江西武夷山氣候變化及其未來(lái)變化預(yù)測(cè)

宋蝶+王圣燕+徐毅+李萍+楊艷蓉

摘 要：全球氣候變化導(dǎo)致的氣候異常事件頻發(fā)是影響森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生自然災(zāi)害的主因，江西武夷山地區(qū)（鉛山）是我國(guó)天然林的重要分布地之一。該文利用1960-2013年的歷史氣候資料以及IPCC對(duì)2040年前的氣候預(yù)估，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和氣象繪圖分析，研究江西武夷山（鉛山）過(guò)去及未來(lái)共80年內(nèi)的氣候，得出結(jié)論：（1）江西武夷山地區(qū)氣溫總體呈緩慢增加趨勢(shì)，1960-2009平均氣溫增幅為0.175℃/10a，2010-2039年增幅為0.299℃/10a。（2）江西武夷山地區(qū)的降水量在過(guò)去（1960-2013）年雖呈現(xiàn)微增加的趨勢(shì)（R=0.05），2009年相比于1960年降水量增加了146.5 mm，但其在未來(lái)的數(shù)值卻是波動(dòng)下降的，2010-2039年這30年間降水量減少率為52.805 mm/10a；（3）未來(lái)武夷山地區(qū)的氣候?qū)⒊兣兏傻姆较虬l(fā)展。

關(guān)鍵詞：武夷山 氣候變化 氣溫 降水

中圖分類號(hào)：X508 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0140-08

Abstract： The natural disasters in forest ecosystem are attibuted to the frequent events of climate change caused by global climate change. The area of Wuyi Mountain in Jiangxi Province （Yanshan） is one of the important distribution of natural forest in China. This paper uses the data in 1960-2013 and the IPCC prediction of climate before 2040，.To research the cilmate change in the past and the future among 80 years by data analysis and meteorological plotting in Wuyi Mountain， Jiangxi Province，we can conclude：（1） t it showed a slow increasing trend of temperature in ；the increase in mean temperature was 0.175℃/10a in 1960-2009 and in 2010-2039 it was 0.299 ℃/10a. （2） although the precipitation showed a slowly increasing trend （R=0.05） in the past （1960-2013），it decreased in a fluctuation way in the future； compared to 1960 ，the precipitation in 2009 increased by 146.5mm ；the reduction rate of precipitation is 52.805mm/ 10a in 2010-2039； （3） the climate warming will become warm and dry in the future of Wuyi Mountain.

Key Words：Wuyi Mountain； Climate change； Temperature； Precipitation

2007年IPCC第四次氣候變化評(píng)估報(bào)告指出：1906—2005年，全球平均氣溫總共升高了0.74℃，到21世紀(jì)末全球的平均氣溫將會(huì)升高1.1～6.4℃，因此全球變暖已是一個(gè)毋庸置疑的事實(shí)[1]。愈發(fā)明顯的全球變暖，是導(dǎo)致異常氣候事件頻發(fā)的主因，也是森林自然災(zāi)害和氣象災(zāi)害的主要原因。中國(guó)氣候變暖與全球氣候變暖基本同步[2]。對(duì)于中國(guó)而言，增溫主要是從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始的[3]。而華南地區(qū)在1960—2011年這52年以來(lái)，年均、最高、最低氣溫都呈增加趨勢(shì)，且最低氣溫增溫率對(duì)年平均氣溫增溫貢獻(xiàn)最大，空間上呈現(xiàn)緯向分布的特征，與此同時(shí)，年均降水量呈微弱增加趨勢(shì)，降水量的空間分布特征較為明顯，由東南向西北逐漸減少，與全國(guó)降水量分布呈一致性[4]。另有研究[5]也表明，在氣候變暖背景下，1961—2007年華南地區(qū)積溫和濕潤(rùn)指數(shù)增加，降水量略微增加，地區(qū)氣候總體表現(xiàn)為暖濕趨勢(shì)。

