未來氣候變化背景下貴州省夏季旅游氣候資源的變化預(yù)估

張嬌艷 王玥彤 李揚(yáng) 牟佳 丁立國

(1 貴州省氣候中心,貴陽 550002； 2 貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽 550002；3 貴州省貴陽市氣象局,貴陽 550001)

引言

氣候變化是當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)話題，已觀測到的氣候變化對(duì)各行各業(yè)的影響研究眾多[1-6]。隨著全球氣候模式和區(qū)域模式的蓬勃發(fā)展，氣候變化影響預(yù)估工作也陸續(xù)開展。例如，王勝等[7]利用CMIP5(第5次耦合模式比較計(jì)劃)的5個(gè)模式和3種RCPs在全球1.5和2.0 ℃升溫下的預(yù)估結(jié)果，借助氣象干旱綜合指數(shù)(MCI)預(yù)估了未來氣象干旱時(shí)空演變特征。王勝等[8]利用全球氣候模式結(jié)果，基于植被凈初級(jí)生產(chǎn)力模型，估算了安徽省21世紀(jì)近期、中期和遠(yuǎn)期植被凈初級(jí)生產(chǎn)力及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)。秦鵬程等[9]利用CMIP5模式預(yù)估結(jié)果驅(qū)動(dòng)了SWAT水文模型，預(yù)估了21世紀(jì)氣候變化對(duì)長江上游年徑流量、季節(jié)分配以及極端徑流的影響。除了這些領(lǐng)域，與旅游相關(guān)的氣候變化評(píng)估或者預(yù)估工作也越來越受到學(xué)者和公眾的關(guān)注。席建超等[10]根據(jù)區(qū)域氣候模式RegCM2模擬的氣候情景，采用Lars Hein氣候-旅游模型，研究氣候增溫情景對(duì)我國南方五省區(qū)域旅游流的可能影響。杜家幸等[11]基于1981—2010年云南省騰沖縣基礎(chǔ)氣候的數(shù)據(jù)分析，建立了適用于騰沖縣的旅游適宜度指數(shù)。劉少軍等[12]選取溫度、濕度、日照、降水、風(fēng)速等相關(guān)的氣象要素，建立表征海南旅游氣候舒適度的旅游氣候指數(shù)計(jì)算模型，利用1981—2010年海南氣候數(shù)據(jù)和RCP4.5情景下的預(yù)估數(shù)據(jù)，分析1981—2010年、2011—2040年、2041—2070年海南旅游氣候指數(shù)的空間分布規(guī)律。周建琴等[13]使用1961—2015年觀測氣象資料和RegCM4區(qū)域氣候模式模擬的RCP4.5和RCP8.5情景下2016—2099年氣候預(yù)估資料，計(jì)算了云南逐日氣候舒適度指數(shù)，采用線性趨勢和通徑分析等方法分析了云南近55年氣候舒適度的時(shí)空演變特征和變化成因，最后對(duì)未來變化趨勢做出了預(yù)估。

貴州省優(yōu)越的中低緯度喀斯特高原地理和亞熱帶季風(fēng)氣候條件可謂集天地之靈為一體，避暑氣候資源更是中國獨(dú)一無二[14]。中國氣象學(xué)會(huì)授予的“中國避暑之都·貴陽”、“中國涼都·六盤水”、“中國花海洞天避暑福地·畢節(jié)”、“中國四季康養(yǎng)之都·黔西南”以及貴州省氣象學(xué)會(huì)授予平塘“云上大塘·避暑茶鄉(xiāng)”、花溪“一級(jí)氣候養(yǎng)生地”等一批氣候旅游品牌已經(jīng)成為貴州省旅游的金字招牌。與全國其他區(qū)域相比，這些貴州獨(dú)特的氣候資源優(yōu)勢，尤其是夏季避暑氣候優(yōu)勢在未來氣候變化的背景之下會(huì)更加突出還是逐漸縮小？值得一探究竟。

