滇池流域的气候变化特征、预估及其影响

田永丽，彭艳秋，戴 敏，窦小东

(云南省气象服务中心，云南 昆明 650034)

滇池流域的气候变化特征、预估及其影响

田永丽，彭艳秋，戴 敏，窦小东

(云南省气象服务中心，云南 昆明 650034)

利用1961—2014年滇池流域6个代表站点的降水和气温资料及多模式集成的2016—2100年不同排放情境下气候变化模拟实验的预估结果，分析滇池流域过去54a降水和气温的变化，并预估未来85a该流域的气候变化趋势。分析表明，过去54a滇池流域年降水量总体呈不显著的下降趋势，而年平均气温和年平均最高(低)气温呈显著上升趋势。预估显示，未来85a在不同排放情境下，滇池流域的降水总体呈增加趋势，其中前25a降水量偏少，中后期逐渐转为偏多。不同季节流域降水距平百分率变幅从大到小依次是冬>夏>春>秋；滇池流域年平均气温、最高气温和最低气温均呈上升趋势，不同季节流域气温增幅依次为春>夏>秋>冬。预估提示未来滇池流域春季气温上升现象尤其明显，需特别关注春季异常偏暖对流域水环境的影响。

气候变化；气候预估；水环境影响；滇池流域

滇池流域位于我国西南地区低纬高原腹地，地理环境复杂。受到东亚、南亚两支季风共同影响，气象灾害频繁多样，具有独特的天气气候特征[1]。滇池流域的气候变化、水资源利用和生态系统功能的变化，直接影响着云南省整体经济战略布局。

在全球变暖的大背景下，区域气候变化对自然生态系统以及社会经济具有深刻影响[2]。程建刚和段旭等人[3-4]分析云南气候资料发现，近50a来云南区域气温明显增加，增温幅度略大于全球，弱于北半球和全国；进入21世纪后，云南的降水呈减少趋势，高温干旱事件则在增多增强。姚平等人[5]对滇池流域不同区域代表站点的气候特征统计发现，滇池流域的气温随纬度和经度呈规律性变化，距离滇池近的观测站冬夏温差要小于距离滇池远的测站。谢波、郭有安等人[6-7]在分析了昆明的日气象要素数据、滇池水位资料、水文站径流资料和社会经济统计资料后认为，气候变化已经对滇池流域的水资源利用产生了影响。

本文从滇池流域的区域气候变化特征视角出发，揭示了近54a滇池流域的年、季降水和气温变化事实，然后利用CMIP5的多模式预估数据对滇池流域未来85a局地降水和气温的可能变化趋势进行预估，并将其对滇池流域水环境可能产生的影响做简要分析。

1 资料和方法

本文选取的研究范围为(24°29′～25°28′，102°29′～103°01′)。历史观测资料为云南省气象局提供的1961—2014年昆明、太华山、安宁、晋宁、呈贡和嵩明6个代表站点的月平均降水量资料和月平均气温资料。其中代表站点选取标准参考了姚平等人的研究[5],可以较全面地反映滇池流域的气候状况。

预估数据为中国气象局国家气候中心2012年12月发布的《中国地区气候变化预估数据集V3.0》中的降水和气温月平均资料，该数据集是CMIP5多模式降尺度的算术平均集合数据，包括RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下未来气候变化预估数据。原始数据源自PCMDI(Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparison)公开发布的全球23个模式组的全球气候模式数值模拟结果，这些国际耦合模式数据为IPCC第五次评估报告提供重要支持。刘波、周秀华等人[8-9]的研究表明，该数据在云南区域的分析是比较可靠的。我们挑选出滇池流域的格点资料，使用其中2016—2100年的月平均降水和气温预估资料，空间分辨率为1°×1°。此数据中气温的单位为℃，指近地面的气温(通常为2m高处)。降水的单位为mm，包括所有类型降水的总和(降水、降雪、大尺度降水、对流降水等)。

