近62年舟山市气温、降水特征分析

李　云

(宁波市气象台,浙江 宁波 315012)



近62年舟山市气温、降水特征分析

李云

(宁波市气象台,浙江 宁波 315012)

摘要：利用舟山市定海基准站1954—2015年气温、降水资料,探讨分析了海岛地区的气温和降水变化。结果表明：1)海岛地区的气温在1954—1990年间变化趋势不明显,90年代后才呈变暖趋势,气温在1998年发生突变,1954—2015年线性倾向值为0.0168 ℃/a,变暖时间比内陆城市偏晚,变暖幅度偏小；春季气温变暖率最大,其次是冬季,夏秋最少；平均最高气温变暖最明显,对舟山市气温的整体上升贡献最大,平均最低气温变化最平缓,且秋季没有明显的变化趋势。2)降水量呈现逐渐增多趋势,四季中夏季增多最明显,近年来有减少趋势,冬季降水90年代以来缓慢增加。3)62 a来共出现严重的冷冬8次,暖冬3次,多雨事件7次,少雨6次。

关键词：气温；降水；突变；线性倾向率

0引言

多年以来,我国许多学者对我国及其各地的温度、降水变化特征进行了研究,结果表明,中国近百年的温度变化与北半球大致相似,表现为增暖的趋势,且变暖幅度明显高于全球和北半球同期平均水平,但各地的变暖幅度存在差异[1-9]。中国降水量总体呈下降变化趋势,但长江流域以南呈增加趋势[10]。浙江地区的气温、降水研究也有很多[11-13]。但目前来看,研究所用数据主要集中在陆地城市,对于海岛地区、城市化影响较小的地区的气温、降水的研究分析还比较少,在全球气候变化和周边城市化迅速发展的大背景下,海岛地区的气温、降水气候特征产生了怎样的变化是值得关注和研究的。舟山地处东海,为典型的海岛城市,海洋性气候特征显著,因此,以舟山作为海岛站代表,分析其气温、降水特征,这对于理解浙江省乃至全国气候变化的总体特征和极端气候事件的发生具有参考价值。

1资料和分析方法

1.1资料

本文所用的资料是舟山市定海国家基准站1954—2015年共62 a的年平均气温、平均最高、平均最低气温和降水量报表资料。选用世界气象组织最新规定的1981—2010年要素平均值作为气候平均值。计算年代平均值时,观测年数不足6 a不计算年代平均值。另外文中四季的划分为冬季(前一年12月与当年1、2月),春季(3、4、5月),夏季(6、7、8月),秋季(9、10、11月)；季节平均值取各季3个月的平均值。

1.2分析方法

首先对舟山市年平均气温、平均最高、平均最低气温、降水量进行年际及年代际变化分析和季节分析,其次对这些要素进行线性趋势分析并对之显著性和可靠性进行检验,显著性检验方法是Mann-Kendall 方法,同时也利用此方法对数据进行突变检验,Mann-Kendall 检验法是时间序列的变化趋势和突变情况主要研究方法之一,它可以确定突变的准确年份,检测范围宽,人为性少,定量化程度高,具体方法见文献[14]。

气候要素线性倾向率计算： y(t)=a+bt,式中y(t)为具体气候要素时间序列,t为时间(本文为1954—2015年),b为线性趋势项,其趋势变化率方程为dy(t)/dt=b,在最小二乘法估计下,其线性趋势b的估计值为

2气温变化特征

2.1年际、年代际变化特征

由舟山市年平均气温、最高、最低气温距平图(图1)和距平累积曲线和趋势线(图略)可知,62 a间年平均气温呈现明显的前冷后暖特征,在90年代以前全部为负距平,90年代后变暖趋势明显增强,距平多为正值。但在1954—1990年间的冷阶段中也有相对冷暖的多次波动，有3个明显的偏冷阶段,即50年代中期到50年代末(1954—1958年)、60年代中后期到70年代初期(1967—1972年)以及80年代(1980—1989年),3阶段距平值多在-0.5 ℃以下,累积曲线呈下降趋势；50年代末到60年代中期(1959—1966年)平均气温相对偏暖,尤其平均最高气温距平为正值。从90年代开始舟山气温呈现明显的变暖趋势,尤其是1997—2004年,年平均气温连续8 a出现正距平,中间1998年出现平均气温历史第二高值17.7 ℃,比常年偏高0.8 ℃,之后2007年出现平均气温、平均最高和最低气温的历史最高值,比常年偏高1.1 ℃,2006年同1998年相同为历史第二高。