本文將結(jié)合向紅瓊等[14]對(duì)貴州省避暑優(yōu)勢的研究以及目前能收集到的貴州氣候預(yù)估數(shù)據(jù)，從平均氣溫、降水、風(fēng)速和輻射的角度，給出21世紀(jì)貴州省夏季與全國其他地區(qū)旅游氣候資源的時(shí)空對(duì)比，對(duì)未來氣候變化背景下貴州省夏季旅游氣候資源的變化做出客觀評(píng)價(jià)。

1 資料和方法

RegCM系列模式從第2代RegCM2至第4代RegCM4模式，在貴州省都取得了較好的應(yīng)用效果[15-17]，尤其是與全球氣候模式CMIP5進(jìn)行定性和定量的對(duì)比中，區(qū)域模式RegCM4在貴州省表現(xiàn)出突出的優(yōu)勢[18-20]。本研究RegCM4模式數(shù)據(jù)由國家氣候中心提供，為全球氣候模式(BCC_CSM1.1)驅(qū)動(dòng)區(qū)域氣候模式(RegCM4)獲得的1951—2005年歷史模擬和2006—2099年RCP8.5(高排放)和RCP4.5(中排放)情景下的逐日平均氣溫、降水量、10 m風(fēng)速和入射輻射通量，分辨率為0.5°×0.5°。其中入射輻射通量是地球地表所吸收的太陽輻射出射通量減去地面放出的長波輻射通量[21]，其大小決定地表可吸收的凈輻射的比例，影響著地表的能量和水分循環(huán)過程[22]，因此本研究中用入射輻射通量的變化來表征影響人體舒適的太陽輻射的變化是妥當(dāng)?shù)?，以下入射輻射通量簡稱輻射。

為了便于分析，將區(qū)域氣候模式RegCM4資料利用雙線性插值法插值至全國共753個(gè)站點(diǎn)(圖1)。按照國際通用做法，參照時(shí)段為1986—2005年，未來時(shí)段劃分為：2022—2047年、2048—2073年、2074—2099年，且這3個(gè)時(shí)期分別表示21世紀(jì)近期、中期和遠(yuǎn)期。

圖1 全國753個(gè)站點(diǎn)的空間分布(紅色區(qū)域?yàn)橘F州省)

xi(i=1,2,3,…,n)表示樣本量為的某一氣候要素，ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，要判斷其線性變化趨勢的程度是否顯著，最便捷的方法就是對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。對(duì)確定的顯著性水平α，由相關(guān)系數(shù)臨界值表查找rα，若|r|>rα，表明x隨時(shí)間t的變化趨勢是顯著的，否則表明變化趨勢是不顯著的[23]。

