秦岭南北气候变化的对比研究

秦岭南北气候变化的对比研究

根据ipcc第四次评估报告，100年来，世界表面温度上升到0.74，变化趋势自20世纪90年代以来显著加快，未来世界温度将上升1.1.6.4。近百年来,特别是近50多年来,中国气候变化极为明显:20世纪80年代中期以后,气温增加了1.1℃,其中秋季和冬季升温幅度最大;总体上全国的降水量呈现减少趋势,在此背景下,西部降水量增加趋势明显,特别是西北地区。施雅风等提出了中国西北地区的气候由暖干向暖湿转型。在全球变化研究中,脆弱生态地理区的响应是研究的重点之一。秦岭是亚洲东部暖温带与亚热带的分界线,其主脊地段和高峰分布在陕西省境内,而且主脊南北垂直自然带谱明显差异。秦岭山地又是南亚季风与东亚季风交汇影响的季风边缘区,不同环流系统以及纬度造成了秦岭南北气候的较大差异性。近50年来,秦岭北麓平均气温为13.76℃,降水量为572.57mm,年温差为25℃,冬季均温为-0.15℃;南麓平均气温为14.48℃,降水量为853.78mm,年温差为21.98℃,冬季均温为3.11℃,明显高于北麓。诸多学者对秦岭地区气候进行了大量的研究表明,秦岭南北地区气温同步波动,呈现出一定的暖干化趋势,并对南北地区的径流以及季节性降水等进行了研究。本文旨在探讨秦岭南北气候变化的区域差异与突变,从而得出南北气候变化的区域特征与发展趋势,为秦岭南北环境响应与发展模式选择提供参考。1数据来源和方法1.1验证测站点概况气象资料来源于陕西省气象局和相关统计年鉴。选取秦岭南麓留坝、佛坪、略阳、洋县、勉县、西乡、宁强、镇巴、宁陕、汉中、旬阳、安康、紫阳、平利14个测站,秦岭北麓宝鸡、眉县、扶风、武功、咸阳、户县、礼泉、西安、富平、合阳、大荔、渭南、潼关13个测站(图1)。气象资料从1951-2008年,其中季节资料从1955-2008年。1.2气候变化趋势分析依据站点数据分别计算秦岭南北逐年和季节气温和降水量的平均值作为年气温、降水量与季节气温、降水量,利用气温、降水距平、5年滑动趋势以及多年滑动趋势进行气候变化的趋势分析。采用Mann-Kendall法、滑动t检验法以及Yamamoto法进行突变比对检验。2气候变化特征2.1温度变化2.1.1气候变化的季节和季节不同秦岭南北的年代际平均气温总体呈现上升趋势,但两者升温的幅度与时间存在显著差异(表1):秦岭北麓在1951年以来一直有升温现象,但20世纪50-80年代升温幅度较小,平均升温仅为0.06℃/10a。而80年代以后,升温幅度较大,80年代末期到90年代升温距平为0.83℃/10a,21世纪以来,升温幅度也很大。秦岭南麓自20世纪50-80年代有降温现象,幅度较小,仅为0.08℃/10a。从80年代以后有升温趋势,并且升温幅度较大,达到了0.67℃/10a。由此可以看出,秦岭北麓从50年代以来呈现升温趋势,南麓升温时间从80年代开始,并且北麓升温幅度大于南麓,气温季节的年代际变化与年平均气温变化趋同。但北麓春、秋、冬季呈现升温趋势,其中秋冬两季升温幅度最大,特别是80年代末期以后升温剧烈。夏季80年代末期以后也呈现升温趋势,但50年代以来,季节平均气温呈现0.01℃/10a的降幅;南麓同样是秋、冬季呈现升温趋势,但幅度明显小于北麓,并且春夏两季的温度也略有降低。2.1.2气温、冬季变化由图2可以看出,20世纪80年代气温上升幅度较大,北部升温幅度明显大于南部。秦岭北部自1951年到70年代气温略有下降趋势,自80年代初以来呈现上升态势;而南部自1951年到80年代末,气温略有下降,90年代初大幅升温。