金衢盆地与祁连山南麓近56年气候特征对比分析

毛智军　柳　苗

(1.龙游县气象局,浙江 衢州 324400；2.浙江省气候中心，浙江 杭州 310017)



金衢盆地与祁连山南麓近56年气候特征对比分析

毛智军1柳苗2

(1.龙游县气象局,浙江 衢州 324400；2.浙江省气候中心，浙江 杭州 310017)

摘要：本文利用线性倾向估计、M-K检验、Morlet小波等方法，对金衢盆地和祁连山区南麓4个观测站1957—2012年的气温和降水资料进行对比分析。结果表明，金衢盆地和祁连山南麓的年平均气温、平均最高气温、平均最低气温都呈显著上升趋势，年平均最低气温上升幅度大于年平均最高气温升幅，但祁连山南麓的气温变化更明显、更敏感，特别是在夏季和冬季。金衢盆地在1996年存在气温突变，祁连山南麓的气温响应全球变化早，在四季变化中，春季、秋季、冬季气温呈显著上升趋势，但祁连山南麓在秋、冬季上升明显。金衢盆地降水雨日存在17 a、7 a、3 a左右的周期变化，祁连山南麓年降水量呈较明显的上升趋势，雨日存在19 a、5 a左右的周期变化。

关键词：金衢盆地；祁连山南麓；气候特征；对比分析

0引言

IPCC第五次气候变化评估报告指出，人类活动极有可能是20世纪中期以来全球气候变暖的主要原因，可能性在95%以上，而过去的130 a全球升温0.85℃；2003—2012年平均温度比1850—1900年平均温度上升了0.78℃；据预测，在全球范围内，未来强降雨的强度和密度都将会上升[1]。左洪超等对中国近50 a(1951—2000年)气温及降水量的变化分析表明，全国平均气温从70年代开始增温，增温幅度高于全球平均增温水平；但在各个地区，由于受人类影响及自然环境的不同，其气候变化的情况有较大不同[2]。雷媛等一些学者研究指出，近50 a浙江的年平均气温都是正趋势，年降水量的变化仍处自然振动的变化范围之内；浙江省在 1951—1985 年为气温下降阶段，在 80 年代中期以后气温开始上升变暖，近40 a来年际气温主要经历了降温、升温、再降温、再升温几个阶段，雨日的平均降水量呈上升的趋势，降水强度增大，降水强度增大可能导致严重的洪涝及暴雨灾害[3-6]。施雅风等人提出,我国西北地区的气候由暖干向暖湿转型,祁连山及其北侧的中西段地区是气候转型显著的区域之一[7-8]。气候变化已经对祁连山地区的水资源、农林牧业、生态环境等产生了重要影响，并由此各种灾害性天气发生的频率增加，据统计近年来各种自然灾害引发的农业成灾面积、经济损失越来越大，对农牧业生产和群众的生命财产安全造成一定的潜在威胁[9-11]。

金衢盆地位于浙江省中西部，东西长约200 km，南北宽约20 km，盆地介于千里岗山脉、仙霞岭山脉、金华山脉和大盘山脉之间，是省内最大的中生代陆相盆地，属典型的亚热带季风气候，同时受河谷盆地小气候影响，四季分明，光照充足。祁连山南麓主要位于青海省东北部的祁连县境内，为祁连山脉的中西部，黑河是境内最大的内陆河，东西长约280 km，南北宽约185 km，属大陆性高原山区气候，冬季较长，春秋季较短。两个地区在人口密集程度、经济状况、自然条件均有较大差异，特别是人类活动影响方面有明显区别，那它们的气候变化会有什么不同差异呢？本文应用两地基本气象站资料,对近56 a来近地面气温、降水变化进行分析，旨在分析不同区域对气候变化的响应，为积极应对气候变化和防灾减灾提供科学依据。

1资料与方法

研究所用资料来源于浙江省信息网络中心、青海省气候中心，采用资料的时间序列为1957—2012年逐日气温和降水观测资料，资料经过省、市、县三级数据质量控制，全部资料通过一致性、合理性检验。衢州、金华两个基本站(海拔高度分别为67.1 m和64.7 m)位于金衢盆地中部，观测资料序列长、代表性好，采用其资料平均代表金衢盆地，托勒、祁连两个基本站(海拔高度分别为3367 m和2787.4 m)位于祁连山脉中部，建站时间长，资料均一性、代表性好，其资料平均可代表祁连山南麓气候状况。

采用线性趋势倾向估计、标准化距平、累积距平、相关分析、Mann-Kendall非参数检验法、Morlet小波分析法对两区域的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温、年降水量、年雨日进行变化趋势、突变检验、降水周期等气候变化特征分析[12]，线性倾向率用α表示，用10×α表示每10 a的气候倾向率，单位为℃/10a。气温趋势系数的计算公式为：

