辽西北地区近60 a气候变化趋势及空间分异特征.pdf

书书书第 卷 第 期东北林业大学学报 年 月 ）中 国 气 象 局 沈 阳 大 气 环 境 研 究 所 联 合 开 放 基 金 项 目（）。第一作者简介：王笑影，女，年 月生，中国气象局沈阳大气环境研究所，副研究员。：。通信作者：李雪华，中国科学院沈阳应用生态研究所，副研究员。：。收稿日期：年 月 日。责任编辑：韩有奇。辽西北地区近 气候变化趋势及空间分异特征）王笑影（中国气象局沈阳大气环境研究所，沈阳，）李雪华温日红季飞龙张英明（中国科学院沈阳应用生态研究所）（中国气象局沈阳大气环境研究所）（中国科学院沈阳应用生态研究所（中国科学院大学）摘要了解辽西北半干旱生态脆弱区的气候变化规律，对科学指导农业生产具有重要意义。基于 年辽西北地区 个气象站点的数据，利用 斜率估算、趋势分析及突变检验，在辽西北区域尺度，探讨 年的气温、降水量、风速、日照时间、潜在蒸散量、湿润指数、相对湿度、大气压等要素的变化趋势，在辽西北地区行政区的局域尺度上，探讨不同气象要素的空间分异特征。结果表明：辽西北地区年均气温以 倾向率呈显著增加（），降水量以 倾向率下降。风速、气压、日照时间呈显著下降（），但潜在蒸散量、湿润指数的下降趋势及相对湿度的增加趋势均不显著。春季、冬季的增温倾向率（、），明显高于夏季、秋季的增温倾向率（、）。夏季降水、日照时间倾向率降幅分别达到 、。辽西北地区气候变化呈现出，中部局域强暖干化趋势明显，而东北、西南局域暖干化趋势逐渐减弱的空间分异特征。日照时间下降倾向率呈现出由东北向西南逐渐递减的空间格局，其极显著下降趋势会给昌图、康平、彰武、阜蒙、朝阳等生态脆弱区的农业生产具有更大的负面影响。关键词气候变化；倾向率；气温；降水；日照时间；季节差异分类号 （，）；（，）；（，）；，（，），（）：，（），（），（），（），；以气候变暖为主要特征的全球变化，对地球生态系统、人类社会都产生了巨大影响 。全球气温显著升高，且不同区域间有强烈的时间效应、空间尺度依赖性。第五次评估报告指出 年全球海陆表面升温幅度在 之间，平均升温 ，年 月 进一步得出全球较工业革命前升温 的结论 。有研究表明，自 年我国气候变暖速率高于全球水平，自 年以来中国增温速率为 ，但我国降水量变化趋势不明显 。我国不同区域不同季节的气温和降水量变化倾向、幅度存在明显差异 。北方农牧交错带，年平均气温升高 ，但其东北部、西北部的降水量倾向率分别为 、，即局域出现气候暖干化、暖湿化的分异现象 。年东北地区平均气温、降水量倾向率分别为 、。刘和平等 确定 年辽西北地区降水量倾向率为 ，张艺萌等 研究表明辽西北地区降水量减少，年平均气温倾向率为 。气候变化对人类的生产生活、社会经济、自然环境等方面存在广泛的影响。气候变化对陆地森林生态系统、农业生态系统的影响较为明显 ，特别是位于干旱、半干旱地区的脆弱生态系统更容易受到气候变化的影响 。辽西北地区土地受沙化影响严重，作为辽西以北沙化生态脆弱重点区域、国家级水土流失重点治理区，其生态脆弱性不容忽视 。土地利用变化的研究证实辽西北地区也是东北重要粮食主产区、三北防护林的重要组成部分，具有重要的生态、生产安全屏障功能 。以往对辽西北地区的气候变化研究，主要集中在气温、降水量变化上，缺乏对辽西北整体区域多种气象要素，特别是对不同行政区局域尺度的气候变化比较分析 。目前已证实的气温、降水量变化倾向推断辽西北地区呈现气候暖干化趋势，但目前对其他气象要素的变化倾向、季节动态对气候的影响以及不同局域的气候动态差异尚不明确，导致对辽西北区域、不同局域的生态环境保护、农业安全生产的气象服务功能相对比较缺乏。本研究将辽西北地区整体视为区域尺度，辽西北地区内部所辖 个县市行政区域视为局域尺度，通过对近 （年）的多种气象要素动态趋势解析，分析区域尺度上多种气象要素的变化倾向和季节差异、局域尺度上气象要素的变化趋势及空间格局分异特征。本研究结果将为辽西北半干旱生态脆弱区的农业生产提供科学指导。