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临夏地区近43 a 来气温降水量的变化情况

引言气候变化既包括自然变化的过程,也有人类活动的影响。人类活动的不断加剧,其影响也呈增加趋势。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第4次评估报告指出,随着大气中CO2浓度的明显增大,在过去的100a中全球平均气温升高了0.5~0.8℃,近50a变暖尤为明显[1]。年降水量以12.6mm/10a的速率递减[2-4]。随着全球平均温度的升高、降水变率空间分布的改变,区域性的气候变化愈来愈引起人们的关注。很多气象工作者对不同区域气候特征进行了大量的研究。任国玉[5]等研究发现:1951~2004年,中国年平均气温上升趋势明显,变暖幅度约为1.3℃,增温速率达0.25℃/10a。许何也[6]等研究结果表明:青海湖流域近47a来降水存在明显的阶段性变化,1960年代、1980年代、1990年代降水都呈上升的趋势,1970年代为下降趋势;同时年、夏季降水有增加的趋势。同时指出:气温存在显著的上升趋势,尤其是冬季增温显著,年变化倾向率达到0.53℃/10a。张强[7]等研究指出:近50a来,西北地区气温呈显著的上升趋势,降水变化空间差异突出,西北地区整体暖干化趋势明显,局部出现暖湿现象。王遂缠等[8]对我国青藏高原地区1960~1999年平均气温随时间变化规律的分析发现:青藏高原近40a来气温呈缓慢升高趋势。在全球气候变化的背景下,研究临夏地区的气候变化,对指导临夏地区工农业生产、经济发展、环境保护等各方面具有非常重要的意义。

1资料及方法

1.1研究区概况及资料来源临夏回族自治州(简称:临夏州,以下同)介于34°57''''~36°12''''N,102°41''''~103°40''''E之间,总面积为8169km2,占甘肃省总面积的1.78%。地处青藏高原和黄土高原的过渡地带,地势呈西南部高、东北部低的倾斜盆地。境内地形复杂,相对高差大,具有大陆性、季风和山地气候特点,气候地域性差异悬殊。该盆地大致呈西北一东南延伸,属于第三纪大型陇中盆地的西南隅[9],是东部季风区、西北干旱区及青藏高原高寒区的交汇地带,受西风环流和季风环流2个系统的影响,具有较为典型的大陆性季风气候特征[10-11]。临夏州从南到北有康乐、和政、广河、临夏市、东乡、永靖6个气象观测站,平均海拔为2000m。临夏市气象站从1943年开始观测,其它气象站从1968年开始观测,全州至今已有40余a的地面气象观测资料。本文利用上述6站1968~2010年的月平均气温、月降水量资料,研究分析了临夏地区气候的空间分布和季节性差异,以及气候变化的主要趋势。

1.2计算方法温度、降水量的变化趋势,采用线性趋势分析法[12]。应用M-K方法[13]分析各气象要素的突变特征,其优点是不仅计算简便,而且可以明确突变开始的时间,并指出突变时段,且不受少数异常值的干扰。2气温的年代际变化2.1年平均气温气温的地理分布及变化特征是受地理纬度、太阳辐射和地形特点综合影响的结果。临夏州地形复杂,气温的时空分布差异较大[14]。1970~2000年30a平均气温的变化范围在5.2~9.4℃之间(图1)。分布趋势呈东北部高、西南部低。北部的永靖县年平均气温为9.4℃,中部的临夏市年平均气温为7.0℃,南部的和政县年平均气温为5.2℃,南、北部年平均温度差高达4.2℃。临夏各地年平均气温由东北部向西南部水平递减,平均每10km温度水平递减约为0.5℃。气温的水平梯度很大,接近于气温的垂直平均梯度。充分体现出年平均温度时空分布显著差异性。临夏地区自1968~2010年的43a年平均气温为6.8℃,与平均值相比偏高的共有17a,正常到偏低的有26a,分析临夏地区近43a来年平均气温变化趋势(图2),大致是1968~1986年持续偏低,其中1976年达到43a中的最低,比平均值偏低1.2℃,以后转为上升趋势,1998~2007年气温持续偏高,峰值出现在1998、2006年。该年年平均气温比气候平均值分别偏高1.2℃、1.3℃,近43a来全州平均气温在上述冷暖变化总趋势中出现了1971~1973年、1978~1982年、1987~1994年、1998~2010年等4个相对偏暖时段,其中以最后一次偏暖时段最长,增温幅度最大。还出现了1968~1970年、1974~1977年、1983~1986年、1992~1996年等4个相对偏冷时段。计算临夏州43a的年平均气温倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐县分别为:0.33℃/10a、0.41℃/10a、0.40℃/10a、0.37℃/10a、0.39℃/10a、0.39℃/10a,平均斜率为0.38℃/10a,增温幅度远大于中国年平均温度增幅(0.25℃/10a)。年平均温度整体增温趋势表现为显著升高,这个结论与文献[5-9]的研究结果相一致。各县和临夏地区年平均温度倾向率均通过了0.01信度检验。

