全球气候变化下浙江省的区域响应

全球气候变化下浙江省的区域响应∗
毛敏娟1) 陈葆德2） 樊高峰3） 林惠娟1） 顾骏强1）
1)（浙江气象科学研究所，浙江 310021） 2）（上海气候中心，上海 200030）
3）（浙江气候中心，浙江 310021）
摘 要
使用SNHT检验法（Standard Normal Homogeneity Test）、Buishand检验法、Pettitt检验法对浙江省41个气象观测站1960-2007的温度和降水观测序列进行均一性检验，认为通过三种检验法检验的站点满足均一性条件，站点观测数据可靠，浙江省41个观测站点中有13个满足均一性条件。

对15个均一性站点观测资料的分析结果表明，度变化相同的年际和年代际振荡特点，即1980年代以前气温有所下降，1980中期后开始持续增温。

但是，不同站点气温上升幅度不同，中心城市气温增幅最大，植被、水域丰富的地区增幅最小，沿海地区和东海海面温度的上升幅度一致，体现了下垫面、城市化进程等因素的影响差异。

平均年降水量同样呈上升趋势，约为20.7mm/10a。

不同站点增幅不同，体现了梅雨和台风降水对不同地点的影响程度。

年降水增加的同时，降水日数却呈下降趋势，降水变得更加集中，强降水天气变得更频繁。

在全球变暖背景下，强降水、高温热浪等极端天气事件发生频率增加，中心城市呈向“干热”发展的趋势。

各站点的分析结果表明城市发展差异和下垫面不同所引起的响应程度也不相同。

此外，对100C的热量分布分析结果表明，1980年中期后≥100C的有效积温明显增大。

关键词：气候变化；均一性检验；浙江省；区域响应
引言
从大时间尺度来说，气候总是在不断变化的，而人们更关注的是自身所处时期的气候变化以及带来的影响问题。

20世纪被认为是近千年最暖的100年，在步入21世纪后似乎有继续增温的趋势，由此也带来了热带气旋、强降水、高温热浪等一系列极端天气/气候事件问题[1]。

因此，全球变暖已经成为当前影响全球发展的一个重大国际问题，受到普遍关注。

浙江省作为长三角大都市经济圈的重要组成部分，其气候变化特点必然体现了对全球变暖这一大环境的响应，同时又表现出自身城市化发展所带来的区域特点，因此研究浙江省的气候变化响应具有重要意义。

∗ 2008年上海气象局专项课题“华东地区气候变化影响评估”资助
在本文中，使用SNHT检验法（Standard Normal Homogeneity Test）、Buishand检验法、Pettitt检验法[2-4]三种方法对浙江省41个气象观测站1960－2007年的观测资料进行均一性检验，以剔除迁站、仪器更换等原因造成资料不连续的站点。

利用通过均一性检验站点的观测资料，获得了年、月平均温度、降水量、降水日数、露点温度的变化趋势；年0、5、10、15度的初终日及期间的积温/日数/降水/日照的变化趋势；高温（35度）酷暑（38度）初终日、日数、最长持续日数、极端高温的变化趋势；高温热浪（Tl>=25,Tg>=35，持续3天及以上）频数、持续时间、累计日数及期间的平均温度、露点温度变化趋势；各级（小、中、大、暴）降水量、降水日数、持续日数、连续无降水日数的变化趋势；台风频数、强度、降水等信息。

综合分析上述信息，获得了一些有意义的区域气候变化特点[5，6]。

1 数据均一性检验方法
气候变化研究的基础是均一性的长序列数据，然而由于仪器变动、站址迁移、观测方法改变，常会使序列数据产生非均一。

国外许多气候学家在研究判断非均一的方法并应用于具体气候数据方面做了大量工作，取得了重要进展[7-10]。

为了保证数据的质量，本文采用SNHT检验法、Buishand检验法、Pettitt检验法三种方法，并利用邻近站作为参照站对各站点的温度和降水观测数据进行均一性检验。

