1961—2010年云南省氣候變化特征分析

陳恩波，廣鍵梅，張開源

（云南玉溪農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南玉溪653106）

1961—2010年云南省氣候變化特征分析

陳恩波，廣鍵梅，張開源

（云南玉溪農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南玉溪653106）

為了研究云南氣候變化特點(diǎn)，利用1961—2010年云南25個(gè)站點(diǎn)的平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫、降水量資料，分析研究云南近50年來的氣候變化。結(jié)果表明：（1）云南升溫趨勢(shì)明顯，升溫率達(dá)0.24℃/10 a；（2）一年四季中，冬季升溫的趨勢(shì)最明顯，春季、夏季和秋季的升溫幅度大致相等；（3）年降水量呈略減少趨勢(shì)，長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不顯著。年降水量呈周期性的波動(dòng)變化，且年際變化較大；（4）年平均降水日數(shù)變化總體呈下降趨勢(shì)，其中下降最顯著的是小雨日數(shù)，中雨日數(shù)略為下降，而大雨和暴雨日數(shù)卻略為增加；（5）年降水強(qiáng)度總體呈上升趨勢(shì)。

氣候變化；特征；云南

0 引言

1880年以來，幾乎全球的所有地區(qū)均經(jīng)歷了地表增暖，且表現(xiàn)出明顯的年際和年代際變化[1]。IPCC評(píng)估報(bào)告中指出，近百年全球氣候正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的變化。20世紀(jì)全球年平均溫度上升了0.4～0.8℃，20世紀(jì)70年代中期以來，全球變暖的速度進(jìn)一步加快。不斷變暖的氣候可導(dǎo)致極端事件的強(qiáng)度、空間范圍、持續(xù)時(shí)間的變化，并引起前所未有的天氣氣候事件[2]。氣候變化不僅影響本就脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，也嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注[3-4]。

大量的研究表明，中國(guó)近100年來年平均氣溫上升明顯，升溫幅度在0.5～0.8℃，增溫速率比同期全球平均略強(qiáng)。近50年中國(guó)年平均氣溫升高1.1℃，增溫速率0.22℃/10 a，比全球或北半球同期平均高得多，冬季和春季增溫最為明顯，北方和青藏高原增溫比較顯著，部分地區(qū)極端天氣氣候事件增加[5-10]。

云南位于低緯度高原地區(qū)，青藏高原和東亞、南亞季風(fēng)對(duì)其影響明顯，由人類活動(dòng)引起的全球氣候變化是影響該地區(qū)氣候變化的重要因素。近百年來，以昆明為代表的云南氣候出現(xiàn)了與全球一致的變暖趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代后期開始?xì)鉁爻掷m(xù)上升，90年代后增暖趨勢(shì)更加明顯[11-18]。段旭等[13]研究指出，云南近50年來的氣溫變化，趨勢(shì)與北半球和全國(guó)一致，但氣候變暖的速率相對(duì)緩慢；降水量年平均變化不大，但季節(jié)和空間分布的變化卻比較明顯，雨季和主汛期降水量呈下降趨勢(shì)，干季呈上升趨勢(shì)。程建剛等[19]研究了氣候變化對(duì)云南主要行業(yè)的影響，指出氣候變化導(dǎo)致云南一熟制地區(qū)的面積減少，兩熟制地區(qū)將北移，而三熟制比例提高；未來云南農(nóng)作物遭遇病蟲草害的面積將繼續(xù)加大，強(qiáng)度增強(qiáng)，有持續(xù)加重趨勢(shì)。本研究利用云南50年（1961—2010年）氣溫、降水等資料，對(duì)其氣候變化特征及分布進(jìn)行分析，對(duì)認(rèn)識(shí)云南氣候變化有重要科學(xué)意義，同時(shí)也可為深入研究氣候變化對(duì)云南工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源、防災(zāi)減災(zāi)、人類健康、生態(tài)環(huán)境等的影響提供支撐。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

