1957—2015年山西省春季氣候變化時(shí)空演變特征

孔鋒 王一飛 方建

摘要 采用1957—2015年氣象資料，對(duì)山西省春季降水、溫度及降水溫度變化趨勢(shì)比的時(shí)空分布及變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，山西省春季降水變化趨勢(shì)存在空間上的差異，其中晉南主要表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，晉西北和晉中部分地區(qū)表現(xiàn)為增多趨勢(shì)，并且這種趨勢(shì)會(huì)隨著氣候變暖逐漸加強(qiáng)。全省范圍內(nèi)的溫度變化均表現(xiàn)為升高的趨勢(shì)，其中溫度升高幅度最大的2個(gè)區(qū)域分別為五臺(tái)山地區(qū)和晉南的臨汾、運(yùn)城、晉城；晉西北的朔州、忻州、呂梁一帶與晉中的太原及其他部分地區(qū)溫度升幅相對(duì)較小。能夠反映春季氣候變化異常的降水溫度變化趨勢(shì)比的時(shí)空分布與降水的時(shí)空分布基本一致，仍為五臺(tái)山地區(qū)和晉南最小，晉西北最大，說(shuō)明未來(lái)山西地區(qū)氣候變化將會(huì)變得更加不穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 氣候變化；降水；溫度；時(shí)空分布；春季；山西省

中圖分類(lèi)號(hào) S162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）18-0151-03

Abstract Based on the meteological data from 1957 to 2015， the trend and temporalspatial distribution of the precipitation and temperature change in springs of Shanxi Province were analyzed. The results showed that the spring precipitation trends of Shanxi Province were significant spatial differences. The trends in south of Shanxi Province were declining as well as the trend of northwest in Shanxi Province and parts of center in Shanxi Province were increasing， and this trend would gradually be strengthened as the climate were getting warm. The tendency of temperature were manifested as increasing in provincewide range. The temperature were increasing significantly in the two regions： Wutai Mountain area and Linfen， Yuncheng as well as Jincheng in southern Shanxi. The temperature of Shuozhou， Xinzhou and Luliang in northwest Shanxi as well as Taiyuan and parts of Jinzhong rised relatively small. The temporal and spatial distribution of abnormal precipitation and temperature in spring was almost same with the temporalspatial distribution of the precipitation： the Wutai Mountain area and southern Shanxi minimum， northwest in Shanxi maximum. This showed that the future climate change in Shanxi would become more unpredictable.

Key words Climate change；Precipitation；Temperature；Spatiotemporal distribution；Spring；Shanxi Province

