宿淮矿区采煤塌陷水域对气温变化的影响

袁新田，张 生，苏海民，高 杨，李 静

宿州学院地球科学与工程学院，安徽宿州,234000

宿淮矿区是我国重要的煤炭基地之一，目前正处在快速发展阶段。随着采煤规模逐年加大，导致地表塌陷区面积不断扩大。开采塌陷导致地表土地覆被变化，耕地损失、植被破坏、水土流失加剧，水资源枯竭，水质恶化等一系列环境问题，严重地破坏了矿区的生态环境。由于宿淮矿区地处平原地区，地下水位较高，采煤塌陷区约有50%成为积水区。据统计，宿淮矿区截至2003年地表塌陷面积为160 km2，目前仍以每年塌陷6.7 km2的速度递增[1]。塌陷积水区的形成不仅导致该区域土地覆被变化，而且塌陷积水环境对区域的气候、地表水系及生态环境等产生深刻的影响。

气候作为人类赖以生存的自然环境的组成要素和重要的自然资源, 对自然生态系统和社会经济系统具有重要作用。气候变化对自然生态系统和社会经济系统产生重要影响。宿淮矿区不仅是我国重要的能源基地，而且区内自然条件较为优越，农业开发历史悠久，农业生产发展潜力大，也是我国重要的粮食生产基地。由于宿淮矿区位于我国南北气候的过渡地带，是气候变化的敏感区之一[2-5]。因此，研究宿淮矿区塌陷积水对气候变化的影响,探讨宿淮矿区对全球气候变化的区域响应,对宿淮矿区自然资源的可持续利用、生态环境的改善以及区域社会经济的可持续发展具有重要理论和实践意义。

1 资料与方法

选取宿州站点(58122)和阜阳站点(58203)1960～2007年的逐月气温资料作为数据基础(资料数据来源于国家气象信息中心气象资料室)，以宿州(33.38°N,116.58°E)数据代表采煤塌陷水域，选取阜阳(32.54°N,115.48°E)作为对比站点(数据代表无采煤塌陷水域)。用最小二乘法估计气温要素时间序列的线性倾向率。气温的变化趋势采用一次线性方程表示：

Y=a+bt

(1)

式中：Y为气象要素，t为年份的序号(本文t取值为1～48)；b为线性趋势项，b×10表示气温要素每10a的变化量，b的系数为正，表明气温升高；b的系数为负，则表明气温降低[6]。

2 结果与讨论

2.1 气温变化趋势分析

从图1给出的宿州、阜阳月平均气温变化趋势可以看出：采煤塌陷水域(宿州)气温趋势与对比站点(阜阳)月平均气温变化趋势特征相吻合。1～12月两者的相关系数分别为0.912 4、0.981 5、0.969 2、0.906 2、0.925 8、0.900 7、0.927 5、0.905 8、0.908 2、0.903 7、0.927 6、0.915 5，通过95%的信度检验，表明宿州、阜阳气温变化在很大程度上受到区域大环流气候背景影响，气温变化趋势表现出一致性。

图1 宿州、阜阳月平均气温变化趋势(1960～2007年)

2.2 气温变化倾向率分析

对气温要素的时间序列进行线性拟合，得出采煤塌陷水域(宿州)和对比站点(阜阳)四季和年平均气温线性变化倾向率(表1)。从表1中可看出：1960～2007年期间，采煤塌陷水域(宿州)气温倾向率春季和秋季均为0.38℃/10a，冬季为0.58℃/10a，年平均气温为0.36℃/10a，气温均呈上升趋势；冬季的增温幅度最大。且均通过α=0.05显著性水平检验，表明增温趋势明显。对比站点(阜阳)春、秋、冬季和年平均气温倾向率分别为0.31℃/10a、0.20℃/10a、0.40℃/10a和0.22℃/10a，增温幅度小于采煤塌陷水域(宿州)。与安徽省1961～2001年春、秋、冬季增暖速率分别为0.30℃/10a、0.21℃/10a、0.38℃/10a相比[7]，采煤塌陷水域(宿州)的冬季增暖明显，增温幅度更大。研究区近50a来大气环流变化冬季风减弱，冬季冷空气强度减弱，是导致冬季增暖明显的原因之一。

采煤塌陷水域(宿州)和对比站点(阜阳)夏季气温变化倾向率分别为-0.09℃/10a和-0.05℃/10a，夏季气温变化趋势表现出不显著的微弱下降。同期夏季降水量的增加对增暖有一定的削弱作用。皖北地区夏季降水呈增多趋势，增加速率达到40～65 mm/10a，为全省平均速率的2～3倍[7]。