圖1 云南省25個(gè)氣象站的分布

本研究采用截止2010年12月31日云南25個(gè)氣象站（見圖1）的觀測(cè)數(shù)據(jù)。這些站點(diǎn)擁有1961—2010年共50年的完整定時(shí)氣象觀測(cè)記錄（北京時(shí)間20—20時(shí)），觀測(cè)場(chǎng)海拔高度在400.9（元江）～3319 m（德欽）之間，基本覆蓋全云南省。25個(gè)站1961年1月1日—2010年12月31日逐日觀測(cè)資料中，部分臺(tái)站氣溫、降水、最低和最高氣溫存在少量缺測(cè)記錄，但缺測(cè)率均在0.5%以下。缺測(cè)的數(shù)量不會(huì)影響年、月尺度的均值、合計(jì)值計(jì)算，同時(shí)對(duì)缺測(cè)部分的數(shù)據(jù)都用與缺測(cè)站最近的4個(gè)氣象站的觀測(cè)資料，采用距離權(quán)重反比法進(jìn)行了補(bǔ)全。

1.2 研究方法

應(yīng)用世界氣象組織(WMO)推薦的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)Mann-Kendall方法以及線性趨勢(shì)分析方法[20]對(duì)云南1961—2010年降水和溫度的季節(jié)變化和年際變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。用線性傾向值描述其變化趨勢(shì)及變化速率，并計(jì)算整個(gè)時(shí)段的變幅。用時(shí)間相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)線性變化趨勢(shì)是否顯著。

Mann-Kendall突變檢驗(yàn)方法是一種非參數(shù)檢驗(yàn)法，該方法不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，用于分析降水、徑流、氣溫等要素時(shí)間序列的趨勢(shì)變化[21-23]。

對(duì)于氣候序列x(x1,x2,x3，…,xn)，構(gòu)造一秩序列ri，ri表示xi＞xj的累計(jì)數(shù)(1≤j≤i)。

定義統(tǒng)計(jì)量Sk，見公式(1)。

在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假設(shè)下，定義統(tǒng)計(jì)量(3)：

這里UFk為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，E(dk)與var(dk)分別為dk的平均值與方差，在x1，x2，...，xn相互獨(dú)立，且有相同連續(xù)分布時(shí)可以通過公式(4)計(jì)算：

給定顯著性水平a（本研究取a=0.05，∣U0.05∣= 1.96），若∣UFk∣＞1.96，則表明該氣候序列在置信水平上呈顯著的變化趨勢(shì)。同樣的，按氣候序列x的逆序列重復(fù)上面的過程，使∣UBk∣=-UFk。如果2條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)位于置信水平內(nèi)，那么該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻就是突變可能發(fā)生的時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫的變化特征

2.1.1 年平均氣溫的時(shí)間變化特征 由圖2～3可知，

圖2 1961—2010年云南省年平均氣溫變化趨勢(shì)

圖3 1961—2010年云南省年平均氣溫變化趨勢(shì)空間分布

1961—2010年云南省平均氣溫在16.10℃，呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，升溫趨勢(shì)非常明顯，可通過0.01信度檢驗(yàn)，升溫率達(dá)0.24℃/10 a，50年間平均氣溫上升了1.2℃。增溫主要從1970s末開始，且有加快的趨勢(shì)。由圖2可見，1961—1976年間云南省的氣溫升溫趨勢(shì)不明顯，未通過0.05信度檢驗(yàn)，1976年之后云南省的平均氣溫增加趨勢(shì)非常明顯。1976—1996年，云南省的氣溫升溫率為0.28℃/10 a，1996年以來升溫更加明顯，升溫率達(dá)到0.32℃/10 a。從年尺度上看，云南省平均氣溫的最高值出現(xiàn)在2010年，為17.20℃，其次為2009年的17.08℃和1998年的16.94℃。從年代上看，1960s、1970s、1980s、1990s、2000s的年平均溫度分別為15.75℃、15.78℃、15.98℃、16.31℃、16.69℃。