2.2气温的季节性变化

2.2.1春季43a来临夏地区春季平均气温为8.6℃,偏暖明显的有9a,比常年平均值偏高1.0~3.9℃,另有14a偏高0.1~0.9℃,偏高最多的是1998年,比常年平均值偏高3.9℃,偏冷明显的年份有10a,比常年平均值偏低1.0~2.9℃。另有10a偏低0.1~0.9℃,偏低最多的是1970年,比常年平均值偏低2.9℃,其次是1996年,比常年平均值偏低2.2℃。计算临夏地区43a春季年平均温度倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐县分别为0.30℃/10a、0.43℃/10a、0.34℃/10a、0.36℃/10a、0.29℃/10a、0.30℃/10a,平均倾向率为0.34℃/10a。表明春季的气温增幅小于年平均温度。其中永靖县的升温幅度最大,倾向率为0.43℃/10a。和政县春季气温增幅最小,倾向率为0.29℃/10a,与全国年平均温度的增幅接近。倾向率均通过了0.05信度检验。

2.2.2夏季43a来临夏地区夏季平均气温为18.1℃,偏凉的年份有9a,其中1968、1973、1976、1979、1983~1986、1992年比常年偏低0.8~1.9℃,偏凉最多的是1976年,比常年平均值偏低1.9℃;偏热的年份有12a,其中1971、1981、1991、2000~2002、2006、2009~2010年,比常年偏高0.9~2.8℃,偏热最多的是2000年,比常年平均值偏高2.8℃,2000~2002年连续3a偏高0.6~2.1℃。计算43a的年夏季温度倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐县分别为0.41℃/10a、0.53℃/10a、0.39℃/10a、0.37℃/10a、0.37℃/10a、0.43℃/10a,平均倾向率为0.42℃/10a。升温幅度远大于其他季节。其中永靖县的平均气温倾向率为0.53℃/10a,升温幅度最大。南部的增温幅度最小,总之,临夏夏季气温变化呈明显上升趋势。这与文献[6]的结论不一致,表现为夏季增温比冬季显著。各倾向率均通过了0.01信度检验。

2.2.3秋季43a来临夏地区秋季平均气温为7.2℃,升高的有23a,其中12a温度偏高0.5~2.5℃,偏高最多的年份是2006年,偏高2.5℃;偏低的有19a,其中13a偏低0.5~2.0℃。1981、1992、1994年分别偏低1.8~2.0℃。升温阶段主要集中在1980年中、后期和1995~2002、2006、2008~2010年。计算43a的年秋季温度倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐县分别为0.16℃/10a、0.21℃/10a、0.19℃/10a、0.16℃/10a、0.32℃/10a、0.25℃/10a,平均倾向率为0.21℃/10a。其中和政的气温倾向率为0.32℃/10a,升温幅度最大。中部的临夏市升温幅度最小,仅为0.16℃/10a。表明临夏秋季平均气温变化不明显,升温幅度最小。前20a平均值比后20a仅低0.2℃,几乎没有变化。除和政、康乐气温倾向率通过0.05信度检验,其余各县倾向率均未通过0.05信度检验。