文中采用相关分析、最小二乘法分析和滑动平均处理等统计分析方法。

2 1961—2014年滇池流域降水和气温变化分析

2.1 降水变化

过去54a滇池流域年平均总降水量呈下降趋势，线性变率为 -24.3mm/10a，但并没有通过95%的显著性检验。在《云南省未来10—30年气候变化预估及其影响评估报告》中关于云南气候变化的观测事实部分指出[10]，与同期全国年降水量无明显变化的趋势不同，云南全省平均年降水量总体呈减少趋势，线性变率为每10a减少16.1mm。而滇中及以东地区年降水量减少高于全省，为每10a减少30mm以上。图1中滇池流域平均年降水量变化的趋势和幅度与该报告结论高度一致，也与程建刚和段旭等人的分析趋势吻合[3-4]。2009—2012年，云南全省出现了4a连续极端干旱事件，是云南有气象记录以来最强的干旱事件[11]。同期滇池流域也出现了连续少雨干旱，2009年和2011年流域年降水量两次刷新1961年以来的极小值，其中2011年仅577.1mm，为多年平均值的60%。2013年滇池流域的连续干旱趋于结束，2014年年降水量转为正距平，干旱事件完全结束。

滇池流域干湿季分明，各个季节的降水量由大到小排列为夏季562.8mm，秋季231.1mm，春季129.9mm和冬季41.6mm。降水主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的5到6成；冬季自然降水最少，不到夏季的1/10。统计显示，滇池流域春季降水变率为4.5mm/10a，冬季为1.9mm/10a，这两个季节降水呈增加趋势，其中春季与全省减少的趋势并不一致[3]；而夏季降水变率为-5.3mm/10a，秋季为-15.1mm/10a，这两个季节降水呈减少趋势。春季降水在整个20世纪60年代均以偏少为主；70年代中前期和21世纪初期降水以偏多为主；其他时段主要为年际振荡。夏季降水基本以年际振荡为主要特征，仅在20世纪80年代末至90年代初有明显偏少现象。秋季累积雨量以年际振荡为主，但在2002—2009年转为明显偏少时期，尤其是2009年出现了极端偏少事件，为平均值的4成。冬季降水在20世纪80年代中后期连续5a偏少，80年代末至90年代中期连续6a偏多，其他时段均表现为年际振荡特征。

2.2 气温变化

(1)年平均气温

由图2(A)可见，在全球增暖的大背景下，近54a来滇池流域的年平均气温在以明显的趋势增加。其线性增长率为0.25℃/10a，不仅明显高于《云南省未来10—30年气候变化预估及其影响评估报告》中同期云南的增温速率0.16℃/10a，也略高于全国的增温速率0.23℃/10a[10]。与气候平均值相比，年平均气温在20世纪60年代到70年代偏低；在80年代到90年代中期，年平均气温基本稳定在平均值附近，呈现出年际振荡特征；90年代后期至2014年，年平均气温在振荡中持续升高，连续17a平均气温等于或高于气候平均值，并屡次改写气温极大值。特别在2010年，流域平均气温高达15.9℃，再次刷新了54a来的气温极大值。

从季节变化来看，春季、夏季、秋季、冬季滇池流域的平均气温分别为15.9℃、19.2℃、14.3℃和8.4℃。过去54a，四季气温呈现不同程度的升温变化，其线性增长率分别为0.16℃/10a、0.17℃/10a、0.23℃/10a和0.38℃/10a，冬季增暖的趋势远远大于其他季节，而春季增温变化幅度最小。可见年平均气温增加主要是由于冬季增暖的贡献。春季气温在20世纪90年代前以稳定为主，1991年开始呈持续升温趋势。夏季气温在20世纪60年代至70年代以偏低为主，80年代为稳定的年际振荡，90年代初开始呈持续上升趋势。秋季气温与夏季气温变化趋势较一致。冬季气温在20世纪70年代中期之前偏低；70年代中后期至90年代初正常，但1982和1991年在正常背景下有两次极端低温事件；1993年后持续偏高。