(1)

(2)式中Ri为第i年的极值标准化降水，ri为第i年的年降水量，rmin为该分析时段内年降水极小值，rmax为该分析时段内年降水极大值。

2研究地区人类活动对比

金衢盆地与祁连山南麓由于地理环境、气候特点、生产生活方式不同，在人类活动方面有明显差异。金衢盆地属我国长三角地区，人口密度大，经济比较发达，在2012年，第二产业在国民生产总值中占比53%，全社会用电量3900671万kW·h，工业用电量占比76%，工业二氧化硫排放量84299.8 t。祁连山南麓属青藏高原北缘，地广人稀，经济欠发达，以农牧业生产为主，在2012年，第一产业在国民生产总值中占比23%，全社会用电量6628.5万kW·h，只有同年金衢盆地用电量的1.7‰，工业二氧化硫排放量543 t，是同年金衢盆地二氧化硫排放量的6.4‰。据统计部门公布数据(表1)，两地在人口总量、人口密度及人口增长量方面均有明显差异，截止2012年，金衢盆地每平方公里人口数是祁连山南麓的104倍，年均每平方公里增长人数同比祁连山南麓为27倍，增长速度显著快于祁连山南麓。以上对比分析，在一定程度上可以表明，金衢盆地人类活动比祁连山南麓更加频繁，但由于缺乏足够时长及多的统计数据，人类活动分析有待进一步深入研究。

表1　金衢盆地和祁连山南麓主要年份人口数

注：根据当地统计工作实际，当年人口数，金衢盆地从1978年开始，祁连山南麓从1982年开始。

3气温气候变化特征分析

3.1年际变化

根据1957—2012年对金衢盆地和祁连山南麓两者的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的趋势系数、气候倾向率分析(表2)，两地的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温呈显著上升趋势，升幅为0.15～0.33 ℃/10a(均通过0.01以上的显著性检验)，这与全球气候变暖趋势一致。进一步分析发现，祁连山南麓的气温变暖趋势更加显著，年平均气温、年平均最低气温的上升幅度每10 a是金衢盆地2倍，说明祁连山南麓受气候变化更加敏感，同时表明虽然金衢盆地人类活动更为频繁，但祁连山南麓的气温对全球变暖的响应更为明显、更敏感，特别是在夏季和冬季，这与贾文雄等研究结果[15]是一致的。两地都是年平均最低气温上升幅度明显大于年平均最高气温，表明最低气温对全球气候变化更为敏感，金衢盆地和祁连山南麓56 a平均气温累计分别上升了0.8 ℃、1.7 ℃。

对两地的逐年平均气温资料求其标准化距平序列并作图，定义年平均气温标准化序列小于-1.0为偏冷年，大于1.0 为偏暖年[16]。按照这个标准，由图1a可知，金衢盆地偏冷年有6 a，分别为1969、1970、1976、1980、1981、1984年，偏暖年有10 a，分别为1961、1994、1998、2002—2004、2006—2009年，偏冷年出现在20世纪80年代中期以前，偏暖年除了1961年外均出现在20世纪90年代中期之后。由图1b可知，祁连山南麓偏冷年有8 a，分别为1957、1961、1962、1967、1970、1976、1977、1983年，偏暖年有11 a，分别为1998、1999、2001、2002、2004—2007、2009—2011年，偏冷年也出现在20世纪80年代初以前，偏暖年则出现在20世纪90年代末之后，比金衢盆地要略晚。受全球气候变暖的影响，两地90年代之后偏暖年出现的次数超过90年代之前。

表2　金衢盆地和祁连山南麓年、四季平均气温及年平均最高、最低温度的趋势系数、气候倾向率

注：“▲”通过0.05显著性检验；“*”通过0.01显著性检验；“△”通过0.001显著性检验。

利用Mann-Kendall方法对两地的气温变化进行突变检验，由图2分析表明，金衢盆地从20世纪60年代初至80年代中期气温呈下降趋势，从90年代初气温呈明显的增暖趋势，2002年以后这种增暖趋势大大超过显著性水平0.05的临界线，表明这种上升趋势是十分显著的。根据UF线和UB线在临界线间的交点位置，确定90年代初以后的增暖是一种突变现象，具体是从1996年开始的。祁连山南麓从20世纪80年代中期气温一直呈上升趋势，1990年以后增暖趋势超过0.05显著性水平，表明90年代后上升趋势十分显著，这与张存杰等研究[17]表明除祁连山东端外，祁连山其它地区气温变暖都是从80年代中期开始，特别是90年代后期增温明显的结果一致。这说明高海拔地区对全球变化的响应明显早于低海拔地区，气温增暖出现了突变。

