长江三角洲近51年极端气候事件变化及其原因分析_闫俊

第34卷第5期2012年10月

广东气象GuangdongMeteorologyVol．34No．5

October2012

收稿日期：2012－04－12作者简介：闫俊（1988年生），男，助理工程师，学士，主要从事区域气候变化研究工作。

doi：10．3969/j．issn．1007－6190．2012．05．008长江三角洲近51年极端气候事件变化及其原因分析

闫俊1，3，江俊杰2，3（1．太原市古交市气象局，山西太原030200；2．民航安徽空管分局，安徽合肥230051；3．南京信息工程大学应用气象学院，江苏南京210044）

摘要：根据长江三角洲1960～2010年的逐日气候资料，采用线性回归、Mann－Kendall检验、累积距平等方法，分析了近51年来长三角地区的极端气候事件变化特征及其原因。结果表明：该地区高温日数以0．119d/年的速率显著增加，低温日数以0．238d/年的速率显著减少，21世纪后高温日数明显偏多，低温日数明显偏少，高温日数增加速率南部大于北部，低温日数减少速率北部大于南部；无雨日数显著增加，小雨日数显著减少，而暴雨日数呈不显著的增加趋势，并在1979和1993年分别发生由“偏多到偏少”和由“偏少到偏多”的突变。该地区极端气候事件变化与影响我国大气环流系统的变异和调整有直接的关系，同时快速的城市化进程对极端气候事件变化也有较大贡献。长三角地区气候逐渐变暖趋势，高温灾害易发，降水趋于集中化，造成旱涝灾害发生的可能性和不确定性增加，会给工农业生产及区域经济发展造成一定的影响。关键词：气候学；极端气候事件；长江三角洲中图分类号：P46文献标识码：B文章编号：1007－6190（2012）05－0029－06

近年来，气候变暖背景下极端天气气候事件趋多趋强［1－2］，逐渐变暖的气候变化正广泛引起人们的关注［3－5］。在此背景下，检测和了解极端气候事件变化的性质和可能原因，是当前气候研究的一个热点［6－10］。长江三角洲（以下简称长三角）处于东亚季风区，是我国东部经济最发达、城市最集中、人口最密集的地区。近51年来，尤其是改革开放以来，伴随着快速城市化和工业化，长三角地区气候和生态环境都发生了明显变化［11］。随着经济发展水平的提高，气候变化造成的经济损失有呈增加的趋势［12］，一般经济越发达，气象灾害造成的财产损失越大［13］。所以，了解该地区的气候变化，尤其是近51年来极端天气事件演变趋势研究，探索其变化原因，对本地区经济可持续发展具有积极意义。针对长三角地区的气候变化，许多科学家已经做了一定的研究，如金龙等［14］利用上海、南京和杭州3站1905～1995年的气象观测资料，分析讨论了长江三角洲近百年的温度变化特征；徐家良等［15］使用上海、杭州和南京3市的气象资料，分析了长三角城市50年来的气候变化特征；刘春玲等［16］对长三角地区上海、杭州和南京3站1951～2001年的年和季节气温变化趋势进行分析；李维亮等［17］研究了长三角的城市热岛效应；谢志清等［18］考察了长三角城市群热岛增温效应对区域温度气候趋势的贡献；崔林丽等［19］基于长三角国家基本（基准）站历史气象资料和区域人口资料，分析了1959～2005年和1981～2005年期间长三角气温的年和季节变化特征。对长三角的部分地区也有人做了一定的研究，周晓兰等［20－21］研究了江苏省气温和降水长期趋势及年代际变化特征，并对江苏降水异常的成因进行了探讨；袁昌洪等［22］分析了全球变暖背景下江苏气候局地响应的基本特征，此外，还有诸多专家学者对此做了相关研究［23－27］。

本研究根据长三角地区1960～2010年的逐日气温和降水资料，采用累积距平、Mann－Kendall突变检验和气候倾向率等方法，分析该地区近51年的极端气候事件变化性质，并从自然系统大调整和人为影响等方面探讨其成因机制，以期为合理安排工农业生产、高效利用气候资源以及预测未来极端气候变化趋势等提供参考。

1资料与方法

1．1资料来源

气象数据来源于中国气象局地面气候逐日资料，环流资料来自国家气候中心。选取长三角地区［28］（包括江苏、浙江、上海3省市）资料完整的27个气象台站（图1）1960～2010年51年的逐日气候资料（包括平均气温、最

高温度、最低温度、降水量资料），个别缺测资料由邻近站观测数据进行插补［29］。

根据长三角地区的气候条件、区域环境、地形条件等因素，选取全区27个站点的逐日气候资料建立区域算术平均年资料序列。各级别降水日数的统计依据中国气象局行业规范标准规定，日降水量≥0.1mm为1个雨日，0.1～9.9mm为小雨，10.0～24.9mm为中雨，25.0～49.9mm为大雨，≥50.0mm为暴雨。高温日数为各站

日最高温度≥35℃的年日数的均值，而低温日数则为日最低温度≤－3℃的年日数均值。图1气象站点的分布1．2研究方法

1）气候倾向率。气候资料时序数据（x1，x2，…，xn）与表示年份顺序的自然数列（1，2，…，n）一一对应，因此可以将降水量时序数据看作自变量，将降水量序列数据看作因变量建立线性回归方程：xi=a+bti，其中，a为回归常数，b为回归系数，a和b可以用最小二乘法进行估计。将10b称为降