(2)年平均最高气温

滇池流域过去54a年平均最高气温呈上升趋势(图2(B))，线性增长率为0.18℃/10a，通过了95%的显著性检验，但明显低于年平均气温的增温幅度。在20世纪60年代开始至90年代初，滇池流域年平均最高气温总体呈正常至偏低，尤其在整个70年代偏低的现象最为明显。但是自90年代中期开始，滇池流域年平均最高气温明显上升转为偏高。在年平均最高气温的四季变化中，冬季以0.28℃/10a居变率之首，秋季次之0.24℃/10a，再次是夏季0.22℃/10a，最后春季为0.02℃/10a。这样的顺序与年平均气温的季节变率大体保持一致，不过冬季和春季增温的幅度小于年平均，而夏季和秋季则大于年平均。

(3)年平均最低气温

图2(C)显示，过去54a滇池流域年平均最低气温总体呈明显的上升趋势，线性增长率为0.30℃/10a，远高于年平均气温和年平均最高气温的增温幅度，通过了99%的显著性检验。20世纪60年代至70年代末，年平均最低气温明显偏低，1961—1973年连续13a低于多年平均值。自80年代初开始，年平均最低气温趋于平均值，80年代末至90年代中的10a间在平均值附近呈年际振荡。90年代中期至2014年，滇池流域的年平均最低气温开始呈快速上升趋势。在年平均最低气温的季节变化中，春、夏、秋、冬季变率分别为0.36℃/10a、0.16℃/10a、0.22℃/10a和0.48℃/10a。其中，春季和冬季的增温变率高于年平均气温的增温变率，而夏季和秋季的增温变率低于年平均气温的增温变率。

3 2016—2100年不同情境下滇池流域降水和气温趋势预估分析

根据CMIP5多模式降尺度的算术平均集合预估数据资料，并以1981—2010年近30a的降水和气温的算术平均值做为气候平均值，可以计算得到本世纪未来85a滇池流域的降水距平百分率和气温距平变化趋势。

3.1 降水趋势预估

如图3所示，滇池流域3种不同排放情景下的降水量均呈整体增加的趋势。RCP2.6情景下年总降水增幅为5.3%/100a，RCP4.5情景下增幅为8.5%/100a，RCP8.5情景下增幅为12.6%/100a。相较之下，高度排放RCP8.5情景下降水增加的幅度最大，中等排放情景RCP4.5次之，低排放情景RCP2.6最小。

在RCP2.6情景下，在2015—2027年的13a中，滇池流域年降水量呈稍偏少趋势，距平百分率在-8%～0。2028—2055年，滇池流域年降水量呈正常趋势，降水距平百分率在±5%之间来回摆动，有明显的年际振荡特征。2056—2100年，滇池流域年降水量略偏多，降水距平百分率在-2%～6%，45a间有60%的年份降水量偏多。

在RCP4.5情景下，2015—2034年滇池流域年降水量稍偏少，距平百分率在-5%～-2%。2035—2064年，滇池流域年降水量基本正常，距平百分率在-3%～5%，且具有年际振荡特征。2065—2100年，滇池流域年降水量略偏多，距平百分率在0%～10%，不过在2085—2089年期间有短暂的反复。

在RCP8.5情景下，2015—2040年滇池流域降水呈偏少趋势，距平百分率在-10%～0%。2045—2073年，年降水量稳定在-5%～5%，为正常。2074—2100年，滇池流域年降水量较气候平均值相比为稳定偏多，27a间降水量持续表现为正距平，距平百分率在2%～10%。

在整体缓慢增长的大背景下，RCP2.6情景下滇池流域预估年降水量在2060年前有准15a的周期特征，2060年后基本稳定。RCP4.5情景下，21世纪前期年总降水量增加趋势较明显，中期较为稳定，后期有准20a的年代际特征。RCP8.5情景在21世纪中前期为持续增加趋势，后期在2075年左右跃变至高位相，之后维持稳定少变。