由此可見(jiàn)，包括江西武夷山在內(nèi)的華南地區(qū)作為天然林的重要分布區(qū)域，歷史氣候統(tǒng)計(jì)資料顯示該地呈現(xiàn)“暖而濕”的趨勢(shì)。研究表明，氣候變暖可使閃電頻率增加30%～40%[6]，隨著雷擊數(shù)量的上升，尤其是干雷暴的頻發(fā)，森林雷擊火發(fā)生頻率會(huì)增加[7]。而華南地區(qū)是我國(guó)雷電發(fā)生最頻繁的區(qū)域之一[8]。近年來(lái)南方地區(qū)降水雖有所增加，但增加的降水遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能補(bǔ)償氣溫升高引起的大量蒸發(fā)[9]。同時(shí)，據(jù)IPCC估計(jì)，全球平均地表溫度在20世紀(jì)提高了0.6℃，未來(lái)我國(guó)南方地區(qū)氣候變化呈“變暖變干”趨勢(shì)[9-11]，這就更易形成干雷暴天氣，而“干雷暴”加上長(zhǎng)期干旱和高氣溫是產(chǎn)生林區(qū)雷擊火的氣象條件[12]，直接導(dǎo)致雷擊火的發(fā)生。

1 研究區(qū)介紹

江西武夷山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于江西省上饒市鉛山縣，地處武夷山脈北段的西北坡，地理坐標(biāo)范圍為117°39′30″E—117°55′47″E，27°48′11″N—28°00′35″N。保護(hù)區(qū)總面積16007hm2，其中核心區(qū)4835hm2，緩沖區(qū)2021hm2，實(shí)驗(yàn)區(qū)9151hm2。其東南毗鄰福建武夷山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，與之共同組成完整的中亞熱帶中山森林生態(tài)系統(tǒng)[13]。地貌類型主要有山地、流水和濕地。地帶性植被屬中亞熱帶常綠闊葉林，垂直分布非常顯著，天然植被有常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針闊葉混交林、針葉林、山頂苔蘚矮林、山頂灌叢草甸、毛竹林等7個(gè)類型[14]。生境特征表現(xiàn)為原生性保存完好，森林覆蓋率超過(guò)96.0%[3]，保護(hù)區(qū)內(nèi)保存有1560hm完整的南方鐵杉天然林[15]，是我國(guó)主要的南方天然林保護(hù)基地。endprint

2 資料及方法

文章采用的歷史氣候資料來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn/）1960—2013年有觀測(cè)記錄的氣溫和降水等氣象要素，未來(lái)氣候變化預(yù)估來(lái)自IPCC氣候模型MPI-ESM-LR在B2情況下預(yù)測(cè)的2010—2039年的氣溫和降水資料。

對(duì)歷史氣候資料分析采用統(tǒng)計(jì)軟件分析方法，對(duì)未來(lái)氣候變化預(yù)估是利用GrADS軟件結(jié)合統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

3 江西武夷山地區(qū)氣候變化

3.1 歷史氣候變化分析

1960—2013這54年間，江西武夷山（鉛山）地區(qū)年平均氣溫、平均最高氣溫及最低氣溫都呈上升趨勢(shì).平均最低氣溫的上升趨勢(shì)（R=0.5572）相比于平均最高氣溫（R=0.3992）和平均氣溫（R=0.5393）而言最為顯著，同時(shí)平均最高氣溫54年間總共上升了近0.95℃，比年平均氣溫54年的增量還要高0.07℃。由于最高氣溫增速大于最低氣溫，導(dǎo)致了這54年間溫度較差總共增加了0.03℃。并且每10年平均氣溫增幅為0.175℃/10a，增溫顯著，如圖1所示。