山西省地處黃土高原與華北平原過(guò)渡帶，氣象災(zāi)害種類(lèi)多、強(qiáng)度大、頻率高，是我國(guó)氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生的省份之一[1]，經(jīng)常發(fā)生的氣象災(zāi)害主要有干旱、暴雨雪、大風(fēng)、雷電、冰雹、霜凍等，每年因氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失占全省生產(chǎn)總值的1%～3%，全省平均每年由各種災(zāi)害造成的農(nóng)作物受災(zāi)面積200多萬(wàn)hm2，影響人口近700萬(wàn)人，直接經(jīng)濟(jì)損失70多億元[2]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氣象災(zāi)害已經(jīng)成為制約山西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、危及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要因素[3-4]。春旱作為一種自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響山西省糧食作物小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，它的發(fā)生程度主要由3—5月的降水與溫度決定[5]，它的形成是一個(gè)漸近和累積的過(guò)程，發(fā)生緩慢而不易被察覺(jué)。干旱通常是水分的收支平衡被打破而形成的水分短缺現(xiàn)象[6]，它是一種綜合自然災(zāi)害，它的發(fā)生和發(fā)展與降水、氣溫、底墑、灌溉及種植結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)[7]。干旱一旦發(fā)生將是大范圍的，無(wú)論對(duì)農(nóng)業(yè)、工業(yè)都將造成嚴(yán)重的影響[8]。2013年春季，山西運(yùn)城、長(zhǎng)治、臨汾部分地區(qū)缺少有效降水，造成運(yùn)城、臨汾、長(zhǎng)治、晉城、晉中5市39個(gè)縣（區(qū)）359萬(wàn)人受災(zāi)，5.4萬(wàn)人飲水困難，約2.8萬(wàn)人需生活救助，農(nóng)作物受災(zāi)面積38.95萬(wàn)hm2，其中絕收4.01萬(wàn)hm2；直接經(jīng)濟(jì)損失11億元。2015年以來(lái)，山西多地遭受多年未遇的嚴(yán)重干旱，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)67.5億元，造成山西604.3萬(wàn)人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積126.79萬(wàn)hm2，絕收面積22.36萬(wàn)hm2。山西省以小麥為主要農(nóng)作物，小麥產(chǎn)量的高低受干旱影響較大，春旱由于發(fā)生在小麥的生長(zhǎng)旺盛期，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成土地干裂，麥苗枯死現(xiàn)象。同時(shí)，干旱還造成小麥根系不發(fā)達(dá)，對(duì)小麥抵御春季寒潮的襲擊十分不利，小麥越冬死亡率將會(huì)增加，嚴(yán)重影響小麥的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累和后期產(chǎn)量[9]。同時(shí)春旱的發(fā)生機(jī)率在所有干旱中發(fā)生機(jī)率也最高，危害也最嚴(yán)重[10]。春旱的時(shí)空分布隨著全球氣候變暖的加劇而呈現(xiàn)出顯著的頻發(fā)性和變異性。對(duì)春季干旱進(jìn)行監(jiān)測(cè)、研究，了解和掌握春旱發(fā)生、發(fā)展的變化規(guī)律，有效應(yīng)對(duì)氣候變化對(duì)山西省農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響，在未來(lái)的政府決策中將會(huì)起到越來(lái)越重要的作用。筆者從山西省春季氣溫和降水的變化趨勢(shì)入手，以降水和氣溫變化趨勢(shì)比來(lái)量化氣候變化程度，揭示該省長(zhǎng)期氣候干濕趨勢(shì)變化特征。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省地理坐標(biāo)為34°36′～40°44′N(xiāo)、110°15′～14°32′E，地處我國(guó)黃河中游、華北西部的黃土高原地帶，東鄰河北，西接陜西，南連山西，北臨內(nèi)蒙古自治區(qū)。南北約長(zhǎng)680 km，東西約寬380 km，總面積15.63萬(wàn)km2。從地圖上看，其輪廓呈由東北傾向西南的平行四邊形。山西省地形較為復(fù)雜，境內(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、臺(tái)地等多種地貌類(lèi)型，整個(gè)地貌是被黃土廣泛覆蓋的山地型高原，大部分在海拔1 000～2 000 m（圖1）。由于地形多樣，高差懸殊，既有緯度地帶性氣候，又有明顯的垂直變化。山西地處中緯度，距海不遠(yuǎn)，但因山脈屏障，夏季風(fēng)影響不大，屬于暖溫帶、溫帶大陸性氣候。年平均氣溫在-4～14 ℃，氣溫地區(qū)分布總趨向是自南向北、自平川向山地遞減；無(wú)霜期南長(zhǎng)北短，平川長(zhǎng)山地短，全省年降水量400～650 mm。山西北部由于受內(nèi)蒙古冬季冷氣團(tuán)的襲擊，比較寒冷；南部受到從河南黃淮海平原和豫北平原北上的夏季暖濕氣團(tuán)的滋潤(rùn)，比較溫和；南北氣候差異明顯。氣候特征是：冬季漫長(zhǎng)，寒冷干燥；夏季南長(zhǎng)北短，雨水集中；春季氣候多變，風(fēng)沙較多；秋季短暫，天氣溫和。全境日照充足，熱量資源較豐富；災(zāi)害性天氣較多，“十年九旱”；晝夜溫差較大。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