3.2季节变化

表2分析表明，金衢盆地春季、秋季、冬季气温均呈显著上升趋势，升幅在0.16～0.197 ℃/10a,春、冬季升幅略大于秋季，夏季气温变化趋势不显著。相应的，祁连山南麓四季气温均呈显著上升趋势，升幅在0.176～0.474 ℃/10a，尤其是秋、冬季上升更加明显，每10 a上升幅度是金衢盆地的2倍多。金衢盆地近56 a春、秋、冬季分别上升了1.1、0.9、1.1 ℃，祁连山南麓近56 a春、夏、秋、冬季分别上升了1.0、1.5、1.8、2.7 ℃。这说明气候变暖，两地的暖冬出现概率增大，同时祁连山南麓四季气温的显著升高，对于境内的冰川生命期将产生影响。

4降水气候变化特征分析

4.1年代及年际变化

根据图3a降水量累计距平曲线及年代际降水距平(图略)分析，金衢盆地60年代降水量呈减少趋势，90年代呈上升趋势，70—80年代、2000年之后呈波动振荡趋势，60年代、21世纪前10 a降水偏少，70、80年代降水略偏少，90年代降水偏多，70年代比60年代、90年代比80年代降水都分别有明显增加，2000年之后又比90年代有明显减少；祁连山南麓60—70年代降水量呈减少趋势，80年代略有上升，90年代变化不显著，2000年之后又呈增加趋势，60、70年代降水偏少，80年代、2000年之后又明显偏多。从图3b的线性趋势倾向估计说明，金衢盆地年降水量未呈显著上升趋势(相关系数未通过0.05显著性水平检验)，而祁连山南麓降水变化与年份的相关系数为0.333(通过0.05显著性水平检验)，呈较明显的上升趋势，这也与贾文雄等研究相一致[15]，降水量年际变化率为0.898 mm/a，56 a间降水量增加了50.3 mm。

图3　金衢盆地和祁连山南麓年降水量累计距平(a)、年际变化曲线(b)

4.2周期变化

金衢盆地的雨日在17 a、7 a、3 a左右的时间尺度上周期变化明显 ( 图4a) ，其中17 a左右的周期变化是第一主周期，7 a左右的周期变化是第二主周期( 图4b) 。从17 a左右的周期来看，雨日大致经历了“-、+”相位的2次循环，其中1968、1990年是从偏少向偏多变化的转折点，1978、2002年是从偏多向偏少变化的转折点。7 a左右的周期变化在1963—2012年较明显，经历了“-、+”相位的6次循环，其中1964、1973、1981、1989、1998、2009年是从偏少向偏多变化的转折点，1969、1977、1985、1994、2003年是从偏多向偏少变化的转折点。由于2010年金衢盆地降水天数即将或开始了正相位，从7 a左右的周期变化推测，2011年之后4 a左右降水天数偏多，从17 a左右的周期变化推测，2011年之后9 a左右降水天数偏多。

祁连山南麓的雨日在19 a、5 a左右的时间尺度上周期变化明显 ( 图4c) ，其中19 a左右的周期变化是第一主周期 ( 图4d) 。从19 a左右的周期来看，雨日大致经历了“+、-”相位的2次循环，其中1970、1993年是从偏多向偏少变化的转折点，1981、2004年是从偏少向偏多变化的转折点。5 a左右的周期变化在1972—1996年较明显，经历了“+、-”相位的5次循环，其中1974、1978、1984、1990、1995年是从偏多向偏少变化的转折点，1976、1981、1987、1992年是从偏少向偏多变化的转折点。由于2012年祁连山南麓降水天数仍处正相位，从19 a左右的周期变化推测，2010年之后10 a左右降水天数偏少。

图4　金衢盆地(a，b)和祁连山南麓(c，d)雨日小波变换系数的实部及方差

5结语

通过以上对金衢盆地及祁连山南麓气候变化的对比分析，可得出如下结论。

1)金衢盆地和祁连山南麓的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温都呈显著上升趋势，但祁连山南麓的气温变暖趋势更加显著，年平均气温、年平均最低气温的上升幅度每10 a是金衢盆地2倍，说明虽然金衢盆地人类活动更为频繁，但祁连山南麓的气温对全球变暖的响应更为明显、更敏感，特别是在夏季和冬季暖趋势更加显著。祁连山南麓所处的大陆性高原山地气候呈快速增暖趋势，将使该区冰川快速退缩和消亡[18]，这将对黑河流域的泾流量产生影响。

2)金衢盆地偏冷年出现在20世纪80年代中期以前，偏暖年主要出现在20世纪90年代中期之后。祁连山南麓偏冷年则出现在80年代初以前，比金衢盆地结束时间要早，偏暖年则出现在90年代末之后，比金衢盆地要略晚。金衢盆地从90年代初气温呈明显增暖趋势，这种增暖是一种突变现象，具体是从1996年开始的。祁连山南麓从80年代中期起气温一直呈上升趋势，1990年以后增暖趋势十分显著，说明祁连山南麓的气温响应全球变化早，但人类活动相对少，其变化要较金衢盆地缓。

