典型喀斯特生态脆弱区近25年来气候变化特征分析——以贵州中部为例

张勇荣， 周忠发， 闫利会

(1.六盘水师范学院 环境与资源科学系，贵州 六盘水 553004；2.贵州师范大学 中国南方喀斯特研究院，贵州 贵阳 550001；3.六盘水师范学院 乌蒙山发展研究院，贵州 六盘水.553004)

典型喀斯特生态脆弱区近25年来气候变化特征分析
——以贵州中部为例

张勇荣1,3， 周忠发2， 闫利会2

(1.六盘水师范学院 环境与资源科学系，贵州 六盘水 553004；2.贵州师范大学 中国南方喀斯特研究院，贵州 贵阳 550001；3.六盘水师范学院 乌蒙山发展研究院，贵州 六盘水.553004)

根据1990-2013年研究区13个气象台站年均温和年降水量数据，运用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检测法分析近25年来典型喀斯生态脆弱区的气候变化状况及时空特征.结果表明：①研究区内年均温呈不显著升温趋势，线性升温率为0.0126/年，冬季均温变化最为显著；除贵阳站年均温在2000年出现突变外，其余各站点年均温变化趋势基本一致，并呈5年左右小时间尺度周期变化.②研究区年降水量呈显著下降趋势，线性下降率为12.359mm/年，夏季降水量变化对全年降水量变化趋势的贡献最大；各月降水量除12月以外其余月份研究时段内都呈减少趋势；③突变检测发现，研究区1990-2013年间年均温未现明显突变，年降水量在1998-2000年间存在突变点，这可能与当年的厄尔尼诺现象有关.④总体看，研究区1990-2013年间气候呈暖干趋势变化并在夏、冬季最为突出，这将对喀斯特生态脆弱区生态发展轨迹产生较大影响，生态修复过程中应重点关注.

喀斯特；生态脆弱；气候变化；时空分布

引 言

全球气候变暖是地球最显著的环境变化之一，政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告指出，最近100年(1906-2005年)地表平均温度增加0.74℃[1]，同时近几十年来，极端气候事件发生的频率也逐渐在增加.由此可以看出气候系统理论及气候变化相关问题的研究意义重大.

相关学者对此展开了大量的研究，在国内分别开展了对全国尺度及区域尺度气候问题的研究.如陈隆勋等通过分析气象要素的线性倾向值研究了我国近45年来(1951-1995年)气候变化特征及其空间差异[2]，任国玉等研究了近50年来中国地面气候变化基本特征[3]，尹云鹏等对1961年-2006年中国气候变化趋势与突变的区域差异[4]，邵井安等研究了川渝地区的气候变化特征[5]，许格希等开展了近50a来海南岛不同气候区气候变化特征的研究，杨东等对近50年青海省气候变化特征进行了研究，辛惠娟等对青藏高原东缘玉龙雪山的气候变化特征进行了研究[6-8].通过对全国及区域气候变化的研究，基本得出我国气候变化的一般性规律特征及相应的区域性规律.针对贵州省典型喀斯特区域气候的变化也开展了相关研究，如马士彬等、郑小波、黄桂东等[9-11]，这些研究基本停留于对某一点或气候条件的某一方面，缺乏针对典型喀斯特生态脆弱区的整体气候变化规律的研究，所以喀斯特地貌背景下气候变化规律及下垫面对气候变化的影响还比较模糊.

本文以典型喀斯特脆弱区为研究区，对近25年的气象数据进行统计分析，有针对性的探索在喀斯特地貌环境背景下气候变化的特征及对全球气候变化的响应，为探索喀斯特生态环境演化轨迹及石漠化治理模式提供气候依据.