圖4 1961—2010年云南省年平均氣溫突變分析

通過對(duì)1961—2010年平均氣溫進(jìn)行M-K檢驗(yàn)（見圖4），可以看出UF曲線在1961—1976年間波動(dòng)幅度不大，在1976年之后呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，并在1988年超過置信區(qū)間范圍，與UB曲線在1991年附近相交，交點(diǎn)位于95%置信區(qū)間以外，表明云南省1961—2010年的平均氣溫在1990s初期發(fā)生突變。

2.1.2 季節(jié)平均氣溫的變化特征 云南省的12月至次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季。根據(jù)1961—2010年的資料統(tǒng)計(jì)，云南省春、夏、秋、冬四季的平均氣溫分別為17.09℃、20.90℃、16.37℃和9.92℃，秋季氣溫最接近年平均氣溫。其四季平均氣溫變化趨勢(shì)見圖5。各季節(jié)平均氣溫趨勢(shì)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)情況見表1。一年四季中，冬季升溫的趨勢(shì)最明顯，通過了0.05的信度檢驗(yàn)，50年累計(jì)升溫約1.75℃，冬季平均氣溫年際間變率較大。春季、夏季和秋季的平均氣溫升高也較為顯著，都通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，升溫幅度大致相等。

圖5 云南省各季節(jié)平均氣溫變化情況

表1 云南省各季節(jié)平均氣溫趨勢(shì)系數(shù)

通過對(duì)歷年各季節(jié)的平均氣溫做M-K檢驗(yàn)，結(jié)果見圖6。春季，UF曲線在1960—1988年間，基本都處在相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)，單在1988年之后，UF曲線呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，并在1998年突破置信區(qū)間。UF曲線與UB曲線在1994年相交，交點(diǎn)位于95%置信區(qū)間以內(nèi)，說明云南省春季氣溫在1994年發(fā)生突變。夏季氣溫的UF曲線在1961—1966年間有短暫的下降，自1966年之后有明顯的上升，并在1983年突破置信區(qū)間，與UB曲線在置信區(qū)間以外有交點(diǎn)，交點(diǎn)位于1988年，表明夏季氣溫在1988年發(fā)生突變。秋季氣溫中，UF曲線在1986年之后呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，在1999年突破置信區(qū)間，并與UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)有1個(gè)交點(diǎn)，交點(diǎn)位于1994年，表明秋季氣溫在1994年發(fā)生突變。冬季氣溫中，UF曲線在1981年之后為上升趨勢(shì)，并在1980s末期突破置信區(qū)間，UF曲線與UB曲線的交點(diǎn)位于1990年，表明冬季平均氣溫的突變點(diǎn)位于1990年。

從年代際來看（見表2），春季、秋季的平均氣溫基本上和全年年平均溫度基本一致。春季氣溫在1980s溫度最低，在1970s—1980s之間下降趨勢(shì)不明顯，在1980s之后有個(gè)強(qiáng)烈的上升趨勢(shì)，上升的幅度約為0.6℃。夏季氣溫均處在上升的趨勢(shì)過程中，在1980s—1990s之間上升的幅度最大，為0.34℃，秋季氣溫在1960s—1970s之間存在下降趨勢(shì)，下降0.04℃，在1970s—1980s之間的上升趨勢(shì)最大，達(dá)到了0.34℃。冬季的各年代際均處在上升的趨勢(shì)中，與其他季節(jié)的不同在于：冬季升溫幅度最大的時(shí)間段處在近10年的2000s—2010s中，升溫幅度為0.55℃。

圖6 各季節(jié)平均氣溫M-K突變檢驗(yàn)

表2 云南各年代際各季節(jié)平均氣溫 ℃

2.1.3 年際平均溫度的空間分布特征 從1961—2010年間的5個(gè)年代際上看，每個(gè)年代際的溫度中心基本一致，存在2個(gè)高溫中心，南部的中心在滇緬交界的景洪站，中部的高溫中心位于滇中地區(qū)的元江站。低溫地區(qū)主要位于滇北地區(qū)，低溫中心位于德欽站。同時(shí)根據(jù)各年代際平均等溫線也可以看出，等溫線存在著明顯的北移趨勢(shì)，以14℃等溫線為例，2000s較1960s明顯北移近1個(gè)緯度。

