未来气候变化背景下贵州省夏季旅游气候资源的变化预估

张娇艳 王玥彤 李扬 牟佳 丁立国

(1 贵州省气候中心,贵阳 550002； 2 贵州省山地气候与资源重点实验室,贵阳 550002；3 贵州省贵阳市气象局,贵阳 550001)

引言

气候变化是当今社会的热点话题，已观测到的气候变化对各行各业的影响研究众多[1-6]。随着全球气候模式和区域模式的蓬勃发展，气候变化影响预估工作也陆续开展。例如，王胜等[7]利用CMIP5(第5次耦合模式比较计划)的5个模式和3种RCPs在全球1.5和2.0 ℃升温下的预估结果，借助气象干旱综合指数(MCI)预估了未来气象干旱时空演变特征。王胜等[8]利用全球气候模式结果，基于植被净初级生产力模型，估算了安徽省21世纪近期、中期和远期植被净初级生产力及其对气候变化的响应。秦鹏程等[9]利用CMIP5模式预估结果驱动了SWAT水文模型，预估了21世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。除了这些领域，与旅游相关的气候变化评估或者预估工作也越来越受到学者和公众的关注。席建超等[10]根据区域气候模式RegCM2模拟的气候情景，采用Lars Hein气候-旅游模型，研究气候增温情景对我国南方五省区域旅游流的可能影响。杜家幸等[11]基于1981—2010年云南省腾冲县基础气候的数据分析，建立了适用于腾冲县的旅游适宜度指数。刘少军等[12]选取温度、湿度、日照、降水、风速等相关的气象要素，建立表征海南旅游气候舒适度的旅游气候指数计算模型，利用1981—2010年海南气候数据和RCP4.5情景下的预估数据，分析1981—2010年、2011—2040年、2041—2070年海南旅游气候指数的空间分布规律。周建琴等[13]使用1961—2015年观测气象资料和RegCM4区域气候模式模拟的RCP4.5和RCP8.5情景下2016—2099年气候预估资料，计算了云南逐日气候舒适度指数，采用线性趋势和通径分析等方法分析了云南近55年气候舒适度的时空演变特征和变化成因，最后对未来变化趋势做出了预估。

贵州省优越的中低纬度喀斯特高原地理和亚热带季风气候条件可谓集天地之灵为一体，避暑气候资源更是中国独一无二[14]。中国气象学会授予的“中国避暑之都·贵阳”、“中国凉都·六盘水”、“中国花海洞天避暑福地·毕节”、“中国四季康养之都·黔西南”以及贵州省气象学会授予平塘“云上大塘·避暑茶乡”、花溪“一级气候养生地”等一批气候旅游品牌已经成为贵州省旅游的金字招牌。与全国其他区域相比，这些贵州独特的气候资源优势，尤其是夏季避暑气候优势在未来气候变化的背景之下会更加突出还是逐渐缩小？值得一探究竟。

本文将结合向红琼等[14]对贵州省避暑优势的研究以及目前能收集到的贵州气候预估数据，从平均气温、降水、风速和辐射的角度，给出21世纪贵州省夏季与全国其他地区旅游气候资源的时空对比，对未来气候变化背景下贵州省夏季旅游气候资源的变化做出客观评价。

1 资料和方法

RegCM系列模式从第2代RegCM2至第4代RegCM4模式，在贵州省都取得了较好的应用效果[15-17]，尤其是与全球气候模式CMIP5进行定性和定量的对比中，区域模式RegCM4在贵州省表现出突出的优势[18-20]。本研究RegCM4模式数据由国家气候中心提供，为全球气候模式(BCC_CSM1.1)驱动区域气候模式(RegCM4)获得的1951—2005年历史模拟和2006—2099年RCP8.5(高排放)和RCP4.5(中排放)情景下的逐日平均气温、降水量、10 m风速和入射辐射通量，分辨率为0.5°×0.5°。其中入射辐射通量是地球地表所吸收的太阳辐射出射通量减去地面放出的长波辐射通量[21]，其大小决定地表可吸收的净辐射的比例，影响着地表的能量和水分循环过程[22]，因此本研究中用入射辐射通量的变化来表征影响人体舒适的太阳辐射的变化是妥当的，以下入射辐射通量简称辐射。

为了便于分析，将区域气候模式RegCM4资料利用双线性插值法插值至全国共753个站点(图1)。按照国际通用做法，参照时段为1986—2005年，未来时段划分为：2022—2047年、2048—2073年、2074—2099年，且这3个时期分别表示21世纪近期、中期和远期。

图1 全国753个站点的空间分布(红色区域为贵州省)

xi(i=1,2,3,…,n)表示样本量为的某一气候要素，ti表示xi所对应的时间，要判断其线性变化趋势的程度是否显著，最便捷的方法就是对相关系数进行显著性检验。对确定的显著性水平α，由相关系数临界值表查找rα，若|r|>rα，表明x随时间t的变化趋势是显著的，否则表明变化趋势是不显著的[23]。