水量的气候倾向率，气候倾向率的符号表示气候变量x的趋势（增加或减少），其值的大小反映上升或下降的速率的快慢［30］。

2）M－K检验。采用Mann－Kendall突变检验（简称为“M－K检验”）对降水量进行突变检测。M－K检验的检测范围宽、定量化程度高，不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量［31－32］

目前比较常用的趋势诊断方法。3）累积距平法。累积距平［33］是一种常用的、由曲线直观判断变化趋势的方法，同时通过对累积距平曲线的观察，也可以划分变化的阶段。对于时间序列，将n个时刻的累积距平值全部算出，即可绘制累积距平曲线，进行趋势分析。

2极端气候事件

2．1高温日数变化特征

1）时间变化。在分析期内，长三角地区高温日数（≥35℃）多年平均值为12.10d，由图2a可见，最多为25.22d（1971年），最少仅为2.93d（1982年）。高温日数变化具有显著的增加趋势（P＜0.05），从气候倾向率为0.119d/年滑动平均看，高温日数经历了递减到递增过程，但递增速度快于递减速度。结合距平和累积距平图（图2b）可得，20世纪70年代以前以波动变化为主，20世纪七八十年代为高温日数偏少期（1978年除外），表现为负距平，之后为一个震荡变化期，21世纪开始高温日数明显偏多，进入高温多发期。

图2≥35℃高温日数（a）及其距平（b）的年际变化2）空间变化。在分析区域中，位于浙江东南部的丽水站多年平均高温日数最多，达到44.76d，最少的位于浙江东南沿海的玉环站，分析期内未出现日最高温度≥35℃。从区域分布看（图3a），高温日数具有明显的自南向北减少规律，浙江中南部高温日数最多，苏北地区则偏少，同时，沿海地区高温日数比同纬度内陆地区少。在该区域中，高温日数变化速度区域差异很大，增加最快的为浙江东部沿海的勤县站，气候倾向率为0.56d/年，减少较快的为江苏西北部的徐州站，气候倾向率为－0.094d/年。从区域分布看（图3b），全区高温日数以增加为主，南部快于北部，增温最快区域为杭州湾及长江三角洲地区，苏北地区变化最小，这与长三角地区的经济发展格局相吻合，说明高温日数的增加与城市化和工业化的程度有关。2．2低温日数变化

1）时间变化。在分析期内，长三角地区低温日数多年平均值为12.73d，由图4a可见，最多为29.56d（1967年），最少为

3.15d（2007年）。低温日数变化具有极显著的减少趋势

（P＜0.01），气候倾向率为－0．238d/年，从5年滑动平

均看，低温日数也以递减趋势为主。结合距平和累积距平图（图4b）可得，20世纪80年代中期以前，以正距平为主，此后负距平占绝对优势，仅1993、2005年为正，低温日数明显减少，处于气候偏暖期。

03广东气象第34卷图3≥35℃高温日数（a）及其气候倾向率（b）空间分布图4≤－3℃低温日数（a）及其距平（b）的年际变化2）空间变化。在分析区域中，位于江苏省东北部的赣榆站多年平均低温日数最多，达47.29d，最少的位于浙江东南沿海的玉环站，仅为0.45d。从区域分布看（图5a），低温日数具有自南向北的层状增加趋势，苏北地区最多，浙江境内最少，同纬度地区沿海少于内陆。在该区域中，低温日数变化速度区域差异很大，减少最快的为苏东北的赣榆站，气候倾向率达－0．722d/年，变化最小的为浙江东部海上的定海站，气候倾向率仅为－0.010d/年。从区域分布看（图5b），全区低温日数均呈减少趋势，北部减少速度快于南部，说明北部气候变暖更明显。

图5低温日数（a）及其气候倾向率（b）空间分布

13第5期闫俊等：长江三角洲近51年极端气候事件变化及其原因分析2．3不同级别雨日数变化

1）时间变化。在分析期内，由图6可见，长三角地区不同级别降水具有不同的变化特点：无雨日数（图6a）最大值为251.56d（1995年），最小值为194.11d（2010年）；小雨日数（图6b）最大值为129.44d（1963年），最小值为77.41d（1995年）；中雨日数（图6c）最大值为29.22d（2002年），最小值为18.48d（1978年）；大雨日数（图6d）最大值为12.22d（1999年），最小值为5.63d（1978年）。根据表1结合图6的5年滑动平均曲线可知，该地区无雨日数有极显著的增加趋势，小雨日数存在极显著的减少趋势，而中雨、大雨日数不存在趋势性变化，却有明显的波动变化规律。雨日数的明显减少，降水总量却变化不大，使得降水强度增大，造成灾害的可能性和频率有所提高，给工农业生产带来不利影响。

图6不同级别降水日数的年际变化表1不同级别降水日数的年变化雨级年日数均值/d变化率/（d·年－1）t检验无雨225．590．568极显著小雨103．16－0．644极显著中雨23．800．012不显著大雨9．100．020不显著暴雨3．350．012不显著

在分析期内，长三角地区暴雨日数多年平均值为3.35d，由图7a可见，最大值为5.30d（1989年），最少为

1.22d（1978年）。暴雨日数具有一定的增加趋势，但未

达0.05的显著性水平（P＜0.1），从5年滑动平均看，暴雨日数在20世纪90年代以前呈波动变化规律，之后在高位趋于平稳。结合距平和累积距平图（图7b）可得，20世纪90年代以前以负距平为主（在60年代前期和70年代中期有短暂的正距平），暴雨日数相对偏少，90年代以后暴雨日数增加，以正距平为主，进入21世纪以后又开始表现出一定的波动变化，暴雨日数不确定性增加。由M－K检验图（图略）可得，暴雨日数在1979和1993年分