2.2 降水的變化特征

2.2.1 年降水量變化特征 1961—2010年云南省年降水量呈略減少趨勢(shì)，線性趨勢(shì)未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不顯著。圖8和表3所示，云南省多年平均降水量為1161.35 mm；1960s、1970s、1980s和2000s降水量偏少，且降水量基本相當(dāng)（1150 mm左右）；1990s降水量相對(duì)偏多，接近1200 mm。最大年降水量2001年，為1333.3 mm；最小年降水量2009年，為946.3 mm。

圖7 云南省1961—2010年各年代溫度變化情況

圖8 云南省1961—2010年降水變化情況

表3 云南省各年代際平均年降水量 mm

年降水量呈周期性的波動(dòng)變化，且年際變化較大，對(duì)1961—2011年年降水量序列進(jìn)行分析，可看出周期波動(dòng)，特別是1990年以來，云南省降水量相對(duì)1980s明顯增加，波動(dòng)較大。

2.2.2 年降水日數(shù)變化特征 降水日數(shù)是全年除露、霧、霜等凝結(jié)產(chǎn)生的降水記錄外，降水量大于或等于0.1 mm的日數(shù)，資料表明過去50年云南省的年降水日數(shù)發(fā)生了明顯變化。如圖9所示，1961—2010年云南省年平均降水日數(shù)變化總體呈下降趨勢(shì)，下降率約為11.3 d/10 a；其中，小雨日數(shù)下降最顯著，下降率約為11.1 d/10 a，可以通過0.01的顯著性檢驗(yàn)；中雨日數(shù)呈略下降趨勢(shì)，未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)；大雨和暴雨日數(shù)呈略增加趨勢(shì)，同樣未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)。

總的看來，1961—2010年平均年降水日數(shù)為161天，1973年最多為193天，2009年最少為120天。從年代際來看（見表4），除了1980s降水日數(shù)較快下降以外，總體上降水日數(shù)是小幅度持續(xù)下降。

2.2.3 年降水強(qiáng)度變化特征 年降水強(qiáng)度為年降水量除以年降水日數(shù)，單位為mm/d。研究表明，過去50年云南省的年降水強(qiáng)度發(fā)生了明顯的變化，如圖10所示，1961—2010年云南省年降水強(qiáng)度總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，上升率約為0.46 mm/10 a，可以通過0.05的顯著性檢驗(yàn)。

1961—2010年的年降水強(qiáng)度平均為8 mm/d，最大為1999年的9 mm/d，最小為1977年的5.9 mm/d。從年代際來看（見表5），除了2000s降水強(qiáng)度較1990s略微下降以外，總體上呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)。

圖9 1961—2010年云南省各級(jí)降水日數(shù)趨勢(shì)圖

表4 云南省各年代年降水日數(shù) d

2.2.4 年際年均降水的空間分布特征 從1961—2010年間5個(gè)年代際看（見圖11），各個(gè)年代際降水范圍雖然有一定的變化，但降水中心基本一致。1961—2010年5個(gè)時(shí)段基本存在3個(gè)高值中心，1個(gè)位于云南省的騰中和盈江附近，2個(gè)中心都位于云南省西南部，其中一個(gè)位于龍川江支流地區(qū)，另一個(gè)位于太平江附近。另外，2個(gè)位于南部的景洪和瀾滄附近。存在2個(gè)低值中心，一個(gè)位于云南省西北角，以德欽和中甸為中心；另一個(gè)位于云南省東北部，以孟津?yàn)橹行摹?961—2010年等值線由北向南發(fā)生明顯偏移，特別是900 mm等值線和1050 mm等值線明顯向南偏移。

3 結(jié)論與討論

圖10 1961—2010年云南省降水強(qiáng)度趨勢(shì)圖

以前的大多數(shù)研究只是從某一個(gè)或某幾個(gè)方面選擇氣象要素，本研究采用云南省25個(gè)氣象站1961—2010年的逐日氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù)，利用線性趨勢(shì)估計(jì)、M-K突變檢驗(yàn)全面細(xì)致地分析了云南的氣溫與降水的時(shí)空變化特征，得到如下主要結(jié)論：

