湖北省近50年来的气温和降水变化趋势分析_李帅

湖北省近50年来的气温和降水变化趋势分析
李帅,汤振权,匡亚红
(三峡大学土木水电学院,湖北宜昌443002)
摘要 温度和降水对气候的变化有着极为显著的影响,因此,研究温度和降水的变化规律对于促进农业生产、水资源的合理规划和调度具有十分重要的意义。

利用湖北地区1957~2006年的气象资料,选取16个有代表性的站点,具体分析了近50年该地区气温与降水之间的关系。

结果表明,夏季总降水量与温度有较好的相关性,而全年及春、秋、冬各季气温与降水的相关性规律表现不明显。

这为指导当地农业生产以及充分合理利用当地的气候资源提供一定的参考。

关键词 温度;降水;时空分布;相关分析中图分类号 S161.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)04-01652-04On the Changing Trend of T e mperature and Preci p itati on in H ubei Provi nce in R ecent 50Years L I Shuai et al (Co llege o f Civil and Hydropo w er Eng i neeri ng ,Three Gorges U ni versity ,Y ichang ,Hubei 443002)Abstract Tempera t ure and prec i pitation changes have a very si gnifi cant m i pact on c lm i a t e so that the st udy of t empera t ure and prec i pitation changes is signifi cant for promoti ng t he agricultural producti on ,w ater resources pl anni ng and scheduli ng .Th i s study am i ed t o ana l yze t he cor -rel a ti on bet w een te mperature and precipit a ti on i n recent 50years by usi ng t he m eteorol og i cal data ofHubei Prov i nce duri ng 1957-2006i n 16representati ve sites .The res u l ts showed t ha t a quite obvious relevance was de monstrated bet ween t he tota l prec i pitation and te mperature i n su mmer ,but i n spri ng or t he whole year ,autu mn andw i nt er ,the rel evance of t he la w o f t he perfor mance was not obvi ous ,which prov i ded a gu i dance t o t he l ocal agr i cultural production as we ll as f ull and rationa l utiliz a tion o f t he l ocal clm i ati c resources .K ey words T e mpera t ure ;P recipit a ti on ;Spatial and te mporal di stri buti on ;Corre l ati on anal y sis
作者简介 李帅(1987-),男,湖北汉川人,本科生,专业:水文与水资
源工程。

收稿日期 2008-11-12
随着社会经济的迅猛发展,地球上的气候也随之发生了一些变化,这些气候变化给环境、工农业生产以及城乡人民生活带来了不同程度的影响。

温度和降水作为两大气候因子对气候的变化有着极为显著的影响,因此,研究气温和降水的变化规律,对于作为农业大省和经济大省的湖北省来说,显得十分必要。

目前趋势分析的方法很多,如线性倾向估计、累积距平、滑动平均、二次平滑、三次样条函数、M ann -K e ndall 秩次相关法、小波分析等方法。

这些方法被广泛地应用于气温和降水的变化趋势分析中。

如刘晋秀等用线性回归方法,近似地揭
示了黄河三角洲近40年来气候变化的总趋势[1]。

彭梅香等使用一元线形回归方程对黄河中游泾渭洛河近50年来的降水变化特点进行了分析[2]。

胡桂芳等用子波变换的方法分
析了山东烟台、青岛、济南近百年降水距平序列[3]。

江田汉利用非趋势波动分析方法对我国近百年气温的长程相关规律进行了研究[4]。

徐宗学等采用M ann -K e ndall 方法对山东
省近40年来的气温和降水趋势进行分析[5]。

李希国等利用Excel 数据处理软件和统计学方法对烟台地区气温与降水量变化关系进行研究[6]。

因此,笔者尝试采用M atl ab 和SPSS 数据处理软件并结合统计学方法对湖北省近50年来的气温和降水数据进行分析,以期初步探求气温与降水之间的变化规律。

1 材料与方法
1.1 研究区概况 湖北省地跨长江和汉江两大水系,位于中国中部,介于29b 05c ~33b 20c N,108b 21c ~116b 07c E 。

全省除高山地区外,大部分为亚热带季风性湿润气候,光能充足,热量丰富,无霜期长,降水充沛,四季分明,雨热同季。

大部分地区有冬冷、夏热、春温多变、秋温下降迅速的特点,年平均气温一般为15~17e ,全省大部分地区年降水量800~
1600mm [1]。

1.2 数据处理 考虑到研究应该具有一般规律性和代表
性,结合湖北省气温和降水资料的实际情况,均匀选取了湖北省16个气象站点(图1,其中包括3个国家级和13个省级气象站点)近50年的气温和降水观测资料作为基本资料,并对部分站所缺观测年、月的资料,根据临近测站的实际进行插补延长,以保证气温、降水序列的完整性。

