基于温湿变量的仁怀市气候变化特征与趋势分析

杨雨蒙　杨熠　张莉　罗晨艺　吴新豪　骆海顺　梅可远　穆彪

摘要：基于ERA5资料（ECMWF Reanalysis v5，欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析数据），从湿度、热力等方面对1979—2022年间仁怀市周边地区做气候分析，结合西南地区气候时空态分解划分气候变化敏感区。结果表明：赤水河流域及周边地区不同要素气候变化趋势相似：春季增湿（温），夏季达到顶峰，秋季开始回落。仁怀市受喇叭口地形及季风影响，5—6月降水达最大值。年最高温度出现在7—8月，高温降水错峰导致赤水河流域中段径流量减少。REOF（Rotated Empirical Orthogonal Function，旋转经验正交函数分解）分析发现，西南地区四季温度呈年代际变化。春冬、夏秋降水有明显季节差异，前者为年际变化，后者为准年代际。自2000以后西南地区发生气候态位相转变，仁怀市处于全年增暖、夏秋少雨的气候敏感区内，该地干热复合事件出现概率上升。

关键词：气候变暖；REOF；赤水河流域

中图分类号：P466文献标识码：A

文章编号：1008－0457（2023）06－0009－09国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2023.06.002

气候变化不仅是全球变化的主要组成部分，对人类的经济、社会、环境还有十分重要的影响。IPCC第六次评估报告指出，过去十年全球平均气温比1850—1900年高出约1.1 ℃，RCP8.5（不进行任何减排活动，一直依赖化石能源发展经济的假设情景）下，全球平均气温将升高2.6～4.8 ℃（相较1985—2005年）［1］。全球气候变暖导致极端事件发生的概率显著增加，大部分地区极端高温热浪事件发生频率和持续时间不断增加，强度创下新高［2-3］。未来一些地区的干旱将更加严重，如东亚、北美西部、西欧和中欧［4-7］。气候变化敏感区气温［8-10］、降水序列的演變特征及其空间分布［11］已成为学者关注的热点问题。

与全球气候变化相比，区域气候的变化更为复杂，影响因素更多。贵州位于第一、二级阶梯过渡带，海拔变化差异大，具有十分复杂的地形地貌。受青藏高原、西南季风和东南季风等多重季风环流、西太平洋副热带高压带交互影响。形成了复杂多变的天气气候，旱涝灾害多发［12-14］，目前已有关于贵州地区气候变化及模拟［15-18］、气候异常及成因剖析［19-21］等方面的研究。但西南地区以0.12 ℃/10a的增温速率变化，高于全球平均温度上升速率，降水在半世纪以来呈下降趋势，气候较历史发生了较大变化［22-23］。

仁怀市位于贵州-四川交界，是中国酱香型白酒的发祥地。目前关于茅台酒产地气候特征的文献较少。主要研究对象仅局限于气温、降水等物理量的分析［24-27］，未能从多个描述温、湿等方面的物理量着手来确定仁怀市地区气候变化特征。本文将围绕仁怀市地区温、湿度等气候特征及演变规律的科学问题展开研究，更好地为地方生态环境建设、灾害性天气防御等提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

赤水河流域位于云贵高原向四川盆地过渡的斜坡地带。流域地势为西南高东北低（图1），丘陵纵横，赤水河由地势较高的云南向北流动。仁怀市位于流域中段，地势东高西低，高低差显著，西部海拔高度在600 m以下，东部多高山丘陵，最高在1200 m以上。仁怀市近地面高度接近850 hPa高度层。西侧为喇叭口地形，受地形影响，常有局地辐合系统产生，为水汽创造良好的抬升条件［28-29］。夏季受青藏高原下游南支槽、四川东部西南涡的共同影响，在流域中下游易产生短时强降水天气［30-31］。

1.2数据资料

本文所使用的资料包括：

（1）ERA5资料。水平分辨率为0.25°×0.25°的地面逐月再分析资料：2 m温度场；水平分辨率为0.1°×0.1°的地面逐月再分析资料：2 m温度场，降水，比湿。时间范围：1979—2022年［32］。

