1990－2010年神农架林区气候变化特征分析

陈露，汪正祥，雷耘，林丽群，廖明尧，杨敬元

（1.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉430062；2.华中师范大学生命科学学院，湖北 武汉430079；3.湖北神农架国家级自然保护区管理局，湖北 神农架442421）

0 引言

在全球气候变暖、极端天气事件频发的背景下，气候对自然生态环境、社会经济发展和国际安全的影响越来越大，与人类生产生活的相互影响也越来越明显.哥本哈根世界气候大会的召开使气候问题受到国际社会的广泛关注，人们更加充分认识到气候变化问题的严重性.气候问题已成为21世纪最热门的话题之一，也是科学研究领域的重要课题.

神农架林区位于湖北省西北边陲大巴山东段，地处北纬31°15′～31°57′、东经109°56′～110°58′区间，是湖北省境内长江与汉水之间的第一级分水岭.神农架林区内有317条河流，均属高山河流，分别注入香溪河、沿渡河、南河和堵河，根据其直接注入河段，习惯上分为长江水系和汉江水系，但均属于长江中游水系.神农架林区内地形复杂、气候多变，关注林区气候变化，分析其发展变化规律，不仅对神农架林区的社会经济与资源环境协调发展具有现实指导意义，同时也对长江流域资源的保护与利用有重要意义.

1 资料与方法

1.1 数据来源 本文中所采用的气象资料数据来自神农架林区的国家级气象站神农架站.神农架站点提供了1990-2010年这21年的逐日气温、逐日降水量等气象要素数据资料，本文中根据这些数据资料对林区近21年的气候变化进行了分析.

1.2 研究方法 气象上规定日雨量在10mm以下为小雨，10.0～24.9mm为中雨，25.0～49.9mm为大雨，日雨量＞50mm为暴雨，大范围的大雨天气，或某一地区连续数日的大雨可能引发洪涝灾害.本文中以日雨量＞25mm降水天气作为主要特征进行研究，其中雨日指日降水量≥0.1mm的降水日，大雨雨日指日降水量≥25mm的降水日.

干旱指数是反映气候干旱程度的指标，通常定义为年蒸发能力和年降水量的比值.即r＝E0／P，式中，r为干旱指数；E0为年蒸发能力，单位mm；P为年降水量，单位mm.多年平均干旱指数r与气候特点关系密切.当r＜1时，表示该区域蒸发能力小于降水量，该地区为湿润气候；当r＞1时，蒸发能力超过降水量，说明该地区偏干旱，r越大，说明蒸发能力超过降水量越多，干旱程度越严重.

本文中主要采用回归分析的方法对林区各气象要素的变化趋势进行研究，用回归分析方法确定气候倾向率，建立回归方程，并进行显著性检验，做出分析和适当预测.

分析温度等要素的变化趋势时，选用线性方程对原序列y进行拟合，即y＝ax＋b（1）式中的回归系数a反映了气候变量的趋势变化，即式中a可称为气候变量的倾向率或倾向度.对于变化趋势的显著性，本文中采用时间x与原序列变量y之间的相关系数R进行显著性检验［1-2］.

2 结果与分析

2.1 气温分析

2.1.1 平均气温变化趋势 图1显示了1990-2010年神农架林区年平均气温的波动状况，近21年神农架林区的年平均气温最大值13.1℃，最小值11.4℃.

图1 神农架林区1990-2010年平均气温变化曲线

1990-2010 年神农架林区年平均气温的变化趋势如图2所示.统计结果显示，近21年神农架林区春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）、冬季（12-2月）及全年的平均气温倾向率分别为0.077、0.016、0.022、0.019、0.033.其中春季、夏季、秋季、全年的显著性水平均在0.02以上，冬季的显著性水平为0.018.从统计结果可看出，近21年神农架夏季气温呈上升趋势，这与陈正洪［3］的研究结果一致，整个林区的年平均气温呈上升趋势.

对神农架林区1990-2000年及2001-2010年前后约10年的年平均气温进行对比分析可知，1990-2000年林区的年平均气温为12.3℃，气温倾向率为0.112；2001-2010年林区的年平均气温为12.6℃，气温倾向率为-0.021，如图3所示.这说明林区气温在前11年呈上升趋势，后10年呈下降趋势，21年的整体趋势表现为气温上升.

图2 神农架林区1990-2010年年平均气温变化趋势图

图3 神农架林区前后约10年年平均气温变化趋势比较

2.1.2 最高气温变化趋势 最高气温是反映某地炎热状况的直接指标.对1990-2010年神农架林区平均最高气温进行回归分析得出，全年及四季的最高气温倾向率分别为0.029、0.111、0.003、-0.020、0.033，其中全年、春季、秋季、冬季的显著性通过了0.02的水平，夏季的显著性水平不高.近21年神农架林区全年、春季、夏季、冬季的最高气温均呈上升趋势，秋季则呈下降趋势；夏季的最高气温倾向率小于全年值，春季和冬季的最高气温倾向率大于全年值，这说明春季和冬季的最高气温上升幅度拉动了全年最高气温的上升，且尤以春季为主，如图4所示.

