汉江流域典型区域近60年来气候变化特征与趋势分析*

李柏山 粟 颖 李海燕 周培疆 尹 珩,4

(1. 武汉大学资源与环境科学学院 生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室， 武汉 430079；2. 中共贵阳市委党校， 贵阳 550005; 3. 贵航贵阳医院， 贵阳 550009； 4. 武汉市环境保护科学研究院， 武汉 430015)

汉江流域典型区域近60年来气候变化特征与趋势分析*

李柏山1,2粟 颖3李海燕1周培疆1尹 珩1,4

(1. 武汉大学资源与环境科学学院 生物质资源化学与环境生物技术湖北省重点实验室， 武汉 430079；2. 中共贵阳市委党校， 贵阳 550005; 3. 贵航贵阳医院， 贵阳 550009； 4. 武汉市环境保护科学研究院， 武汉 430015)

20世纪后期，全球增暖趋势明显，受此影响，汉江流域的气候也受到不同程度的影响。本文选取了1951—2010年的3个代表站点气温、降水量资料，通过计算趋势系数等现代统计方法，对汉江流域3个典型区域近60年气温和降水变化进行分析。结果表明，近60年来，汉江流域年平均气温整体呈上升趋势，在90年代发生突变，进入显著性升温时期，2008年增温幅度达到1951—2010年来的最大值，并且4季均呈现增温趋势；降水量整体呈不明显下降趋势，其中春、秋、冬3季降水量呈较明显下降趋势，夏季的降水量呈缓慢的下降趋势。1951—2010年，汉江上游流域平均气温增高，降水量上升；汉江中下游流域平均气温增高，降水量下降，说明了汉江中下游流域的暖干气候在加强。

汉江流域；气候变化；气温；降水量；趋势系数

汉江流域是我国人口稠密、经济高度发达的地区，在我国国民经济中具有举足轻重的作用和地位[1]，汉江流域在我国境内地域辽阔，人口众多，历史文化悠久。汉江是长江中游最大的支流，发源于陕西省秦岭南麓，干流流经陕西、湖北两省，于武汉市汇入长江，全长1 577 km，落差1 964 m，流域面积为159 000 km2，流域涉及鄂、陕、豫、川、渝、甘6省市的20个地(市)区、78个县(市)[2]。汉江流域上游主要为陕西省南部汉中、安康和商洛3地及湖北省十堰市、神农架林区，汉江中游流域主要为河南省南阳地区和湖北省襄阳地区，汉江下游流域即湖北省境内的荆门、潜江、仙桃、天门，孝感市的汉川和应城及湖北省省会武汉市。在全球变暖的气候背景下，汉江流域表现出不同的区域响应特征，这将会对区域环境生态产生巨大的影响。本文以汉江流域的3个典型区域为代表，分析汉江流域1951—2010年近60年来的气候变化趋势，这对于更好的理解气候变暖的区域响应过程，深入了解生态系统演变过程、发展趋势以及影响和适应机制，对指导汉江流域的排水与灌溉、湿地的保护与规划管理都具有十分重要的意义。

1 研究资料与方法

选取了汉江流域具有代表性和资料系列较长的3个气象站点：汉中站、老河口站、武汉站，利用其1951—2010年逐月气温、降水量资料进行分析，所有原始数据由中国气象局提供。应用3个站点近60年的逐月气温、降水量资料，初步计算其间气候倾向率[3]，采用趋势系数法对长江中下游流域年及各季气温、降水量的变化特征进行分析。本文所统计的气象要素季值中，季节采用气象季节定义，即1、2月与上年的12月为冬季，3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季。降水量和气温的季节值，由对应的月值加和合成。

2 汉江流域近60年气温变化分析

2.1 汉中气温变化特征

2.1.1 年代际变化特征

近60年来，汉江上游流域气温整体呈上升趋势(图1)，气温变化倾向率为0.19℃/10a。1951—1985年气温呈振荡状态，无明显规律。1986年起气温开始呈现增加趋势，1990年发生突变，进入显著性增温时期。1991—2010年平均温度比1951—1990年的平均温度高出约0.78℃，1998年增温幅度为1951—2000年最大值，而2006年增温幅度达到1951—2008年来的最大值。1998—2010年的平均温度比1951—1997年高出1.01℃。90年代比1951—1910年的平均温度高出0.16℃，这一结果与陈华等[4]得出的汉江流域90年代的平均气温比多年平均气温高出0.2℃非常接近。