这是因为三种方法都能具体检验出非均一性位置，但又有区别。

1）SNHT能很容易地检测出序列在头尾的非均一性，而Buishand检验法和Pettitt检验法对于序列中间的突变点更敏感。

2）SNHT 和Buishand检验法要求样本序列是正态分布，但Pettitt检验法对此不作要求。

最终的检验结果被分成有效、可疑、非常可疑三个等级。

1）有效：0种方法拒绝原假设，表明序列没有出现明显的非均一性，是均一的；2）可疑：一种方法拒绝原假设，表明存在非均一的可能，应该进行严格筛选；3）非常可疑：两种或三种方法拒绝原假设，表明序列非均一。

浙江省历史数据完整的64个站点中有41个站点满足48年长序列的要求。

用上述检验方法对41个站点数据进行检验，结果有效站点15个，可疑站点8个，非常可疑站点18个。

如图1a为有效站点检验结果的典型例子，如图1b为杭州站点的检验结果。

杭州虽然属于可疑站点，但因为结果超出范围很小，而且属于研究区域的核心，因此也被列入有效站点。

图2是所有有效站点的分布图（绿圆圈）。

从图中可以看到，有效站点分布比较均匀，基本覆盖整个研究区域。

图1有效典型站点（a）及杭州站点(b)的均一性检验结果Fig.1 The results of homogeneity test at one typical meteorological station and Hangzhou
图2 通过均一性检验的站点分布图
Fig.2 The meteorological stations passed homogeneity test
2 浙江省对全球气候变化的响应
2.1 气温响应
图3为杭州1960年至2007年逐月平均气温的距平曲线，其它站点的距平曲线具有相似
的变化趋势，只是变化幅度各不相同。

距平曲线除了表现出明显的年际振荡外，还有显著的年代际振荡。

浙江省与全球的气温变化分析结果表现出相同的年代际特征[11-12]，即在经过60、70年代的持续低温期后，于80年代中期开始出现持续增温。

图3 杭州站逐月气温距平曲线
Fig.3 Monthly temperature anomaly of Hangzhou
图4 浙江省各站点年平均气温倾向率（单位：0C/10a）Fig.4 variations of mean annual temperature at various meteorological stations (unit: 0C/10a)
为了定量评估年平均气温的变化趋势，数据分析时采用最小二乘法进行线性趋势拟合，获得近50a浙江省年平均气温倾向率为0.190C/10a，高于近50a全球0.130C/10a的气温倾向
率，略低于近50a中国0.220C/10a的气温倾向率[13,14]。

但是通过分析各站点年平均气温倾向率（如图4所示）发现，虽然各站点增温趋势一致，但增温幅度不尽相同。

杭州、嘉兴两个站点增幅最大，达到 0.30C/10a以上。

城市化发展造成的植被面积减少、水泥面积增大、地面粗糙度增大、自身释放热量增多等下垫面特征的变化是造成这一现象的主要原因。

植被、水域面积丰富的衢州、丽水及淳安、桐庐等地区升温幅度最小，平均增幅小于0.150C/10a。

沿海站点的增温率基本一致，而且和近50a东海海面0.290C/10a的年平均气温增温率几乎一样。

上述分析表明，海洋对气温的调节作用明显，同时，城市化所带来的下垫面特征变化引起的温度变化同样显著。

2.2 降水量响应
图5 浙江省各站点年降水量变化趋势（单位：mm/10a）
Fig. 5 variations of mean annual precipitation at various meteorological stations (unit: mm/10a)
图5为浙江省各站点年平均降水量变化趋势。

从图中可以看到，各站点年平均降水量皆表现出增加的趋势，年降水量总平均增幅约为20.7 mm/10a，但由于受梅雨和台风降水的影响程度不同，年平均降水趋势表现出明显的地域特点，其中受台风降水影响大的沿海站点和梅雨影响大的西北站点增加趋势明显，而受两者影响都较小的中部站点增加趋势相对较小。

年平均降水量虽然呈上升趋势，但是分析连续5日无降水出现频数和年无降水总日数（参见图6）发现，这两个量都表现出增大的趋势。

由此可见，年降水变得更集中，具体表现就是
年暴雨和大雨的总日数呈增加趋势，如图7所示。

图6 连续5日无降水出现频数和年无降水总日数
Fig.6 Frequency of five successive no-rain day and annual accumulated no-rain day
图7 年暴雨和大雨总日数变化趋势
Fig.7 Variation of the accumulated day of heavy rain and rainstorm
2.3 极端天气响应
迅速的城市化进程以及温度上升带来了诸多环境问题，比如高温热浪。

