引言

近年来, 气候变化最显著的特点是气候变暖。有关研究表明^[1-3], 从19世纪后期至20世纪末全球表面平均气温上升了0.4~ 0.8℃。但在气候变暖的大背景下, 不同地区气温变化对气候变暖的响应不尽相同, 一些地区近年来气温上升较为迅速, 另一些地区的气温却出现了下降的趋势^[4-7]。总的来看, 目前对区域气候变化的研究还不够全面, 进一步研究区域气候变化的差异, 对于充分认识和利用区域气候资源有着重要意义。本文利用云南省1961-2004年的年平均气温资料进行研究, 分析了各个年代气温变化情况和气温倾向率的分布, 并采用主分量分析方法阐明了云南各地气温变化的时空分布特征, 为短期气候预测和气候资源利用提供依据。

1 资料选取

本文选取的资料是云南省124个地面测站1961-2004年的月平均气温, 资料来自云南省气象台。计算平均值时采用的年限是1961-2000年40年的平均。由于在选用资料的年限内大理云龙、红河元阳及思茅西盟3个测站迁移过, 且迁移后海拔高度或地理位置差异较大, 在计算时出现了异常极值的情况^{[8, 9]}, 故在分析中去掉这3个站的资料, 实际使用的资料有121个测站。

2 气温的年代变化及其时空分布特征

图 1为各年代云南年平均气温距平图。1960年代气温的正距平区主要分布在滇中附近及大理西部、临沧的部分地区, 丽江东部、昆明楚雄北部的金沙江流域地区有0.2℃的正距平中心, 滇西及滇南的大部地区为负距平区, 3个负值中心区分别在滇西北的中甸、滇西的保山及滇西南的思茅、西双版纳地区, 中心值均低于-0.5℃。1970年代除北部的金沙江流域为正距平外, 全省大部均为负距平区, 负距平中心的幅度较1960年代稍低为-0.3℃。1980年代滇西的中甸、大理东部、思茅、西双版纳地区率先转暖, 思茅南部及西双版纳地区出现了0.4℃的正距平中心。1990年代正距平区的范围较1980年代明显扩大, 且中心值也明显增大, 在中甸、西双版纳和保山的部分地区出现了0.6℃以上的正距平中心, 负距平区在大理西部及云南北部的金沙江流域地区。2001-2004年气温距平的分布与1990年代大致相同, 但正距平区的范围及幅度均进一步扩大, 负距平区主要分布在云南北部的金沙江流域地区。

根据WMO的有关规定, 气温距平绝对值大于或等于两个标准差则为气温异常, 按文献[5]中提到的标准, 当气温距平超过2倍标准差为异常偏冷(暖), 气温距平在1.5~2倍标准差之间为显著偏冷(暖), 在1~1.5倍标准差之间为偏冷(暖), 在1倍标准差以内为正常, 把121个测站1961-2004年的年平均气温分为异常偏冷(暖)、显著偏冷(暖)、偏冷(暖)及正常共7级, 按年代计各类出现的站次分布和频率分布见表 1和表 2。

由表 1和表 2可见, 1960年代和1980年代云南气温波动相对较小, 在这两个年代中气温正常的站次频率最高, 分别为72.2%和77.4%, 而显著偏暖、异常偏暖及显著偏冷、异常偏冷四个档次出现频率之和最小, 分别为6.5%和5.7%。1970年代是最近40多年来最冷的一个年代, 异常偏冷、显著偏冷及偏冷的站次出现频率均为各年代中同档次最高, 而异常偏暖、显著偏暖及偏暖的站次出现频率则为最低。1990年代是云南气候逐步变暖的年代, 偏暖、显著偏暖及异常偏暖的站次较前三个年代均显著增加, 但这段时期气温的波动也较大, 气温正常的站次出现频率仅为57.3%, 显著偏冷和异常偏冷的站次出现频率和为6.7%, 仅次于1970年代。21世纪的头4年中, 全省气温变化以偏暖的趋势为主, 且偏暖的幅度较大, 显著偏暖和异常偏暖的站次出现频率达36.4%, 偏冷的站次则很少。

3 气温变化倾向率及其时空分布特征

将云南年平均气温序列分为三个时段, 分别是1961-2004年(总计44年)、1981-2004年(总计24年)及1991-2004年(总计14年), 用线性回归方程:y(t)= a +bt来拟合每个测站的气温序列(其中t =1, 2, 3, …, n), b为气温倾向率, 可定量反映气温随年份增加的线性变化趋势, 其符号表示气温的升降, 数值的大小反映了气温变化的剧烈程度。