分析表1的数据可以发现，滇池流域3种情景下的降水距平百分率变幅顺序为RCP8.5>RCP4.5>RCP2.6，因此可以理解为RCP2.6情景是3种排放情节中最为保守的一种。

就年际变化而言，滇池流域的降水在21世纪未来85a总体呈增加趋势。其中，前期25a(2016～2040年)预估降水量较常年平均偏少，中后期(2041—2100年)逐渐转为偏多。

就季节变化而言，滇池流域的季节降水距平百分率变率幅度大致具有冬季最大，夏季次之，春季再次，秋季最小的特征。未来滇池流域春、夏、秋三季降水呈连续增长趋势，而冬季降水在21世纪中期有减少趋势。从数据中还可以发现，3种情景对降水的预估趋势在春夏季一致性较好，而秋冬季则较差。

表1 21世纪不同阶段滇池流域的降水距平百分率 (%)

3.2 气温趋势预估

图4显示，3种不同排放情景下滇池流域平均气温、最高气温和最低气温均呈上升趋势，平均气温增温速率为0.6～4.8℃/100a，最高气温增温速率为0.6～4.9℃/100a，最低气温增温速率为0.4～4.7℃/100a,3种气温(年平均气温、年最高气温和年最低气温)预估均为低排放情景RCP2.6下增温幅度最小，高排放情景RCP8.5下增温幅度最大。未来25a(2016—2040年)滇池流域气温在3种不同排放情景下增温幅度基本保持一致，之后60a 3种气温都在RCP8.5情景下气温增加幅度明显加大，RCP2.6情景下增温幅度最小，而中等排放情景RCP4.5情景下增温居中。

表2～表4显示滇池流域21世纪前期不同情景下平均气温的增幅差异不大，3种情景平均偏暖1.1℃；到21世纪中期，不同情景下增幅差异加大，其中RCP8.5情景下的增温幅度最大为2.4℃，RCP2.6情景下增温最小为1.3℃，3种情景下平均偏暖1.9℃；到21世纪后期，不同情景下增温幅度差异最大，RCP8.5情景下的增温幅度最大为4℃，RCP2.6情景下增温最小为1.3℃，3种情景下平均偏暖2.5℃。RCP2.6情景下21世纪3个时期的增温相当，而RCP8.5情景下3个时期的增温差异较大。对于季节而言，3种情景下各时期春季气温的增暖幅度都最大，春季平均气温在21世纪前期、中期和后期分别平均比常年偏暖1.3、2.0和2.7℃。冬季增暖幅度相对最小，在21世纪前期、中期和后期分别平均比常年偏暖1.0、1.8和2.4℃。而夏季和秋季增温幅度基本相同，介于春季和冬季之间。

表2 21世纪不同阶段滇池流域的平均气温距平

(℃)

表3 21世纪不同阶段滇池流域的最高气温距平 (℃)

表4 21世纪不同阶段滇池流域的最低气温距平 (℃)

4 未来降水和气温变化趋势对滇池水环境的可能影响

气候变化对水资源的影响有直接和间接两种方式，其中降水的时空分布、强度和总量的变化、雨带迁移以及气温、湿度、风速等的变化直接影响水循环[12]。已有的研究表明，气温与湖泊的水温变化有着很强的正相关相互作用，大水体对局地气温有一定的调节作用，而气温又制约着水体温度的变化，气温升高不仅可以直接通过影响湖泊水温来对水体产生影响，还将间接通过对流域的风向风速、蒸发量和空气相对湿度等因素的影响再次作用于湖泊水体[13-15]。降水是径流形成的基础，自然降水通过汇集成地表径流注入入滇河道，滇池流域河段流程短、水流急，加之汇流区的地面覆盖类型导致地表径流系数增加，导致降水增加可使得入滇河流产生较高的入湖流量[7]。