（2）由中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http：//www.gscloud.cn）提供的地形高度DEM高程数据，空间分辨率250 m。

（3）国家青藏高原数据中心提供的水平分辨率为0.25°×0.25°的中国天然径流量估算量月值格点数据集CNRD v1.0，时间范围：1979—2018年［33］。

1.3分析方法

（1）水汽通量散度计算

（2）非绝热加热率计算

（3）REOF方法

REOF是在EOF（Empirical Orthogonal Function，经验正交函数分解）分析的基础上，截取累计解释方差达到特定标准的若干特征向量，进行方差极大旋转 （正交旋转） 转换，旋转后的典型模态结构清晰，可将原始场上与主成分信息高度相关的值集中在较小区域，极大地提高了所分离空间结构的辨识性［35］。与EOF分析相比，REOF取样误差小，可有效简化变量场空间结构，彰显局部特征，且其分离出的空间结构能有效反映不同地域空间分布的相关性，故REOF在气候诊断研究中得到了更广泛地应用。

2结果与分析

2.1降水特征

为探究水汽条件对降水的影响，分析850 hPa各月比湿及水汽通量散度（图2～3）。发现流域湿度随季节变化明显，春末5月增湿，7月达到极值，8月湿度大值区向西偏移，水汽含量较7月有所减弱。仁怀市比湿场季节差异性强，夏季比湿约为冬季的3倍。历史个例发现8月较7月短时强降水出现频率减小。从水汽通量散度（图3）分析水汽输送变化发现，受喇叭口地形影响，仁怀市全年为水汽通量辐合，春季中期（4月）加强，7月最强，秋季（9月）减弱，冬季最弱，变化趋势与比湿一致。季风季节变化导致仁怀市水汽出现明显季节差异。冬季受东北冷涡影响，850 hPa常有偏北风回流至贵州北部。冷空气降低温度露点差，使空气更易达到水汽饱和。1月底至4月中旬，南海、南亚夏季风建立，由东南风向西南风过渡［36-38］，850 hPa偏南风输送南海、孟加拉湾水汽，通量散度较秋、冬季节更强，湿度条件好。

5月增湿为降水创造有利条件。7月南亚高压加强，促使西太平洋副热带高压在西伸过程中断裂，四川东部高空常为两高切变形势，动力条件良好，该地降水增多［39-41］。降水场（图4）显示5—6月雨量大值区集中在仁怀市东部，7月西移，位于四川东南部。仁怀市雨量大值出现在6—7月，月降水在180～210 mm。雨量场与比湿、水汽通量散度场月变化趋势一致，春末发展，夏中达到鼎盛，秋初开始衰减，与当地气象局划分的5—9月汛期一致。

2.2温度特征分析

仁怀市主体位于28°N附近，取纬向平均（106～106.5°E），计算非绝热加热率（图5），发现大气各层结加热中心主体位于仁怀市上空。冬季，大陆吹偏北风，气流经习水爬坡，空气水汽凝结蒸发，至仁怀市下沉增温，该地秋末-春初近地面层加热明显；对流层高层受短波槽影响常有西北干冷气流，使高层降温。4月南海季风建立，流域逐渐转为偏南风，南部地形高低落差小，焚风效应不显著，近地面层加热减弱。5月，仁怀市受青藏高原热源发展影响，对流层中高层被加热［42-45］。7月西太副高位于仁怀市上空，以下沉增温运动为主，仁怀市自上而下一致加热。11月大陆高压重新建立，转为偏北风，焚风效应引发近地面层显著加热。

温度图（图6）与降水月分布图（图4）相似，月差异显著。5月增温，7—8月温度最高达26 ℃，10月回落。与非绝热加热结果对比发现，秋冬近地面层加热明显，但中高层的冷却效应导致该地区增温并不显著。5—8月受南亚高压和西太副高影响近地面层加热虽较弱，但整个大气层一致增暖对地面温度升高的贡献更大。

