長三角地區(qū)平均溫度變化特征及其與全球變暖停滯的響應(yīng)

周璞　徐相明　黃文娟

摘 要：利用1959—2012年長三角地區(qū)20個(gè)臺(tái)站觀測(cè)的年平均溫度，采用線性傾向估計(jì)、M-K突變檢驗(yàn)和累積距平等方法研究了該地區(qū)溫度的變化特征，結(jié)果表明，與全球變暖停滯一致，長三角地區(qū)的溫度也存在變暖趨緩的現(xiàn)象。其中北部沿江臺(tái)站溫度在1997—1999年發(fā)生突變，南部內(nèi)陸臺(tái)站突變偏晚2～3年，在2000—2001年發(fā)生突變，沿海臺(tái)站均在1997年發(fā)生突變。受城市化效應(yīng)的影響，徐家匯和杭州站年平均溫度發(fā)生突變的時(shí)間相比于周邊臺(tái)站偏早3～4年，并沒有呈現(xiàn)出明顯的變暖停滯的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：全球變暖停滯；長三角地區(qū)；溫度；變化特征

中圖分類號(hào) P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）19-0116-05

Characteristics of Average Temperature and Response to the Global Warming Hiatus in Yangtze River Delta Region

Zhou Pu et al.

（Fengxian Meteorological Bureau，Shanghai 201416，China）

Abstract：Based on the observed temperature data of 20 stations in Yangtze River Delta region，we analyzed the characteristics of average temperature using linear trend estimate，Mann-Kendall test and cumulative anomaly test.Warming hiatus did exist in Yangtze River Delta region，which was consistent with global warming hiatus.The temperature of the stations along the Yangtze River in the north was abruptly changed from 1997 to 1999.And the temperature of the stations along the Yangtze River in the south was 2 to 3 years later，from 2000-2001.The temperature of the coastal stations were all abruptly changed in 1997.Due to the urbanization effect，the change of average temperature of Xujiahui and Hangzhou stations were 3 to 4 years earlier than the surrounding stations，and there was no obvious warming hiatus in both stations.

Key words：Hiatus；Yangtze River Delta region；Temperature；Characteristics

1 引言

2014年，Nature雜志將有關(guān)全球氣候變暖停滯的研究評(píng)選為當(dāng)年十大科學(xué)事件之一[1]。全球氣候變暖停滯是指工業(yè)革命至1998年全球地表氣溫急劇增加，1998年全球平均地表氣溫達(dá)到歷史最高，而從1998年至今，全球氣溫并未出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，甚至出現(xiàn)微弱的下降趨勢(shì)[2]。IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，政府間氣候變化專門委員會(huì)）第5次評(píng)估報(bào)告指出，1998—2012年全球平均地表溫度上升趨勢(shì)為0.05℃/10a（-0.05℃±0.15），僅為1951—2012年上升趨勢(shì)0.12℃/10a（0.08±0.14）的1/3～1/2，而報(bào)告中科學(xué)家們并未能利用模式正確地模擬出此停滯事件[3]。國內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)變暖停滯的現(xiàn)象及其產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了研究。例如，Kosaka和Xie發(fā)現(xiàn)全球變暖停滯在北半球冬季比夏季更為明顯，1998年以來全球地表氣溫在冬季呈下降趨勢(shì)，在夏季則呈上升趨勢(shì)[4]。目前有關(guān)變暖停滯的機(jī)制有2種觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為全球變暖停滯是由于外強(qiáng)迫（太陽活動(dòng)、溫室氣體、火山爆發(fā)）造成的，另一種則認(rèn)為是自然變率（PDO，ENSO，AMO等）產(chǎn)生的[5-8]。