图8a和8b分别为杭州和江山历年高温热浪期间的平均气温及平均露点温度变化趋势。

杭州代表了绝大部分站点的变化特征，而热浪期间温度略呈下降趋势的包括江山和淳安两个站点，嵊泗、普陀、乐清、洪家等沿海站点则表现为没有高温热浪现象或出现高温热浪的年份很少。

因此，从总体上来说，高温热浪期间的平均气温呈升高趋势而露点温度则呈下降趋势，尤其以杭州站点表现的最为明显。

这说明，在城市环境中，中心城区的气候变得越来越干热，这是典型城市
化造成的气候变化特征。

图8 杭州(a)和江山(b)高温热浪分析
Fig.8 The analysis of scorching weather and heat wave at Hangzhou and Jiangshan
分析图9浙江省不同地区1960－2007年夏季（6－8月）露点温度的演变趋势发现，杭州及附近的金华、绍兴地区露点温度呈下降趋势，但是属于衢州地区的江山、丽水地区以及属于沿海城市的乐清、普陀等地露点温度则呈上升趋势。

这进一步说明了城市化进程改变了原有的地表面类型，大量的自然植被被水泥马路和建筑物所代替，大气中的感热增加而潜热减少，使城市局地气候趋于“热干”化趋势。

而周边地区由于地表或海洋有丰富的水汽经陆气交换进入大气，所以露点温度呈上升趋势。

但是根据美国国家天气服务中心提供的“热浪灾害警报系统”[15]，在温度上升的情况下，露点温度越高，热指数也越大，人体感觉越不舒服。

除了高温热浪，其它的高影响天气如高温酷暑等均有一定程度的增加。

图9 浙江省不同地区1960－2007年夏季（6－8月）露点温度的演变趋势
Fig.9 variation of dew-point at various stations in summer from 1960 to 2007
2.4 热量响应
浙江地处东南沿海，气候温暖，四季分明，雨量充沛，光温水资源丰富，特别适宜水稻等各种农作物的生长，但气候变暖却使一些生长条件发生了改变。

本节着重分析100C有效
积温、始终日的变化情况。

图10 1960－2007年≥100C初日、终日、持续日数、有效积温的演变趋势
Fig.10 variation of the beginning dates, the ending dates, annual accumulated day, and effective accumulated temperature of 100C from 1960 to 2007
从图10中看到，≥100C的初、终日表现出明显的年代际变化特征。

自1980中期后，随着气温的上升，≥100C的初日明显提前，而终日则明显推迟，从而造成≥100C的持续日数也明显增加，同样有效积温也相应地增多，到2000年绝大部分站点≥100C的有效积温基本超过50000C/d。

这种热量状况变化趋势，使得浙江地区的活跃生长期增长、有利用农作物丰产的同时，植物病虫害的影响也呈加剧趋势。

3 结论
从上述分析可以看到，浙江省在气温、降水、极端天气、热量等各个方面对全球气候变化均有所响应。

（1）近50a浙江省年平均气温倾向率为0.190C/10a，高于近50a全球0.130C/10a的倾向率，略低于近50a中国0.220C/10a的倾向率；浙江省与全球的气温变化具有相同的年代际特征；不同地区气温变化幅度不同，中心城市气温增幅最大，植被、水域丰富的地区增幅最
小，沿海地区和东海海面温度的上升幅度一致。

