廖玉芳，彭嘉棟，郭慶

(1．湖南省氣候中心，湖南 長沙410007;2．湖南省氣象科學(xué)研究所，湖南長沙410007)

湖南氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)

廖玉芳1，彭嘉棟1，郭慶2

(1．湖南省氣候中心，湖南 長沙410007;2．湖南省氣象科學(xué)研究所，湖南長沙410007)

利用湖南省96個臺站1960—2010年逐日氣象觀測資料，在進(jìn)行均一性檢驗(yàn)和訂正的基礎(chǔ)上對湖南省氣候變化事實(shí)進(jìn)行檢測分析。結(jié)果表明:湖南氣候與全球氣候變化一致，呈現(xiàn)以變暖為主要特征的變化，且變暖存在季節(jié)、地域上的差異，冬、春、秋氣溫變暖趨勢顯著，增暖幅度最大的區(qū)域在湘北地區(qū);對氣候變暖響應(yīng)敏感的要素主要是與平均氣溫、冬季氣溫相關(guān)密切的要素，如季平均氣溫、年平均最低氣溫、活動積溫等;湖南氣溫在突變時間上具有較好的時間邏輯關(guān)系;湖南降水量無顯著趨勢變化，但極端降水增加，地域性差異明顯，湖南東部地區(qū)降水量呈現(xiàn)明顯增加趨勢，日降水量大于等于100 mm的日數(shù)呈顯著增加趨勢;湖南日照時數(shù)、風(fēng)速、相對濕度均呈現(xiàn)顯著減少的變化趨勢。

湖南;氣候變化;響應(yīng)

在全球氣候變暖的背景下，不同地區(qū)對全球氣候變暖的響應(yīng)各不相同。近年來，很多學(xué)者對中國不同地區(qū)氣候變化對全球氣候變暖的響應(yīng)進(jìn)行了研究(汪高明等，2008;高潤祥等，2011)。湖南地處我國東西結(jié)合部，位于青藏高原南緣下游、長江中游南部，省內(nèi)南高北低三面環(huán)山，地理位置特殊。分析湖南特殊地理位置、地形特征條件下氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)，有助于印證氣候變化的共性和揭示氣候變化的個性特征，為經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料及方法

1.1 資料

氣候資料的可靠性和精確性是氣候變化研究的基礎(chǔ)，由于觀測儀器的更換或觀測臺站的變遷，會影響到觀測資料的均一性(李慶祥等，2003)。因此，采用二相回歸方法(Lund and Reeves，2002)、序列圖及臺站歷史沿革對湖南省96個地面氣象觀測站自建站至2010年逐月的平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均氣溫以及降水量資料序列進(jìn)行均一性檢驗(yàn)，并根據(jù)均一性檢驗(yàn)的結(jié)果，利用非均一點(diǎn)前后待檢序列與參考序列比值(差值)的平均值之比(之差)作為訂正系數(shù)，對非均一點(diǎn)之前的序列進(jìn)行訂正。

圖1 湖南省1960—2010年年平均氣溫線性傾向率(單位:℃/(10 a))分布(“○”表示經(jīng)均一化訂正的臺站) a.均一化訂正之前;b.均一化訂正之后Fig.1 Distribution of the linear tendency of annual mean temperature in Hunan Province from 1960 to 2010(units:℃ /(10 a))(“○”denots the stations which are bomogenized)a.before homogenized;b.after homogenized

圖1給出了湖南省1960—2010年年平均氣溫均一性訂正前后的氣溫線性傾向率分布。由圖可知，一些在均一性訂正之前線性傾向率顯著高于或低于周邊的臺站(圖中圓圈標(biāo)記處)，在均一性訂正之后線性傾向率基本與周圍臺站保持一致。均一性訂正之后的氣溫線性傾向率更能反映臺站所處地區(qū)真實(shí)的氣候變化。

1.2 方法

1.2.1 氣候變化檢測指標(biāo)

為了對湖南氣候變化特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，選取以下指標(biāo)作為湖南氣候變化檢測指標(biāo)。