眾所周知，21世紀(jì)人類面臨的最大挑戰(zhàn)是全球氣候變化，全球變暖是近100年來區(qū)域氣候變化的最主要特征。IPCC第4次評(píng)估報(bào)告（AR4）指出，全球平均地表氣溫近100年（1906—2005）線性變暖趨勢(shì)為0.74±0.18℃/100a，近50年（1956—2005）線性變暖趨勢(shì)為1.3±0.3℃/100a，近50年的變化趨勢(shì)基本是近100年的2倍[9]。近100年（1905—2001年）中國平均地表溫度升高了0.5～0.8℃[10]，而最近50年（1952—2001年），中國年平均地表溫度則以0.22℃/10a的增溫速度升高了1.1℃[11]，溫度升高使高溫、干旱和暴雨洪澇等極端事件的頻率與強(qiáng)度加劇[9]，給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失，帶來了一系列重大環(huán)境和社會(huì)問題。

長三角地區(qū)處于東亞季風(fēng)區(qū)，是我國三大經(jīng)濟(jì)區(qū)之一，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市高度集中，人口密集。隨著城市的快速發(fā)展，該地區(qū)的氣候和生態(tài)環(huán)境都發(fā)生了明顯變化，氣候變化造成的經(jīng)濟(jì)損失呈增加的趨勢(shì)[12]。一般經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)的地區(qū)，氣象災(zāi)害造成的財(cái)產(chǎn)損失越大[13]，研究長三角地區(qū)的溫度變化，可以為提高該地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力、制定應(yīng)對(duì)氣候變化的策略和措施提供科學(xué)參考依據(jù)。

本文利用1959—2012年長三角地區(qū)21個(gè)臺(tái)站觀測(cè)的年平均溫度，采用線性傾向估計(jì)、M-K突變檢驗(yàn)和累積距平等方法研究溫度的變化特征，分別對(duì)突變年份前后的溫度變化進(jìn)行分析，嘗試從臺(tái)站觀測(cè)資料的角度，研究長三角地區(qū)是否也存在變暖趨緩的現(xiàn)象，檢驗(yàn)突變發(fā)生的時(shí)間，分析其是否與全球變暖趨緩的起始年份1998年一致，并研究長三角不同區(qū)域?qū)θ蜃兣吘彽捻憫?yīng)。

2 資料與方法

2.1 資料 利用奉賢站1959—2015年的年平均氣溫以及中國氣象局國家氣象信息中心氣象資料室提供的753站1950—2012年逐日觀測(cè)資料，研究區(qū)域?yàn)殚L三角地區(qū)（118～122°E，28～33°N），選擇該區(qū)域的20個(gè)臺(tái)站，其臺(tái)站分布如圖1所示。年平均氣溫由臺(tái)站的逐日氣溫計(jì)算得到。

2.2 方法 本文主要采用的統(tǒng)計(jì)方法有滑動(dòng)平均、線性傾向估計(jì)、累積距平和M-K檢驗(yàn)等[14]。采用滑動(dòng)平均計(jì)算時(shí)間序列的平滑值來顯示變化趨勢(shì)。對(duì)樣本量為n的序列x，其滑動(dòng)平均序列表示為[xj=1ki=1kxi+j-1]，j=1，2，…，n-k+1，式中k為滑動(dòng)長度，研究中k取5。

3 奉賢站年平均溫度變化特征

圖2a給出奉賢站1959—2015年年平均溫度的時(shí)間序列，由圖2a可見，從1959年開始奉賢站的溫度先降低然后逐步升高。利用M-K檢測(cè)年平均溫度序列的突變，其結(jié)果見圖2b，由UF曲線可見，從1959年開始UF為負(fù)，其中1965—1985年下降的趨勢(shì)超過0.05顯著性水平，說明這段時(shí)間變冷是十分顯著的。對(duì)該時(shí)間段進(jìn)行線性傾向估計(jì)（圖2a），得到氣候傾向率為-0.084，表明該時(shí)間段內(nèi)溫度線性降低，處于偏冷期。根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，確定年平均溫度在1999年發(fā)生突變。對(duì)突變年前后進(jìn)行線性傾向估計(jì)，發(fā)現(xiàn)1986—1998年的氣候傾向率為0.524，表明1986年以后奉賢的溫度處于上升的趨勢(shì)。而1999—2015年氣候傾向率為0.034，僅為1981—1990年的6.5%，表明溫度變暖趨勢(shì)趨緩。圖2c給出了突變年份前后的累積距平序列（1959—1998年和1999—2015年溫度序列分別求累積距平）。由圖2c可見，1965—1985年溫度呈下降趨勢(shì)，1986年累積距平達(dá)到最大值-3.66。1986年后溫度逐漸升高，但1999年以后累積距平整體變化不大，一直在0℃上下波動(dòng)，表明奉賢溫度從1999年以后處于變暖停滯的狀態(tài)。

