毕节市近60 a气温时空分布特征研究

2021-11-15施倩雯柯莉萍赵庭飞

中低纬山地气象 2021年5期

施倩雯，柯莉萍，杨洋，毛倩，赵庭飞

(1.贵州省织金县气象局，贵州织金 552100；2.贵州省威宁彝族回族苗族自治县气象局，贵州威宁 553100；3.贵州省榕江县气象局，贵州榕江 557200)

0 引言

随着全球气候变化对人类生产生活的影响不断加剧，气候研究逐渐为众多相关领域研究学者所关注，而气温作为反映一个地区气候特征的重要参数，更是气候研究的一大重点。IPCC第五次评估报告曾指出：从1980—2012年，全球地表平均温度大约升高了0.85 ℃，并且表现为陆地比海洋增温快、高纬度地区比低纬度地区增温快，冬半年较下半年增温更为明显[1]。中国气候变化与全球变化一致，但年平均地表气温升温幅度要略高于同期全球平均值[2]，并且中国自北向南、自西向东(除西南地区外)，平均气温升温速度逐渐减小[3]。众多研究表明，我国气温变化主要受东亚冬季风、西伯利亚高压、东北冷涡、西太副高、ENSO事件等因子的影响[4-7]。刘晓冉等[8]对西南地区气温时空分布进行分析研究，结果表明该地区年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温在空间变化上具有很好的一致性，但在时间变化上，年平均气温、年平均最高气温变化较为一致；王颖等[9]通过研究青藏高原冬季风与西南气温的关系，发现当高原风偏强、偏南时，西南地区温度一致偏高，偏弱、偏北时，则相反；严小冬等[10]通过分析贵州15个测站气温变化，并与全国160个测站气温变化作对比发现：近半个世纪，贵州气温演变趋势跟整个中国同时期气温演变趋势不一致，表现出一定的地域性差异；朱大运等[11]对1960—2016年贵州省气温时空变化特征作讨论分析，发现贵州年和季节温度呈明显的波动上升趋势，但周期性特征并不明显。

毕节市位于贵州西北部，为贵州金三角之一，地处乌蒙山腹地，属北亚热带湿润季风气候，夏无酷暑，冬无严寒，季风气候较为明显，是川、滇、黔、渝结合部区域性中心城市，是西南地区区域性重要综合交通枢纽，同时也是全国唯一一个以“开发扶贫、生态建设”为主题的试验区。因其特殊的地理位置以及政治意义，使得对该地区气候变化的研究具有重大意义。本文以毕节市为研究对象，分析了该地区近60 a来气温时空变化特征，以期为该地区旅游发展以及农业生产提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 数据来源与处理

本文以毕节市8个国家地面气象观测站(毕节、大方、黔西、金沙、赫章、威宁、纳雍、织金)1960—2019年逐日地面气温数据为研究对象，包括日平均气温、日最低气温、日最高气温。季节划分按照春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—次年2月)。由于气温序列均一性受众多因素影响，如台站迁移、仪器变更、计算平均公式的变化等[12]，本文只对气温时空分布作详细分析，气温序列的均一性将在后续作更多讨论。

1.2 研究方法

(1)

其中a为回归常数，b为回归系数，i=1,2,…,n。常用回归系数b表示气候变量y的趋势倾向，定量描述该气候变量的趋势变化特征。同时本文利用相关系数r对变化趋势进行显著性检验，若|r|≥ra，表示y随时间x的变化趋势是显著的，反之则不显著。因本文使用样本数为60，取显著性水平为0.001时，ra=0.4078，取显著性水平为0.02时，ra=0.2948[13]。

1.2.2 M-K突变检验法[13]M-K突变检验法是一种非参数统计检验方法，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，同时可以明确突变开始时间并指出突变区域，是一种常用的突变检验方法。

2 结果与分析

2.1 空间分布特征

2.1.1 气温空间分布特征图1为1960—2019年毕节市8个国家站气温空间分布图，由图可以看出年平均气温、年平均日最低气温、年平均日最高气温空间分布大致相同，均表现为在威宁、大方存在低值区，在毕节市东部存在高值区，整体东西向分布特征较为明显，由西向东为低—高—低—高分布形式。其中平均气温、日最低气温的最低值均出现在威宁，分别为10.8 ℃、7.2 ℃，与最高值差值(金沙15.2 ℃、12.1 ℃)均达4 ℃以上，而最高气温最低值则出现在大方( 16.2 ℃)，与最高值(金沙19.6 ℃)差值为3.4 ℃。根据分析可知，毕节地区气温分布受地形分布影响较为明显(毕节地区东南部表现为海拔低值区，中西部表现为海拔高值区，其中威宁为海拔最高点，大方为海拔第二高点，金沙则为海拔最低点)。

