1990－2010年神農(nóng)架林區(qū)氣候變化特征分析

陳露，汪正祥，雷耘，林麗群，廖明堯，楊敬元

（1.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430062；2.華中師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430079；3.湖北神農(nóng)架?chē)?guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，湖北 神農(nóng)架442421）

0 引言

在全球氣候變暖、極端天氣事件頻發(fā)的背景下，氣候?qū)ψ匀簧鷳B(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)際安全的影響越來(lái)越大，與人類(lèi)生產(chǎn)生活的相互影響也越來(lái)越明顯.哥本哈根世界氣候大會(huì)的召開(kāi)使氣候問(wèn)題受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，人們更加充分認(rèn)識(shí)到氣候變化問(wèn)題的嚴(yán)重性.氣候問(wèn)題已成為21世紀(jì)最熱門(mén)的話(huà)題之一，也是科學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題.

神農(nóng)架林區(qū)位于湖北省西北邊陲大巴山東段，地處北緯31°15′～31°57′、東經(jīng)109°56′～110°58′區(qū)間，是湖北省境內(nèi)長(zhǎng)江與漢水之間的第一級(jí)分水嶺.神農(nóng)架林區(qū)內(nèi)有317條河流，均屬高山河流，分別注入香溪河、沿渡河、南河和堵河，根據(jù)其直接注入河段，習(xí)慣上分為長(zhǎng)江水系和漢江水系，但均屬于長(zhǎng)江中游水系.神農(nóng)架林區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜、氣候多變，關(guān)注林區(qū)氣候變化，分析其發(fā)展變化規(guī)律，不僅對(duì)神農(nóng)架林區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，同時(shí)也對(duì)長(zhǎng)江流域資源的保護(hù)與利用有重要意義.

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 本文中所采用的氣象資料數(shù)據(jù)來(lái)自神農(nóng)架林區(qū)的國(guó)家級(jí)氣象站神農(nóng)架站.神農(nóng)架站點(diǎn)提供了1990-2010年這21年的逐日氣溫、逐日降水量等氣象要素?cái)?shù)據(jù)資料，本文中根據(jù)這些數(shù)據(jù)資料對(duì)林區(qū)近21年的氣候變化進(jìn)行了分析.

1.2 研究方法 氣象上規(guī)定日雨量在10mm以下為小雨，10.0～24.9mm為中雨，25.0～49.9mm為大雨，日雨量＞50mm為暴雨，大范圍的大雨天氣，或某一地區(qū)連續(xù)數(shù)日的大雨可能引發(fā)洪澇災(zāi)害.本文中以日雨量＞25mm降水天氣作為主要特征進(jìn)行研究，其中雨日指日降水量≥0.1mm的降水日，大雨雨日指日降水量≥25mm的降水日.

干旱指數(shù)是反映氣候干旱程度的指標(biāo)，通常定義為年蒸發(fā)能力和年降水量的比值.即r＝E0／P，式中，r為干旱指數(shù)；E0為年蒸發(fā)能力，單位mm；P為年降水量，單位mm.多年平均干旱指數(shù)r與氣候特點(diǎn)關(guān)系密切.當(dāng)r＜1時(shí)，表示該區(qū)域蒸發(fā)能力小于降水量，該地區(qū)為濕潤(rùn)氣候；當(dāng)r＞1時(shí)，蒸發(fā)能力超過(guò)降水量，說(shuō)明該地區(qū)偏干旱，r越大，說(shuō)明蒸發(fā)能力超過(guò)降水量越多，干旱程度越嚴(yán)重.

本文中主要采用回歸分析的方法對(duì)林區(qū)各氣象要素的變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，用回歸分析方法確定氣候傾向率，建立回歸方程，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，做出分析和適當(dāng)預(yù)測(cè).

分析溫度等要素的變化趨勢(shì)時(shí)，選用線(xiàn)性方程對(duì)原序列y進(jìn)行擬合，即y＝ax＋b（1）式中的回歸系數(shù)a反映了氣候變量的趨勢(shì)變化，即式中a可稱(chēng)為氣候變量的傾向率或傾向度.對(duì)于變化趨勢(shì)的顯著性，本文中采用時(shí)間x與原序列變量y之間的相關(guān)系數(shù)R進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)［1-2］.

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫分析

2.1.1 平均氣溫變化趨勢(shì) 圖1顯示了1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)年平均氣溫的波動(dòng)狀況，近21年神農(nóng)架林區(qū)的年平均氣溫最大值13.1℃，最小值11.4℃.

圖1 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年平均氣溫變化曲線(xiàn)

1990-2010 年神農(nóng)架林區(qū)年平均氣溫的變化趨勢(shì)如圖2所示.統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，近21年神農(nóng)架林區(qū)春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）、冬季（12-2月）及全年的平均氣溫傾向率分別為0.077、0.016、0.022、0.019、0.033.其中春季、夏季、秋季、全年的顯著性水平均在0.02以上，冬季的顯著性水平為0.018.從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，近21年神農(nóng)架夏季氣溫呈上升趨勢(shì)，這與陳正洪［3］的研究結(jié)果一致，整個(gè)林區(qū)的年平均氣溫呈上升趨勢(shì).