图1 1951—2010年汉中站年平均气温变化趋势

2.1.2 季节变化特征

从表1可见，1951—2010年汉江上游流域春、秋、冬季气温均表现为明显的上升趋势，变化倾向率分别为2.62℃/10a、1.47℃/10a和2.29℃/10a，夏季表现为不明显的上升趋势，气温变化倾向率为0.69℃/10a，这导致汉江上游流域的年平均气温呈明显的上升趋势。2000年后汉江上游流域春季、秋季、冬季平均气温较50年代分别上升了1.48℃、0.85℃、1.18℃。

2.2 汉江中游流域气温变化特征

2.2.1 年代际变化特征

近60年来，汉江中游流域气温整体呈上升趋势(图2)，气温变化倾向率为0.22℃/10a。1951—1985年气温呈振荡状态，无明显规律。1986年起气温开始呈现增加趋势，1990年发生突变，进入显著性增温时期。1991—2010年平均温度比1951—1990平均温度高出约0.86℃，1998年增温幅度为1951—2010年最大值。1998—2010年的平均温度比1951—1997年高出0.96℃。

表1 1951—2010年汉江上游流域气温与气温距平 ℃

图2 1951—2010年老河口站年平均气温变化趋势

2.2.2 季节变化趋势

从表2可以看出，1951—2010年老河口站(汉江中游流域)春、秋、冬气温均表现为上升趋势，其中春季升温趋势最为明显，气温变化倾向率分别为3.53℃/10a、2.05℃/10a和3.24℃/10a；夏季整体上表现为缓慢下降趋势，气温变化倾向率分别为-0.37℃/10a。2000年后三个典型区域春季、秋季、冬季平均气温较50年代分别上升了1.9℃、0.93℃、1.31℃。

2.3 汉江下游流域气温变化特征

表2 1951—2010年汉江中游流域气温与气温距平 ℃

2.3.1 年代际变化特征

近60年来，1951—2010年武汉站(汉江下游流域)气温整体呈不明显上升趋势(图3)，气温变化倾向率为0.33℃/10a。1951—1985年气温呈振荡状态，无明显规律，1986年起气温开始呈现增加趋势，1990年发生突变，进入显著性增温时期，1991—2010年平均温度比1951—1990年的平均温度高出约1.32℃，1998年增温幅度为1951—2000年最大值，而2007年增温幅度达到1951—2010年来的最大值。1998—2010年的平均温度比1951—1997年高出1.47℃。

图3 1951—2010年武汉站年平均气温变化趋势

2.3.2 季节变化特征

从表3可见，1951—2010年，汉江下游流域春、冬气温均表现为上升趋势，其中春季升温趋势最为明显，气温变化倾向率为4.39℃/10a，冬季为3.89℃/10a；夏、秋季整体上表现为不明显上升趋势，气温变化倾向率分别为1.46℃/10a和2.77℃/10a，导致汉江下游流域的年平均气温呈明显的上升趋势。2000年后3个典型区域春季、秋季、冬季平均气温较50年代分别上升了2.38℃、1.41℃、1.6℃。

表3 1951—2008年汉江下游流域气温与气温距平 ℃

2.4 汉江流域气温变化综合分析

(1) 1951—2009年，汉江流域3个典型区域年平均气温均呈上升趋势(图4)，汉江下游流域的气温变化倾向率最高，为0.33℃/10a，其次是汉江中游流域，0.22℃/10a，汉江下游流域气候倾向率最小，为0.19℃/10a。3个区域的气温均在1951—1985年呈振荡状态，无明显规律。1986年起气温开始呈现增加趋势，1990年发生突变，进入显著性增温时期。3个典型区域1991—2008年年平均气温较1951—1990分别高出0.78℃，0.86℃和1.32℃，1998年增温幅度为1951—2000年最大值，而2007年增温幅度达到1951—2010年来的最大值。1998—2010年的平均温度比1951—1997年分别高出1.01℃，0.96℃和1.47℃。可见，汉江下游流域的年气温变化最为明显，其次是汉江上游，汉江中游变化最小。