2 结果分析

2.1 时间序列的比较

从时间序列来看(图2a)，在RCP8.5和RCP4.5排放情景下全国和贵州省夏季平均气温都表现为一致增暖的趋势，且其趋势线均已通过95%的信度检验。具体地，RCP8.5(RCP4.5)情景下全国和贵州省夏季平均气温的增幅分别为0.44 ℃(0.16 ℃)/10a、0.39 ℃(0.12 ℃)/10a。显然，未来在全球变暖的背景下贵州省夏季平均气温的增幅在两种排放情景下均小于全国的增幅，因此未来贵州省夏季避暑旅游气候资源优势与全国总体结果相比将更加突出。值得一提的是，2050年以前不同的RCP情景下增温幅度差异较小，而2050年以后各RCP情景下的增温幅度表现出明显不同的变化趋势，RCP4.5(低排放)情景下的增温幅度低于RCP8.5(高排放)情景。因此为积极应对气候变化，科学抑制气温的陡然增加，应该大力提倡环保减排，同时这也是维持并进一步扩大贵州省避暑旅游资源优势的有力措施。而其他气候要素，比如夏季降水量(图2b)，10 m风速(图2c)和辐射(图2d)，2022—2099年在RCP8.5和RCP4.5情景下全国和贵州省基本上没有表现出明显的变化趋势，但贵州省的变化曲线振幅总体比全国大，主要是因为全国涵盖的站点多，各个区域的站点变化趋势差异大，在整体求和后正负冲抵，变化曲线就表现得比较稳定；而贵州省作为全国中的一个小区域，表现出明显的地域特色，振幅大。其中仅在RCP8.5情景下全国的10 m风速和辐射的线性变化趋势线通过了95%的信度检验，变幅分别为-0.01 m/s和0.76 w/ m2/10a。需要说明的是，在对降水量分析时，采用了相对偏差，单位为%。

图2 2022—2099年夏季全国和贵州省不同排放情景下平均气温(a)、降水量(b)、10 m风速(c)和辐射(d)相对于1986—2005年变化的演变曲线

由于未来在RCP8.5和RCP4.5情景下全国和贵州省的夏季平均气温变化趋势显著，因此有必要对其进行空间分布变化和相关避暑城市比较的深度剖析(图3和表1)。而科学研究证明[14]，紫外线虽然能促进维生素D合成，抗佝偻病，具有杀菌作用，可提高机体免疫能力，但长期、多次暴晒容易引起皮肤病变，使白内障概率增加，影响免疫系统。紫外线辐射对避暑旅游有重要影响,贵州省大部分地区虽然海拔高度较高，但由于阴天多、低云多，紫外线辐射相对衰减较强，都处于全国弱和最弱的区域。因此辐射较弱的优势也是贵州省避暑资源优势的一大体现，在未来气候变化的情景下能否维持值得一探究竟，所以辐射未来的空间分布变化及其与相关避暑城市进行比较也有必要深度开展(如图4和表2)。

2.2 空间分布的比较

图3给出了全国21世纪各阶段不同排放情景下夏季平均气温相对于1986—2005年变化的空间分布。从地理分布来看，21世纪各阶段不同RCP排放情景下全国各地区夏季平均气温相对于基准期均表现为增加的特征，但增温幅度具有一定的区域性特征，即总体上从东南向西北逐渐增大且北方地区增温幅度大于南方地区。21世纪近期，RCP8.5情景下在内蒙古大部分地区增温1.5～2.0 ℃，中国西部地区、黄淮地区和东三省大部分地区相对于基准期增温1.0～1.5 ℃，其余地区增温0.5～1.0 ℃；RCP4.5情景下新疆自治区西部、青藏高原西部、内蒙古西部和东北地区北部增温1.0～1.25 ℃，中国西部大部分地区增温0.75～1.0 ℃，其余大部分地区增温0.5～0.75 ℃。21世纪中期，RCP8.5情景下内蒙古自治区中部地区3.0～3.5 ℃，新疆自治区、华北和东北大部分地区增温2.5～3.0 ℃，华南和华东大部分地区增温1.5～2.0 ℃，其余地区增温2.0～2.5 ℃；RCP4.5情景下新疆自治区西部和东北北部增温1.8～2.2 ℃，新疆自治区大部分地区、青藏高原西部、内蒙古自治区和东北大部分地区增温1.4～1.8 ℃，其余地区增温1.0～1.4 ℃。21世纪远期，RCP8.5情景下新疆自治区和华北大部分地区、东北西部增温4.0 ℃以上，青藏高原大部分地区、黄河流域和东北地区中部增温3.5～4.0 ℃，东南和华南大部分地区增温2.5～3.0 ℃，其余地区增温3.0～3.5 ℃；RCP4.5情景下新疆自治区大部分地区和华北中西部地区增温1.9～2.2 ℃，青藏高原大部分地区、华北东部和东北西北部增温1.6～1.9 ℃，中国东南部地区增温1.0～1.3 ℃，其余大部分地区增温1.3～1.6 ℃。在中国，夏季避暑气候资源条件较好的旅游城市主要分布在云贵高原的贵阳到昆明、丽江一线，东北沿松花江的哈尔滨到佳木斯一线，以及西部部分高原城市[14]，具体比较如表1所示。综合来看，贵州省地处中国西南地区，21世纪不同阶段在RCP8.5和RCP4.5排放情景下其夏季平均气温增幅低于北部和西部大部分区域、与云南省增温幅度接近，因此从平均气温角度来看未来贵州省避暑旅游优势与云南省接近，而与全国其他夏季避暑气候资源条件较好的区域相比将更加明显。