3)金衢盆地春季、冬季气温升幅略大于秋季，祁连山南麓四季气温均呈显著上升趋势，尤其是秋、冬季上升最为明显，这与李栋梁等对祁连山气候研究表明，祁连山区各季气温显著升高，尤以冬季升温最快相一致[19]，尤其使两地出现暖冬的概率加大。

4)金衢盆地降水量年际变化呈正上升趋势，但不显著。金衢盆地降水量年际变化趋势与施能等研究表明，近50 a(1951—1999年)年降水量呈不显著正上升趋势，年降水量仍处自然振动变化范围之内相一致[5]。虽然金衢盆地人类活动比祁连山南麓明显，可是金衢盆地年降水量未呈明显上升趋势，而祁连山南麓降水呈较明显的上升趋势，说明年降水量受人类活动影响不大，祁连山南麓的年降水量受全球变化影响有较大增加，从20世纪初开始，祁连山南麓的气候有暖湿化趋势，这对该地的内陆河泾流、山地植被、草地物候及生态系统将有何影响，需进一步探讨。

5)金衢盆地雨日存在17 a、7 a、3 a左右的周期变化，其中17 a左右的周期变化是第一主周期，从17 a左右的周期变化推测，2011年之后9 a左右降水天数偏多。祁连山南麓雨日存在19 a、5 a左右的周期变化，从19 a左右的周期变化推测，2010年之后10 a左右降水天数偏少。

6)由于长时间序列站点限制，本文所用资料站点数较少，取相应站点资料的平均代表区域气候特点，对研究金衢盆地与祁连山南麓的两地气候变化可能带来误差，随着20世纪后期观测站网密度的增加及资料序列的延长，两地不同气候对全球气候变化的响应有待进一步深入研究。

参考文献：

[1]WORKING GROUP I CONTRIBUTION TO THE IPCC FIFTH ASSESSMENT REPORT CLIMATE CHANGE : THE PHYSICAL SCIENCE BASIS[R].2013:5-32.

[2]左洪超,吕世华,胡隐樵.中国近50年气温及降水量的变化趋势分析[J].高原气象, 2004,23(02):238-244.

[3]雷媛,孙彭龄.浙江省近百年气温变化研究[J].气象,2001,27(10):17-19.

[4]汤燕冰.近40 年浙江省气候变化的分析[J].科技通报,1993,9(4)：244-248.

[5]施能,马丽,袁晓玉，等.近50 a浙江省气候变化特征分析[J].南京气象学院学报,2001,24(2):207-213.

[6]顾俊强,施能,薛根元.近40年浙江省降水量、雨日的气候变化[J].应用气象学报,2002,13(3):322-329.

[7]蓝永超,丁永建,刘进琪，等.全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化[J].中国沙漠,2005,25(6):863-868.

[8]邓振镛,王鹤龄,王润元，等.气候变化对祁连山北坡农林牧业结构的影响与对策研究[J].中国沙漠,2008,28(2):381-387.

[9]李松平,严力蛟,娄伟平，等.浙江省农业气象灾害特点及防灾措施[J].中国农学通报,2006,22(9):483-486.

[10]施雅风,沈永平,胡汝骥.西北气候由暖干向暖湿转型的信号、影响和前景初步探讨[J].冰川冻土,2002,24(3):219-226.

[11]李栋梁,魏丽,蔡英，等.中国西北现代气候变化事实与未来趋势展望[J].冰川冻土,2003,25(2):135-142.

[12] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京:气象出版社，1999:43-115.

[13]任国玉,徐铭志,初子莹，等.近54年中国地面气温变化[J].气候与环境研究,2005,10(4):717-727.

[14]郭亚军,易平涛.线性无量纲化方法的性质分析[J].统计研究,2008,25(2):93-100.

[15]贾文雄,何元庆,李宗省，等.祁连山及河西走廊气候变化的时空分布特征[J].中国沙漠,2008,28(6):1151-1155.

[16]张楠,苗春生,邵海燕.1951-2007年华北地区夏季气温变化特征[J].气象与环境学报,2009,25(6):23-28.

[17]张存杰,郭妮.祁连山区近40年气候变化特征[J].气象,2002,28(12):33-39.

[18]夏明营.近50多年来祁连山中段黑河流域冰川变化研究 [D].兰州：西北师范大学, 2013:30-41.

[19]李栋梁,刘洪兰.黑河流量对祁连山气候年代际变化的响应 [J].中国沙漠,2004,24(4):385-391.

收稿日期：2015-07-01