1)年、季平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、平均年極端最高氣溫、平均年極端最低氣溫。

2)高溫日數(shù)、低溫日數(shù)、氣溫年較差、年平均氣溫日較差。

3)氣候?qū)W四季持續(xù)時間及起始時間。

4)穩(wěn)定通過0、5、8、10、11、15 和20 ℃的持續(xù)時間。

5)0、5、10、15 和20 ℃的活動積溫。

6)年、季降水量，日降水量大于等于0.1、1、10、25、50、100 mm 日數(shù)。

7)年日照時數(shù)、年平均風(fēng)速、年平均相對濕度。

1.2.2 氣候變化檢測方法

本文采用的氣候變化檢測方法有:線性趨勢分析、曼—肯德爾檢驗(yàn)及t檢驗(yàn)(魏風(fēng)英，1999)。文中資料時間段為1960—2010年;平均年極端最高氣溫、年極端最低氣溫為96站年極端最高、最低的平均;統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的最低信度為0.05。

2 湖南氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)

2.1 氣溫

2.1.1 線性趨勢分析

圖2給出了湖南省1960—2010年年平均氣溫變化趨勢。可以看出，氣溫變暖趨勢顯著(通過0.01信度顯著性檢驗(yàn))，增暖速率為0.15℃/(10 a)。增暖幅度最大的區(qū)域位于湘北地區(qū)，最大上升速率為0.33℃/(10 a)(洞庭湖區(qū)的華容縣);湘西邊沿地區(qū)為上升速率偏小的地區(qū)，最小上升速率為0.01℃/(10 a)(湘西南的新邵縣)。全省96個縣(市)有93個縣(市)年平均氣溫上升趨勢通過0.05信度顯著性檢驗(yàn)。

圖3為湖南省1960—2010年年平均氣溫線性傾向率及相關(guān)系數(shù)。各季節(jié)中，冬、春、秋3季平均氣溫呈顯著上升趨勢(分別通過0.05、0.01和0.05信度的顯著性檢驗(yàn))，上升速率分別為0.22、0.22和0.14℃/(10 a)。夏季平均氣溫變化趨勢不明顯(未通過顯著性檢驗(yàn))，但呈上升趨勢，上升速率為0.02℃/(10 a)(表1)。冬、春、秋3季平均氣溫上升速率分布特點(diǎn)與年平均氣溫基本一致(圖略)。

湖南省平均年極端最高氣溫變化趨勢不明顯(未通過顯著性檢驗(yàn))，但呈現(xiàn)為上升趨勢，上升速率為0.09℃/(10 a);平均年極端最低氣溫、年平均最高氣溫和年平均最低氣溫上升速率分別為0.44、0.14和0.19℃/(10 a)，通過0.01信度顯著性檢驗(yàn)(表1)。平均極端最高氣溫、平均極端最低氣溫、年平均最高氣溫和年平均最低氣溫上升最為顯著的區(qū)域均位于湘北地區(qū)(圖略)。

圖2 湖南省1960—2010年年平均氣溫線性趨勢Fig.2 The linear trend of annual mean temperature in Hunan province from 1960 to 2010

2.1.2 突變檢驗(yàn)

曼—肯德爾突變檢驗(yàn)結(jié)果表明，湖南省年平均氣溫增暖突變點(diǎn)為2002年，冬季平均氣溫增暖突變點(diǎn)為1997年、春季為2000年、夏季增暖突變點(diǎn)不明顯、秋季為2003年;平均年極端最高氣溫增暖突變點(diǎn)不明顯，平均年極端最低氣溫、年平均最高氣溫和年平均最低氣溫增暖突變點(diǎn)分別是1982、2003和1997年。t檢驗(yàn)結(jié)果表明，年、冬、春、秋3季平均氣溫序列突變點(diǎn)前后均值存在顯著性差異(通過0.01信度顯著性檢驗(yàn))，夏季平均氣溫序列突變點(diǎn)前后均值無明顯差異(未通過顯著性檢驗(yàn));平均年極端最低氣溫、年平均最高氣溫和年平均最低氣溫突變點(diǎn)前后均值均存在顯著性差異，通過0.01信度的顯著性檢驗(yàn)(表1)。