研究区概况辽西北地区是辽宁省重点干旱区域，素有“十年九旱”之称 ，行政区划包括铁岭、阜新、朝阳、锦州以及沈阳西北部的康平、法库县等 ，地理坐标为 、。该地区属于中温带季风性气候，自西北向东南由半干旱过渡到半湿润，日照丰富、雨季同热、积温较高、降水多集中在夏季，且年际间变化较大 。年间的年平均气温为 ；年平均降水量为 ，年平均蒸发量为 ；年日照时间为 ，大风时间为 。该地区地形、地貌复杂多样性，以山地丘陵为主；主要土地类型为耕地、林地、草地等。该地区主要由三大水系（辽河、大凌河、绕阳河）组成。土壤类型大体分为草甸土、盐渍土、褐成土、森林土、生草风沙土。植被兼有华北植物区系及内蒙古植物区系温带草原特征，原生植被为少量的灌木、草本。总体上，该地区水土流失严重、生态环境脆弱，属于干旱缺水地区，特别是随着社会经济发展和气候变化，水分缺失成为制约区域发展的重要因素。研究方法辽西北地区 个气象站点 （）逐日气温、风速、空气相对湿度、气压、日照时间、降水量、蒸发量等数据来源于辽宁省气象局。基于 公式，利用参考作物蒸发量计算软件（）计算辽西北地区 个气象站点的逐日潜在蒸散量 。用降水量和潜在蒸散量比值即湿润指数来表征气候干湿变化趋势 。针对气象要素原始数据进行整理并形成月值、年值时序，按季节将 月 日月 日划分为春季、月 日 月 日为夏季、月 日 月 日为秋季、月 日次年 月 日为冬季。气象要素分析在辽西北整体区域、区域内 个县市行政区局域两个尺度进行。采用 斜率估算法、趋势检验法统计分析气象要素每 的变化倾向率，并进行变化趋势的显著性分析（为下降趋势、为增高趋势。表示通过 置信度检验，即 为显著；表示通过 置信度检验，即 为极显著）。利用 软件进行 趋势、突变检验分析并作图。利用地理信息系统软件（，）进行反距离加权插值（，），并绘制多种气象要素倾向率的空间格局分异图。结果与分析 区域尺度上气象要素的变化倾向及显著性 年辽西北地区年平均气温为 ，年降水量、潜在蒸散量分别为 、，日照时间达到 （表 ）。年间年平均气温变化以 倾向率呈显著增加趋势，但年降水量以 倾向率呈下降趋势。年均风速、大气压、日照时间均显著下降，但潜在蒸散量、湿润指数下降不明显，空气相对湿度升高倾向率仅为 ，且变化趋势不显著（表 ，图 ）。突变检验结果表明，气温在 年以前出现多个突变点，但均未达到显著程东北林业大学学报第 卷度，降水量则是 年以前出现多个不显著突变点，是年际间动态变化所致（图 ）。风速、日照时间、大气压、潜在蒸散量、相对湿度都在上世纪 年代末期发生突变，风速、大气压、潜在蒸散量的突变达到显著程度，而日照时间、相对湿度的突变点接近显著程度（图 ）。总体上，降水量、相对湿度、湿润指数都在不显著变化范围内波动。表 年辽西北地区的气象要素倾向率和 趋势显著性检验参数气温降水量风速日照时间潜在蒸散量湿润指数相对湿度大气压倾向率 年均值 值 月均值 值 注：表示差异极显著（）。图 年辽西北地区气象要素的变化趋势曲线 区域尺度上的气象要素季节动态差异性以气象要素年均值变化趋势分析，忽略了季节动态的周期性、差异性，导致气象要素月均值与年均值变化趋势的显著性差异较大。年辽西北地区温度、大气压的月均值与年均值变化趋势一致，但检验结果却不显著，只有风速、日照时间的月均值与年均值变化趋势一致，即保持显著下降趋势，而降水量、湿润指数则由年均值的下降趋势变为月均值的增加趋势，进而说明季节周期对气象要素的变化趋势有明显影响（表 ）。年辽西北地区四季的平均气温均呈显著增加趋势，且春季、冬季的增温倾向明显高于夏季、秋季；春季、冬季的降水量呈不显著增加趋势，而夏季、秋季则呈不显著下降趋势（表 ）。春季、夏季、秋季的潜在蒸散量下降趋势明显高于冬季，而秋季、冬季湿润指数及空气相对湿度分别呈不显著下降和增加趋势。四季风速、日照时间均呈显著下降趋势，但春季风速、日照时间的下降趋势均明显高于其他季节。