2 結(jié)果分析

2.1 時(shí)間序列的比較

從時(shí)間序列來看(圖2a)，在RCP8.5和RCP4.5排放情景下全國和貴州省夏季平均氣溫都表現(xiàn)為一致增暖的趨勢，且其趨勢線均已通過95%的信度檢驗(yàn)。具體地，RCP8.5(RCP4.5)情景下全國和貴州省夏季平均氣溫的增幅分別為0.44 ℃(0.16 ℃)/10a、0.39 ℃(0.12 ℃)/10a。顯然，未來在全球變暖的背景下貴州省夏季平均氣溫的增幅在兩種排放情景下均小于全國的增幅，因此未來貴州省夏季避暑旅游氣候資源優(yōu)勢與全國總體結(jié)果相比將更加突出。值得一提的是，2050年以前不同的RCP情景下增溫幅度差異較小，而2050年以后各RCP情景下的增溫幅度表現(xiàn)出明顯不同的變化趨勢，RCP4.5(低排放)情景下的增溫幅度低于RCP8.5(高排放)情景。因此為積極應(yīng)對(duì)氣候變化，科學(xué)抑制氣溫的陡然增加，應(yīng)該大力提倡環(huán)保減排，同時(shí)這也是維持并進(jìn)一步擴(kuò)大貴州省避暑旅游資源優(yōu)勢的有力措施。而其他氣候要素，比如夏季降水量(圖2b)，10 m風(fēng)速(圖2c)和輻射(圖2d)，2022—2099年在RCP8.5和RCP4.5情景下全國和貴州省基本上沒有表現(xiàn)出明顯的變化趨勢，但貴州省的變化曲線振幅總體比全國大，主要是因?yàn)槿珖w的站點(diǎn)多，各個(gè)區(qū)域的站點(diǎn)變化趨勢差異大，在整體求和后正負(fù)沖抵，變化曲線就表現(xiàn)得比較穩(wěn)定；而貴州省作為全國中的一個(gè)小區(qū)域，表現(xiàn)出明顯的地域特色，振幅大。其中僅在RCP8.5情景下全國的10 m風(fēng)速和輻射的線性變化趨勢線通過了95%的信度檢驗(yàn)，變幅分別為-0.01 m/s和0.76 w/ m2/10a。需要說明的是，在對(duì)降水量分析時(shí)，采用了相對(duì)偏差，單位為%。

圖2 2022—2099年夏季全國和貴州省不同排放情景下平均氣溫(a)、降水量(b)、10 m風(fēng)速(c)和輻射(d)相對(duì)于1986—2005年變化的演變曲線

由于未來在RCP8.5和RCP4.5情景下全國和貴州省的夏季平均氣溫變化趨勢顯著，因此有必要對(duì)其進(jìn)行空間分布變化和相關(guān)避暑城市比較的深度剖析(圖3和表1)。而科學(xué)研究證明[14]，紫外線雖然能促進(jìn)維生素D合成，抗佝僂病，具有殺菌作用，可提高機(jī)體免疫能力，但長期、多次暴曬容易引起皮膚病變，使白內(nèi)障概率增加，影響免疫系統(tǒng)。紫外線輻射對(duì)避暑旅游有重要影響,貴州省大部分地區(qū)雖然海拔高度較高，但由于陰天多、低云多，紫外線輻射相對(duì)衰減較強(qiáng)，都處于全國弱和最弱的區(qū)域。因此輻射較弱的優(yōu)勢也是貴州省避暑資源優(yōu)勢的一大體現(xiàn)，在未來氣候變化的情景下能否維持值得一探究竟，所以輻射未來的空間分布變化及其與相關(guān)避暑城市進(jìn)行比較也有必要深度開展(如圖4和表2)。