對(duì)神農(nóng)架林區(qū)1990-2000年及2001-2010年前后約10年的年平均氣溫進(jìn)行對(duì)比分析可知，1990-2000年林區(qū)的年平均氣溫為12.3℃，氣溫傾向率為0.112；2001-2010年林區(qū)的年平均氣溫為12.6℃，氣溫傾向率為-0.021，如圖3所示.這說(shuō)明林區(qū)氣溫在前11年呈上升趨勢(shì)，后10年呈下降趨勢(shì)，21年的整體趨勢(shì)表現(xiàn)為氣溫上升.

圖2 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年年平均氣溫變化趨勢(shì)圖

圖3 神農(nóng)架林區(qū)前后約10年年平均氣溫變化趨勢(shì)比較

2.1.2 最高氣溫變化趨勢(shì) 最高氣溫是反映某地炎熱狀況的直接指標(biāo).對(duì)1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)平均最高氣溫進(jìn)行回歸分析得出，全年及四季的最高氣溫傾向率分別為0.029、0.111、0.003、-0.020、0.033，其中全年、春季、秋季、冬季的顯著性通過(guò)了0.02的水平，夏季的顯著性水平不高.近21年神農(nóng)架林區(qū)全年、春季、夏季、冬季的最高氣溫均呈上升趨勢(shì)，秋季則呈下降趨勢(shì)；夏季的最高氣溫傾向率小于全年值，春季和冬季的最高氣溫傾向率大于全年值，這說(shuō)明春季和冬季的最高氣溫上升幅度拉動(dòng)了全年最高氣溫的上升，且尤以春季為主，如圖4所示.

圖4 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年最高氣溫變化趨勢(shì)圖

2.1.3 最低氣溫變化趨勢(shì) 圖5為神農(nóng)架林區(qū)平均最低氣溫隨時(shí)間變化的曲線(xiàn).經(jīng)回歸分析，1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)全年及四季的最低氣溫傾向率分別為0.049、0.063、0.053、0.057、0.029，其中全年、春季、夏季、秋季的顯著性均通過(guò)了0.2的水平，冬季的顯著性水平不高.統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，近21年神農(nóng)架林區(qū)的全年及四季最低氣溫均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其中春季、秋季的氣溫傾向率大于全年值，夏季與之持平，而冬季則低于全年平均水平.

圖5 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年最低氣溫變化趨勢(shì)圖

2.1.4 平均日較差變化趨勢(shì) 圖6為1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)平均日較差的變化趨勢(shì).分析結(jié)果顯示，近21年神農(nóng)架林區(qū)平均日較差的傾向率為-0.016，顯著性水平在0.05以上，這充分說(shuō)明近21年神農(nóng)架林區(qū)的平均氣溫日較差呈減小的趨勢(shì).根據(jù)前文分析結(jié)果，近21年神農(nóng)架林區(qū)的最高氣溫傾向率為0.029，最低氣溫傾向率為0.049，最低氣溫的傾向率大于最高氣溫的傾向率，這與平均日較差的減小是一致的，也與華中區(qū)域近年年氣溫日較差呈減小趨勢(shì)的結(jié)論一致［4-6］.

2.2 降水分析

2.2.1 雨量、雨日的變化 1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)降水量波動(dòng)較大，21年的平均年降水量為913.7 mm.2003年年降水量最大，為1 137.2mm；1997年年降水量最小，僅666.7mm；年降水量超過(guò)1 000 mm的年數(shù)占總數(shù)的33%.圖7、圖8分別為1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)雨日數(shù)及大雨日數(shù)的變化趨勢(shì)圖.由圖可知近21年神農(nóng)架林區(qū)雨日數(shù)及大雨日數(shù)均呈增加的趨勢(shì)，傾向率分別為0.177mm／a和0.047mm／a.

圖6 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年平均日較差變化趨勢(shì)圖

圖7 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年雨日數(shù)變化趨勢(shì)圖

2.2.2 降水過(guò)程強(qiáng)度變化趨勢(shì) 圖9為1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)年降水量的變化趨勢(shì)曲線(xiàn)圖.從圖中可以看出，1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)年降水量呈增加趨勢(shì)，傾向率為1.376mm／a.21年間年降水量分別在1996年、2003年、2005年、2007年達(dá)到高峰，1995年和2006年為低谷，這說(shuō)明林區(qū)的降水量呈現(xiàn)旱澇交替出現(xiàn)的特征.