图4 神农架林区1990-2010年最高气温变化趋势图

2.1.3 最低气温变化趋势 图5为神农架林区平均最低气温随时间变化的曲线.经回归分析，1990-2010年神农架林区全年及四季的最低气温倾向率分别为0.049、0.063、0.053、0.057、0.029，其中全年、春季、夏季、秋季的显著性均通过了0.2的水平，冬季的显著性水平不高.统计结果表明，近21年神农架林区的全年及四季最低气温均呈现上升的趋势，其中春季、秋季的气温倾向率大于全年值，夏季与之持平，而冬季则低于全年平均水平.

图5 神农架林区1990-2010年最低气温变化趋势图

2.1.4 平均日较差变化趋势 图6为1990-2010年神农架林区平均日较差的变化趋势.分析结果显示，近21年神农架林区平均日较差的倾向率为-0.016，显著性水平在0.05以上，这充分说明近21年神农架林区的平均气温日较差呈减小的趋势.根据前文分析结果，近21年神农架林区的最高气温倾向率为0.029，最低气温倾向率为0.049，最低气温的倾向率大于最高气温的倾向率，这与平均日较差的减小是一致的，也与华中区域近年年气温日较差呈减小趋势的结论一致［4-6］.

2.2 降水分析

2.2.1 雨量、雨日的变化 1990-2010年神农架林区降水量波动较大，21年的平均年降水量为913.7 mm.2003年年降水量最大，为1 137.2mm；1997年年降水量最小，仅666.7mm；年降水量超过1 000 mm的年数占总数的33%.图7、图8分别为1990-2010年神农架林区雨日数及大雨日数的变化趋势图.由图可知近21年神农架林区雨日数及大雨日数均呈增加的趋势，倾向率分别为0.177mm／a和0.047mm／a.

图6 神农架林区1990-2010年平均日较差变化趋势图

图7 神农架林区1990-2010年雨日数变化趋势图

2.2.2 降水过程强度变化趋势 图9为1990-2010年神农架林区年降水量的变化趋势曲线图.从图中可以看出，1990-2010年神农架林区年降水量呈增加趋势，倾向率为1.376mm／a.21年间年降水量分别在1996年、2003年、2005年、2007年达到高峰，1995年和2006年为低谷，这说明林区的降水量呈现旱涝交替出现的特征.

图8 神农架林区1990-2010年大雨日数变化趋势图

图9 神农架林区1990-2010年降水量变化趋势图

图10为1990-2010年神农架林区各季降水量变化趋势曲线图.从回归分析结果可以看出，春夏秋冬四季的降水量倾向率分别为0.260、3.421、-1.173和-1.132，即春夏两季呈正增长，秋冬两季呈负增长.夏季降水量的增加幅度明显大于秋冬两季的下降幅度，这也是造成多年年降水量呈正增长的因素之一.同时，多年年降水量的正增长趋势与湖北省及整个长江中下游的年降水量变化趋势一致［7-8］.

图10 神农架林区1990-2010年各季降水量变化趋势图

2.2.3 干旱指数变化 通过计算，得到1990-2010年神农架林区的干旱指数变化趋势曲线图，如图11所示.近21年神农架林区的干旱指数均＞1，即蒸发能力大于降水能力，说明林区气候呈现干旱状况，且情况呈恶化趋势.

图11 神农架林区1990-2010年干旱指数变化趋势图

3 讨论

（1）神农架林区近21年的平均气温倾向率为0.033℃／a，最高气温倾向率为0.029℃／a，最低气温倾向率为0.049℃／a，而平均气温的倾向率为-0.016℃／a，这可能是由最低气温上升速率大于最高气温上升速率造成的.从四季气温波动情况来看，无论是平均气温、最高气温还是最低气温的波动，春秋两季均比夏冬两季平稳.

（2）神农架林区1990-2000年年平均气温为12.3℃，2001-2010年林区的年平均气温为12.6℃.以2000年为分界线，林区后10年的平均气温较前10年升高了0.3℃，但后10年的气温倾向率为负值，即后10年的年平均气温有下降的趋势，造成这一现象的原因目前还没有相关研究成果说明，需进一步收集资料与观测，分析其变化趋势.

（3）近21年神农架林区雨日数及大雨日数均呈增加的趋势，春夏两季降水量呈正增长，秋冬两季降水量呈负增长.林区年降水量也有增加趋势，这与雨日数及大雨日数的增加直接关联，而夏季降水量的增加幅度明显大于秋冬两季的下降幅度，也是造成多年年降水量呈正增长的因素之一.

（4）蒸发量和降水量的统计分析表明，近21年神农架林区的干旱指数均＞1，而年降水量的各年分布情况又显示出林区在整体干旱状态下呈旱涝交替的特征.回归分析的结果显示林区干旱程度有恶化的趋势，这应引起政府生产决策部门的重视，采取正确措施控制并减轻干旱情况.

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