1981~2014年湖南汝城县气候变化特征分析——气候变化研究快报

ClimatChangRsarchLttrs气候变化研究快报,2016,5(1),1523PublishdOnlinJanuary2016inHanshttp:wwwhanspuborgjournalccrlhttp:dxdoiorg1012677ccrl201651003文章引用:肖文益,方韵,王晋宁19812014年湖南汝城县气候变化特征[J]气候变化研究快报,2016,5(1):1523http:dxdoiorg1012677ccrl201651003AnalysisofthCharactristicsofClimatChanginRuchngduring1981to2014WnyiXiao1,YunFang2,JinningWang31RuchngMtorologicalBurau,RuchngHunan2CollgofAtmosphricScincs,ChngduUnirsityofInformationTchnology,PlatauAtmosphrandEnironmntKyLaboratoryofSichuanProinc,ChngduSichuan396313TroopsofPLA,ShaoyangHunanRcid:Jan3rd,2016;accptd:Jan20th,2016;publishd:Jan27th,2016Copyright©2016byauthorsandHansPublishrsIncThisworkislicnsdundrthCratiCommonsAttributionIntrnationalLicns(CCBY)http:craticommonsorglicnssby40AbstractBasdonthdailytmpraturdataat10stationsinChnzhouandthdailyprcipitationdataofRuchngduringthpriodfrom1981to2014,thclimaticcharactristicsofRuchngwrstudidbyapplyingthmoingarag,MannKndallandMorltwaltanalysismthodsThrsultsshowthat:1)Thannualaragtmpraturisthroughaprocssofdcrasingfirstandthnincrasing,risingabruptlyin1996andthtmpraturhasboth4and11yarsquasipriodicariations2)Withthlongstclimaticcomfortablpriod,thclimatofRuchngisfairlymildinwintrandrathrcoolinsummrTharagtmpraturis249˚Cinsummrand77˚Cinwintr3)ThlinartrndofprcipitationinRuchngisnotsignificant,butthrisa2to5yaroscillationwhichisdiiddintoonpluialpriodandtwodrypriods4)ThpakofprcipitationofRuchnghappnsinspringandsummr;thanomalousprcipitationntsarconcntratdinth21thcnturyKywordsRuchng,ClimaticChangCharactristics,Tmpratur,Prcipitation19812014年湖南汝城县气候变化特征分析肖文益1，方韵2，王晋宁31湖南省郴州市汝城县气象局，湖南汝城县2成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室，四川成都肖文益等163中国人民解放军96313部队，湖南邵阳收稿日期：2016年1月3日；录用日期：2016年1月20日；发布日期：2016年1月27日摘要利用19812014年郴州市10个气象站的逐日气温实测资料以及汝城站逐日降水资料，采用滑动平均、MannKndall与Morlt小波分析等统计诊断方法对汝城县34年的气候特征进行分析结果明，1)汝城县的年均气温总