圖8 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年大雨日數(shù)變化趨勢(shì)圖

圖9 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年降水量變化趨勢(shì)圖

圖10為1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)各季降水量變化趨勢(shì)曲線(xiàn)圖.從回歸分析結(jié)果可以看出，春夏秋冬四季的降水量?jī)A向率分別為0.260、3.421、-1.173和-1.132，即春夏兩季呈正增長(zhǎng)，秋冬兩季呈負(fù)增長(zhǎng).夏季降水量的增加幅度明顯大于秋冬兩季的下降幅度，這也是造成多年年降水量呈正增長(zhǎng)的因素之一.同時(shí)，多年年降水量的正增長(zhǎng)趨勢(shì)與湖北省及整個(gè)長(zhǎng)江中下游的年降水量變化趨勢(shì)一致［7-8］.

圖10 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年各季降水量變化趨勢(shì)圖

2.2.3 干旱指數(shù)變化 通過(guò)計(jì)算，得到1990-2010年神農(nóng)架林區(qū)的干旱指數(shù)變化趨勢(shì)曲線(xiàn)圖，如圖11所示.近21年神農(nóng)架林區(qū)的干旱指數(shù)均＞1，即蒸發(fā)能力大于降水能力，說(shuō)明林區(qū)氣候呈現(xiàn)干旱狀況，且情況呈惡化趨勢(shì).

圖11 神農(nóng)架林區(qū)1990-2010年干旱指數(shù)變化趨勢(shì)圖

3 討論

（1）神農(nóng)架林區(qū)近21年的平均氣溫傾向率為0.033℃／a，最高氣溫傾向率為0.029℃／a，最低氣溫傾向率為0.049℃／a，而平均氣溫的傾向率為-0.016℃／a，這可能是由最低氣溫上升速率大于最高氣溫上升速率造成的.從四季氣溫波動(dòng)情況來(lái)看，無(wú)論是平均氣溫、最高氣溫還是最低氣溫的波動(dòng)，春秋兩季均比夏冬兩季平穩(wěn).

（2）神農(nóng)架林區(qū)1990-2000年年平均氣溫為12.3℃，2001-2010年林區(qū)的年平均氣溫為12.6℃.以2000年為分界線(xiàn)，林區(qū)后10年的平均氣溫較前10年升高了0.3℃，但后10年的氣溫傾向率為負(fù)值，即后10年的年平均氣溫有下降的趨勢(shì)，造成這一現(xiàn)象的原因目前還沒(méi)有相關(guān)研究成果說(shuō)明，需進(jìn)一步收集資料與觀測(cè)，分析其變化趨勢(shì).

（3）近21年神農(nóng)架林區(qū)雨日數(shù)及大雨日數(shù)均呈增加的趨勢(shì)，春夏兩季降水量呈正增長(zhǎng)，秋冬兩季降水量呈負(fù)增長(zhǎng).林區(qū)年降水量也有增加趨勢(shì)，這與雨日數(shù)及大雨日數(shù)的增加直接關(guān)聯(lián)，而夏季降水量的增加幅度明顯大于秋冬兩季的下降幅度，也是造成多年年降水量呈正增長(zhǎng)的因素之一.

（4）蒸發(fā)量和降水量的統(tǒng)計(jì)分析表明，近21年神農(nóng)架林區(qū)的干旱指數(shù)均＞1，而年降水量的各年分布情況又顯示出林區(qū)在整體干旱狀態(tài)下呈旱澇交替的特征.回歸分析的結(jié)果顯示林區(qū)干旱程度有惡化的趨勢(shì)，這應(yīng)引起政府生產(chǎn)決策部門(mén)的重視，采取正確措施控制并減輕干旱情況.

［1］唐國(guó)利，丁一匯.近44年南京溫度變化的特征及其可能原因的分析［J］.大氣科學(xué)，2006，1（1）.56-68.

［2］王曉艷，王學(xué)雷，鄧帆.1961—2008年洪湖濕地區(qū)域氣候變化特征分析［J］.華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，6（2）：304-307.

［3］陳正洪.湖北省60年代以來(lái)平均氣溫變化趨勢(shì)初探［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，1998，11（4）：341-346.

［4］王凱，陳正洪，劉可群.華中區(qū)域1960—2005年平均最高、最低氣溫及氣溫日較差的變化特征［J］.氣候與環(huán)境研究，2010，7（4）：418-424.

［5］陳鐵喜，陳星.近50年中國(guó)氣溫日較差的變化趨勢(shì)分析［J］.高原氣象，2007，26（1）：150-156.

［6］丁一匯，戴曉蘇.中國(guó)近百年來(lái)的溫度變化［J］.氣象，1994，20（12）：19～26.

［7］劉可群，陳正洪，張禮平.湖北省近45年降水氣候變化及其對(duì)旱澇的影響［J］.氣象，2007，11（11）：58-64.

［8］任國(guó)玉，吳虹，陳正洪.我國(guó)降水變化趨勢(shì)的空間特征［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2000，11（3）：322-330.