仁怀市盛夏雨量偏少且伴随高温出现，高温干旱信号加强。复合干热事件发生概率上升。通过河流径流量可侧面估测高温干旱天气居多（图7）。径流量月分布与雨量相似，汛期开始时间对应河流丰水期。仁怀市地处赤水河中段，流量6月最高，但在60 mm以下。赤水河较其余河流流量偏低，原因在于赤水河河谷高温天气与降水错峰，盛夏河流蒸腾作用显著，降水对流量补充作用小。径流量减少导致蒸发总量降低，进一步影响当地气候稳定性。

气候研究应选较大范围地区长时间段的气象状况作为对象。仁怀市位于黔北，与四川毗邻，根据温度及降水情况，选取西南三省一市作为主体，研究近44年间的气候变化情况，并划分气候敏感区域。对西南地区近44年各季节温度做REOF分析（图8），结果表现为一致增暖，有明显的东西区域差异。春季除四川西部、云南西南部为变冷趋势以外，其他区域表现为增暖趋势。显著区（0.6以上打点区域）位于四川东部、重庆、贵州等地，序列图呈准年代际变化，2000年前后转为偏暖模态，近十年最暖春季出现在2018年。夏季除昆明以南，其余地区均增暖，显著区域较春季有所北移，至四川中东部、重庆、贵州北部。序列图为准年代际变化，2000年发生突变。秋、冬两季节增暖显著区与春季分布类似，在西南地区东部。冬季冷区最明显，冷暖、东西界限分明。

四季在四川东部、重庆、贵州北部的显著区都有反映，夏、秋季西南地区呈一致增暖，显著暖区位置有所偏差。春冬两季模态能看出微弱冷区和暖区共存，显著暖区分布一致，在四川东部、重庆、贵州一带。4个模态均反映2000年前后发生模态转换，准年代際变化趋势更为稳定，夏秋两季反映2022年的极端高温事件为近十年最强。

降水场（图9）与温度场结果都是正、反相间分布。表明西南地区气候变化并非一致增暖或转干。区别在于，降水显著区随季节变化大，季节变化明显，春冬、夏秋存在明显季节偏差。春季四川南、云南对应成都中部、贵州降水反相变化，冬季成都中部、云南、贵州等地与四川北部反位相；夏季重庆周边地区为显著旱区，昆明以南多雨，秋季显著旱区位于重庆南部、贵州等地，四川、云南北部多雨。时间变化上春、冬季节序列呈年代际变化，模态场年际变化差异大，云南显著干旱信号不明显。夏、秋两季为准年代际变化，2000年后总体趋势向正相模态转变，重庆夏旱、贵州秋旱趋势逐年上升。注：打点区域为0.6以上大值区；RPC序列（虚线），趋势（实线）。

根据REOF结果划分西南地区气候敏感区（图10）。温度RPC为准年代际变化，显著区范围较接近。选取4个季节共同显著区作为表征西南地区2000年后异常增暖的气候敏感区，区域位于四川东部、重庆、贵州北部、云南东北部的三省一市交界处，云南受影响较小。位于黔北、四川交界的仁怀市处于增暖敏感区内。

降水场各季节呈现不一致的变化趋势，显著区差异大。选择相似性较高的春冬、夏秋两季分别划分，春、冬季呈年际交替变化，四川南、云南大部分区域降水年际变化大，旱涝交替出现，最长持续时间5年。2000年后云南等地干旱事件出现频次增多。夏秋季节敏感区位于重庆、贵州交界，2000年以后干旱少雨天气发生频次增加。结合温度敏感区结果发现，2000年后位于黔渝交界的仁怀市温度逐年上升，降水减少，2022年发生了近10年来显著的高温干旱事件。从气候趋势上看，未来仁怀市该类型复合干热事件发生概率将会上升。

3结论与讨论

本文使用再分析资料通过计算水汽通量散度、非绝热加热率等物理量，从水汽，热力等物理量方面对赤水河流域地区近44年间的气候变化进行分析。结果表明：

仁怀市所处地理位置，夏季受高空两高切变、四川西南涡共同影响，动力条件良好。其西侧为喇叭口地形，易产生局地辐合系统，在水汽条件良好的情况下，当地易产生强降水天气。最大月降水出现在6月，达210 mm。流域比湿、水汽通量散度与降水场变化规律一致：春季加强，夏季最强，秋季减弱。季风对流域水汽季节变化影响较大：冬季受大陆高压及东北冷涡共同影响，850 hPa冷空气回流至贵州北部，使空气温度露点差降低，更容易达到水汽饱和；4—5月南海、南亚季风建立，偏南风自孟加拉湾、南海向流域地区输送水汽，流域水汽条件增强，配合抬升产生降水。

