何 萍，敖成寅

（楚雄師范學院 區(qū)域氣候與環(huán)境變化研究所，云南 楚雄 675000）

氣溫變化會對降水量產(chǎn)生一定的影響，我國地勢由西向東逐漸遞減，使東西部氣候存在巨大差異，造成區(qū)域氣候變化復雜多樣，各地氣溫和降水變化存在一定的規(guī)律。研究氣溫和降水的變化特征，可以讓我們更好地了解和掌握氣候的變化規(guī)律，為氣候預測提供參考，減少氣象災害的損失。

國外，使用HadRT和探空資料對比后發(fā)現(xiàn)，高空溫度都在變冷，地面到300 hpa間存在變暖過程［1］。在人類活動的影響下全球氣候逐漸變暖，處在平流層、對流層溫度和對流層頂高度等氣象參數(shù)在一定程度上發(fā)生改變，這些改變導致平流層區(qū)域的溫度下降，對流層區(qū)域的溫度升高［2］。城市的降雨量受城市熱島的影響很大，在城市中心和下風方向受到的影響最為顯著［3］。對印度東北部16個不同雨量站119年的降雨量測量數(shù)據(jù)進行分析，得出印度洋溫度的變化對該地區(qū)的降雨量有著深遠的影響，人類對氣候變化的影響越來越顯著［4］。

國內(nèi)，對錫林河流域近56 a降水數(shù)據(jù)和平均氣溫數(shù)據(jù)進行分析，揭示了降水和均溫的年內(nèi)、年際和年代際的變化特征，并預測其變化趨勢［5］。近年來廈門市和內(nèi)蒙古烏蘭浩特市的氣溫呈整體上升趨勢，但是研究區(qū)域內(nèi)的降水突變并不明顯［6，7］。四川省合江縣的氣溫在近61a內(nèi)整體上升，但是降水量在研究區(qū)間內(nèi)整體減少，且變化幅度大［8］。陜西省商洛地區(qū)氣溫和降水量都呈上升趨勢，相對濕度和降水量呈負相關(guān)，氣候總體為暖濕型，空間差異大［9］。通過對比分析楚雄市城區(qū)氣象數(shù)據(jù)和郊區(qū)氣象數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)楚雄市雨島效應越來越明顯，特別是在城市及其下風向，城區(qū)面積和日照時數(shù)對雨島效應影響最為密切［10，11］。通過對昆明地區(qū)降水量的研究表明，區(qū)域內(nèi)年降水量呈遞減趨勢［12］。西南地區(qū)夏季降水量隨著蒙古高壓以及印緬槽的增強而增多，隨水汽通量散度和渦度減小而增大［13］。將西南地區(qū)分為東、西兩個區(qū)域，研究表明東部秋季降水主要受低緯度環(huán)流影響，熱帶海溫異常也對降水有一定的影響，西部降水則與中南半島反氣旋、高原以東反氣旋、孟加拉灣低槽和高緯環(huán)流異常有關(guān)［14，15］。

針對云南高原楚雄市氣候環(huán)境的研究主要集中在城市熱島和雨島效應方面，對氣溫與降水長時間尺度變化和相關(guān)性的研究偏少，所采用的研究方法各有其優(yōu)點及側(cè)重點。本文主要對楚雄市氣溫和降水氣候環(huán)境的變化特征及相關(guān)性進行分析，對掌握云南高原中小城市氣候環(huán)境變化具有科學參考價值。

1 研究區(qū)域概況

楚雄市位于云南省中部，境內(nèi)最高海拔為2916 m，最低海拔691 m，100°35′～101°48′E、24°30′～25°15′N。東距昆明152公里，西距大理179公里，區(qū)位優(yōu)越，交通便利，人民政府駐地為鹿城鎮(zhèn)，如圖1所示。楚雄市的建成區(qū)面積從2000年的15.4平方公里增長到2019年的57.63平方公里，城市人口從2000年的12.96萬人增長到2019年的37.24萬人，GDP從2000年的40.1億元增長到2019年的460.63億元，城鎮(zhèn)化率從2000年的27.31%增長到2019年的58.43%。楚雄市屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，主要受南亞季風影響。

圖1 云南楚雄市區(qū)位圖Fig.1 Location map of Chuxiong City in Yunnan Province

2 資料來源及研究方法

2.1 資料來源本文數(shù)據(jù)來自云南省氣象局信息中心，選取氣溫和降水數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出1971～2020年50年的月平均氣溫（℃）、年平均氣溫（℃）和降水量（mm）。