体上经历了从降温到增温的过程，气温突增是从1996年开始的，年均气温呈现4年及11年的准周期变化特征2)汝城气候冬暖夏凉，为湖南省气候舒适期最长的城市，夏季平均气温为249℃，冬季平均气温为77℃3)汝城县年降水量线性趋势不明显，以25a的年际周期为主，可分为一个多雨期和两个少雨期4)汝城县降水主要集中在春季和夏季，异常降水主要出现在21世纪关键词汝城县，气候特征，气温，降水1引言全球气候变暖已成为全世界热议的话20世纪80年代以来全球气温显著上升，全球地表温度升高了074℃±018℃[1]过去50年的增温几乎是过去100年的两倍[2]近百年来我国气温上升了0508℃，比同期全球的增温幅度略高[3]在全球气候变暖的背景下，中国东部季风区降水变化显著，长江中下游及东南沿海一带降水明显偏多，而东北、西南及华东北部等地降水明显减少[4][8]湖南省区域气候也发生了显著的变化，旱涝灾害、高温等极端事件频繁出现[9]汝城县(图1)地处南岭山脉北麓，位于湖南省东南部，与广东、江西两省接壤，有“毗连三省，水注Figur1ThgographicallocationofRuchng图1汝城县地理位置图示肖文益等17三江”(湘江、珠江、赣江)之美称，其气候的垂直变化和地域差异比较明显，属亚热带季风湿润气候区汝城县四季分明，温暖湿润，雨量充沛，春暖多变，夏无酷热，冬少严寒，无霜期长近年来，汝城县的气候变化特点是气温不断升高，暖冬频繁出现，21世纪后极端降水显著增多因此对汝城县的各项因子进行分析和研究十分必要，本文对近34年汝城地区气候变化进行分析，探讨其气候变化规律及特征，为短期气候预测研究提供重要依据，同时对本地农林业的发展有重要意义2资料与方法本文使用的资料为19812014年湖南省郴州市各市县地面气象台站的逐日气温实测资料以及汝城县地面气象台站逐日降水资料文中将逐日资料进行了气候分析，其中季节划分为：春季(35月)、夏季(68月)、秋季(911月)、冬季(12月次年2月)分析气象要素时选用5年滑动平均及线性倾向估计等分析气候趋势，运用离差系数及降水距平百分率表示气温或降水变化的稳定度，采用Morlt小波分析降水量、气温在不同时段上的震荡周期，MannKndall方法分析气候变化的趋势及突变特征3气温的变化特征31年均气温变化趋势特征图2为汝城县19812014年的年均气温变化曲线，表明汝城县34年来气温呈上升的趋势，线性估计其气温变化率为0305℃10a34年的年均气温总体幅度不大，但仍表现出明显的年际及年代际特征，影响着当地的林业生产和人们的生活条件90年代以前(除1987年)的年均气温都低于多年均值，表现出较冷的特征19811989年气温呈上升趋势，19901995年有明显的下降趋势，1996年后气温则呈稳定上升趋势冷年多出现在80年代，最冷年出现在1984年，年均气温为157℃暖年多出现在90年代后期及2000年以后，最暖年为1998年，年均气温177℃，高于多年平均温度09℃图3利用Morlt小波对汝城县年均气温进行了分析，由小波实部图(图3左)可知，年均气温呈明显的多尺度气候特征，主要存在35a和912a的周期震荡，这与小波方差图(图3右)中的峰值周期相一致，尤其4a左右周期最为显著，其次为11a左右的周期在年际变化上，34a的周期在80年代前期明显，并逐步向45a的周期转变，19842004年45a周期十分明显，2004年后周期震荡开始减弱，2010年以后46a的周期显著年代际尺度周期以912a的周期为主，2007年后周期不明显可见汝城县的气温变化表现为显著的年际尺度和年代际尺度的变化特征32平均气温的突变特征图4给出了年均气温的MK突变检验图UF曲线的变化趋势一定程度上反映了汝城县在34年的时间尺度上经历了降温到增温的变化过程，80年代中期有一明显的降温过程，而后气温开始上升，目前仍处于增温的趋势UB与UF线交于1996年并处于005信度区间，并且与图3中1997年左右的小波实部图不论是年际尺度还是年代际尺度上都由负位相转变为正位相相对应，说明汝城县的年均气温存在增暖的突变现象，气温突增是从1996年开始的1999年以后这种增暖趋势均超过了显著水平005临界线，甚至超过0001的显著性水平(U0001=256)，表明汝城县增温趋势非常显著，并且由小波系数正值范围预测此增暖趋势会持续10年以上33平均气温的季节变化特征近几十