仁怀市南北地势较高，处于“V”字口地形底部，该特殊地势影响冬季近地面层加热。冬季流域盛行大陆性偏北风，气流经北部地形抬升爬坡后在仁怀市下行。焚风效应引起气流下沉增温，近地面层非绝热加热显著。但冬季仁怀市高空系统主要为短波槽，槽后冷平流输送使高空以冷却为主。夏季青藏高原热源增强，下游地区高空加热效应显著。西太平洋副热带高压西伸控制流域，下沉运动进一步加热底层大气，低层至高空为一致加热。流域温度5月增温，7—8月最强，10月回落，与降水场月变化一致。但仁怀市夏季雨期与最高温出现时间错峰，引发赤水河中段径流量减少。

分析近44年西南地区温度、降水等气候背景场发现，2000年前后气候态位相转换。东部温度升高，成都-重庆-黔北为异常显著区。降水场存在春冬、夏秋季节差异。春冬，云南旱涝交替，2000年后干旱事件发生概率上升；夏秋，黔北、重庆少雨趋势逐年增加。仁怀市位于黔北、四川交界，处于全年增温，夏秋少雨的显著区内。

本研究关注于酱香酒核心产区气候调查，理清当地温度、降水等气候变化趋势。在全球气候变暖背景场下，仁怀市近44年气象要素变化较大，属气候变化敏感区，对酱香酒核心产区气候独特性研究具有一定意义。但本文对极端事件探究较少，对于仁怀地区极端事件变化规律成因研究暂未涉及。青藏高原如何影响下游地区温度及降水变化，人类活动在气候变化中所作贡献等问题暂不明了，后续针会对极端事件变化机理做进一步研究。

（责任编辑：严秀芳）参考文献：

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Analysis on the Characteristics and Trend of Climate Change in Renhuai City Based on Temperature and Humidity Variables

Yang Yumeng Yang Yi Zhang Li Luo Chenyi Wu Xinhao Luo Haishun Mei Keyuan Mu Biao

（1.Guizhou Meteorological Disaster Prevention Technology Center，Guiyang 550081，Guizhou，China; 2.Zunyi Meteorological Bureau of Guizhou Province，Zunyi 563000，Guizhou，China; 3.Renhuai Branch of Zunyi Ecological Environment Bureau，Renhuai 564500，Guizhou，China; 4.Renhuai Meteorological Bureau of Guizhou Province，Renhuai 564501，Guizhou，China; 5.College of Life Sciences，Guizhou University，Guiyang 550025，Guizhou，China）

Abstract：Based on the ERA5 data（ECMWF Reanalysis v5），the humidity and heating climate around Renhuai city were analyzed from 1979 to 2022，and the  sensitive areas of climate change were divided according to the temporal-spatial state decomposition of climate in Southwest China.The results showed that the climate change trends of different elements around Chishui River basin were similar，with humidification（temperature）in Spring，peaks in Summer，and decline in Autumn.Renhuai city was affected by the trumpet topography and monsoon，and the precipitation reached its maximum value in May-June.The annual maximum temperature occurred in July-August，the staggered high temperature and precipitation lead to the decrease of runoff in the middle part of Chishui River basin.The results of REOF（Rotated Empirical Orthogonal Function）analysis showed that the four seasons temperature in Southwest China was inter-decadal，and there were apparent seasonal differences in precipitation between spring and winter，summer and autumn，with inter-annual variations in the former，quasi-inter-decadal in the latter.Since 2000，a climate phase shift has occurred in Southwest China.Renhuai was in the climate-sensitive area with year-round warming and low rainfall in summer and autumn，the probability of dry-heat composite events in the area has increased.

Keywords：climate warming; REOF; Chishui River basin