（2）全省年平均降水量呈上升趋势，增幅约为20.7 mm/10a。

但各地增幅不同，其中受台风降水影响大的沿海站点和梅雨影响大的西北站点增加趋势更明显。

降水变得更集中，因此年平均大雨和暴雨的总日数呈增加趋势。

（3）高温热浪发生频次明显变高，并且多数站点呈现平均气温升高而露点下降趋势，这说明热浪期间气候向越来越干热的方向发展，热指数呈上升趋势。

从全省夏季露点变化的分析结果来看，中心城区呈变干趋势，而周边地区则更显湿润。

（4）1980年中期以后，≥100C的初日、终日、日数及有效积温有不同程度的提前、推迟、增加和增多。

总体来说，热量对全球气候的响应是积极的。

事实证明，浙江省对全球气候变化的响应明显。

但我们更感兴趣的是人类活动在气候变化中的作用权重，这也是我们下一步工作的重点。

参考文献
[1] 王绍武，赵宗慈，杨保. 近年来关于气候变暖的争议.气候变化通讯，2003，2(6):12-15
[2] WIJNGAARD J B, KLEIN TANK A M G, AND KONNEN G P. Homogeneity of 20th century European daily temperature and
precipitation series. Int. J. Climatol., 2003, 23: 679-692
[3] 刘小宁，孙安健. 年降水量序列非均一性检验方法探讨. 气象, 1995，8:3-6
[4] 刘小宁. 我国40年年平均风速的均一性检验. 应用气象学报，2000，11(1)：27-34
[5] 陈兴芳，晃淑懿. 台风活动的气候突变. 热带海洋学报，1997，13(2): 97-104
[6] 王艳萍，田志光. 2006年西北太平洋热带气旋（台风）活动特征分析. 海洋预报，2008，25(1)：47-55
[7] Potter K W. Illustration of a new test for detecting a shift in mean precipitation series. Mon. Wea. Rev., 1981,
109: 2040-2045
[8] Easterling D R, Peterson T C. Techniques for detecting and adjusting for artificial discontinuities in
climatological time series: a review. In: Fifth International Meeting on Statistical Climatology. 1992, 28-32 [9] Easterling D R, Peterson T C. A new method for detecting undocumented discontinuities in climatological time
series. Int. J. Climatol., 1995, 15: 369-377
[10] Herzog J, Muller W G. Homogenization of various climatological parameters in the German Weather Service In:
proceedings of the First Seminar for Homogenization of surface climatological data. 1996, 101-111
[11] 王绍武. 20世纪气候学理论研究的十项成就. 地球科学进展，2000，15(3): 277-282
[12] 王绍武. 现代气候学研究进展. 北京：气象出版社. 2001. 3-22
[13] 秦大河等. 中国气候与环境演变(上). 北京：科学出版社. 2005，52-54
[14] 宋艳华，张润仙，罗律等. 气候变暖背景下清远气温变化特征. 气象与环境学报，2008, 24(3): 38-41
[15] /thread-1805-1-4.html
Regional action of Zhejiang province to
global climatic change
Mao Minjuan1) Chen Baode2) Fan Gaofeng3) Lin Huijuan1) Gu Junqiang1)
1)( Zhejiang Meteorological Science Institute, Zhejiang 310021)
2)(Shanghai Meteorological Center, Shanghai 200030)
3)(Zhejiang Meteorolgical Center, Zhejiang 310021)
Abstract
The Standard Normal Homogeneity Test (SNHT) method, Buishand method, and Pettitt method are carried out using mean annual temperature series of 41 meteorological stations over Zhejiang province from 1960 to 2007. With the data of the homogeneity meteorological stations, the variation of annual mean temperature, annual mean precipitation, extreme climate events, and effective accumulated temperature are analyzed. The results show that annual average air temperature takes on an increase trend in Zhejiang province during recent 50a, which is synchronous to the inter-annual change in the globe, and the ratio of warming is 0.190C/10a, which is higher than that in the globe and lower than that in China. Annual average precipitation also takes on an increase trend, and the ratio of increase is 20.7 mm/10a. But annual accumulated rain-day is decreasing, the heavy rain and rainstorm event become more frequent. Meanwhile, the increasing extent in southeastern coastal stations and northwestern meiyu regions is larger than those in other stations because of typhoon precipitation and meiyu, respectively. The extreme climate events such as heavy precipitation, scorching weather, heat wave are also increasing, and the center cities present a trend toward “dry & heat”. With the analysis of effective accumulated
temperature of 100C from 1960 to 2007, the results show that the beginning dates become earlier and the ending dates is delayed, meanwhile, the annual accumulated day is increasing, and then the effective accumulated temperature also presents an increasing trend. Overall, the effective accumulated temperature of 100C shows a positive variation to global climatic change. The analysis results of each station demonstrate that the discrepancy of city development and underlying surfaces are exhibited by the different extent of action of different meteorological stations to climatic change.
Key words: climatic change; homogeneity test; Zhejiang province; regional action。