2.2 研究方法

2.2.1 Mann-Kendall檢驗法Mann—Kendall檢驗法可以判斷氣候序列中氣候突變的情況，其表達式為：

式中n為研究樣本的總量，S k為秩序列，E（sk），Var（sk）分別是sk的均值和方差。

給定顯著性水平為0.05，若UFk或UBk的值大于0，序列為上升趨勢，小于0序列則呈下降趨勢。超過臨界線時，說明趨勢顯著。若UFk曲線和UBk曲線存在交點，且交點在臨界線之間，說明此交點對應的時間為突變開始的時間。

2.2.2 小波分析法小波分析經(jīng)常用于研究氣候序列變化的尺度和周期。本文通過利用Morlet小波分析從而得出楚雄市的氣溫和降水變化周期。選用的Morlet小波函數(shù)表達式為：

i表示虛數(shù)，c為常數(shù)，t反映時間上的平移。Morlet小波函數(shù)的變換連續(xù)形式為：

小波方差為：

a是頻率參數(shù)，b是時間參數(shù)。其中小波系數(shù)變換實部等值線相對稀疏對應長尺度周期的震蕩，等值線密集對應短周期的震蕩。小波變換系數(shù)實部等值線圖中紅黃色表示上升階段，而青藍色表示下降階段；周期內(nèi)曲線未閉合表明未來將持續(xù)當前的狀態(tài)。小波方差可以確定氣溫與降水的主周期和次周期。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫和降水的變化趨勢分析

3.1.1 氣溫和降水的年變化從圖2可以看出，1971～2020年的平均氣溫為16.4℃，氣溫高于16.4℃的年份共有23年，低于16.4℃的有27年。50年間氣溫的最大值為2019年的18.0℃，最小值為1971年的14.9℃，極差為3.1℃。從圖2可以看出1971～2020年間楚雄市的年平均氣溫波動上升，上升趨勢明顯，變化幅度較大，這也符合全球氣候變暖的趨勢。

圖2 年平均氣溫變化趨勢圖Fig.2 Annual variation trend of average temperature

由圖3可以看出，近50年楚雄市多年平均年降水量為854.6 mm，大于854.5 mm的共有21年，小于854.6 mm的共有29年。年降水量最高值為2001年（1342.8 mm），最低值為1979年（485.8 mm），極差為857 mm，年度降水量差異較大。由年降水量變化曲線可以看出，近50年的降水量波動明顯，在整體呈下降趨勢。

圖3 降水量年變化趨勢圖Fig.3 Annual variation trend of precipitation

3.1.2 氣溫和降水的月變化圖4顯示，楚雄市的降水量在7月份出現(xiàn)最大值（185.7 mm），其次是8月降水量最大；在2月份出現(xiàn)最小降水量（9.7 mm），其次是12月份，降水量年較差為176 mm。綜合分析：楚雄市四季中夏季降水量最多，冬季降水最少，5月至10月為楚雄市的雨季，11月至4月為干季，年內(nèi)降水量差異顯著。

圖4 降水量月變化趨勢圖Fig.4 Monthly variation trend of precipitation

由圖5可見楚雄市年均氣溫為16.4℃，在6月份出現(xiàn)最高均溫（21.6℃），在1月份出現(xiàn)最低均溫（9.2℃），極差為12.4℃，氣溫變化顯著。近50年內(nèi)夏季溫度最高、冬季最低，夏季氣溫高變化幅度小，日常需要做好避暑和防曬的工作，而秋季的氣溫變化最為劇烈，晝夜溫差大，需注意及時調(diào)整衣物。

圖5 氣溫月變化趨勢圖Fig.5 Monthly variation trend of temperature

3.2 氣溫和降水的變化周期分析

3.2.1 氣溫小波分析對楚雄市1971～2020年的年平均氣溫數(shù)據(jù)進行小波分析，如圖6所示，由圖可以看出楚雄市的平均氣溫在近50年間呈現(xiàn)強烈的周期交替變化，年平均氣溫呈現(xiàn)出不同尺度的周期性震蕩。近50 a楚雄市的年平均氣溫包括多個不同尺度的時間周期，22 a和30 a的時間尺度最為明顯，30 a時間尺度的周期震蕩最強烈，為第一主周期，年均氣溫經(jīng)歷了上升→下降→上升→下降→上升5個階段的增減交替變化：1972～1980年氣溫上升；1981－1992年氣溫下降；1993～2002年氣溫上升；2003－2012年氣溫下降；2013～2020年氣溫上升，并且2013～2020年的等值線沒有閉合，未來幾年的氣溫會有上升的趨勢。

圖6 楚雄市氣溫小波分析圖（a：年均溫小波系數(shù)圖；b：楚雄市年均溫小波方差圖）Fig.6 Wavelet analysis diagram of temperature in Chuxiong City

