀疏，表明气温的变化率在西部相差较大，而在西南部相差不大。

图3 1960-2014年贵州省年平均气温变化趋势的空间分析

3.4 极端气温变化分析

从图4中可以看出，55 a来贵州省极端高温以0.06℃/10 a的趋势上升,上升趋势不明显,年内极端高温上升了约0.33℃。其中最高值29.07℃出现在1969年，最低值26.78℃出现在2012年，最高最低气温两者相差2.29℃，变化幅度偏大，极端高温的平均值为27.92℃。20世纪60—90年代的极端高温分别为28.01，27.84，27.58，27.88℃，2000年以后极端高温继续上升为28.22℃。极端气温在60年代的数值较高，70，80年代后极端高温呈下降趋势，直至90年代起气温开始回升，特别是2008—2010年极端气温急剧增加，前后增加了2.54℃。2010年以后，气温开始波动下降，最低极端高温就出现在这一时期。总体来看，贵州省极端高温是波动上升的。

从图4中可以看出，贵州省55 a来极端最低气温的上升速率较大，为0.26℃/10 a，即55 a内极端低温上升了约1.43℃。最低极端低温出现在1961年，最高极端低温出现在2014年，气温值分别为5.97，8.34℃，两者相差2.37℃,变化幅度较大，极端低温的平均值为7.09℃。60—90年代的极端低温分别为6.61，6.72，6.87，7.30℃，2000年以后极端低温上升到7.76℃，可看出，年代际极端最低气温稳定波动上升，期间出现一个明显的波峰和波谷，分别为1973年(7.81℃)和1986年(6.36℃)。总体来看，极端最低气温的增温趋势非常明显。

3.5 气温突变性分析

3.5.1 有序聚类 在气候变化的研究中，气温突变现象有着十分重要的地位，近代许多学者进行了大量的气温突变研究工作,并取得了一定的成果[20-28]。本文采用两种较为典型的方法，即有序聚类法和Mann-Kendall检验法进行气温突变性分析。前者是将整个序列看作一个整体，然后根据同类之间离差平方和最小原则来推求序列的最优分割点也就是突变点；后者可以表明突变开始的时间，并显示突变的区域,它们都是检验突变性的重要方法。

图4 1960-2014年贵州省极端气温变化

1960—2014年贵州省不同地貌分区年均气温序列离差平方和Sn(r)曲线见图5。1960—2014年岩溶槽谷区年均气温序列离差平方和Sn(r)曲线较为平缓，基本上没有出现较明显的低峰，则推测没有显著的突变点。岩溶峡谷的Sn(r)曲线在2002年出现最低值12.03，突变点可能在2002年。岩溶高原对应的Sn(r)曲线1996年出现最小值8.78，则1996年可能是变异点。非喀斯特区、岩溶槽谷、峰丛洼地在1998年对应的Sn(r)为各自序列的最小值，1998年为最可能的变异点。

图5 有序聚类统计量曲线

3.5.2 M-K突变检验 基于M-K突变检验方法，分析1960—2014年贵州省不同地貌分区年均气温变化的突变规律。从图6A可看出，在1998年处UF与UB曲线相交，在显著性水平0.05的临界线范围内。2003年以后，显著性趋势全部超过U0.05=1.96的水平，且在2006年超出U0.01=2.56时的显著性水平，表明岩溶槽谷区在1998年气温可能发生突变，即出现从低值到高值的突变现象。从图6B可知，UF与UB曲线相交在1997—2000年有3个交点，2004年以后，显著性趋势全部超过U0.05=1.96的水平，说明非喀斯特区气温变化在1997—2000年突变情况较多，总体呈低值向高值的突变现象。从图6C峰丛洼地气温的MK曲线看出,UF曲线上升迅速，在1998年与UB线相交，且在2004年超过了U0.05=1.96的水平，说明峰丛洼地气温可能在1998年出现低值到高值的突变现象。图6D中，在显著性水平0.05的临界线之间，UF与UB曲线有2个交点，分别为1994年、1996年，从2007年以后，显著性趋势超过U0.05=1.96的水平，说明岩溶高原平均气温在1994年、1996年可能出现从低温至高温的突变现象。从图6E可看出，在2001年处UF与UB曲线相交，在显著性水平0.05的临界线范围内。2005年以后，显著性趋势全部超过U0.05=1.96的水平，且在2006年超出U0.01=2.56时的显著性水平，表明岩溶峡谷区在2001年气温可能发生突变，即出现从低值到高值的突变现象。图6F说明，正序列UF变化趋势较平稳,从1960—2014年没有超出a=0.05时的显著性水平,说明岩溶盆地近55 a来的年均温没有突变现象。从2007年以后，UF小于0，说明在此区间气温出现下降趋势。

综合以上可知，岩溶盆地年平均气温没有存在突变现象，其他地貌区均可能发生了由低值到高值的突变现象。岩溶峡谷年平均气温出现突变的时间比较晚，第一次发生突变的时间大概出现在2001年，非喀斯特区、岩溶槽谷、峰丛洼地和岩溶高原近55来的年均气温突变的时间大致相同，都在90年代后期出现。

4 结 论

(1) 1960—2014年来贵州省的年平均气温除极个别地区外(岩溶盆地)，其他地区(岩溶槽谷、岩溶峡谷、峰丛洼地、岩溶高原和非喀斯特区)均出现波动上升的趋势。其中，增温速率最低的是岩溶高原，最高的是岩溶峡谷，春季和夏季增温幅度较小，秋季和冬季较大。

图6 1960-2014年贵州省气温的M-K统计值曲线

(2) 从选取的贵州省19个站点的年平均气温进行趋势分析得到：全省的气温，除了贵阳和盘县外，其余17个站点都有变暖的趋势。在全省平均方面,其趋势系数为0.113,其中毕节、榕江、兴义、湄潭、习水、思南、铜仁、三穗、威宁、望谟、遵义、黔西这12个站点超过平均水平。增加趋势最明显的是望谟县,增加趋势最不明显的有安顺、凯里、罗甸3个县。

(3) 贵州省近55 a来极端最高温和极端最低温呈上升趋势，且极端低温的变化率要远远大于极端高温的变化率。在1969年出现最高值达29.07℃,在2012年出现最低值为26.78℃,两者相差2.29℃,变化幅度较大。在1961年出现最低极端低温，在2014年出现最高极端低温。

(4) 非喀斯特区、岩溶槽谷、峰丛洼地和岩溶高原均温在20世纪90年代后期出现发生突变，岩溶峡谷均温可能在2001年发生突变，岩溶盆地均温没有存在突变现象。