圖3 湖南省各縣(市)1960—2010年年平均氣溫線性傾向率及相關(guān)系數(shù)分布 a.線性傾向率(單位:℃/(10 a));b.相關(guān)系數(shù)Fig.3 Distribution of linear tendency and correlation coefficient of annual mean temperature in counties and cities of Hunan Province from 1960 to 2010 a.linear tendency(units:℃/(10 a));b.correlation coefficient

表1 湖南省氣溫檢測指標(biāo)線性傾向率、相關(guān)系數(shù)和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果、突變時間及突變點(diǎn)前后t檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Linear tendency，correlation coefficient and significance test result of temperature index in Hunan，time of abrupt change and t-test results before and after the change point

2.1.3 高、低溫日數(shù)及氣溫年、日較差

湖南省年高溫日數(shù)增加速率為0.3 d/(10 a)，未通過顯著性檢驗(yàn);年低溫日數(shù)呈顯著減少趨勢，減少速率為2.2 d/(10 a)，通過0.01信度顯著性檢驗(yàn)(表2)。

湖南省氣溫年較差呈下降趨勢，下降速率為0.25℃/(10 a)，但未通過顯著性檢驗(yàn);年平均氣溫日較差呈減小趨勢，減小速率為0.05℃/(10 a)，也未通過顯著性檢驗(yàn)(表2)。

表2 湖南省年高溫日數(shù)、低溫日數(shù)、氣溫年較差、年平均氣溫日較差的線性傾向率、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 Linear tendency，correlation coefficient and significance test results of annual high-temperature days，annual low-temperature days，annual temperature range and annual mean temperature diurnal range

2.1.4 氣候?qū)W四季持續(xù)時間及起始時間

湖南省春、夏、秋、冬持續(xù)時間變化趨勢均未通過顯著性檢驗(yàn)，但冬季持續(xù)時間呈減少趨勢(減少速率為1.4 d/(10 a))，春、秋季持續(xù)時間呈增多趨勢(增多速率分別為0.7和0.8 d/(10 a));夏季持續(xù)時間無變化(表3)。

春、夏、秋、冬起始時間均未通過顯著性檢驗(yàn)，但冬季起始時間呈推遲趨勢(推遲速率為0.5 d/(10 a))，春、夏、秋3季起始時間呈提前趨勢(提前速率分別為1.0、0.3和0.3 d/(10 a))(表3)。

表3 湖南各季節(jié)持續(xù)時間、起始時間的線性傾向率、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)Table 3 Linear tendency，correlation coefficient and significance test of the duration and starting time of each season in Hunan Province

2.1.5 農(nóng)業(yè)界限溫度及活動積溫

湖南省穩(wěn)定通過0、5、8、10、11、15 和 20 ℃的持續(xù)時間均呈增多趨勢，增多速率分別為2.3、2.4、1.5、1.5、1.7、3.1 和 1.2 d/(10 a)，但只有穩(wěn)定通過15℃持續(xù)時間的變化趨勢通過0.05信度顯著性檢驗(yàn)(表4)。

表4 湖南省穩(wěn)定通過各界限溫度持續(xù)時間的線性傾向率、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)Table 4 Linear tendency，correlation coefficient and significance test of the duration time of each stably accumulating critical temperature in Hunan Province

湖南省0、5、10、15和20℃的活動積溫呈增加趨勢，增加速率分別為 5.4、5.8、6.1、6.4 和 6.4℃/a，均通過0.01信度的顯著性檢驗(yàn)(表5)。

表5 湖南省各活動積溫線性傾向率、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)Table 5 Linear tendency，correlation coefficient and significance test of each active accumulated temperature in Hunan Province

2.2 降水

2.2.1 年、季降水量

湖南省1960—2010年年降水量變化呈現(xiàn)為增多趨勢，增多速率為12.5 mm/(10 a)，但未通過顯著性檢驗(yàn)(圖4)。省內(nèi)大部分地區(qū)降水量呈增多趨勢，增加速率最大的地區(qū)在湘東半部，湘西部分地區(qū)降水量呈減少趨勢，以湘西自治州一帶的遞減速率最大;全省只有湘東的2個縣(市)年降水量變化趨勢通過0.05信度顯著性檢驗(yàn)(圖5)。