選取山西省19個(gè)氣象站1957—2015年春季（3—5月）的降水量、平均氣溫序列，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。站點(diǎn)分布狀況見(jiàn)圖1。

1.3 分析方法

基于山西省19個(gè)氣象觀測(cè)站1957—2015年的降水、溫度數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)氣象站的溫度、降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)擬合，在取得各縣的降水、溫度趨勢(shì)之后，利用ArcGIS系統(tǒng)分別對(duì)山西省春季的降水、溫度趨勢(shì)分布進(jìn)行分析。春季干旱發(fā)生時(shí)，降水偏少的同時(shí)往往伴隨著溫度的升高，降水溫度變化趨勢(shì)比可以較好地反映一個(gè)地區(qū)的春季氣候異常變化情況，在此采用該方法對(duì)山西省境內(nèi)春季降水溫度變化趨勢(shì)比變化的時(shí)空分布進(jìn)行分析，研究其變化特征與其他單個(gè)氣候因子（降水、溫度）之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 春季降水變化趨勢(shì)的時(shí)空分布

在統(tǒng)計(jì)山西省各氣象站點(diǎn)春季總降水量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行趨勢(shì)擬合，然后采用ArcGIS進(jìn)行趨勢(shì)分布制圖（圖2）。從圖2可以看出，晉南的長(zhǎng)治、運(yùn)城及臨汾、晉城的部分地區(qū)為降水減少較多區(qū)域，該區(qū)域降水變化趨勢(shì)空間呈現(xiàn)“V”型結(jié)構(gòu)分布特征，減少最多達(dá)0.719 7 mm/a。山西中部及南部部分地區(qū)降水變化相對(duì)較小，降水變化趨勢(shì)空間呈現(xiàn)“+”型結(jié)構(gòu)分布特征；山西西北部、晉中東部等地春季降水為增多趨勢(shì)，降水變化趨勢(shì)空間呈現(xiàn)“T”型結(jié)構(gòu)分布特征，增多最高達(dá)0.277 7 mm/a。五臺(tái)山地區(qū)由于其特殊的地理位置和地形，降水變化異于其周?chē)渌貐^(qū)，表現(xiàn)為減少的變化趨勢(shì)，降水變化趨勢(shì)空間呈現(xiàn)“∩”型結(jié)構(gòu)分布特征。

2.2 春季溫度變化趨勢(shì)的時(shí)空分布

在統(tǒng)計(jì)山西省各氣象站點(diǎn)春季平均溫度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行趨勢(shì)擬合，然后采用ArcGIS 進(jìn)行趨勢(shì)分布制圖（圖3）。由圖3可知，山西全省范圍內(nèi)溫度變化均表現(xiàn)為升高的趨勢(shì)，溫度升高趨勢(shì)空間呈現(xiàn)“Z”型結(jié)構(gòu)分布特征，其中，溫度升高的最小幅度為0.008 5℃/a，溫度升高的最大幅度為0.125 8 ℃/a；溫度升高幅度最大的2個(gè)區(qū)域分別為晉東北五臺(tái)山一帶與晉南的運(yùn)城及臨汾、晉城的部分地區(qū)；晉西北及晉中地區(qū)溫度升幅相對(duì)較小，溫度升高趨勢(shì)空間呈現(xiàn)“T”型結(jié)構(gòu)分布特征。溫度的升高表明該地區(qū)農(nóng)田蒸散量的增多，可能導(dǎo)致旱情加劇。