2.2 空間分布的比較

圖3給出了全國21世紀(jì)各階段不同排放情景下夏季平均氣溫相對(duì)于1986—2005年變化的空間分布。從地理分布來看，21世紀(jì)各階段不同RCP排放情景下全國各地區(qū)夏季平均氣溫相對(duì)于基準(zhǔn)期均表現(xiàn)為增加的特征，但增溫幅度具有一定的區(qū)域性特征，即總體上從東南向西北逐漸增大且北方地區(qū)增溫幅度大于南方地區(qū)。21世紀(jì)近期，RCP8.5情景下在內(nèi)蒙古大部分地區(qū)增溫1.5～2.0 ℃，中國西部地區(qū)、黃淮地區(qū)和東三省大部分地區(qū)相對(duì)于基準(zhǔn)期增溫1.0～1.5 ℃，其余地區(qū)增溫0.5～1.0 ℃；RCP4.5情景下新疆自治區(qū)西部、青藏高原西部、內(nèi)蒙古西部和東北地區(qū)北部增溫1.0～1.25 ℃，中國西部大部分地區(qū)增溫0.75～1.0 ℃，其余大部分地區(qū)增溫0.5～0.75 ℃。21世紀(jì)中期，RCP8.5情景下內(nèi)蒙古自治區(qū)中部地區(qū)3.0～3.5 ℃，新疆自治區(qū)、華北和東北大部分地區(qū)增溫2.5～3.0 ℃，華南和華東大部分地區(qū)增溫1.5～2.0 ℃，其余地區(qū)增溫2.0～2.5 ℃；RCP4.5情景下新疆自治區(qū)西部和東北北部增溫1.8～2.2 ℃，新疆自治區(qū)大部分地區(qū)、青藏高原西部、內(nèi)蒙古自治區(qū)和東北大部分地區(qū)增溫1.4～1.8 ℃，其余地區(qū)增溫1.0～1.4 ℃。21世紀(jì)遠(yuǎn)期，RCP8.5情景下新疆自治區(qū)和華北大部分地區(qū)、東北西部增溫4.0 ℃以上，青藏高原大部分地區(qū)、黃河流域和東北地區(qū)中部增溫3.5～4.0 ℃，東南和華南大部分地區(qū)增溫2.5～3.0 ℃，其余地區(qū)增溫3.0～3.5 ℃；RCP4.5情景下新疆自治區(qū)大部分地區(qū)和華北中西部地區(qū)增溫1.9～2.2 ℃，青藏高原大部分地區(qū)、華北東部和東北西北部增溫1.6～1.9 ℃，中國東南部地區(qū)增溫1.0～1.3 ℃，其余大部分地區(qū)增溫1.3～1.6 ℃。在中國，夏季避暑氣候資源條件較好的旅游城市主要分布在云貴高原的貴陽到昆明、麗江一線，東北沿松花江的哈爾濱到佳木斯一線，以及西部部分高原城市[14]，具體比較如表1所示。綜合來看，貴州省地處中國西南地區(qū)，21世紀(jì)不同階段在RCP8.5和RCP4.5排放情景下其夏季平均氣溫增幅低于北部和西部大部分區(qū)域、與云南省增溫幅度接近，因此從平均氣溫角度來看未來貴州省避暑旅游優(yōu)勢與云南省接近，而與全國其他夏季避暑氣候資源條件較好的區(qū)域相比將更加明顯。

表1 國內(nèi)主要避暑城市21世紀(jì)各階段不同排放情景下夏季平均氣溫相對(duì)于1986—2005年的變化

圖3 全國21世紀(jì)各階段不同排放情景下夏季平均氣溫相對(duì)于1986—2005年變化的空間分布

由圖4可見，全國21世紀(jì)各階段不同排放情景下夏季輻射相對(duì)于1986—2005年變化的空間分布表現(xiàn)出更復(fù)雜的區(qū)域性差異。21世紀(jì)近期，RCP8.5情景下新疆自治區(qū)、青藏高原西部、云南、華北、華南和華東大部分地區(qū)夏季輻射相對(duì)于基準(zhǔn)期以表現(xiàn)為減少的特征為主，其中長江三角洲和珠江三角洲附近地區(qū)減幅最大，幅度在4.0 W/m2以上。其余地區(qū)夏季輻射相對(duì)于基準(zhǔn)期呈增加態(tài)勢； RCP4.5情景下除川滇藏交界附近區(qū)域夏季輻射以增加特征為主，其余大部分地區(qū)夏季輻射減少，大值中心位于長江三角洲地區(qū)，幅度為8.0 W/m2以上。21世紀(jì)中期，RCP8.5情景下除青藏高原和新疆自治區(qū)大部分地區(qū)、中國東南部地區(qū)以及東北地區(qū)東部夏季輻射減少外，其余地區(qū)夏季輻射相對(duì)于基準(zhǔn)期呈增加態(tài)勢，其大值中心位于云南省大部地區(qū)和四川省南部地區(qū)，幅度在9.0 W/m2以上； RCP4.5情景下除中國東北部呈輻射增加態(tài)勢，其余大部地區(qū)輻射減少，大值中心位于華南地區(qū)，幅度為4.0 W/m2以上。21世紀(jì)遠(yuǎn)期，RCP8.5情景下除新疆自治區(qū)、青藏高原西部和東北地區(qū)夏季輻射呈減少態(tài)勢，其余大部分地區(qū)以增加為主，大值中心位于云南省和四川省大部分地區(qū)，幅度為15.0 W/m2以上；RCP4.5情景下新疆自治區(qū)、青藏高原西部、中國東北部和東南部夏季輻射相對(duì)于基準(zhǔn)期以減少為主要特征，其大值中心位于仍位于長江三角洲附近地區(qū)， 幅度在7.5 W/m2以上。同時(shí)，結(jié)合具體的國內(nèi)主要避暑城市21世紀(jì)各階段不同排放情景下夏季輻射相對(duì)于1986—2005年的變化來看(表2)，從輻射優(yōu)勢來說，中國東北部地區(qū)以減少為主的特征位居未來輻射優(yōu)勢的前列，而云貴高原的貴陽到昆明、麗江一線以及西部部分高原城市主要以夏季輻射增加的態(tài)勢為主，尤其是21世紀(jì)中遠(yuǎn)期RCP8.5(高排放)情景下云南省更是位于夏季輻射增加的大值中心。