局域尺度上的气象要素倾向率时空格局辽西北地区所辖局域均增温显著，其中北镇（）、朝阳（）、锦州（）增温倾向率相对最高，羊山（）、建平镇（）增温倾向率相对最低。建平县、新民、绥中、彰武、康平等局域的降水量略有增加，而北镇、义县、朝阳、锦州、北票的降水量倾向率达到 （图 ）。大部分局域的风速均呈显著下降，其中锦州和康平风速下降倾向率最高都达到 ，但只有阜蒙风速呈不显著增加趋势（）。大部分局域的日照时间呈显著下降趋势，其中法库下降倾向率最第 期王笑影，等：辽西北地区近 气候变化趋势及空间分异特征高达到 ，但锦州仅小幅度下降（），而绥中（）、兴城（）呈小幅度增加。彰武、阜蒙、锦州、兴城的潜在蒸散量呈增加趋势，其他局域呈下降趋势，其中阜蒙（）、建昌（）、羊山（）、建平镇（）潜在蒸散量倾向率变化均达到显著程度。辽西北地区所辖局域湿润指数倾向率变化范围为 ，中部湿润指数呈下降趋势，而东北、西南局域略有增加，空气相对湿度倾向率与湿润指数变化格局基本一致。阜蒙、北票、北镇的气压倾向率下降幅度最高达到 ，其他局域倾向率变化范围为 。表 年辽西北地区气象要素的季节变化倾向率及 趋势显著性检验季节气温倾向率值降水量倾向率值风速倾向率值日照时间倾向率值春季 夏季 秋季 冬季 季节潜在蒸散量倾向率值湿润指数倾向率值相对湿度倾向率值大气压倾向率值春季 夏季 秋季 冬季 注：表示差异极显著（）。或 表示突变点达到显著程度。为统计量的标准化数值曲线；为反向统计量的标准化数值曲线。图 年辽西北地区气象要素变化趋势的突变检验东北林业大学学报第 卷图 年辽西北地区气象要素倾向率的空间格局 讨论与结论 世纪 年代以来全球增温趋势明显 ，本研究年平均气温变化趋势也支持该结论。辽西北地区 年气温以 的倾向率呈显著升高趋势，明显低于东北区域 年气温变化倾向率（），但与全球增温速率分布范围（）相比仍达到了中等偏高的增温程度 。张艺萌等 研究发现辽西北地区 年气温变化倾向率为 ，说明近 年辽西北地区增温趋势不明显。辽西北地区四季增温极其显著且春季、冬季增温速率明显高于夏季、秋季。辽西北地区 年降水量变化倾向率为 ，下降幅度高于辽西北地区 年降水量变化倾向率（）和北方农牧交错带地区 年降水量变化倾向率（），。辽西北地区的夏季降水量下降倾向率最大（第 期王笑影，等：辽西北地区近 气候变化趋势及空间分异特征 ），其次是秋季（），而春季、冬季则略有增加，说明降水量变化倾向率的季节性差异可以部分解释年均降水量下降不显著的结果。研究发现辽西北地区湿润指数下降倾向率可以忽略不计、而相对湿度变化倾向率则有不显著的增加趋势（）。上述结果表明，辽西北地区虽然增温显著但干旱趋势并不明显，说明增温和降水减少不能明确预示气候暖干化趋势，还需结合湿润指数、相对湿度等共同研判区域的气候暖干化走势。辽西北地区湿润指数的变化趋势也支持 年我国湿润指数变化趋势不显著的研究结果 ，而且相对湿度变化趋势与降水量关系符合二者趋势变化之间的非一致性特征 。辽西北地区 年潜在蒸散量以 倾向率呈下降趋势，下降速率明显大于 年 中 国 年 均 蒸 散 量 的 下 降 倾 向 率（），但小于 年辽宁省区域尺度上潜在蒸散量下降倾向率（）。辽西北地区春季、夏季潜在蒸散量倾向率的下降幅度略大于秋季、冬季。辽西北地区 世纪 年代末潜在蒸散发、风速、大气压都发生显著突变，而相对湿度、日照时间的突变也接近显著程度，说明该时段是辽西北地区气候变化的关键转折期。辽西北地区 年风速下降倾向率达到 ，四季风速均显著下降且春季下降倾向率最显著（）。辽西北地区 年日照时间、大气压均呈显著性下降趋势，特别是日照时间下降倾向率较大（），日照时间符合我国大部分区域日照时间明显下降的总体变化趋势 。从季节分异来看，夏季、秋季、冬季的日照时间下降趋势均达到显著程度，而大气压则只有夏季、秋季达到显著性下降程度。以往对辽西北区域所辖县市局域尺度上气象要素变化特征研究较少。研究结果表明，辽西北地区 个县市行政区多个气象要素具有明显的空间分异特征，有助于深入分析不同局域间的气候变化