图1　舟山市1954—2015年气温距平变化演变图

年代际变化如表1所示,20世纪90年代之前,平均气温都在旧(1971—2000年)的常年值(16.4 ℃)上下少动,90年代已接近新的常年值,21世纪10年代气温已比常年偏高0.4 ℃。比70、80年代平均偏高0.9 ℃。平均最高气温在90年代前少动,90年代后明显变暖,尤其21世纪10年代比20世纪60、70年代偏高1.3 ℃。而平均最低气温(常年13.6 ℃)变暖程度较小, 50年代接近常年,60—80年代甚至有所下降,80年代比常年偏低0.3 ℃,直到90年代才开始缓慢回升到常年值,进入21世纪后有了明显的升高。

计算气温线性倾向值,1954—2015年平均气温线性倾向值为0.0168 ℃/a,平均最高气温为0.02330 ℃/a,平均最低气温变暖趋势明显偏少,线性倾向值仅为0.0096 ℃/a,三者均通过了信度99%的显著性检验,说明平均气温、平均最高、最低气温总体都呈变暖趋势。为了更清楚说明气温的阶段变化,又分别计算了1954—1990年、 1991—2015年的平均气温线性倾向值,并进行了显著性检验,发现1954—1990年线性倾向值仅为0.0013 ℃/a,且并没有通过显著性检验,说明1954—1990年间舟山气温变化趋势不明显；1991—2015年则达到0.02426 ℃/a,其中1991—2004年上升更加迅速,线性倾向值达到了0.0888 ℃/a,分别通过信度95%和99%的显著性检验。

表1　舟山市年平均气温、平均最高、平均最低气温的年及四季的年代平均值　℃

2.2季节变化

由表1所示,舟山平均气温、平均最高气温、平均最低气温的变化趋势存在着明显的季节差异：90年代以前,三者四季变化都较小,平均最低气温还略有下降；90年代开始气温在各季节都有明显的上升,平均气温、平均最高气温、最低气温的冬季上升幅度最大,分别比80年代高了0.9 ℃、1.0 ℃和0.7 ℃,夏季的增温幅度最小仅为0.1～0.3 ℃之间；还可以得知：62 a中,60年代的冬天最冷,夏季最凉爽,可是秋季却是20世纪最热的。

分别计算四季线性倾向值,结果发现,平均气温和平均最高气温1954—2015年的春季线性倾向率分别为0.0278 ℃/a和0.0343 ℃/a,是四季中最高的,其次是冬季分别为0.0175 ℃/a和0.035 ℃/a；秋季最低,二者都仅为0.01 ℃/a,而平均最低气温四季的变暖速率都比平均气温和最高气温低,四季中夏季最高为0.0129 ℃/a,冬季次之,第三是春季,而秋季的线性倾向率仅为0.0062 ℃/a,且没有通过信度90%的显著检验,说明秋季平均最低气温的变化趋势不明显。

通过上述分析,可以发现舟山市气温从90年代开始存在变暖趋势,并且平均气温、平均最高气温、平均最低气温的变暖率存在差异,平均而言,平均最高气温的增温最明显,而平均最低气温变化平缓,这反映出在气温的变暖趋势中,平均最高气温的增暖对近年来舟山市气温的整体上升贡献最大,这同其他许多地区最低气温的上升贡献最大相反[2-3]。

2.3气温突变检验

采用Mann-Kendall方法分析舟山市平均气温的突变情况,趋势检验结果表明(如图2),舟山市的年平均气温从 90年代中期以来有明显的增加趋势,20世纪末到21世纪初年这种增加趋势通过了 0.05 显著性检验(U0.05=1.96),这表明舟山市的年平均气温上升趋势是十分显著的。 根据UF(k) 和UB(k)曲线交点的位置,确定舟山市年平均气温的增暖是突变现象,具体是从 1998 年开始的,这比全国大部和浙江省陆地气温在80年代后期到90年代初开始增温并发生突变[8,11-12],明显偏晚。

