作者简介:马 明(1985—),男,工程师,本科,从事水土保持设计咨询工作,E-mail:270423051@qq.com。
采用气候倾向率法和Mann-Kendall检验法,对浙江瑞安1970—2014年气温和降水数据的趋势性和突变性进行研究。结果表明,近45 a浙江瑞安的气温变暖趋势显著,其10 a气候倾向率达0.32 ℃,但不存在气温突变点;近45 a降水虽略有增加,但上升趋势不显著,其10 a气候倾向率为27.64 mm,年际降水量波动剧烈,共存在5个降水突变点。
在全球变暖的背景下, 各种气候异常现象(洪水、干旱、强降雨、热浪等), 直接或间接地导致人类社会产生巨大损失。政府间气候变化专门委员会(IPCC)公布的第五次评估报告指出, 1880— 2012年全球海陆表面平均升温0.85 ℃, 呈线性上升趋势; 1983— 2012年的这30 a极有可能是近800~1 400 a最热的时期[1, 2]。近年来, 对气候变化的研究得到广泛关注和重视[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]。不同地区由于各自环境状况的特殊性, 其气候变化情况对全球气候变化的响应也不尽相同, 即气候变化存在区域性。瑞安(120° 10'~121° 15' E, 27° 40'~28° 0' N)地处中国黄金海岸线中段, 是泛长江三角洲和珠江三角洲的连接地带。目前, 关于该地区近几十年气候变化特征的系统研究还很少见, 气温和降水又是最主要的气候因子。因此, 系统全面分析近45 a来瑞安地区气温和降水的变化特征有着重要意义。本文以1970— 2014年瑞安地区的日平均气温和降水量为基础, 通过气候倾向率和Mann-Kendall(M-K)检验法, 对瑞安近45 a来气温和降水的趋势性和突变性进行了深入研究, 进一步丰富了该地区的气候变化研究成果, 为该地区适应气候变化、采取科学合理的应对措施提供了理论支撑。
数据资料来源于国家气象中心提供的瑞安地区1970年1月1日至2014年12月31日的逐日24 h降水量和平均气温。
1.2.1 气候倾向率法
式中, yn为某气象要素的时间序列, t为时间, 单位a。通常情况下, 一次直线方程或二次曲线方程就能满足气温和降水的气候趋势。本文采用一次直线方程来表示, 即转变为y(t)=a0+a1t, 则
1.2.2 Mann-Kendall检验法
Mann-Kendall检验法[12, 13]最初是由H.B.Mann和M.G.Kendall两位学者提出, 所以将其命名为Mann-Kendall检验法。但该方法在当时仅用于数据序列变化趋势的检测, 目前的模型是经过其他学者不断完善和改进才形成的。M-K检验法属于非参数检验法, 即样本数据不需要遵从一定的分布形式, 而且不会受少于极端或异常值影响, 同时还具有检验范围宽、计算较简便和定量化程度高等优点。鉴于M-K检验法的良好应用效果, 已被世界气象组织(WMO)推荐用于检测气温、降水和径流等数据的变化趋势和突变情况, 使用十分广泛。M-K法设时间序列为y1, y2, …, yn; mi表示第ij个样本yi大于yj的累计数(1≤ j≤ i), 定义统计量:
dk=
则dk的均值和方差分别为
进一步将dk标准化, 可得UFk=
当UFk> 0, 则意味着序列随着时间推移呈上升趋势; UFk< 0, 则表明序列呈下降趋势, 且UFk服从标准分布, 即给定一个显著性水平α , 便可知该序列的变化趋势。例如当α =0.05(Uα =1.96)时, 若
2.1.1 气温
浙江瑞安1970— 2014年年平均气温变化如图1所示。该45 a间的平均气温为18.34 ℃, 其中气温最高年份为1998年(19.51 ℃), 最低为1976年(17.31 ℃), 两者之间相差2.20 ℃。结合表1可知, 整个45 a间的10 a气候倾向率为0.320 ℃, 表明瑞安地区近45 a气温呈现不断变暖的趋势, 从70年代的17.89 ℃升至20世纪的18.85 ℃, 前后相差将近1 ℃。