為了進(jìn)一步分析增溫趨勢(shì)，將研究區(qū)1960—2013這54年間的年平均氣溫作圖2，并以1980年為節(jié)點(diǎn)?？擅黠@看出，雖然在圖一中顯示年平均氣溫總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但在1980年之前的20年間，年平均氣溫實(shí)際上是呈減少趨勢(shì)（R=-0.36）的，而在1980年之后的33年間，平均氣溫顯著增加（R=0.82），增溫幅度為0.55℃/10a，明顯高于以1960年為起點(diǎn)分析得到的平均氣溫增幅0.175/10a。這與相關(guān)研究所得出的近百年來(lái)的中國(guó)氣溫變化，除了整體上的變暖趨勢(shì)外，比較突出的特征還有1960—1970年的變冷，以及1980—1999年的快速增暖的結(jié)論相一致[17]。

以武夷山地區(qū)平均最冷月（1月）和最暖月（7月）平均氣溫對(duì)比來(lái)看，由圖3可見(jiàn)該地區(qū)1月份（R=0.8132）氣溫平均增幅為0.155℃/10a，大于7月份（R=0.2078）氣溫平均增幅0.1225℃/10a，導(dǎo)致溫度較差與之前相比在減少。雖然20世紀(jì)70年代1月份的平均氣溫相比與60年代減少了0.3℃，但在此后一直在增加，從5.2℃增加到80年代的5.4℃，再增加到90年代的的5.7℃，接著又增加2000年代的6.1℃，各增加了0.2、0.3、0.4℃。相關(guān)研究表明，我國(guó)80年代以來(lái)的氣候變暖現(xiàn)象，以冬季反映最為突出[18]。80年代前后氣溫變化發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，可能與當(dāng)時(shí)中國(guó)正在實(shí)行改革開(kāi)放相關(guān)，因?yàn)楦母镩_(kāi)放使工業(yè)得到有效發(fā)展，而工業(yè)的發(fā)展會(huì)伴隨著環(huán)境的破壞，如工廠溫室氣體的大量排放，加劇了溫室效應(yīng)，因而氣溫顯著增加。

圖4顯示了武夷山地區(qū)過(guò)去50多年間降水量的變化。在這段時(shí)間內(nèi)，該地區(qū)年降水量相關(guān)系數(shù)（R=0.055）較小，因此據(jù)此圖推測(cè)年降水量可能存在著一種弱增加的趨勢(shì)。趨勢(shì)線較為平緩，大致位于1700mm降水量位置。而54年間就有25年的年降水量低于1700mm，在1979年更是達(dá)到最低值1202.7mm；共有29個(gè)年份的年降水量高于1700mm，其中1975年達(dá)到最大值，約有2764.4mm，2009年相比于1960年降水量增加了146.5mm。降水量年際的劇烈變動(dòng)將給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境變化方向帶來(lái)更多的不確定性因素。

有研究表明，江西降水多集中在5月上、中旬和6月中旬至7月上旬[18]。為此，本文取6月為最大降水量月份，12月份為最小降水量月份，二者年際變化曲線如圖5所示。由圖可見(jiàn)，無(wú)論是6月（R=0.107）還是12月（R=0.130），該地區(qū)降水量均有波動(dòng)且呈現(xiàn)弱增加趨勢(shì)，即最大降水量與最小降水量均在增加，且6月降水量增幅164.01mm/10a明顯大于12月降水量增幅50.1mm/10a。在1980s，12月降水量降到最低值25.03mm后一直在上升，至2000s 已達(dá)68.51mm，而對(duì)于6月份，降水量在1990s達(dá)到最大值450.02mm，而此時(shí)12月的降水量也比較大，推測(cè)1990s這一時(shí)間段是該地區(qū)降水多發(fā)年份。

3.2 未來(lái)氣候變化分析

江西武夷山2010—2039逐年年平均氣溫變化如圖6?？梢?jiàn)，在這未來(lái)30年間，該地區(qū)的溫度呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)（R=0.3158），雖然增加趨勢(shì)小于歷史增溫趨勢(shì)（R=0.5393），但增溫幅度0.25/10a大于歷史增溫幅度0.175℃/10a。在2013年和2023年均達(dá)到谷值16.62℃，在2020—2039年中最低值為17.66℃，比2010—2029年這20年中年平均氣溫的最低值還要高約1℃，而在2019、2025、2029、2034、2037年氣溫均超過(guò)19℃。