图2　舟山市气候突变检验曲线图

3降水变化特征

图3为年降水量距平图,可知：50年代中期到70年代初期为相对少雨期,其中1967年年降水量仅为604 mm,为历年最低值；70年代中期后逐渐进入多雨阶段, 1977年出现历史最高值1976.5 mm,但进入21世纪又出现减少趋势,2003年降水量835.5 mm,仅次于1967年,2011年后又开始增多。

从降水量的各年代平均值变化看,20世纪60年代是降水最少的时期,在春夏秋3季的季节平均也是如此；90年代降水最多,比60年代偏多359.5 mm,21世纪的前10 a降水仅次于60年代,居第二少。

从季节尺度看,春、夏、秋季降水与年降水量类似,都为60年代最少,且春季降水同年降水量年代变化相同,呈(-+-+-+)变化。夏季70—90年代降水呈增多趋势,2000—2010年又下降。冬季降水趋势特征呈明显不同之处：最少年代为80年代,90年代以来呈逐渐增多的趋势,2000—2010年的平均值比80年代偏多了74.7 mm,从多项式平均看同夏季的总体变化趋势几乎相反(如图4),这种冬夏季降水量呈反位相的特征可以为长期天气预报提供一定的参考。

从年降水线性倾向率看,年降水量以每年 2.7977 mm/a的速率增长,同浙江全省的降水变化趋势相同。从季节看,除了夏季降水量的线性倾向值在各季节中最大为3.3904 mm/a,有明显的增多趋势,其余春、秋、冬3季降水量总体变化趋势不明显,在0.02～0.55 mm/a。

图3　舟山市1954—2015年年降水量距平变化

图4　冬夏季降水变化趋势

4冷暖事件与干湿事件分析

本文参照王绍武等的标准将出现几率约为10 a一遇的距平大于1.3个标准差(本地区气温标准差为0.96,1.3个标准差为1.25)的事件定义为严重气候灾害,以气温来表征的气候灾害主要有冷冬和暖冬,本文计算舟山62 a来出现的严重冷暖事件和严重多雨少雨年，见表2。

表2　舟山市1954—2015年严重冷暖和干湿事件

从表2中我们发现舟山62 a来共出现严重的冷冬8次,暖冬3次(其中异常冷冬1次出现在1967—1968年冬季,异常暖冬无),严重冷冬有7次出现在90年代以前,且出现次数均匀,平均每10 a 1～2次,上世纪90年代以来到21世纪10年代未出现,2010—2015年间又出现一次严重冷冬。与之相对的是严重暖冬事件均出现在90年代后期以后,且相隔时间短暂。2008年后到2015年未出现严重暖冬。

62 a来舟山多雨事件出现7次,少雨出现6次(其中4次出现在60年代),80和90年代降水均没有严重事件出现。90年代以来至今随着温度升高,降水也有明显的增加。

综合可知60年代是冷而干的年代,90年代增温增雨最明显,2000—2010年是气温最高的10 a,冬季逐渐变得暖而湿。

5结语

通过上述的研究分析,可知,海岛地区因为受到海洋的调节作用,气温、降水特征具有明显特点。

1)1954—2015年舟山市气温总体呈变暖趋势,线性倾向值为0.0168 ℃/a,但1954—1990年间气温没有明显变化趋势,进入90年代才开始增暖,1990—2010年是气温上升速率明显加快,1998年发生了气温变暖突变,变暖时间比我国乃至浙江省大陆其他地区变暖偏晚,且速率也偏小。在气温的变暖趋势中,平均最高气温的增暖对近年来舟山市气温的整体上升贡献最大。

2)气温的变化趋势存在着明显的季节差异,平均气温、平均最高气温春季变暖率最大,冬季次之,秋季最低；平均最低气温夏季变暖相对最明显,秋季的平均最低气温基本没有明显变化趋势。

3)年降水量总体呈现出逐渐增多的趋势,夏季降水增加趋势相对明显,但进入21世纪后有逐渐减少趋势,春、秋、冬季增加率较小。60年代是降水最少年代,90年代最多。春季的降水量具有和年降水量一致的变化趋势,而冬季的降水量90年来一直呈缓慢增加趋势。

4)从气温和降水综合可知：60年代是冷而干的年代,90年代增温增雨最明显,2000—2010年是气温最高的10 a,冬季气候近年来呈现出暖而湿的变化特征；62 a来共出现严重的冷冬8次,暖冬3次,多雨事件7次,少雨6次。

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收稿日期：2016-03-21