年来，我国的年平均气温以004℃10a的倾向率上升，而汝城县年平均气温以0305℃10a的趋势增加(表1)，明显高于全国平均水平四季都有明显的增温趋势，其中春季和冬季增温更为显著，肖文益等18Figur2Intrannualariationofaragtmpraturinthlatst34yarsinRuchng图2近34年汝城县年均气温的年际变化Figur3Contourofralpartofwalt(lft)andariancofwalt(right)ofaragtmpraturinRuchngduring1981to2014图319812014年汝城县年均气温的小波分析图(左：小波实部右：小波方差)Figur4MKchckcurchartofaragtmpraturinRuchng(UF,UBforplusandcontrarysquncstatistics,A,Bformarginalaluatth005significancll)图4汝城县年均气温的MK突变检验曲线图(UF、UB为正、逆序列统计量，A、B为显著水平α=005的临界值)肖文益等19气温倾向率达0384℃10a和0577℃10a，夏季与秋季气温倾向率低于年平均气温倾向率，增温较小冬季的离差系数最大，春季次之，夏季最小即冬季温度增幅较大，而夏季气温比较稳定说明近34a气温上升的主要原因主要是冬季气温增温幅度较大，其次为春季增温的贡献表2对湖南省郴州各市县各季气温进行对比分析整个郴州地区气候温暖适宜，四季分明，年平均温度为16℃185℃(除桂东县)，与全省平均气温一致，春秋季各站温度相差不大，秋季比春季气温略高湖南省夏季平均气温为26℃29℃，郴州地区仅桂东(236℃)和汝城(249℃)夏季气温低于26℃桂东县尽管夏季温度不高，但其年平均温度158℃，为全省年平均温度最低区，其四季温度普遍偏低，而汝城县冬季平均气温位于全市第五(排名前四的县市夏季平均气温均在268℃以上)，为77℃，说明汝城县气候冬暖夏凉，适宜人类居住汝城县气候舒适期为196d，比长沙市长63d，比株洲市长53d，比避暑胜地南岳衡山长41d，是目前湖南省气候舒适期最长的县城[10]，这与汝城县独特的地形密切相关4降水的变化特征41年降水的变化趋势特征由图5可见，汝城县年降水量的线性变化趋势不明显，其气候倾向率为18mm10a，但相邻年份间降水量差异较大，其中2002与2003年间相差11462mm，为差异最大值年降水量均在1000mm以上，具有很大的年际变化差异，34年间极大值出现在2002年，降水量为22481mm；极小值为1989年，降水量仅为10599mm，极差为11882mm年降水量在34年的尺度上经历了减少–增加–减少–增加的变化过程Tabl1StatisticsoftmpraturinachsasoninRuchngduring1981to2014表119812014年汝城县各季气温统计值春季夏季秋季冬季年平均平均值1682491877168离差系数007002006022002气温倾向率03840091017305770305Tabl2StatisticsoftmpraturinachsasonofariousrgionsinChnzhouduring1981to2014表219812014年郴州市各县市各季气温统计值春季夏季秋季冬季年平均安仁县17628119071180永兴县17627618874179桂东县1623616670158桂阳县17227118670175嘉禾县18127719379183宜章县18127420085185临武县17926819181180资兴县16326317965167汝城县16824918077168郴州市18228219378184肖文益等20降水距平百分率反映了某一时段降水与同期平均状态的偏离程度根据降水等级，−25%<距平百分率<25%为正常降水范围略偏多(少)，25%<距平百分率<50%及−50%<距平百分率<−25%为降水量偏多(少)汝城县降水量距平百分率图(图6)明显指出汝城县年降水量有明显的阶段性变化，90年代主要表现为降水正距平，80年代中后期以及21世纪以后主要为降水负距平根据降水波动情况，大致可以分为两个多雨期和一个少雨期19811991年为第一个少雨期，正距平(多雨)年占27%，负距平(少雨)年占73%，其中1981