最后统一取1957~2006年的气温和降水资料,分别统计年平均气温、年总降水量和春季(3~5月)、夏季(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(12~2月)的平均气温和总降水量。

图1 研究区及气象站点分布
F i g .1 D i stri buti o n ma p of s tudy area a ndm eteorol ogical stati o ns
2 结果与分析
2.1 气温和降水的空间分布与变化趋势 由图2可见,近50年来,湖北省境内汉江流域沿线气温和降水变化极为显著,二者几乎呈直线上升。

鄂西北少雨是由于相对来说这里纬度较高、距海较远,受北方干冷空气控制时间较长,所含水汽较少所致
[7]。

长江流域沿线由上游至下游降水呈上升趋
势,上下游变化差别较大;气温从上游到荆州急剧下降,后由荆州至下游呈缓慢上升趋势。

这是因为湖北省有近80%的面积是山区和丘陵岗地,地貌大致为西部、北部、东部三面高地、中间低洼、向南敞开的准盆地[8]
,东亚季风受到山地的阻滞,导致鄂南地区气温降低。

责任编辑 罗芸 责任校对 屈满义
安徽农业科学,Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc.i 2009,37(4):1652-1655
宜昌地区降水量出现尖点而导致2个多雨区的出现,与
以下因素有关[7]
:¹位置偏南。

北纬30b 纬线横贯这两区的中部,且接近水汽源地)))南方海洋。

º有利的降水天气系统影响。

这里每年春季和初夏期间,常生成新生气旋波,同时,暖空气亦常在此交锋形成锋面及切变线,来回摆动或停
播扩致使降水持续、强度较大、雨量丰沛。

»受当地地形的制约。

鄂西南武陵山和鄂东南鑫卓山,山脉呈东北)西南向,面对夏季风的来向,与夏季风几乎垂直,造成了暖湿气流被地形抬升的有利条件,故极易成云致雨。

由图3可见,鄂西山地降水量有下降趋势,为-1127mm /a
,
图2 1957~2006年汉江流域沿线和长江流域沿线年均降水距平(a)和气温距平(b)
F i g .2 Annual a verag e preci pita tio n departure (a)and te mperature departure (b)in the Ha nji ang R i ver basi n a nd
Yang tze R iver basi n fro m 1957to 2006
而鄂中东部降水量呈上升趋势,为2138mm /a 。

这与向辽元等
[9]
得出的年降水量增加的区域位于长江中下游及其以
南地区,增加趋势为10~80mm /10a 的结论基本一致。

在温
度上,鄂西山地50年来气温基本保持不变,鄂中东部气温增加较明显,为0.023e /a 。

2.2 气温和降水的时间分布与变化趋势 由图4可见,
从
图3 1957~2006年鄂西山地和鄂中东部年均降水距平(c)和气温距平(d)
Fig .3 Annual avera ge precipitati on depart ure(c)a nd te mperature depart ure(d)i n m o unta i nous area of w estern Hubei a nd t he
m i ddle a nd easter n reg i on of Hubei fro m 1957to 2006
19世纪60年代湖北省气温呈上升趋势,平均上升0.0134e /a 。

春季、秋季和冬季气温有上升趋势,其中冬季气温上升对全
省气温上升的贡献率最大,为0.0258e /a 。

夏季气温有略微下降的趋势。

由表1可以看出全省全年及各季气温随年代整体呈上升趋势,其中冬季变暖程度最大,特别是在80年代后表现得尤为突出,这表明湖北省冬暖化的趋势比较明
显,这与人类活动导致全球气温升高有着密切的联系。