3.2.2 降水小波分析通過對楚雄市1971～2020年的年降水量數(shù)據(jù)進行小波分析，結(jié)果如圖7所示，近50a楚雄市的年降水量表現(xiàn)為7a、13a、22a和32a的周期變化，32a的周期變化幅度最大，為第一主周期，年降水量經(jīng)歷了增多→減少→增多→減少→增多5個階段的增減交替變化：1971～1982年降水量增多：1983～1993年降水量減少；1994～2003年降水量增多；2004～2012年降水量減少；2013～2020年降水量增多，并且本階段的等值線沒有閉合，所以預測在未來幾年內(nèi)降水量還會增多。

圖7 楚雄市降水小波分析圖（a：年降水小波系數(shù)圖；b：降水小波方差圖）Fig.7 Wavelet analysis diagram of precipitation in Chuxiong City

3.3 氣溫和降水的突變分析

3.3.1 氣溫突變分析通過對楚雄市1971～2020年的年均溫數(shù)據(jù)進行突變檢驗，結(jié)果見圖8。從圖8可以看出1971～1978年UF曲線以1973年為轉(zhuǎn)折點先上升后下降，1987年UF曲線超過了顯著水平臨界線，上升趨勢越來越明顯，圖中UF曲線與UB曲線相交于置信區(qū)間之外，說明楚雄市的氣溫在1971至2020年間沒有突變。

圖8 楚雄市年均溫M-K突變檢驗Fig.8 M-K mutation test of annual average temperature in Chuxiong City

3.3.2 降水突變分析由圖9楚雄市1971～2020年的降水量突變檢驗圖可以看出，UF曲線呈現(xiàn)出明顯的波動變化的趨勢，在臨界線之間UF和UB曲線共出現(xiàn)了6個交點，在2002年UF值超過了臨界值，在1989年UB值超過了臨界值范圍，在此之前的交點為1983年，所以楚雄市降水量的突變點在1983年。

圖9 楚雄市年降水量M-K突變檢驗Fig.9 M-K catastrophe test of annual precipitation in Chuxiong City

3.4 氣溫和降水的相關(guān)性分析由圖10可以看出，楚雄市6月為最高氣溫，7月為降水量最大值，降水量最大值出現(xiàn)時間比氣溫最大值出現(xiàn)的時間落后一個月。

圖10 氣溫和降水的月變化關(guān)系圖Fig.10 Monthly variation relationship between temperatureand precipitation

3.5 楚雄市雨熱不同期的原因分析隨著太陽直射點向北回歸線靠近，太陽高度角逐漸變大，氣溫升高，地面升溫需要一定的時間過程來完成，我國大部分地區(qū)最高氣溫出現(xiàn)在7月份；但云南7月正逢雨季，密云暴雨會削弱太陽輻射，使近地層氣溫降低，再加上蒸發(fā)需要耗熱，所以就造成了楚雄市氣溫最大值出現(xiàn)時間在雨季來臨前的6月，7月正是楚雄市的雨季，降水量最大；氣溫最高比降水最大的時間落后一個月，雨熱不同期，跟我國大多數(shù)地區(qū)不一致，體現(xiàn)了云南楚雄獨有的氣候特點，所以適合夏季避暑。

4 結(jié)論

通過對楚雄市1971～2020年的氣溫和降水變化特征進行分析，得出以下結(jié)論：

第一，近50年來楚雄市年平均氣溫波動上升，平均氣溫周期交替變化強烈，研究區(qū)氣溫從1987年開始呈持續(xù)的上升趨勢。近50年來夏季溫度最高、冬季最低，最高溫出現(xiàn)在6月（21.6℃），最低氣溫出現(xiàn)在1月（9.2℃）。氣溫具有不同尺度的周期性震蕩，第一主周期為30a時間尺度，經(jīng)歷了5個階段的增減交替變化，2013～2020年的等值線沒有閉合，預計未來幾年的氣溫會持續(xù)上升。

第二，近50年來楚雄市降水量年度差異較大，降水量波動明顯，整體呈下降趨勢。年內(nèi)降水主要集中于雨季（5～10月），干季（11月至次年4月）降水少，楚雄市的降水量在7月份出現(xiàn)最大值（185.7 mm），在2月份出現(xiàn)最小降水量（9.7 mm）；降水量在1983年發(fā)生突變；小波分析表明有32a的主周期變化，主周期內(nèi)降水量經(jīng)歷了5個階段的增減交替變化，并且在2013～2020年階段的等值線沒有閉合，所以預測在未來幾年內(nèi)降水量還會增多。

第三，50年來最高月均溫出現(xiàn)在6月，而降水量的峰值出現(xiàn)在7月，雨熱不同期，降水量峰值比氣溫落后一個月。