比較不同時(shí)間尺度下的的R值，我們不難發(fā)現(xiàn)，2010—2039年平均氣溫的R值為0.3158，2010—2039每5年平均氣溫的R值為0.7362，年代間的增溫趨勢(shì)大于逐年的，因此可說(shuō)明設(shè)定的時(shí)間尺度越大，所得趨勢(shì)可能就越明顯，根據(jù)趨勢(shì)推測(cè)得到的結(jié)果可能也就越接近真實(shí)情況。同理，當(dāng)把1960—1979、1980—1999、2000—2019、2020—2039這四個(gè)時(shí)間段的資料做成圖7，可明顯看出，相比于圖6，圖7所反映的增溫趨勢(shì)更加顯著（R=0.9052），如此表明，江西武夷山從過(guò)去50年到未來(lái)30年一直呈增溫趨勢(shì)。

圖6僅反映出江西武夷山站點(diǎn)附近的氣溫變化趨勢(shì)，整個(gè)該地區(qū)的變化如圖8。武夷山及周邊地區(qū)在2010—2039每5年年平均氣溫變化如圖8（A）-（F），圖中黑點(diǎn)代表武夷山站點(diǎn)。由圖可見(jiàn)，在未來(lái)30年間整個(gè)武夷山地區(qū)氣溫呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，17、18、19℃等溫線北移較為明顯。在2010—2014年（圖8（A））武夷山地區(qū)年平均氣溫在17℃等溫線附近，五年之后17℃等溫線逐漸北移（圖8（B）-（E）），至2035—2039年時(shí)可看出該地區(qū)年均溫逼近18℃等溫線附近（圖8（F）），且在圖8（E）和圖8（F）上可以看出氣溫明顯超過(guò)了18℃，但還沒(méi)有越過(guò)19℃，介于18～19℃之間。說(shuō)明在未來(lái)30年，武夷山地區(qū)的氣溫是呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)的，這也與之前通過(guò)對(duì)近50多年（1960年—2013年）的歷史資料所得出的分析結(jié)論相符。endprint

江西武夷山2010-2039這30年間年年降水量變化如圖9?？梢?jiàn)30年間該地降水量呈下降趨勢(shì)（R=﹣0.3166），減少幅度為52.805 mm/10a，其中降水量在前15年有較明顯的下降，從1749.75 mm降低到1329.13 mm，減少了420.62 mm。未來(lái)預(yù)估的結(jié)果與歷史資料所得出的降水量弱增加的趨勢(shì)的結(jié)論不相符。在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，設(shè)定的時(shí)間尺度越大，數(shù)據(jù)量越大，分析的變化趨勢(shì)越會(huì)接近真實(shí)情況。由于未來(lái)預(yù)估的結(jié)果與歷史資料所得出的降水量弱增加的趨勢(shì)的結(jié)論不相符，因此將歷史降水量資料和未來(lái)預(yù)估資料結(jié)合起來(lái)分析，即可得到圖10。由圖10可見(jiàn)，該地區(qū)降水量從1960年到未來(lái)的2039年這80年間，年降水量也是呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)（R=﹣0.688），減少幅度24.74mm/10a雖小于2010—2039年的減少幅度，但是其相關(guān)性大于將未來(lái)30年降水量單獨(dú)分析所得到的相關(guān)性（R=﹣0.3166）。因此武夷山地區(qū)降水量雖然在過(guò)去存在一定程度上的弱增加，但就其長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，，該地區(qū)年降水量是呈減少趨勢(shì)的，武夷山地區(qū)非但沒(méi)有“變濕”，反而還向著“變干”的方向發(fā)展，并且在未來(lái)，降水量的減少幅度可能會(huì)進(jìn)一步加大。