20世纪70年代, 瑞安地区10 a年平均气温的气候倾向率为0.503 ℃, 表明这段时间气温增速高于整体增速, 年平均气温从1970年的17.74 ℃升至1979年的18.34 ℃; 整个80年代气温增长不明显(10 a气候倾向率为0.171 ℃), 呈小幅度波动上涨状态; 且1980— 1989年的平均气温较低(17.85 ℃), 较近40 a的平均气温低0.49 ℃; 1990— 1999年10 a的气候倾向率达到0.956 ℃, 是近45 a内气温上升最快的时期, 且该时间段气温波动也很大, 气温最高年份(1998年)比最低年份(1995年)高1.55 ℃; 2000— 2014年的10 a气候倾向率为-0.171 ℃, 表示该时间段气温表现为下降的状态, 主要原因可能是2010— 2012的相对低温状态, 气温波动也比较明显, 但这15 a的平均气温达18.85 ℃, 较45 a整体平均气温还高0.51 ℃。
2.1.2 降水
由浙江瑞安1970— 2014年年降水量变化(图2)情况可知, 瑞安地区雨水丰沛, 该时间段内年平均降水量为1 589.9 mm, 10 a降水的整体气候倾向率为27.64 mm, 相较于年均1 589.9 mm的降水量而言, 降水量虽有上升但并不明显。瑞安地区降水量的年代际变化不是很大, 70年代的年均降水量为1 544.2 mm; 80年代降水量略微下降, 为1 533.8 mm; 90年代降水量比80年代增加90.1 mm, 达1 623.9 mm; 2000— 2014年的年均降水量比90年代略微上升。年际降水量波动剧烈, 其中最大降水年份降水量为2 145.2 mm(1990年), 最小降水量仅为991.9 mm(1986年), 两者差距高达1 153.3 mm。
2.2.1 气温
浙江瑞安1970— 2014年年平均气温的M-K法检验结果如图3所示。除1972年外, UF曲线在过去45 a的所有年份均大于0, 意味着瑞安从1970年以来气温一直呈上升趋势。由UF曲线可知, 20世纪70年代年平均气温呈现一种波动上升的状态, 既有UF值小于0呈下降的年份(1972年), 也有超过95%置信区间的年份(1979年); 整个80年代的UF曲线比较平稳, 均在置信区间内, 表明该时间段气温比较稳定; 90年代开始, UF曲线不断上升, 表示瑞安的年平均气温有明显的增加趋势; 在1994年开始超过95%置信区间(U0.05=1.96), 1997年甚至超过99%的置信区间(U0.01=2.58), 且继续不断增加, 表明瑞安的年平均气温变暖趋势十分明显。图3中UF和UB两条曲线不存在相交现象, 意味着瑞安年平均气温升高并不是突变现象。
2.2.2 降水
通过1970— 2014年浙江瑞安年降水量M-K统计量(图4)可知, 1972— 1976年间的UF> 0, 表示年降水量呈增长状态; 1977— 1989年的UF< 0, 意味着该时间段瑞安地区的年降水量呈减少趋势; 1990年开始, 始终UF> 0, 表明自90年代开始降水量一直呈上升趋势。过去45 a间的UF值均在95%的置信区间范围内, 表示瑞安在该时间段内降水未出现特别显著的变化, 但UF> 0的年份和程度要强于UF< 0的年份, 故浙江瑞安1970— 2014年年降水量呈现为不显著的增长状态。图4中UF和UB曲线共有5个交点(全部在95%置信区间内), 其对应的年份分别为1971、1980、1982、1985和1990年, 即表示这5个年份是年降水量的突变点, 可以看出虽然这45 a间年降水量的整体变化趋势不显著, 但年际降水量波动剧烈。
以1970— 2014年浙江瑞安气温和降水数据为基础, 利用气候倾向率法和M-K检验法对近45 a瑞安气温和降水的变化特征进行了分析。浙江瑞安近45 a年平均气温为18.34 ℃, 其10 a气候倾向率达0.32 ℃, 气候倾向率法和M-K检验法均显示气温存在显著变暖的趋势, 但不存在气温突变点; 平均降水量为1 589.9 mm, 其10 a气候倾向率为27.64 mm, 气候倾向率法和M-K检验法均显示降水不存在显著上升趋势, 但年际降水量波动剧烈, 共存在5个降水突变点。
The authors have declared that no competing interests exist.
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