根据预估结果，21世纪中后期，滇池流域的自然降水量呈增加趋势，这使得入滇河流的天然地表径流量将有可能随之增加，滇池自然补给可以得到一定程度的改善。但是如果目前入滇河道污染突出，水质常年为劣Ⅴ类的现状得不到有效控制，那么降水量增加带来的正面效应部分将被抵消，滇池水质的富营养化程度将继续加剧。

气温方面，与全球持续变暖趋势一致，21世纪后期滇池流域的年平均气温、最低气温和最高气温均为上升趋势。值得注意的是，预估结果表明，与已有的气候变化呈现出冬季显著变暖这一事实不同的是，21世纪中后期滇池流域冬季气温变暖的趋势将有所放缓，而春季气温整体呈明显上升趋势，成为增温幅度最大的季节，这会直接导致春季滇池表层水温增加。而春季是蓝藻暴发的季节，蓝藻的暴发与水体温度关系十分密切[16]，因此需关注该变化趋势可能带来滇池蓝藻提前暴发等一系列问题。

5 结论

(1)过去54a滇池流域年降水量总体呈下降趋势，但与季节变化并不一致。春季和冬季的降水量呈增加趋势，夏季和秋季的降水呈减少趋势。

(2)过去54a滇池流域的年平均气温、最高气温和最低气温均呈明显的上升趋势，其中最低气温增温幅度远高于年平均气温和最高气温。季节变化中，冬季增暖的幅度最大，春季最小。

(3)3种不同排放情景下，未来85a滇池流域降水量预估变化均呈整体增加趋势。其中前期降水量较常年平均偏少，中后期逐渐转为偏多。3种情景下的降水距平百分率变幅顺序为RCP8.5>RCP4.5>RCP2.6。就季节变化而言，滇池流域的季节降水距平百分率变幅依次为冬季>夏季>春季>秋季。

(4)3种不同排放情景下，滇池流域平均气温、最高气温和最低气温预估序列均呈上升趋势。低排放情景下增温幅度最小，高排放情景下增温幅度最大。在季节分布中，3种气温总体变化幅度表现为春季>夏季>秋季>冬季。因此在未来需要重点关注滇池流域春季气温异常偏暖现象。

区域气候变化将从数量上和时空分布上不同程度地改变滇池流域的水资源和水环境，下一步我们还应该定量估算气候变化可能产生的影响，从而为滇池流域的经济发展、环境保护和生态平衡等重要问题提供应对依据。

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Observed (1961-2014) and Projected (2016-2100) Climate Change and Its Influence on Water Environment in the Dianchi Lake Basin

TIAN Yong-li, PENG Yan-qiu, DAI Min, DOU Xiao-dong

(Yunnan Meteorological Service Center，Kunming Yunnan 650034, China)

Based on the observation dada of precipitation and temperature from 1961 to 2014 and the projected data from 2016 to 2100 in the Dianchi Lake basin, the annual and seasonal changes of precipitation and temperature in the past 50 years were analyzed, and the climatic tendencies were predicted in the next 85 years using the multi-model ensemble under the CRP26、CRP45 and CRP85 scenarios in the 21stcentury. The results indicated that the annual precipitation has been decreasing in the past 50 years, which wasn’t statistically significant however. The mean annual and seasonal temperatures increased significantly during the same time period. The precipitation under each scenario had obvious growing tendency in the next 85 years. The increasing rates of seasonal precipitation were in the order of winter, summer, spring and autumn from high to low. The mean temperatures have obvious rising tendency in the future. The seasonal temperature rates were in the order of spring, summer, autumn and winter. It was found that the spring would become much warmer in the next 85 years than other seasons. This would affect the water environment.

climate change; projection; impact on water environment; the Dianchi Lake basin

2016-08-26

田永丽(1977-)，女，陕西韩城人，汉族，高级工程师，主要从事天气气候预测工作。

X16

A

1673-9655(2017)02-0070-07