年降水距平百分率为32%，降水明显偏多；1989年降水距平百分率−31%，降水明显偏少，为34年来降水最少年；从降水距平分布看，这一时期的年降水量呈显著下降趋势19922002年为多雨期，2002年达到峰值多雨年占82%，少雨年占18%，其中1981年与2002年为降水明显偏多Figur5Intrannualariationofannualprcipitationinthlatst34yarsinRuchng图5近34年汝城县年降水量的年际变化Figur6Prcntagofanomalyofannualprcipitationinthlatst34yarsinRuchng(unit:%)图6近34年汝城县年降水量距平百分率(单位：%)肖文益等21年，其降水距平百分率分别为25%和47%20032014年为第二个少雨期，多雨年占83%，少雨年占17%，其中2003年降水显著偏少，除2006年和2012年，其他年份均降水偏少年降水量的Morlt小波实部图(图7左)清楚地看出年降水量从80年代至今存在显著的5年准周期变化特征，这与小波方差图(图7右)中5年的方差峰值相对应，其次2年左右的周期也比较明显，可见年降水显示出显著的年际尺度特征，而年代际尺度震荡不明显，说明汝城县降水变化频率高，一般在25a就会发生一次显著的变化42降水的季节变化特征为了进一步分析汝城县年降水量变化的季节贡献，表3列出了不同年代各季节的降水情况34年平均降水量可以看出汝城县的降水主要是春季和夏季的贡献，秋冬两季降水偏少潮湿多雨的春季在80年代表现的尤为明显，降水量达2006mm，90年代以后春季降雨逐渐减少夏季降水在80年代偏少，少于同年春季降水以及多年平均水平，90年代夏季降水显著增加，达2069mm，21世纪以后降水量又有小幅度的减少，总体来说夏季雨水充沛，占全年降水量的40%左右秋冬两季年均降水量为733mm和706mm，总共仅占全年降水量的30%秋季降水从80年代至今经历了减少–增加的变化，但变化幅度较小冬季降水呈现相反的趋势，降水量经历了增加–减少的小幅度变化以上分析表明汝城县气候温暖湿润，降水充沛，降水主要集中在春季和夏季，约占全年降水的70%，充分利用降水规律对汝城县的林业发展有重要作用我们将降水距平值超过1倍标准差的年份定义为异常降水偏多年，降水距平值低于1倍标准差的年份定义为异常降水偏少年[11]，汝城县各月的多年降水极值均达到异常降水的标准，因此文中取各月的降水极值来反映汝城县降水异常的情况表4显示了汝城县各月的降水情况以及降水极值的年份80年代的异常降水主要出现在初期和后期80年代初期降水异常偏多的年份较多，1983年为2月和5月降水最多的年份，1981年则为4月降水最多的年份；80年代后期多出现降水异常偏少的情况，1987年为6月和12月降水最少的年份，1989年为1月降水最多、3月降水最少的年份1992年、1994年、1996年和1999年分别为3、12、11、2月降水极值的年份，说明90年代秋末和初春异常降水事件较多21世纪后Figur7Contourofralpartofwalt(lft)andariancofwalt(right)ofannualprcipitationinRuchngduring1981to2014图719812014年汝城县年降水的小波分析图(左：小波实部，右：小波方差)肖文益等22Tabl3StatisticsofprcipitationinachsasonindiffrnttiminRuchng(unit:mm)表3汝城县不同年代各季降水量统计值(单位：mm)春季夏季秋季冬季80年代2006148776568390年代1753206967180620002014159219678263734年平均1773188733706Tabl4StatisticsofprcipitationinachmonthinRuchngduring1981to2014(unit:mm)表4汝城县19812014年各月降水量统计值(单位：mm)1月2月3月4月5月6月平均70110331531183519522200最多170124683693510528634559最多年份1989年1983年1992年1981年1983年2008年最少59536044161086817最少年份2014年1999年1989年2011年