降水量除冬季有上升趋势外,其余各季的降水倾斜率均为负值,但全省降水上升趋势明显,倾斜率为0.42mm /a,说明冬季降水变化对全年降水变化起主导作用。

2.3 气温与降水的相关性 由图5可知,全年及各季的降水量与气温之间存在一定的相关关系。

年平均气温、季平均
表1 近50年湖北省气温与降水量变化情况
Tabel 1 Changes o f te mpera ture and preci pita tion i n the past 50years i n H ubeiP rovince 年代(份)
Year 年Annual 总降水量mm Total preci pitati on 平均气温e Average te mperat u re 春季Spri ng 总降水量mm Total preci p it ati on 平均气温e Average te m perature 夏季Su mm er 总降水量mm Total preci pitati on 平均气温e A verage te mp erat u re 秋季Autu m n 总降水量mm Total preci p it ati on 平均气温e Average te m perature 冬季W i n t er
总降水量mm Total preci pitati on 平均气温e Average te mperat ure
6092416.432616.046927.422717.2854.97090216.335215.939727.124217.0915.18099916.129916.054626.526717.1875.090
94216.033516.252326.918917.71056.02000~2006
90517.130217.344627.321017.8
1285.7
#
1653#37卷4期 李帅等 湖北省近50年来的气温和降水变化趋势分析
注:)))降水距平;,,气温距平。

Note :)))Preci p i tation de p art u re ;,,T e m perature d e part u re .
图4 1957~2006年年平均及各季气温距平与各季降水距平
F i g .4 Te mpera ture depart ure and seasonal precipitati on departure fro m 1957to 200
6
图5 1957~2006年年平均气温、季平均气温与年降水量、季降水量之间的关系Fig .5 The relati ons hi p bet w een annualm ea n te mpera ture ,s ea s onalm ean te mperature a nd
to tal preci pita tio n ,s ea s ona l preci pitati on fro m 1957to 2006
气温与年降水量、季降水量之间的相关系数R 2
分别为0.132(年)、0.331(春)、0.368(夏)、0.194(秋)、0.140(冬)。

从散点的分布来看,春季和冬季降水量随温度的变化波动较大,且春季整体呈下降趋势。

夏季和秋季的降水量随温度的上
升均呈下降趋势,其中夏季呈线性下降,公式为:P =-379149t +11858(式中P 为降水量,t 为气温),而秋季近似线性。

由于年、秋、冬降水与气温相关系数不高,因此笔者认为它们的相关性表现不明显。

#1654# 安徽农业科学 2009年
由表1可知,湖北省的降水主要集中在夏季前后,故提取5~10月的降水量作为汛期降水量,作出其与年均温度及各季温度之间的关系图(图6)。

由图6可知,汛期降水量与温度的相关性与年平均气温、季平均气温与年降水量、季降水量之间的关系类似,汛期降水量仅与夏季气温的相关性较好,R 2
为0.3175,公式为P =-123.15t +4124.4(式中P 为降水量,t 为气温),这主要是因为夏季湖北省受东亚夏季风的影响很大。

居丽丽等通过对降水的线性响应恢复场和非
线性响应恢复场进行PCA 分析,得到夏季降水对东亚夏季风线性响应和非线性响应的主要表现形式,其中长江中下游以及北京、河北附近的降水在夏季风的影响下主要表现为线性响应[10]。

而汛期降水量与年均气温及各季的气温相关系
数不高(5~10月、年平均及春、秋、冬三季气温相关系数R 2
分别为0.2230、0.1548、0.1438、0.1554、0.0640),因此其相关性表现不明显,说明造成湖北省降水变化的成因复杂,
降水量变化是受多方面因素控制的结果。

图6 1957~2006年汛期降水量与年均温度及各季温度之间的关系
Fig .6 The relati ons hi p bet w een preci pita tio n a m o unt i n floo d peri od and a nnua l average te m perature a nd seas ona l te mperature
3 结论
湖北省气温和降水量关系的研究表明,近50年来,温度和降水沿流域沿线上有明显的上升趋势,鄂南地区由于湖北省地形的特点及东亚季风的影响,气温明显低于全省平均水平。

气温和降水量沿时代分布变化显著,均显上升态势。

其中,冬季变暖程度最大,表明改革开放后湖北省冬暖化的趋势比较明显,气温的升高与人类发展过热有着直接的联系。

而降水量的升高,冬季降水起着决定性的作用。

湖北省夏季降水量与其平均气温以及汛期降水量与夏季平均气温的相关性较好,降水总量均随温度的上升呈线性下降的趋势,这是因为夏季降水主要是受东亚夏季风的影响,造成降水量增大(减少)的同时也会导致气温相应的减少(增大)。

其他时期的降水量与温度的相关系数不高,相关性表现不明显,这也说明了整体上造成湖北省降水变化的成因复杂,降水量变化是受多方面因素共同控制的结果。

参考文献
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1655#37卷4期 李帅等 湖北省近50年来的气温和降水变化趋势分析。