气温的季节变化与年均温变化趋势相似,秦岭北部和南部夏季气温略有下降,下降幅度分别为0.019℃/10a和0.016℃/10a,春秋冬季的升温特别是冬季的大幅升温是导致年均温上升的主要原因;秦岭北部和南部冬季升温幅度均达到了0.02℃/10a,冬季是年季节平均气温变化最为激烈(其正负距平变化振幅最大且周期小)。2.2降水位2.2.1降水量变化趋势由表2可知,秦岭南北地区的气温与降水基本上同步波动,变化频率和周期趋同,呈现暖干化趋势。秦岭南北降水量均呈现下降趋势,近50年南部降水量下降了133.25mm,北部下降了68mm。南北年代际降水量20世纪50-70年代初均呈现波动增多趋势,70年代中期至80年代中期,降水量增幅比较大。80年代以来,秦岭南北气温升高,降水量下降明显,秦岭北部在21世纪初出现过短暂的降水量增加趋势,而南麓一直处于下降趋势。对于季节年代际变化,秦岭北麓四季降水量均有下降,而南麓夏冬两季降水量略有上升,春秋季下降幅度明显。2.2.2降水变化情况由图3可以看出,秦岭南北的降水量变化趋势基本一致,降水减小幅度为南部(2.665mm/a)大于北部(1.360mm/a)。1951-1979年两地降水出现波动态势,1979-1984年表现为降水的增加,并且幅度较大(距平为正距平),两地降水量的下降主要集中在1984年以后,特别是20世纪90年代以后。两地区之间的降水差距大致表现为:1953-1983年降水差值逐渐增大,1984年以后差值减小,也说明南麓降水减小幅度大于北麓,但是北麓夏秋两季降水量减小幅度大,南麓春秋两季减小幅度大。从季节变化来看,夏秋季秦岭北麓降水减小幅度大于南麓,春冬季北麓降水减小幅度小于南麓。变化最为剧烈的是北麓夏秋季,降水减少达到1.19mm/a,其次为南麓的春秋季,达到0.75mm/a。研究表明,秦岭北麓和南麓主要受西南季风与东南季风的影响。而在气候增暖的情况下,东南季风的减弱,特别是西南季风的减弱,两者叠加使两地区降水减少更为剧烈。3气候突变的季节和季节由于每种检验方法都有不足之处,所以在进行气候突变检测时,采用Mann-Kendall法、滑动t检验法以及Yamamoto法进行突变比对检验,以至少两种检验方法所得结果一致为准,并且由于降水的变化频率和周期与气候基本同步,因此只对气温进行突变检验。从检验结果看(表3),气温突变比较明显。秦岭南北在年平均气温突变时存在一定的时间差,秦岭北麓与陕西省气候突变年份一致,在1989年发生气温突变,温度升高;秦岭南麓在1992年发生气候突变。对于气候突变的季节而言,秦岭南北均存在一定的时间差。秦岭北麓秋冬季未出现明显的气候突变,春季分别在1981年和1991年出现过气候突变,且1991年突变置信度更高,夏季气候突变时间与北麓年平均气温突变时间一致,发生在1989年。秦岭南麓,春季未发生突变,夏季在1989年发生突变,冬季突变时间与南麓一致,发生在1991年,而秋季在1962年发生突变。研究表明,东南季风、西南季风、高原季风、中纬度西风环流、西太平洋副热带高压的变化是中国干湿气候界线波动的根本原因。另外,古长安气候研究表明,中国中西部地区旱涝气候与东亚槽和印度低压活动存在一定的相关性。气温和降水的突变是对大气环流系统强弱变化的响应,秦岭南北受上述环流系统的影响,不同环流系统的强弱变化如何综合影响其气候变化及其突变有待于进一步研究。4年降水量、气候突变(1)秦岭北麓和南麓分别在20世纪80年代末和90年代初出现明显的升温趋势,春秋季在90年代平均气温略有上升,而冬季在80年代中期以后明显变暖,升温幅度最大。夏季未表现出升温现象,平均气温呈略下降趋势。(2)年降水变化除60年代秦岭南北变化不一致外,其他时间规律趋同。50年代降水偏多,60年代北部增多而南部偏少,70年代均偏少,80年代降水量最大,90年代以后又减少。总体呈现减少趋势,其中南部减少大于北部。季节变化