由表6可見，各季節(jié)降水量變化趨勢均未通過顯著性檢驗(yàn)，但冬、夏季降水量呈增多趨勢(增加速率分別為8.5、19.1 mm/(10 a))，春、秋季降水量呈減少趨勢(減少速率分別為6.8、10.8 mm/(10 a))。

圖4 湖南省1960—2010年年降水量線性趨勢分析Fig.4 The linear trend of annual precipitation in Hunan Province from 1960 to 2010

表6 湖南省各季節(jié)降水量線性傾向率、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)Table 6 Linear tendency，correlation coefficient and significancetestofprecipitation in each season in Hunan Province

2.2.2 各等級降水日數(shù)

湖南省日降水量大于等于0.1、1 mm的日數(shù)呈減少趨勢，減少速率分別為1.68和1.01 d/(10 a);大于等于10、25、50、100 mm降水日數(shù)呈增多趨勢，增加速率分別為0.07、0.26、0.16和0.05 d/(10 a)。上述各等級降水日數(shù)中，只有日降水量大于等于100 mm的日數(shù)變化趨勢通過顯著性檢驗(yàn)(表7)

表7 湖南省日降水量大于等于0.1、1、10、25、50和100 mm日數(shù)線性傾向率、相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)Table 7 Linear tendency，correlation coefficient and significance test of the number of days with daily precipitation equal to or larger than 0.1，1，10，25，50 and 100 mm in Hunan Province

2.3 日照時數(shù)、風(fēng)速及相對濕度

湖南省年日照時數(shù)呈顯著減少趨勢，1960—

圖5 湖南省各縣(市)1960—2010年年降水量線性傾向率及相關(guān)系數(shù)分布 a.線性傾向率(單位:mm/(10 a));b.相關(guān)系數(shù)Fig.5 Distribution of linear tendency and correlation coefficient of annual precipitation in counties and cities of Hunan Province from 1960 to 2010 a.linear tendency(units:mm/(10 a));b.correlation coefficient

2010年減少速率為31.6 h/(10 a)(圖6)，通過0.01信度顯著性檢驗(yàn)。

圖6 湖南省1960—2010年年日照時數(shù)線性趨勢Fig.6 The linear trend of annual sunshine duration in Hunan Province from 1960 to 2010

圖7 湖南省1960—2010年年平均風(fēng)速線性趨勢Fig.7 The linear trend of annual mean wind speed in Hunan Province from 1960 to 2010

圖8 湖南省1960—2010年年平均相對濕度線性趨勢Fig.8 The linear trend of annual mean relative humidity in Hunan Province from 1960 to 2010

湖南省年平均風(fēng)速呈顯著下降趨勢，1960—2010年下降速率為0.15 m·s-1·(10 a)-1(圖7)，通過0.01信度顯著性檢驗(yàn)。

湖南省年平均相對濕度呈顯著下降趨勢，1960—2010年的下降速率為0.4/(10 a)(圖8)，通過0.05信度顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)論與討論

1)湖南氣候與全球氣候變化一致，呈現(xiàn)以變暖為主要特征的變化;降水變化趨勢不明顯，但極端降水增多。

2)湖南氣溫變暖存在季節(jié)、地域上的差異，冬、春、秋氣溫變暖趨勢顯著，增暖幅度最大的區(qū)域在湘北地區(qū)。對氣候變暖響應(yīng)敏感的要素有年平均氣溫，冬、春、秋季平均氣溫，年平均最高氣溫，年平均最低氣溫，年平均極端最低氣溫，低溫日數(shù)，穩(wěn)定通過15 ℃持續(xù)時間，0、5、10、15和20 ℃活動積溫;夏季氣溫、平均年極端最高氣溫、高溫日數(shù)、氣溫日較差及年較差、季節(jié)持續(xù)時間和開始時間、農(nóng)業(yè)各界限溫度等要素未呈現(xiàn)出顯著的趨勢變化。

3)通過氣溫突變檢驗(yàn)得出，湖南氣溫在突變時間上具有較好的時間邏輯關(guān)系。冬季氣溫突變時間最早，其后是春季和秋季，年平均氣溫突變時間介于春、秋季氣溫突變時間之間;年平均最高氣溫突變時間與秋季氣溫突變時間相同、年平均最低氣溫突變時間與冬季氣溫突變時間相同;平均年極端最低氣溫突變時間早于年平均最低氣溫時間。