2.3 春季降水溫度變化趨勢(shì)比的時(shí)空分布

在統(tǒng)計(jì)山西省各縣氣象站點(diǎn)春季總降水量與春季平均溫度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行趨勢(shì)擬合，然后采用ArcGIS 進(jìn)行趨勢(shì)分布制圖（圖4）。從圖4可以看出，晉西北的朔州、忻州、呂梁及晉中部分地區(qū)為降水溫度變化趨勢(shì)比的較大區(qū)域，降水溫度變化趨勢(shì)比空間呈現(xiàn)“T”型結(jié)構(gòu)，最大達(dá)12.92 mm/℃；山西中部、東北部及臨汾盆地局部地區(qū)降水溫度變化趨勢(shì)比變化相對(duì)較??；晉南的晉城、運(yùn)城、臨汾等地春季為降水溫度變化趨勢(shì)比的較小區(qū)域，降水溫度變化趨勢(shì)比空間呈現(xiàn)“△”型結(jié)構(gòu)分布特征，最低達(dá)-18.397 7 mm/℃。五臺(tái)山地區(qū)由于其特殊的地理位置和地形，降水溫度變化趨勢(shì)比變化異于其周?chē)渌貐^(qū)，表現(xiàn)為減少的變化趨勢(shì)。降水溫度變化趨勢(shì)比的時(shí)空分布與降水的時(shí)空分布基本一致，空間呈現(xiàn)“∩”型結(jié)構(gòu)分布特征?？梢?jiàn)，全球溫室效應(yīng)已造成了山西區(qū)域內(nèi)的氣候變異性增大。

3 結(jié)論與討論

（1）山西省春季降水變化趨勢(shì)存在著地理上的差異，其中，晉南主要表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，晉西北和晉中部分地區(qū)表現(xiàn)為增多趨勢(shì)，并且這種趨勢(shì)會(huì)隨著氣候變暖逐漸加強(qiáng)。

（2）全省范圍內(nèi)溫度變化均表現(xiàn)為升高的趨勢(shì)。其中溫度升高幅度最大的2個(gè)區(qū)域分別為五臺(tái)山地區(qū)和晉南的臨汾、運(yùn)城、晉城。晉西北的朔州、忻州、呂梁一帶與山西中的太原及晉中的部分地區(qū)溫度升幅相對(duì)較小。

（3）反映春季氣候變化異常的降水溫度變化趨勢(shì)比的時(shí)空分布與降水的時(shí)空分布基本一致，仍為五臺(tái)山地區(qū)和晉南最小，晉西北最大，說(shuō)明未來(lái)山西地區(qū)氣候變化都將會(huì)變得更加不穩(wěn)定。

（4）全球環(huán)境變化引致全球環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)在增加，氣候變化將導(dǎo)致天氣和氣候異常頻率增加，進(jìn)而加劇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，特別是巨災(zāi)災(zāi)害的發(fā)生[11-14]。全球變暖對(duì)人類(lèi)的影響不僅是廣泛的，而且也是很深刻的，所產(chǎn)生諸如氣候異常、災(zāi)害性天氣現(xiàn)象頻發(fā)等影響，足以對(duì)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展及整個(gè)地球生命系統(tǒng)造成巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。氣候變化的異常亦成為災(zāi)害造成損失增加的重要原因。全球溫室氣體排放和氣候系統(tǒng)的很多方面都在發(fā)生變化，并處于IPCC預(yù)估范圍的較高上限[15]。氣候系統(tǒng)許多關(guān)鍵指標(biāo)的變化正在超過(guò)當(dāng)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展所經(jīng)歷的自然變率范圍，這些指標(biāo)包括全球地表平均溫度、平均海平面、全球海洋溫度、北極海冰范圍、海洋酸化以及極端氣候事件。隨著不加控制的溫室氣體的排放，氣候的很多趨勢(shì)將有可能加速，這將導(dǎo)致氣候轉(zhuǎn)型的突變或不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增加[16]。如何評(píng)估氣候變化不確定性對(duì)山西乃至我國(guó)的影響，是目前學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，亟待研究“氣候變化不確定性導(dǎo)致更大氣候?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)”的問(wèn)題。

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