表1 国内主要避暑城市21世纪各阶段不同排放情景下夏季平均气温相对于1986—2005年的变化

图3 全国21世纪各阶段不同排放情景下夏季平均气温相对于1986—2005年变化的空间分布

由图4可见，全国21世纪各阶段不同排放情景下夏季辐射相对于1986—2005年变化的空间分布表现出更复杂的区域性差异。21世纪近期，RCP8.5情景下新疆自治区、青藏高原西部、云南、华北、华南和华东大部分地区夏季辐射相对于基准期以表现为减少的特征为主，其中长江三角洲和珠江三角洲附近地区减幅最大，幅度在4.0 W/m2以上。其余地区夏季辐射相对于基准期呈增加态势； RCP4.5情景下除川滇藏交界附近区域夏季辐射以增加特征为主，其余大部分地区夏季辐射减少，大值中心位于长江三角洲地区，幅度为8.0 W/m2以上。21世纪中期，RCP8.5情景下除青藏高原和新疆自治区大部分地区、中国东南部地区以及东北地区东部夏季辐射减少外，其余地区夏季辐射相对于基准期呈增加态势，其大值中心位于云南省大部地区和四川省南部地区，幅度在9.0 W/m2以上； RCP4.5情景下除中国东北部呈辐射增加态势，其余大部地区辐射减少，大值中心位于华南地区，幅度为4.0 W/m2以上。21世纪远期，RCP8.5情景下除新疆自治区、青藏高原西部和东北地区夏季辐射呈减少态势，其余大部分地区以增加为主，大值中心位于云南省和四川省大部分地区，幅度为15.0 W/m2以上；RCP4.5情景下新疆自治区、青藏高原西部、中国东北部和东南部夏季辐射相对于基准期以减少为主要特征，其大值中心位于仍位于长江三角洲附近地区， 幅度在7.5 W/m2以上。同时，结合具体的国内主要避暑城市21世纪各阶段不同排放情景下夏季辐射相对于1986—2005年的变化来看(表2)，从辐射优势来说，中国东北部地区以减少为主的特征位居未来辐射优势的前列，而云贵高原的贵阳到昆明、丽江一线以及西部部分高原城市主要以夏季辐射增加的态势为主，尤其是21世纪中远期RCP8.5(高排放)情景下云南省更是位于夏季辐射增加的大值中心。

图4 全国21世纪各阶段不同排放情景下夏季辐射相对于1986—2005年变化的空间分布

表2 国内主要避暑城市21世纪各阶段不同排放情景下夏季辐射相对于1986—2005年的变化

3 结论与讨论

本文利用区域气候模式(RegCM4)1951—2005年历史模拟和2006—2099年RCP8.5(高排放)和RCP4.5(中排放)情景下的逐日平均气温、降水量、10 m风速和入射辐射通量，给出21世纪贵州省夏季与全国其他地区的旅游气候资源时空对比，对未来气候变化背景下贵州省夏季旅游气候资源的变化做出客观评价。结果表明：

(1)时间序列来看，未来在全球变暖的背景下贵州省夏季平均气温的增幅在两种排放情景下均小于全国的增幅，因此未来贵州省夏季避暑旅游气候资源优势与全国总体结果相比将更加突出，且2050年以后RCP4.5(低排放)情景下的增温幅度低于RCP8.5(高排放)情景。而其他气候要素(夏季降水量，10 m风速和辐射)基本上没有表现出明显的变化趋势。

(2)空间分布来看，贵州省地处中国西南地区，21世纪不同阶段在RCP8.5和RCP4.5排放情景下其夏季平均气温增幅低于北部和西部大部分区域、与云南省增温幅度接近，因此从平均气温角度来看未来贵州省避暑旅游优势与云南省接近，而与全国其他夏季避暑气候资源条件较好的区域相比将更加明显。但未来云南省主要以夏季辐射增加的态势为主，尤其是21世纪中远期RCP8.5(高排放)情景下更是位于夏季辐射增加的大值中心。

因此综合研判来看，未来夏季贵州省增温幅度较小且降水量、10m风速和辐射变化不大，将继续维持良好的夏季避暑旅游气候资源优势。同时大力提倡环保减排是维持并进一步扩大贵州省避暑旅游资源优势的有力措施。

目前第6阶段耦合模式比较计划CMIP6[24]正在紧张有序地进行中，待其预估结果公布后，我们还将继续开展更加深入和全面的相关研究。