綜上所述，奉賢站的年平均氣溫從建站開始呈現(xiàn)了先下降后上升的趨勢(shì)，1959—1985年處于偏冷期，1986年以后溫度逐漸升高。與全球溫度變化一致，奉賢站的溫度也存在變暖趨緩的現(xiàn)象，具體在1999年突變，1999年后氣候傾向率明顯減小。

4 長三角區(qū)域年平均溫度變化特征

對(duì)長三角區(qū)域其他20個(gè)站的年平均溫度進(jìn)行M-K突變檢測(cè)，給出不同測(cè)站突變年份的分布圖（圖3）。由圖3可見，30.5°N以北的觀測(cè)站都在1999年以前發(fā)生突變，以南的觀測(cè)站在2000年以后發(fā)生突變，浙江沿海的3個(gè)海島站均在1997年發(fā)生突變。其中上海徐家匯站和浙江杭州站突變年份相對(duì)周邊地區(qū)都偏早，后文有具體討論?；谕蛔兡攴?，將長三角分為3個(gè)地區(qū)，30.5°N以北為沿江地區(qū)，30.5°N以南為內(nèi)陸地區(qū)以及沿海地區(qū)。

4.1 沿江地區(qū)溫度變化 圖4為沿江地區(qū)9個(gè)代表臺(tái)站年平均溫度在突變年份前后的累積距平序列。由圖4可見，這些臺(tái)站的累積距平變化與奉賢站相似。20世紀(jì)60年中期以前，累積距平成增長趨勢(shì)，表明溫度上升。20世紀(jì)60年代中期到80年代后期，累積距平下降，表明這段時(shí)期內(nèi)溫度下降，處于偏冷期，但所有臺(tái)站在20紀(jì)世70年代中期到80年代初期的幾年中，累積距平呈小幅度上升的趨勢(shì)，說明這段時(shí)間溫度升高，偏冷期中也存在溫度的波動(dòng)。20世紀(jì)80年代后期到突變年份前，溫度開始顯著上升。突變年后，累積距平整體變化不大，基本在±1℃間波動(dòng)。但滁縣在2005—2009年，溫度上升的幅度明顯大于其他臺(tái)站，2010—2012年，溫度則快速下降。綜上所述，沿江地區(qū)臺(tái)站的累計(jì)距平變化具有相似性，年平均溫度在20世紀(jì)60年代中期到80年代初期下降，隨后開始升高，溫度在1999年以前發(fā)生突變，突變年后，溫度上升趨勢(shì)趨緩，個(gè)別臺(tái)站還出現(xiàn)小幅度的降溫。

4.2 內(nèi)陸地區(qū)溫度變化 圖5為內(nèi)陸地區(qū)7個(gè)代表臺(tái)站年平均溫度在突變年份前后的累積距平序列。由圖可見，內(nèi)陸地區(qū)臺(tái)站的年平均溫度同樣先經(jīng)歷了先升溫后降溫再升溫然后升溫趨緩的過程。20世紀(jì)60年代中期以前，溫度升高。隨后到20世紀(jì)90年代初期，溫度下降，20世紀(jì)90年代以后溫度升高。內(nèi)陸地區(qū)溫度均在2000—2002年發(fā)生突變，比沿江臺(tái)站偏晚2～4年。突變年后，溫度變化較平穩(wěn)，累積距平基本在±1℃之間波動(dòng)，說明內(nèi)陸地區(qū)同樣存在變暖趨緩的現(xiàn)象。