圖4 全國21世紀(jì)各階段不同排放情景下夏季輻射相對(duì)于1986—2005年變化的空間分布

表2 國內(nèi)主要避暑城市21世紀(jì)各階段不同排放情景下夏季輻射相對(duì)于1986—2005年的變化

3 結(jié)論與討論

本文利用區(qū)域氣候模式(RegCM4)1951—2005年歷史模擬和2006—2099年RCP8.5(高排放)和RCP4.5(中排放)情景下的逐日平均氣溫、降水量、10 m風(fēng)速和入射輻射通量，給出21世紀(jì)貴州省夏季與全國其他地區(qū)的旅游氣候資源時(shí)空對(duì)比，對(duì)未來氣候變化背景下貴州省夏季旅游氣候資源的變化做出客觀評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：

(1)時(shí)間序列來看，未來在全球變暖的背景下貴州省夏季平均氣溫的增幅在兩種排放情景下均小于全國的增幅，因此未來貴州省夏季避暑旅游氣候資源優(yōu)勢與全國總體結(jié)果相比將更加突出，且2050年以后RCP4.5(低排放)情景下的增溫幅度低于RCP8.5(高排放)情景。而其他氣候要素(夏季降水量，10 m風(fēng)速和輻射)基本上沒有表現(xiàn)出明顯的變化趨勢。

(2)空間分布來看，貴州省地處中國西南地區(qū)，21世紀(jì)不同階段在RCP8.5和RCP4.5排放情景下其夏季平均氣溫增幅低于北部和西部大部分區(qū)域、與云南省增溫幅度接近，因此從平均氣溫角度來看未來貴州省避暑旅游優(yōu)勢與云南省接近，而與全國其他夏季避暑氣候資源條件較好的區(qū)域相比將更加明顯。但未來云南省主要以夏季輻射增加的態(tài)勢為主，尤其是21世紀(jì)中遠(yuǎn)期RCP8.5(高排放)情景下更是位于夏季輻射增加的大值中心。

因此綜合研判來看，未來夏季貴州省增溫幅度較小且降水量、10m風(fēng)速和輻射變化不大，將繼續(xù)維持良好的夏季避暑旅游氣候資源優(yōu)勢。同時(shí)大力提倡環(huán)保減排是維持并進(jìn)一步擴(kuò)大貴州省避暑旅游資源優(yōu)勢的有力措施。

目前第6階段耦合模式比較計(jì)劃CMIP6[24]正在緊張有序地進(jìn)行中，待其預(yù)估結(jié)果公布后，我們還將繼續(xù)開展更加深入和全面的相關(guān)研究。