表5 云南省各年代年降水強(qiáng)度 mm/d

（1）1961—2010年云南省平均氣溫在16.10℃，升溫趨勢(shì)非常明顯，升溫率達(dá)0.24℃/10 a，50年間平均氣溫上升了1.2℃，在1990s初期發(fā)生突變；春、夏、秋、冬四季的平均氣溫分別為17.09℃、20.90℃、16.37℃和9.92℃，冬季升溫的趨勢(shì)最明顯，春季、夏季和秋季的平均氣溫升高也較為顯著，升溫幅度大致相等。

（2）從1961—2010年間的5個(gè)年代際上看，溫度中心基本一致，高溫中心位于景洪站和元江站。低溫中心位于德欽站，同時(shí)等溫線存在著明顯的北移趨勢(shì)。

圖11 云南省各年代際年降水空間分布圖

（3）1961—2010年云南省年降水量呈略減少趨勢(shì)，長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不顯著。多年平均降水量為1161.35 mm。年降水量呈周期性的波動(dòng)變化，且年際變化較大，特別是1990年以來，降水量相對(duì)1980s明顯增加，波動(dòng)較大。

（4）1961—2010年云南省年平均降水日數(shù)變化總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，下降率約為11.3 d/10 a；其中，小雨日數(shù)下降最為顯著；中雨日數(shù)呈略下降趨勢(shì)；大雨和暴雨日數(shù)呈現(xiàn)略增加趨勢(shì)；年降水強(qiáng)度總體呈上升趨勢(shì)，上升率約為0.46 mm/10 a。

（5）從1961—2010年間5個(gè)年代際看，各個(gè)年代際降水范圍雖然有一定的變化，但降水中心基本一致。等值線由北向南發(fā)生明顯偏移，特別是900 mm等值線和1050 mm等值線明顯向南偏移。

必須指出的是，因受到多種因素的制約，本研究只選取了云南25個(gè)氣象臺(tái)站的資料，考慮到云南特殊的地理環(huán)境，所選取的臺(tái)站數(shù)量稍顯不足，在一定程度上降低了空間分析的可信度。因此，若能適當(dāng)增加氣象臺(tái)站的密度，能更加準(zhǔn)確地揭示云南近50年來的氣候變化狀況。

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Climate Change Features in Yunnan from 1961 to 2010

Chen Enbo,Guang Jianmei,Zhang Kaiyuan
(Yuxi Agriculture Vocation-Technical College,Yuxi 653106,Yunnan,China)

The authors analyzed the climate change features in Yunnan in nearly 50 years based on the meteorological data of the average temperature,minimum temperature,maximum temperature and the precipitation from 25 stations in Yunnan during 1961-2010.The results showed that:(1)the warming trend was significant in Yunnan with the heating rate of 0.24℃/10 a;(2)the warming trend was most significant in winter,and the temperature had approximately equal increasing magnitude in spring,summer and autumn; (3)the annual precipitation showed a slight decrease trend,and the change of long-term trend was not significant;the annual precipitation showed a periodic fluctuation change with bigger inter-annual variation; (4)the annual average precipitation days showed a downward trend,thereinto,light rain days decreased most significantly,moderate rain days slightly decreased,heavy rain and storm days presented slightly increasing trend;(5)annual precipitation intensity showed an overall upward trend.

Climate Change;Features;Yunnan

P467

：A論文編號(hào)：cjas16080027

云南省教育廳科研基金一般項(xiàng)目“云南氣候未來變化的多模式預(yù)估”(2010Y215)。

陳恩波，男，1967年出生，副教授，本科，研究方向：應(yīng)用氣象。通信地址：653106云南省玉溪市紅塔區(qū)研和街道向家莊41號(hào)玉溪農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，Tel：0877-2991214，E-mail：yxnzykyc@163.com。

2016-08-31，

：2017-04-19。