2 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

研究区位于贵州省中部，分属于长江流域和珠江流域.气象观测站所跨经纬度为25°23′-27°6′N，105°11′E-106°44′E，涉及黔西、织金、六枝、晴隆、兴仁、贞丰、长顺、惠水、龙里、贵定等县及安顺市、贵阳市(除开阳)，面积约3.4万Km2.研究区为典型喀斯特生态脆弱区，地势西高东低，地表起伏大、切割深，以喀斯特峰丛、峰林为主要地貌形态.研究区内包含红枫湖国家石漠化治理示范区和花江流域国家石漠化治理示范区，喀斯特石漠化分布面积较广，等级程度高[12].

2.2 数据与研究方法

为了全面反映研究区气候变化特征，选取覆盖区域内部的所有13个(表1)气象观测站点的1990-2013年月平均气温和逐月降水量.根据研究区所属气候带特征及植物物候生长规律划分季节，具体春季：3、4、5月，夏季：6、7、8月，秋季：9、10、11月，冬季：12、1、2月，并对逐月气候数据按季节进行统计.

气候变化趋势分析主要采用线性趋势法[13]和相关分析[14]气象要素序列的变化，气候突变分析主要采用Mann-Kendall法[9]进行突变检验.

Mann-Kendall 突变检验中，在正序列曲线(UFk) 超过临界值信度线的前提下，若正序列和反序列两个统计量序列仅有一个明显的交叉点，且位于信度线之间，则表明该交叉点为突变点，且统计上显著.若交叉点位于信度线之外，或者是存在多个明显的交叉点，则不确定是否为突变点[4].

表1 研究区各站基本信息Tab.1 the basic information of 13 meteorological stations in the study area

3 气温变化分析

3.1 气温年际变化特征分析

如图2所示，研究区1990-2013年间气温呈不显著上升趋势，线性趋势为y=0.0126x+15.059，相关系数R=0.21，未通过0.05置信水平检验.最大值出现在2013年为15.9℃，最小值为1996年的14.48℃；标准差为0.42，表明气温年际波动明显(图2).1990-2013年间，喀斯特石漠化治理示范区周边13个观测站点的年平均气温范围为14.3-16.7℃.其中惠水、贞丰、关岭的站点温度高于16℃，贵定、兴仁、紫云的站点温度高于15℃，其余站点温度在14-15℃.研究区内各站点的年均温呈现从东南向西北递减的趋势，这主要是纬度与海拔双重作用形成的气温分布格局.

通过各站点1990-2013年年均温分布曲线(图3)可以看出，研究时段内各站点气温变化趋势基本一致，都在1994、1998、2000、2005、2008年出现转折，形成大概五年左右为一个波动周期的变化趋势.1998年温度转折应该与1997-1998年的厄尔尼诺现象有关，2008年的温度转折与2007-2008年的冰雪凝冻灾害有关，其余时间点的气温转折原因有待进一步验证.其中值得注意的是贵阳站气温曲线变化趋势基本与前述一致，但2000年前后气温出现明显下降，并且1990年代均温明显高于2000年以后的均温1.03℃.

根据Mann-Kendall突变检验法(图4),平均温度的正序列曲线未超过0.05显著行水平的信度线.研究时段内，平均温度的正反序列曲线在信度线内有两个明显的交叉点，最后一个交叉点出现在2011年前后.滑动t检验结果未通过0.05的显著性检验.所以认为研究时段内研究区年均温不存在明显突变，但小时间尺度的波动性变化明显.

3.2 气温的季节变化特征

对研究区研究时段内各季节气温变化做趋势线分析，结果都未通过0.05置信水平检验，其中春、秋季节气温变化在0.1置信水平上表现显著递增，所以观察期内年均温变化趋势不明显.通过将研究区1990-2013年年均温、年降水量与各季节均温进行相关分析可以看出，年均温变化与冬季均温极显著相关，相关系数r=0.77，与其他季节相关系数分别为春季0.66、夏季0.44、秋季0.25.可以得出，冬春季节的均温变化制约年均温的变化.

从年代际来看，对比1990年代-2000年代研究区年均温变化，可知增温特别明显的是3、5、7月，增温均超过0.9℃；12、6月出现明显降温，降温水平达到1.0℃以上.