图4 1951—2010年汉江上游、中游、下游流域年平均气温变化趋势

(2) 汉江流域3个典型区域4季气温均呈现上升趋势，其中除了夏季呈不明显上升趋势之外，春、秋、冬季均表现为明显上升趋势，导致汉江流域年平均气温呈明显上升趋势。4个典型区域春、秋、冬季3季气温年际代变化趋势相同，春季表现为50年代气温下降趋势明显，60—80年代变化平稳，90年代后气温迅速回升，2000年开始进入显著性增温期；秋季表现为：50—80年代变化较平稳，90年代气温回升，2000年开始进入显著性增温期；冬季表现为50—80年代变化较平稳，90年代开始迅速升温；夏季变化则各异。2000年后3个典型区域春季平均气温较50年代分别上升了1.48℃、1.9℃与2.38℃；秋季分别上升了0.85℃、0.93℃与1.41℃；冬季分别上升了1.18℃、1.31℃与1.6℃。

3 汉江流域近60年降水量变化分析

3.1 汉江上游流域降水量变化特征

3.1.1 年代际变化特征

近60年来，汉江上游流域降水量总体呈上升趋势(图5)，变化倾向率为7.93 mm/10a。1951—2010年降水量呈振荡状态，1951—1954年呈小幅振荡上升，1959年发生突变，自1965年升至近60年降水量最高值，之后缓慢振荡下降。1951—1959年降水量为197.5 mm，1960—2010年的降水量为538.0 mm，后者比前者高出340.5 mm。1971—1980年和1981—2010年相比，1971—1980年降水量比1981—2010年降水量高出145.4 mm。

图5 1951—2010年汉中站年平均降水量变化趋势

3.1.2 季节变化特征

从表4可见，汉江上游流域近60年来春、夏两季均表现为明显的上升趋势，降水量变化倾向率分别为436.34 mm/10a、486.89 mm/10a；秋季呈不明显上升趋势，降水量变化倾向率为50.97 mm/10a；冬季呈不明显下降趋势，降水量变化倾向率为-519.37 mm/10a。

3.2 汉江中游流域降水量变化特征

3.2.1 年代际变化特征

近60年来，老河口站降水量呈典型下降趋势(图6)，降水量变化倾向率为-105.98 mm/10a。1951—2010年降水量呈震荡下降状态，1951—1987年降水量震荡幅度较大，1988—2010降水量振荡下降趋势不明显，1988—2010年平均降水量比1951—1987年年平均降水量少313.8 mm。

表4 1951—2010年汉中站降水量与降水量距平 mm

图6 1951—2010年老河口站年平均降水量变化趋势

3.2.2 季节变化特征

从表5可见，近60年来，汉江中游流域春、夏、秋、冬季降水量变化均呈较明显的下降趋势，变化倾向率分别为-782.37 mm/10a、-596.26 mm/10a、-929.74 mm/10a与-2 023.5 mm/10a。

3.3 汉江下游流域降水量变化特征

3.3.1 年代际变化特征

表5 1951—2010年老河口站降水量与降水量距平 mm

近60年来，武汉站降水量整体呈下降趋势(图7)，降水量变化倾向率为-78.54 mm/10a。1953—1997年降水量呈振荡状态，自1951年剧烈振荡至1983年跌至最低值238.1 mm，1984年—2010年在低值附近徘徊。1951—1982年的降水量比1983—2010的降水量高出249.0 mm，1951—1982年的降水量最高值比1983—2010的降水量最高值仍高出399.5 mm。

图7 1951—2010年武汉站年平均降水量变化趋势

3.3.2 季节变化特征

从表6可见，汉江下游流域近60年来春、秋、冬季降水量呈下降趋势，分别为-556.2 mm/10a、-839.77 mm/10a和-1 563.1 mm/10a；夏季呈缓慢下降趋势，变化倾向率为-243.69 mm/10a，导致汉江下游流域年降水量总体呈下降趋势。

3.4 汉江流域降水量变化综合分析

(1) 1951—2010年，除汉江上游流域降水量整体呈上升趋势外，汉江中游流域与下游流域均呈下降趋势，降水量变化倾向率分别为7.93 mm/10a，-105.98 mm/10a与-78.54℃/10a，3个典型区域降水量呈不同的震荡状态(图8)，年际变化各不相同。春、秋、冬季降水量呈较明显下降趋势，夏季的降水量呈缓慢的下降趋势，但3个典型区域季节降水量的年际变化各不相同。