进一步分析气温变化倾向率发现，采煤塌陷积水区域(宿州)的春、秋、冬季和年平均气温变化倾向率均大于对比站点(阜阳)，而夏季气温变化倾向率小于对比站点(阜阳)。表明采煤塌陷水域(宿州)无论是春、秋、冬季和年平均气温增幅，还是夏季平均气温降幅均大于对比站点(阜阳)。两站点相距只有150 km，而气温变化倾向率差异较大。这与煤矿塌陷水域环境的气候效应有关。一些研究认为,水体对冬季有增温效应，夏季有降温效应，总体以增温为主[8-9]。

表1 宿州、阜阳气温变化倾向率(1960～2007年)

注：*代表通过0.05的显著性水平检验。

2.3 气温年较差变化趋势分析

从图2可以看出，1960～2007年期间，采煤塌陷区域(宿州)和对比站点(阜阳)的气温年较差均呈现减小趋势，气温年较差变化倾向率宿州为-0.39℃/10a，阜阳为-0.32℃/10a。近48a气温年较差减小宿州为1.9℃，阜阳为1.5℃。有研究认为，水域环境可以使冬季气温升高，夏季气温降低，气温年较差减小[8]。宿州站点气温年较差减小幅度大于对比站点(阜阳)，主要原因是煤矿塌陷水域环境的气候效应。

图2 气温年较差变化趋势(1960～2007年)

2.4 气温年代际变化趋势分析

分别计算不同年代两个站点的四季气温差值(气温差值=宿州-阜阳)，统计结果见图3。从20世纪60～90年代，采煤塌陷水域(宿州)四季气温低于对比站点(阜阳)；其中冬季气温差值最大，1960s、1970s、1980s、1990s分别是-0.91℃、-0.99℃、-0.97℃、-0.81℃，春季气温差值其次，分别是-0.41℃、-0.65℃、-0.73℃、-0.72℃。这主要与两站点的地理纬度差异有关。2000～2007年，春、夏、秋、冬季气温差值分别为0.11℃、-0.12℃、0.16℃、0.27℃，表明采煤塌陷水域(宿州)春、秋、冬季气温高于对比站点(阜阳)，夏季气温低于对比站点(阜阳)。这表明煤矿塌陷水域环境的气温效应从2000年开始显现。煤矿塌陷水域环境对气候影响是一个复杂、长期的气候调节过程，导致气温变化空间差异的原因是复杂的，海拔高度、测站周围环境变化等因素都有可能对其产生影响，这些有待于进一步深入研究。

图3 宿州与阜阳气温差值的年代际变化(1960～2007年)

3 结 论

(1)近48a来，采煤塌陷水域(宿州)春、秋、冬季和年平均气温均呈上升趋势。气温变化倾向率介于0.36～0.58℃/10a之间，以冬季气温增幅最大。气温的上升趋势显著。

(2)1960～2007年，采煤塌陷水域(宿州)气温年较差呈现减小趋势，气温年较差变化倾向率为-0.39℃/10a，近48a来，气温年较差减小为1.9℃，大于对比站点(阜阳)。

(3)20世纪60～90年代，采煤塌陷水域(宿州)四季气温低于对比站点(阜阳)；其中冬季气温差值最大，1960s为-0.91℃、1970s为-0.99℃、1980s为-0.97℃、1990s为-0.81℃。2000～2007年，采煤塌陷水域(宿州)春、秋、冬季气温高于对比站点(阜阳)，夏季气温低于对比站点(阜阳)。

参考文献：

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[2]赵宗慈,王绍武,徐影,等.近百年我国地表气温趋势变化的可能原因分析[J].气候与环境研究,2005,10(4):808-817

[3]马晓群,张爱民,陈晓艺.气候变化对安徽省淮河区域旱涝灾害的影响[J].中国农业气象,2002,23(4):1-4

[4]安徽省气候中心.气候变化专题分析报告:第6期[EB/OL].[2012-11-10].http://218.22.3.218/product/analysis.asp

[5]田红,许吟隆,林而达.温室效应引起的江淮流域气候变化预估[J].气候变化研究进展,2008,4(6):357-362

[6]袁新田,刘桂建.近50a皖北地区气温变化特征分析[J].中国科学技术大学学报,2012,42(6):495-500

[7]安徽省气候中心.气候变化专题分析报告[EB/OL].[2012-12-09].http://218.22.3.218/product/analysis.asp

[8]陈鲜艳,张强,叶殿秀,等.三峡库区局地气候变化[J].长江流域资源与环境,2009,18(1):47-51

[9]傅抱璞.我国不同自然条件下的水域气候效应[J].地理学报,1997,52(3):246-253