4)湖南降水量無顯著趨勢變化，但極端降水增加，地域性差異明顯。湖南東部地區(qū)降水量呈現(xiàn)明顯增加趨勢;日降水量大于等于100 mm日數(shù)呈顯著增加趨勢。

根據(jù)現(xiàn)有資料分析表明，湖南日照時數(shù)、風(fēng)速、相對濕度均呈現(xiàn)顯著的趨勢變化，但年平均相對濕度在2006年前后出現(xiàn)劇烈下降現(xiàn)象，其原因有待作進(jìn)一步的研究。需要說明的是:鑒于日照、風(fēng)、濕度的均一性檢驗(yàn)訂正目前還處在探索階段，特別是風(fēng)、濕度因儀器設(shè)備同批次更換和人工觀測改自動觀測，參考序列建立難度大，因此本文風(fēng)、濕度資料未做均一性檢驗(yàn)訂正處理，日照則只根據(jù)臺站歷史沿革數(shù)據(jù)做簡單處理，關(guān)于日照、風(fēng)、濕度均一序列的構(gòu)建將作為下一步的研究內(nèi)容。

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(責(zé)任編輯:劉菲)

Response of Hunan climate to global climate change

LIAO Yu-fang1，PENG Jia-dong1，GUO Qing2
(1.Hunan Climate Center，Changsha 410007，China;2.Hunan Meteorological Research Institute，Changsha 410007，China)

After the homogeneity test and correction，the meteorological data from 96 observation stations in Hunan province during 1960—2010 were used to analyze the climate change facts there.The results showed that getting warm was the main characteristic in climate change in Hunan，which was consistent with the global trend.The warming tendency in Hunan also presented seasonal and regional differences:the linear warming trend was significant in winter，spring and autumn and the most significant warming region appeared in northern areas;the factors sensitive to warming were closely related to temperature such as seasonal mean temperature，annual mean minimal temperature and active accumulated temperature.The abrupt change times of temperature presented a good logical relation;the linear trend of precipitation in Hunan was not significant but it presented regional differences and the extreme preicipitation events was increasing.There was an increasing trend in precipitation in eastern areas of Hunan and the annual days with daily precipitation of more than 100 mm were increasing significantly.The annual sunshine hours，annual mean wind speed and annual mean relative humidity in Hunan presented a significantly decresing trend in recent 61 years.

Hunan;climate change;response

P46

A

1674-7097(2014)01-0075-07

廖玉芳，彭嘉棟，郭慶.2014.湖南氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)［J］.大氣科學(xué)學(xué)報，37(1):75-81.

Liao Yu-fang，Peng Jia-dong，Guo Qing.2014.Response of Hunan climate to global climate change［J］.Trans Atmos Sci，37(1):75-81.(in Chinese)

0 引言

近百年來全球氣候正在經(jīng)歷著以全球變暖為主要特征的顯著變化。IPCC第四次評估報告中指出，最近100 a(1906—2005年)全球平均地表溫度上升了0.74℃，比2001年第三次評估報告給出的100 a(1901—2000年)上升0.6℃有所提高。自1850年以來，最暖的12個年份中有11個出現(xiàn)在1995—2006年(除1996年)，過去50 a升溫率幾乎是過去100 a的2倍(秦大河等，2007;IPCC，2007)。近100 a中國氣候變化的主要特征與全球氣候變化的趨勢一致:增暖幅度為0.5～0.8℃，與全球同期增溫基本持平;近50 a中國平均氣溫升高以北方為主，升溫速率遠(yuǎn)大于北半球平均的升溫速率(任國玉等，2005;丁一匯等，2007;唐國利等，2009)。

2011-09-17;改回日期:2012-03-05

中國氣象局氣候變化專項(xiàng)(200920);湖南省氣象局重點(diǎn)科研項(xiàng)目(200801)

廖玉芳，正研級高工，研究方向?yàn)闅夂蚝蜌夂蜃兓琹yf_13975681873@163.com.