图 2a是1961-2004年云南气温倾向率分布, 图中大部地区为正倾向率, 正值区中心分布在滇西北的中甸、滇西的保山及滇西南思茅的部分地区, 这些地区在最近40多年的升温幅度达0.3~0.4℃/10年, 是全省气温上升最显著的地区, 负值区主要分布在云南北部的金沙江流域, 这里目前的气温较1960年代偏低, 平均降温幅度达-0.2℃/ 10年。图 2b是1980年代以来的气温倾向率, 大部地区的数值有所升高, 中甸、保山和思茅的部分地区仍是全省升温最快的地区, 升温率达0.4℃/10年, 金沙江流域仍是负值区。图 2c是1990年代以来的气温倾向率, 全省除个别地区外均为正值区, 滇中的昆明、玉溪地区是最近10多年来全省升温最为显著的地区, 升温率达0.6℃/10年以上。

1961-2004年云南全省平均的气温倾向率是0.12℃/10年, 1980年代以来则升至0.24℃/10年, 与文献[3]中提到的最近25年来我国大部地区0.25℃/10年升温率接近。自1990年代以来云南气温倾向率增至0.41℃/10年, 表明云南近年来升温趋势极为迅猛。

为进一步了解云南年平均气温变化的时空分布特征, 对其距平场进行主分量分析。表 3列出了前4个主分量的特征值及其累积方差贡献百分率, 第1主分量的方差占了总方差的大部分, 达到63.8%, 前4个主分量的累积方差贡献率已达到了86.6%, 故选取前4个特征向量和对应的主分量进行分析。

第1特征向量场各地均为正值, 反映了全省气温变化的一致性(图 3a)。在中甸、保山、思茅及滇中的部分地区为一高值中心, 大理西部及云南北部的金沙江流域为一低值中心。在同样的主分量序列值下, 第1特征向量场的高值区的气温变化幅度相对较大, 是全省气温变化的敏感区。从前述分析中可看到, 第1特征向量高值区在1960年代是气温负距平中心, 1990年代以后又转为正距平中心。由于第1特征值的方差贡献已占到63.8%, 第1特征向量场集中了云南年均气温距平场的大部分信息, 故第1主分量序列基本可定出全省气温变化的主要趋势。从第1主分量序列值的逐年变化上看(图 4), 最近44年波动上升由负变正, 反映了云南全省范围最主要的升温趋势。第1主分量最小值和最大值分别出现在1971和1998年, 分别为-7.3和8.9, 表明这两年分别是最近44年来的全省的最冷年和最暖年, 且1998年偏暖的幅度较1971年偏冷的幅度大。

第2特征向量场正值区中心在大理西部及金沙江流域等地(图 3b), 基本对应第1特征向量场的低值区, 负值区中心在中甸、保山、思茅、西双版纳等地, 基本对应第1特征向量场的高值区。此外在滇中的部分地区也为负值区, 在滇东南的部分地区为正值区。从第2主分量序列的变化趋势上看(图 4), 最近44年来呈波动下降、由正变负的趋势, 在1982年前后由正值转为负值, 表明从1960年代至1980年代初期, 在第2特征向量的正值区存在一增温的趋势, 而负值区则有一降温的趋势, 从1980年代初期至今的变化趋势则正好相反。由于第2特征向量的负值区基本对应第1特征向量的高值区, 这些地区在1960-1970年代出现气温的负距平以及1990年代以后的较强增温可看作是第1和第2两个主分量共同作用后叠加的结果。而在第1特征向量的低值区, 气温的变化主要由第2特征向量与第2主分量的计算结果决定, 表现为在1960年代是气温的正距平区而1990年代则转为负距平区, 与第1特征向量高值区的气温变化趋势相反。

第3特征向量场在滇中及以西的大部地区为负值区, 滇东一带为正值区(图 3c), 表明云南东部和西部气温具有相反的变化趋势。第4特征向量场在全省自西向东呈负正负的分布(图 3d), 它对云南气温距平的贡献已很小。

4 结语

(1) 从年平均气温距平变化的空间分布特征来看, 云南大部地区1960年代以来气温距平由负转正呈升温趋势, 但北部金沙江流域的变化趋势则与之相反。在年代际变化特征上, 1960年代和1980年代云南气温的波动相对较小, 1970年代是近44年来最冷的一个年代, 1990年代升温趋势明显, 但气温波动剧烈。21世纪的头4年云南气温表现出明显偏暖。

(2) 1960年代以来, 云南不同地区的升温率有所不同, 最近44年来大部地区升温率为正, 但北部金沙江流域为负。就全省平均而言, 最近24年的升温率为0.24℃/ 10年, 与我国大部地区0.25℃/10年的升温率接近。

(3) 对云南年平均气温距平场进行主分量分析, 第1特征向量场高值区对应云南近年升温最显著的地区, 低值区则对应气温下降的地区。第1主分量序列的变化可表征云南全省逐年气温变化趋势。第2特征向量场的正值区基本对应第1特征向量场的低值区, 负值区对应第1特征向量场的高值区。云南1980年代以来大部地区的升温是第1和第2两个特征向量和其对应的主分量共同作用叠加的结果, 而金沙江流域的降温主要由第2特征向量场与第2主分量的作用决定。

(4) 限于篇幅, 本文未能进一步探讨各季节的气温变化趋势及其对年平均气温的影响, 这方面的工作仍有待进一步开展。