4 降水量变化分析

4.1 降水年际变化特征分析

研究区降水整体空间分布由西南向东北方向递减，晴隆站年平均降水量最高，为1457.8mm，黔西站年平均降水量最低，为944.8mm.研究区为典型的喀斯特地貌区，地形复杂，易受局地天气对流系统的影响，导致降水空间分配不均，降水空间变异较大，具体表现为降水并没随海拔的变化而表现出一致性的规律.

通过图6可以看出，研究区1990-2013年年降水量呈显著(P<0.01)下降趋势，线性趋势为y=-12.395x+1380.6，相关系数r=0.5379.标准差为160.11，年际波动较大，年降水量最大值为1991年的1460mm，最低值为2011年846.7mm，平均值为1225.96mm.近25年内降水减少速率为12.4mm/年.

通过对1990-2013的年年降水量进行Mann-Kendall突变检验可知(图7)，UFk曲线中1998年以后呈现明显的降水量减少，降水量出现变化的时间段与年平均降水量趋势基本相同.在临界线内有一个交点，所处时间点为1998-2000年间，通过滑动t检验结果达到0.05的显著性水平，所以认为研究区研究时段内年降水量出现明显突变.结合具体突变时间点及当时气候事件，推测研究区年降水量发生突变与大尺度厄尔尼诺现象有一定关系，但须进一步证实.

4.2 降水量季节变化分析

对季节平均进行趋势线分析，各季节的年降水量均呈现减少趋势，其中夏季和冬季年降水量变化通过P<0.05显著性水平检验.年降水量与夏季降水量极显著相关，相关系数r=0.86，与其他季节相关系数分别为春季0.15、秋季0.39、冬季0.26，夏秋季节的降水量制约年降水量变化.

从月平均降水的年代际变化上看(图8)，变化较为复杂，除12月以外其余各月份三个年代降水都呈减少趋势，其中1、2、3、6、7降水量明显.12月呈显著上升趋势.

5 结论

通过对典型喀斯特生态脆弱区13个气象站点近25年的气象观测数据进行统计分析表明：

①研究区年均温在14.3-16.7℃之间，空间上呈现从东南向西北递减的趋势.研究时段内年均温呈不显著升温趋势，线性升温率为0.0126℃/年，冬季均温变化最为显著；除贵阳站年均温在2000年出现突变外，其余各站点年均温变化趋势基本一致，并呈5年左右小时间尺度周期变化.

②研究区年降水量为1140mm/年，主要集中于夏季，为典型的季风性气候.研究区1990-2013年降水量呈显著下降趋势，线性下降率为12.359mm/年，夏季降水量变化对全年降水量变化趋势的贡献最大；除12月以外其余月份研究时段内降水量都呈减少趋势.

③突变检测发现，研究区1990-2013年间年均温未现明显突变，年降水量在1998-2000年间存在突变点，这可能与当年的厄尔尼诺现象有关.

总体看，研究区1990-2013年间气候呈暖干趋势变化，这种趋势在夏、冬季最为突出，这将对喀斯特生态脆弱区生态发展轨迹产生较大影响，生态修复过程中应加以注意.

[1]IPCC.ClimateChange2007:SynthesisReport[R]. Oslo: Intergovernmental Panel on Climate Change,2007．

[2] 陈隆勋,朱文琴,王文,等.中国近45 年来气候变化的研究[J].气象学报,1998,56(3):257- 271.

[3] 任国玉,郭军,徐铭志，等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报,2005,6(63):942-955.

[4] 尹云鹤,吴绍洪,陈刚.1961-2006年我国气候变化趋势与突变的区域差异[J].自然资源学报,2009,24(12):2147-2157.

[5] SHAO Jing’an,LI Yangbing, NI Jiupai. The characteristics of temperature variability with terrain,latitude and longitude in Sichuan-Chongqing Region[J]. J Geogr Sci， 2012,22(2):223-244.