圖9僅反映出氣象站點(diǎn)附近的降水量變化趨勢(shì)，整個(gè)武夷山地區(qū)的降水量分布如圖11。圖中黑點(diǎn)代表武夷山站點(diǎn)。由圖可見(jiàn)，整個(gè)武夷山及其附近地區(qū)的年降水量是波動(dòng)變化的，前10年降水量減少，中間10年降水量增加，后10年降水量又減少。其中，武夷山地區(qū)在2010—2014（圖11（A））年年降水量在1800～2000mm之間，之后降水量下降至1400～1500mm之間（圖11（B）-（C）），然后降水量回升至1800mm左右（圖11（D）-（E）），最后降水量下降至1500mm左右（圖11（F）），說(shuō)明未來(lái)30年武夷山地區(qū)的降水量是總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的，雖然這與之前的歷史資料分析結(jié)論并不一致（圖4），這可能與武夷山地區(qū)的降水量的波動(dòng)較大、某些時(shí)段氣候異常以及歷史資料的數(shù)據(jù)量不夠大有關(guān)，并且當(dāng)結(jié)合歷史資料和未來(lái)預(yù)估分析（圖10）也證明了武夷山地區(qū)降水量的確是呈現(xiàn)減少趨勢(shì)的。

4 總結(jié)與討論

（1）歷史資料顯示，在1960—2013年這54年間，江西武夷山（鉛山）地區(qū)年平均、平均最高及最低氣溫都呈上升趨勢(shì)，其中平均最低氣溫的上升趨勢(shì)最顯著，每10年（平均）氣溫增幅為0.175℃/10a。最暖月的氣溫平均增幅大于最冷月，氣溫較差減少。而該地區(qū)年降水量在54年間呈現(xiàn)一種弱增加的趨勢(shì)，各年份年降水量在1700mm處波動(dòng)，降水量最大月的增加幅度為164.01mm/10a，降水量最小月的增加幅度為50.1mm/10a。

（2）未來(lái)資料顯示，江西武夷山未來(lái)30年（2010—2039）確實(shí)是呈增溫趨勢(shì)，且增溫幅度0.299℃/10a大于歷史增溫幅度0.175℃/10a。而該地降水量在這30年間呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，減少幅度為52.81mm/10a。當(dāng)結(jié)合歷史降水量資料整體分析顯示，武夷山地區(qū)降水量總體一直是呈現(xiàn)減少趨勢(shì)的，在1960—2039這80年間減少幅度24.74mm/10a，且在未來(lái)降水量減少的趨勢(shì)將會(huì)更加明顯。

總之，江西武夷山地區(qū)氣溫總體呈增加趨勢(shì)，從1960至今的歷史資料及未來(lái)30年的趨勢(shì)一致，盡管增加較為平緩，而降水量在過(guò)去雖呈現(xiàn)微增加的趨勢(shì)，這與江西地區(qū)氣溫和降水量存在氣溫下降（上升）時(shí)， 降水量減少（增加）的關(guān)系的相關(guān)研究結(jié)論是相符的[19]。但將歷史資料與未來(lái)預(yù)估資料結(jié)合起來(lái)分析時(shí)表明，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，武夷山地區(qū)降水量總體是呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的，且減少幅度逐漸增加，有異于前人研究江西或華南地區(qū)氣候“變濕”的結(jié)論。這可能與武夷山地區(qū)的地理位置以及其他一些氣象災(zāi)害有關(guān)。因此，在未來(lái)，武夷山地區(qū)的氣候不是朝著“暖濕”的方向發(fā)展，而是朝著“變暖變干”的方向發(fā)展。暖而干是雷擊火發(fā)生的重要條件，江西武夷山由于其所處的地理位置的較為特殊且是我國(guó)南方天然林保護(hù)地，因此研究該地區(qū)的氣候?yàn)槲覀兒笃趯?duì)雷擊火的進(jìn)一步研究顯得尤為重要。目前所得結(jié)論基于實(shí)測(cè)資料和IPCC對(duì)未來(lái)氣候的模擬結(jié)果，今后有待進(jìn)一步研究。

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