2.2.4冬季43a来临夏地区冬季平均气温为-6.8℃,升降温幅度较大,但整体趋势变现为显著上升[14]。共有21a是升温的,其中13a升温比较显著,气温偏高1.0~2.5℃,共有22a是降温的,其中有10a降温比较明显,气温偏低1.0~2.9℃。降温幅度最大的是1993年,比常年平均值偏低2.9℃,从1968~1996年,有20a是降温的,平均降温0.4℃,其中1992~1996年连续5a降温,降温幅度平均为-1.3℃。升温阶段主要集中在1997~2010年,14a中有12a是升温的,升温幅度平均为0.9℃。计算43a的年冬季温度倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐县分别为0.34℃/10a、0.27℃/10a、0.35℃/10a、0.46℃/10a、0.54℃/10a、0.50℃/10a,平均倾向率为0.41℃/10a,仅次于夏季,和政倾向率为0.54℃/10a,是全州冬季升温最快的地方。43a来临夏地区冬季温度总体呈上升趋势。升温幅度仅次于夏季,前20a平均温度升高0.4℃,后23a平均升高0.3℃。各倾向率均通过了0.05信度检验。分析临夏地区4季的气温变化:夏季和冬季升温最快,春季升温幅度较小,秋季升温幅度最小。

2.2.5气温Mann-Kendall突变检验年平均气温的突变检验,从图3中可以看出,UF和UB2条曲线出现交点,且交点在临界线之间,交点对应的年份是1996年,所以临夏地区近43a来气温突变是从1996年开始的,观察图中UF曲线发现,从1989年开始UF的值>0,并且在1999年的时候UF的值已经超过了临界线,说明从1996年开始序列已呈上升趋势,而且到1999年时上升趋势尤为显著,从曲线的发展趋势延伸情况可以看出,上升趋势的显著性仍在增加。这与马晓波等[15]揭示的青藏高原大部分地区气温突变发生在1980年代的结论相比,临夏地区气温突变的时间相对要晚一些。

3降水量的变化

3.1年降水量的变化临夏各地年降水量在210.0~1030.0mm之间(图4),南多北少、北干南湿。永靖大部、东乡东北部在300mm以下,为半干旱区;东乡县车家湾最小为216mm。500mm雨量线将全州分为2部分,500~600mm是半湿润和湿润区的过渡带;600mm以南属湿润区,临夏县刁祁到和政县买家集、康乐县八松、景古一带降水量在800mm以上,临夏县尹集镇新发村年降水量为1030.4mm,居全省之冠。由图5可以可看出:1960年代末至1970年代初期降水变化较大,1969年降水量为351.7mm,为历史次低值,旱象严重;1970年代初中期变化较小,除1973年降水量特多外,升降幅度不大;1970年代末降水急剧增多,1978、1979年为历史最高和次高值,1980年降水量为历史最低值,由特多转为特少,降水量出现突变,大涝大旱均出现在这一时期,与赵庆云等[4]的研究结论一致;从1980年代至21世纪初,除2007年降水特多(618.5mm)、2011年降水特少(377.9mm)外,降水变化均比较小,在累年平均值479.3mm上下波动。最大降水值出现在1978年,降水量为638.6mm,比累年平均值多159.3mm,最小值出现在1980年,降水量仅为343.2mm,比累年平均值少136.1mm。降水量年际变化表现为:1960年代末至1970年代初期,降水量交替升降变化幅度较大,整体表现为增加趋势,1970年代末期至1990年代末期,降水量变化较平稳,整体表现为正常略偏少,之后降水整体呈增加趋势,这与文献[6]的结论有差异。与文献[7]的结论“西北地区整体暖干化趋势明显,局部出现暖湿现象”相一致。计算43a的年降水量倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐县分别为-2.1mm/10a、-6.0mm/10a、-2.3mm/10a、6.7mm/10a、-6.7mm/10a、-7.1mm/10a,平均倾向率-2.9mm/10a。远小于全球降水倾向率(12.6mm/10a)和甘肃省的降水倾向率[16]。各县和临夏地区降水量倾向率均未通过0.05信度检验,表明降水减少趋势不明显。