图1 1960—2019年毕节市气温空间分布(单位：℃)(a)年平均气温、(b)年平均日最低气温、(c)年平均日最高气温

2.1.2 线性趋势空间分布特征由图2可知：年平均气温、年平均日最低气温、年平均日最高气温均表现为明显的增温趋势，其中年平均气温在威宁、黔西一带表现为增温幅度大值区，与朱大运等[11]结论一致，均大于0.2 ℃/10 a，在纳雍、金沙一带表现为增温幅度小值区，最小值为纳雍0.12 ℃/10 a，由西向东呈现高—低—高的分布趋势；年平均日最低气温与年平均日最高气温线性趋势空间分布特征较为一致，均在威宁南部、织金南部表现为增温幅度大值区，在毕节市中北部表现为增温幅度小值区，由北向南，趋势变化率逐渐递增，且日最低气温的增温幅度明显大于平均气温和日最高气温。对其变化趋势作显著性检验可知，平均气温、最低气温所有站点变化趋势均通过了0.001水平的显著性检验，表明其增长趋势是显著的，而最高气温则只有织金、威宁通过了0.001水平的显著性检验，其余站点只通过了0.02水平的显著性检验，增长趋势显著性较低。

图2 1960—2019年毕节市气温线性趋势空间分布(单位：℃/a)(a)年平均气温、(b)年平均日最低气温、(c)年平均日最高气温

2.2 时间变化特征

2.2.1 气温年代际特征近60 a来毕节地区平均气温、年平均日最低气温、年平均日最高气温分别为13.4 ℃、10.2 ℃、18.1 ℃，由图3可知，近60 a来该地区年平均气温、年平均日最低气温、年平均日最高气温均呈上升趋势，气候倾向率分别为0.17 ℃/10 a、0.24 ℃/10 a、0.15 ℃/10 a，表现为年平均日最低气温>年平均气温>年平均日最高气温,同时年平均气温、年平均日最低气温均通过了0.001水平的显著性检验，而年平均日最高气温只通过了0.02水平的显著性检验，显著性较低。在20世纪90年代末期之前平均气温表现为波动变化趋势，日最高气温表现出一定的下降趋势，而90年代末期以后均表现为明显的上升趋势；年平均日最低气温在90年代末期之前表现为缓慢波动上升趋势，90年代末期以后上升趋势更为明显，表明该地区气温变化可能在90年末期左右曾出现过突变。

图3 1960—2019年毕节市气温时间变化特征(单位：℃/a)(a)年平均气温、(b)年平均日最低气温、(c)年平均日最高气温

2.2.2 气温季节变化特征表1给出了1960—2019年毕节市各季节气温趋势变化率，由表可知除夏季外，气温趋势变化率均表现为平均日最低气温>平均气温>平均日最高气温，与全年变化趋势表现较为一致。同时秋季的趋势变化率均大于0.2 ℃/10 a，且均通过了0.001水平的显著性检验，整体表现优于其余3个季节。冬季趋势变化率整体也较高，但根据显著性检验结果显示，只有日最低气温通过了0.001水平的显著性检验，年平均气温只通过了0.02水平的显著性检验，日最高气温变化趋势并不显著；夏季气温变化趋势均通过了0.02水平的显著性检验，但只有平均日最低气温大于0.2 ℃/10 a，其中平均气温、平均日最低气温通过了0.001水平的显著性检验，变化趋势更为显著；春季作为趋势变化率最小的季节，其变化趋势只有平均日最低气温较为显著。同时对于平均气温以及日最低气温来说，变化趋势表现为冬季>秋季>夏季>春季，其中日最低气温变化四季均大于0.2 ℃/10 a；日最高气温则表现为秋季变化趋势最大，冬季次之，春季最小。

表1 1960—2019年毕节市气温趋势变化率 (℃/10 a)

2.3 M-K突变检验

利用M-K突变检测毕节市气温序列的突变，给定显著性水平α=0.05，即uα=±1.96。从图4可以看出，该地区年平均气温在20世纪90年代末期以前表现为波动变化趋势，90年代末期以后则表现出明显的上升趋势，并且从2006年以后出现突变增暖现象，2010年以后该上升趋势超过显著性水平，表明其上升趋势在2010年以后极为显著；年平均日最低气温在90年代末期以前则表现为波动上升趋势，90年代末期以后上升趋势变得更加明显，且于1999年超过显著性水平0.05的临界线，其突变发生在2002年以后；年平均日最高气温在90年代末期以前表现为波动下降趋势，90年代末期以后转变为上升趋势，且在2016年以后超过显著性水平0.05的临界线，上升趋势显著，其突变发生在2007年以后。与通过滑动平均得出结论较为一致。