表6 1951—2010年武汉站降水量与降水量距平 mm

图8 1951—2010年汉江上游、中游、下游流域年平均降水量变化趋势

(2) 1951—2010年，汉江上游流域气温变化与降水量变化呈同向变化关系，即平均气温增高，降水量上升，这与汉江上游调水工程建设增大了水域面积有较大关系。1951—2010年，汉江中下游流域气温变化与降水量变化呈现很好的对应关系，即平均气温增高，降水量下降，说明了汉江中下游流域的暖干气候在加强。

4 讨论

对于人类赖以生存的全球气候环境，各国政府高度重视，开展了一系列针对全球气候变化的研究，主要集中在研究气候变化的动因，即研究自然因素和人类活动对气候变化所产生的影响；研究气候变化对人类的生存环境及质量，包括经济、社会、生态等领域带来怎样的冲击；为了减缓或适应剧烈的气候变化，人类应该采取哪些行之有效的对策[5-8]。

中国气温及降水量的观测记录在1951年之前除个别站之外没有完整的序列，所以很难对近百年全国的气温及降水量变化趋势做出判断[9-10]，降水量的变化研究多限于1951年以后[11-12]。丁一汇等[13]的研究指出，近百年中国气候变化的主要特征与全球气候变化的趋势一致，中国近百年增暖的幅度为0.5～0.8℃，比全球同期增温略高。长江流域是我国社会经济高度发达的地区之一，同时，长江流域的洪涝灾害也是我国为患最严重、频率最高、抗灾费力最大、迄今还无法根治的自然灾害，对长江流域的气温和降水的研究报道也有不少[14-18]。赵平等[19]研究发现，长江流域降水的增加主要是由夏季降水增加引起的，3月长江中下游降水增加也是主要原因。陈菊英等[20]发现年平均气温偏高和8月气温偏高是来年汛期长江流域发生洪涝的前兆强信号，证明了全球和中国异常增暖对来年中国汛期水灾害的重大影响，从专家学者的研究中也印证了气候变化对汉江流域的潜在影响。

前述气候变化趋势特征分析仅是1951—2010年间相关气象数据的统计结果，这些气候变化的物理机制还待进一步讨论。不过，90年代汉江流域中下游的气候变化，已经在温度升高、降水量变化上有所反映，这些变化必然会对水文资源系统产生影响，进而对未来的生态环境产生影响。若任这种影响持续发展，将可能对长江中下游流域的水资源和生态系统等方面产生很大的负面影响甚至造成自然灾害，所以，应积极面对和提出适应性对策，以利于相关问题的解决。

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The variation and tendency of climate change of classical lakes in Hanjiang River Basin from 1951 to 2010

Li Baishan1,2，Su Ying3，Li Haiyan1，Zhou Peijiang1，Yin Heng1,3

(1.School of Resources and Environmental Sciences, Hubei Biomass-Resource Chemistry and Environmental Biotechnology Key Laboratory ,Wuhan University, Wuhan 430079, China; 2.Party School of the Guiyang Committee of C.P.C, Guiyang 550005, China; 3. Guihang Guiyang Hospital, Guiyang 550009, China；4. Wuhan Academy of Environmental Sciences, Wuhan 430015, China)

in the late 20th century, the trend of global warming has been increasingly clear. The climate of Hanjiang River Basin has also been affected to a certain extent. In this research, the data of temperature and precipitation in three representative sites in the past sixty years, from 1951 to 2010, are analyzed by modern statistical methods (as calculating the trend coefficient) to find out the variation in temperature and precipitation in this region. The results show that the average temperature in the middle and lower Hanjiang River Basin have generally been on the rise in the past sixty years independent to the seasons; the increase became significant in the 1990's and reached the highest in 2008; the precipitation in the region is witnessed a slight decrease in summer while a significant decrease in spring, autumn and winter respectively. From 1951 to 2010, average temperature and precipitation increase were observed in the upper reaches of Hanjiang River Basin, while the increase of average temperature and decrease of the precipitation were witnessed in the middle and lower reaches of Hanjiang River basin, implying that the warm and dry climate in the middle and lower reaches was strengthening.

Hanjiang River Basin; climate change; temperature; precipitation; the trend coefficient

* 湖北省环境保护厅环保专项基金(20110307)

2015-06-30；2015-07-31修回

李柏山，男，1982年生，博士，研究方向：环境安全及管理、环境经济、生态评价。E-mail：lbs1113@126.com

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