3.2各季节降水分布特征

3.2.1春季降水特征春季(3~5月)是大气环流转换的季节,蒙古高压势力减弱退缩,临夏位于其东南部,高空仍在北支西风急流控制下,但西南暖湿气流可达临夏,降水比冬季明显增多,降水量在48.4~132.9mm之间,最小值在永靖县,为48.4mm,最大值在和政县126.4mm。计算43a的春季降水倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐分别为1.75mm/10a、0.03mm/10a、1.35mm/10a、1.37mm/10a、0.88mm/10a、-0.03mm/10a,平均0.89mm/10a。各倾向率均未通过0.05信度检验。表明43a来临夏地区春季降水量基本持平,无变化。

3.2.2夏季降水特征夏季(6~8月)蒙古高压已退至西伯利亚北部,副热带高压向北推进,高压西侧的暖湿气流与西北入侵的冷空气在临夏交绥的机会多,导致降水量显著增多,成为降水最多的季节,全州降水量在176.5~362.1mm之间。永靖县最少为176.5mm,和政县最多为310.8mm。夏季虽是一年中降水最多的季节,特别是7~8月份达到最盛,但由于受副热带高压的影响,临夏7月中旬至8月中旬容易形成干旱,即通常所说的伏旱。计算43a的年夏季降水倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐分别为-1.2mm/10a、-2.6mm/10a、-3.4mm/10a、0.3mm/10a、-4.0mm/10a、-1.6mm/10a,平均倾向率为-2.08mm/10a。各倾向率均未通过0.05信度检验。表明临夏地区夏季降水量整体呈减少,但减少的幅度较小,变化趋势不显著。与文献[6]的结论相反。

3.2.3秋季降水特征秋季(9~11月)大陆低压减弱南撤,蒙古高压再度南下,高空北支西风急流重新控制临夏,副热带高压逐渐向南撤退,其边缘的西南暖湿气流仍可抵达临夏,加之冷空气活跃,全州降水仍较多,降水量在54.3~151.8mm之间。永靖县最少为54.3mm,和政县最多为136.1mm。这一时期临夏仍处于副热带高压的边缘地带,北方冷空气已明显增强,东移南下的冷空气与北上的暖湿气流在临夏交绥频繁,常出现连阴雨天气,尤其是9月连阴雨天气最多。计算43a的年秋季降水倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐分别为-1.05mm/10a、0.59mm/10a、0.96mm/10a、0.46mm/10a、1.62mm/10a、-0.76mm/10a,平均倾向率为0.30mm/10a。与春季降水量变化趋势一致,43a来基本持平。各倾向率均未通过0.05信度检验。3.2.4冬季降水分布特征冬季(12~2月)地面受蒙古冷高压影响,高空受北支西风急流控制,盛行下沉气流,故雨雪极为稀少,气候干燥,降水量为2.0~18.9mm。其中永靖降水量最少为2.0mm,最大降水量出现在东乡为15.5mm。计算43a的年冬季降水倾向率,临夏市、永靖、东乡、广河、和政、康乐分别为0.27mm/10a、-0.04mm/10a、0.33mm/10a、0.10mm/10a、-0.10mm/10a、0.00mm/10a,平均倾向率为0.09mm/10a。各倾向率均未通过0.05信度检验。表明43a来临夏地区冬季降水量基本保持不变。4季降水量的年代际变化和年降水量的趋势一致(图略)。

4结论

(1)临夏地区1968~2010年的年平均气温在波动中呈上升趋势,每10a气温升高0.38℃。其中1960年代末期至1970年代末期,年平均温度基本在平均值附近波动,1980年代呈缓慢增温的趋势,1990年代以来上升更为明显,每10a上升0.8℃,为近43a来最暖的时期。年内秋季升温幅度较小,春季升温幅度最小,夏季和冬季升温最快,对全州气温上升的贡献率最大。气温突变出现在1990年代中期。

(2)43a来年降水量整体持平略减少趋势,但有明显起伏的特征。主要表现为:1960年代末至1970年代末期,降水量交替升降变化幅度较大,整体表现为增加趋势,年降水量极大(小)、次大(小)值均出现在这一时期,大涝大旱现象明显。1980年代至1990年代末期,降水量变化较平稳,整体表现为正常略偏少,之后降水整体呈增加趋势,出现增湿现象,2000年代中期后逐渐呈减少趋势。4季降水量表现为:夏季降水量呈略减少趋势,其他季节基本持平。

(3)临夏气候总体变化的趋势在向温度升高、降水减少、天气增暖等方面发展。

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