4.3 沿海地區(qū)的溫度變化 圖6為浙江3個(gè)沿海臺(tái)站年平均溫度的累積距平序列。由圖6可見，沿海臺(tái)站的累積距平整體變化幅度小于沿江和內(nèi)陸的臺(tái)站，基本在±1℃之間變化，同樣在20世紀(jì)60年代中期以前，溫度升高。隨后到20世紀(jì)80年代末期，溫度下降，20世紀(jì)90年代以后溫度升高。3個(gè)臺(tái)站均在1997年發(fā)生突變，1997—2004年溫度變化不大，2005—2008年溫度升高，隨后溫度下降。

4.4 徐家匯站和杭州站的溫度變化 杭州站和徐家匯站的平均溫度分別于1997年和1995年發(fā)生突變（圖7）。2站的累積距平序列比較相似，1966—1977年，2站的溫度呈下降趨勢(shì)，1978—1979年經(jīng)歷了短暫的升溫后溫度繼續(xù)下降直到1990年，溫度開始快速上升。值得注意的是，突變年后，2站的溫度均先經(jīng)歷了明顯的下降隨后上升，杭州站1998—2002年溫度下降，隨后2003—2009年溫度上升而徐家匯站1995—2000年溫度下降，2001—2009年溫度上升。2010年以后，2站的溫度小幅度下降。2站并沒有呈現(xiàn)明顯的變暖停滯現(xiàn)象，突變年以后累積距平值相對(duì)周邊其他臺(tái)站變化較大，可能與2站所處地區(qū)的城市化效應(yīng)有關(guān)。徐家匯站一直位于市中心，探測(cè)環(huán)境極易受到城市下墊面因素的影響。

總的來說，與全球變暖趨緩一致的，長三角地區(qū)在1998年以后也出現(xiàn)了變暖停滯的現(xiàn)象。其中，沿江臺(tái)站均在1997—1999年發(fā)生突變，內(nèi)陸臺(tái)均在站在2000—2001年發(fā)生突變，沿海臺(tái)站均在1997年發(fā)生突變。突變年份后，溫度變化幅度比突變年份前減小。上海徐家匯站和浙江杭州站并未出現(xiàn)明顯的變暖趨緩的現(xiàn)象。

5 結(jié)論與討論

本文采用線性傾向估計(jì)、M-K突變檢驗(yàn)和累積距平等方法，研究了1959—2012年長三角地區(qū)21個(gè)臺(tái)站年平均溫度的變化特征，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)存在變暖停滯的現(xiàn)象，并檢驗(yàn)了不同臺(tái)站溫度突變的發(fā)生時(shí)間，具體結(jié)論如下：

（1）奉賢站自1959年開始，溫度先降低后逐步升高。1965—1985處于偏冷期。年平均溫度在1999年發(fā)生突變，突變年前1986—1998年的氣候傾向率為0.524，突變年后1999—2015年氣候傾向率為0.034，表明溫度變暖趨勢(shì)趨緩。1999年以后累積距平整體一直在0℃上下波動(dòng)，變化不大，表明奉賢站年平均溫度從1999年以后處于變暖停滯的狀態(tài)。

（2）沿江臺(tái)站年平均溫度均在1997—1999年發(fā)生突變，內(nèi)陸臺(tái)均在站在2000—2001年發(fā)生突變，比沿江臺(tái)站偏晚2～3年，沿海臺(tái)站均在1997年發(fā)生突變。受城市化效應(yīng)的影響，徐家匯和杭州站年平均溫度并未出現(xiàn)明顯的變暖趨緩的現(xiàn)象。

（3）盡管相對(duì)于突變之前溫度的迅速增暖，變暖的速度變緩，但從更長時(shí)間尺度來看，氣溫仍將繼續(xù)升高，且出現(xiàn)極端值的可能性也在增大。比如奉賢站2016年和2017年的年平均溫度都為17.3℃，達(dá)到了奉賢建站以來的最高值；2017年7月21日，徐家匯站的日最高氣溫達(dá)到40.9℃，打破了徐家匯站1873年以來的歷史記錄。研究變暖趨緩，有助于全面了解溫度的變化特征，為研究氣候變化提供了一定的參考信息。

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（責(zé)編：張宏民）