2007年1987年7月8月9月10月11月12月平均171017301050635514385最多520956492888432618581567最多年份2006年1996年2010年2002年2006年1994年最少127495113001417最少年份2003年2011年2009年2004年1996年1987年异常降水情况显著增加，尤其2004年10月降水量为0mm，2003、2009、2014年分别在7、9、1月仅有127mm、113mm和59mm的降雨量，降水异常偏少，2011年则为4月和8月降水最少的年份；降水异常偏多年份也较多，2006年为7月和11月降水最多年份，其降水量分别比多年均值高350mm和1314mm，此外2002、2008、2010年分别为10月、6月和9月降水最多的年份21世纪多年出现异常降水可能与全球变暖、天气气候异常等密切相关5结论本文利用逐日气温和降水的实测资料和统计方法分析了汝城县19812014年的气候变化特征，得到以下结论：1)汝城县34年来气温呈上升的趋势，线性估计其气温变化率为0305℃10a冷年多出现在80年代，暖年多出现在90年代后期及2000年以后年均气温经历了从降温到增温的过程，气温突增是从1996年开始的，并且呈现出4年及11年的准周期变化特征2)汝城县气温的上升主要是冬季增温的贡献汝城气候冬暖夏凉，夏季平均气温为249℃，冬季平均气温为77℃，为湖南省气候舒适期最长的城市3)汝城县年降水量的线性变化趋势不明显，但相邻年份间降水量差异较大，以25a的年际周期为主，可分为一个多雨期和两个少雨期19811991年为第一个少雨期，19922002年为多雨期，20032014年为第二个少雨期肖文益等234)汝城县降水主要集中在春季和夏季，占全年降水的70%80年代的异常降水主要出现在初期和后期；90年代秋末和初春异常降水事件较多；21世纪异常降水事件显著增加，多年出现降水异常的情况参考文献(Rfrncs)[1]IPCC(2007)SummaryforPolicymakrsofClimatChang2007:ThPhysicalScincBasisContributionofWorkingGroupItothFourthAssssmntRportofthIntrgornmntalPanlonClimatChangCambridgUnirsityPrss,Cambridg[2]秦大河,陈振林,罗勇,等气候变化科学的最新认知[J]气候变化研究进展,2007,3(2):6373[3]丁一汇,任国玉,赵宋慈,等中国气候变化检测及预估[J]沙漠与绿洲气象,2007,1(1):110[4]王遵娅,周兵,王艳姣,等2013年春季我国气候异常特征及其可能原因[J]气象,2013,39(10):13741378[5]左洪超,吕世华,胡隐樵中国近50年气温及降水量的变化趋势分析[J]高原气象,2004,23(2):238244[6]杨德江,马宁,熊明明天津春季气候特征及2013年春季影响因子分析[J]气象与环境科学,2014,37(4):6670[7]李春,孙照渤,陈海山,等华北夏季降水的年代际变化及其与东亚地区大气环流的关系[J]南京气象学院学报,2002,25(4):455462[8]马振锋,彭俊,高文良,等近40a西南地区的气候变化事实[J]高原气象,2006,25(4):633642[9]汪扩军,陆魁东,帅细强,等湖南农业气候变化特征及其对农业生产布局的影响[C]全球变化科学大会北京:全球变化科学大会学术研讨会,2006[10]吴章文,吴楚材,谭益民,等人类宜居的汝城中部盆地气候舒适度研究[J]中国城市林业,2009,7(6):5557[11]张自银,龚道溢,郭栋,等我国南方冬季异常低温和异常降水事件分析[J]地理学报,2008,63(9):899912 AnalysisofthCharactristicsofClimatChanginRuchngduring1981to2014 Abstract Kywords 19812014年湖南汝城县气候变化特征分析 摘要 关键词 1引言 2资料与方法 3气温的变化特征 31年均气温变化趋势特征 32平均气温的突变特征 33平均气温的季节变化特征 4降水的变化特征 41年降水的变化趋势特征 42降水的季节变化特征 5结论 参考文献(Rfrncs)