[6] 许格希,郭泉水,牛树奎，等.近50a来海南岛不同气候区气候变化特征研究[J].自然资源学报,2013,28(5):799-810.

[7] 杨东,王慧,程军奇，等.近50年青海省气候变化特征及其与ENSO的关系[J].生态环境学报,2013,22(4):547-553.

[8] 辛惠娟,何元庆,张涛，等.青藏高原东南缘丽江玉龙雪山气候变化特征及其对冰川变化的影响[J].地球科学进展,2013,28(11):1257-1268.

[9] 马士彬,张勇荣,安裕伦.典型喀斯特高原区气候变化特征分析-以贵州省西部为例[J].广东农业科学,2013,(16):164-166.

[10] 郑小波,罗宇翔,周成霞，等.近45年来贵州省日照时数的变化特征[J].气象研究与应用(增刊Ⅱ),2007,28:2-4.

[11] 黄桂东,宋启 .龙滩水库罗甸库区的局地气温变化分析[J].云南地理环境研究,2011,23(4):87-100.

[12] 贵州省农业地貌区划[M].贵阳:贵州人民出版社,1989:10-25.

[13] 魏凤英.现代气候统计诊断预测技术[M].北京:气象出版社,1999:43-47.

[14] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].第2版.北京:高等教育出版社,2002:37，47.

On Climate Change Characteristics of the Typical Ecologically Vulnerable Karst Area in the Recent 25 Years——a case study area of the central Guizhou Province

ZHANG Yong-rong1,3, ZHOU Zhong-fa2, YAN Li-hui2

(1. Department of Environment and Resource Sciences, Liupanshui Normal College, Liupanshui 553004， China; 2. Karst Institute of Southern China, Guizhou Normal University, Guiyang 550001， China; 3. Research Institute of Development in the Wumeng Mountain Area, Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004， China)

According to the annual average temperature and the annual precipitation data of thirteen observatories in the study area from 1990 to 2013, with liner trend analysis and the method of mutation detection, the climate change and the spatial and temporal distribution features in typical ecologically vulnerable Karst area was analyzed. Results showed that: ① the annual average temperature in the study area heated up insignificantly and the liner heating rate was 0.0126/a. The annual average temperature change was mainly influenced by the average temperature change in winter; except Guiyang observatory of which the annual average temperature mutated in 2000, the change trend of those in other observatories’ basically coincide and the cycle was about five years. ② the annual precipitation in the study area showed a trend of descending and the liner descending rate was 12.359mm/a. The change of annual precipitation was mainly affected by the precipitation change in summer and the monthly precipitation descended from 1990 to 2013 except that in November. ③ according to mutation detection, the annual average temperature did not have an obvious mutation in thisperiod while the annual precipitation mutated from 1998 to 2000 which might be caused by the El Nino phenomenon. ④ as a whole, the climate change showed a trend of warming and drying and it was more outstanding in summer and winter which would influence the ecology development greatly in the typical ecologically vulnerable Karst area. Therefore, it should have significant attention in the process of ecological restoration.

Karst; ecologically vulnerable; climate change; spatial and temporal distribution

10.14182/J.cnki.1001-2443.2015.05.013

2014-12-01

国家重点基础研究发展计划(973计划)(2012CB723202)；贵州省教育厅自然科学研究重点项目(黔教合KY字[2013]173号)；贵州省科学技术基金(黔科合J字[2012]2309号)； 六盘水市科技局科技创新能力建设计划项目(52020 2012-04-01-01).

张勇荣(1982-)，女，黑龙江牡丹江人，副教授，硕士，研究方向：环境遥感与地理信息系统应用.通讯作者：周忠发(1969-)，男，贵州遵义人，教授，博导.

张勇荣，周忠发，闫利会.典型喀斯特生态脆弱区近25年来气候变化特征分析[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2015，38(5)：474-478.

P467;K903

A

1001-2443(2015)05-0474-05