李云 錢燕珍

摘要利用浙江省東部海島站和相鄰城市站1971—2015年氣溫資料，通過計算線性傾向率、MK突變檢驗以及數理統(tǒng)計方法，研究了海島地區(qū)氣溫變化特征以及和相鄰城市站氣溫變化的異同，并以海島站為背景站分析了城市化對城市氣溫變化的影響性質和程度.結果發(fā)現(xiàn)：1）海島地區(qū)1971—2015年間平均氣溫及平均最高、最低氣溫都存在明顯的升溫趨勢，其線性傾向率分別為0029、0033和0028℃/a，變暖幅度明顯小于相鄰城市站；春、秋季是四季中變暖幅度最大的季節(jié)，其次是冬季，夏季最弱，尤其北部海島夏季沒有明顯的變化趨勢.2）海島站氣溫變暖是一種突變現(xiàn)象，平均最高氣溫發(fā)生突變時間最早，平均最低氣溫最晚；相鄰城市站突變時間多早于海島站，城市站最高氣溫沒有明顯的突變現(xiàn)象.3）以海島作背景，城市化對于城市站年平均氣溫，最高、最低氣溫變化的影響均為正貢獻，加速了氣溫的變暖趨勢，除溫州外對四季氣溫的貢獻率也均為增溫趨勢，貢獻率最高的季節(jié)為夏季關鍵詞

海島站；城市站；氣溫變化

中圖分類號P423

文獻標志碼A

0引言

多年以來，許多學者對我國各地的溫度變化特征進行了研究，結果表明中國各地的氣溫變暖幅度和特征因為區(qū)域性、局地性氣候存在差異[15]，并且人類活動和城市化是氣溫變暖的重要因素[6].目前研究多集中在我國大陸主要城市，對范圍小、人口少的海島地區(qū)的氣溫研究較少.在全球氣候變化和周邊城市迅速發(fā)展的背景下，海島地區(qū)氣溫究竟發(fā)生了怎樣的變化，和相鄰陸地城市的氣溫特征有無明顯不同，是否可以作為背景站分析城市化對氣溫的影響等都值得探討.丁駿等[7]曾把浙江東部7個海島站1971—2000年的年均氣溫和年均降水量取平均，分析了浙江東部海島平均氣溫特征，發(fā)現(xiàn)30a間年平均氣溫增加率為026℃/（10a），尤其以冬季的升溫最為顯著，年均氣溫在1996年發(fā)生一次突變.毛敏娟等[4]利用月平均氣溫距平分析了浙江東北部2個海島站的氣溫變化，也計算出海島站以028℃/（10a）傾向率變暖.李俠麗等[8]在做以海島站為背景研究城市化對氣溫變化趨勢的影響時，選取了浙江的大陳站作為背景分析了金華地區(qū)的城市化影響，但由于大陳站經過搬遷，觀測資料存在不均一性[9]，且距離金華較遠，分析結論存在不確定性.選取具有最新且時間較長穩(wěn)定觀測資料的海島站，研究浙江東部海島氣溫變化特征并探討和城市站變化的異同，并和相鄰大城市進行對比分析，對理解浙江省乃至全國氣候變化的總體特征和極端氣候事件的發(fā)生具有參考價值；另外，將海島站作背景站對相鄰城市站進行城市化影響的評價，也可以更充分理解城市化對氣溫變化的影響.

1資料與方法

11數據來源

所用資料來源于浙江省氣象局氣候中心，選取浙江東部具有穩(wěn)定觀測資料的嵊泗、普陀、玉環(huán)、洞頭1971—2015年月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫觀測資料.城市站選擇與海島站緊鄰，并處同一氣候與大氣環(huán)流背景下的沿海城市嘉興、寧波（鄞州）、臺州（洪家）、溫州的同時段資料，共4對8站來進行分析，各站地理位置信息如表1所示.海島站范圍小，人口多在10萬上下，城市站市區(qū)人口多在百萬以上，其中寧波達到232萬（人口數據來源于各地統(tǒng)計局《2015年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》）.

12研究方法

分別運用線性傾向估計和最小二乘法[10]計算各站點逐年、季平均氣溫，平均最低氣溫，平均最高氣溫的氣候傾向率，并對氣溫變化趨勢進行顯著性檢驗[10]；利用MK檢驗法對數據進行變化趨勢突變檢驗[11].為了檢驗城市化影響，使用以下指標定量評價城市化對氣溫變化的影響[12].設Tu為城市站的氣溫變化趨勢，Ti為海島站的氣溫變化趨勢，城市化影響（ΔTui）為

ΔTui=Tu-Ti.（1）

城市化影響貢獻率（Eu）[10]是城市化影響在城市臺站氣溫線性趨勢變化中所占的比率，用下式表示：

Eu=ΔTui/|Tu|=（Tu-Ti）/|Tu|.（2）.

春、夏、秋、冬按氣象意義上劃分為3—5月、6—8月、9—11月、12月—次年2月.

2結果與分析

21海島站與城市站氣溫年變化

圖1為4個海島站和相鄰城市站的年平均氣溫歷年距平演變圖，可知1971—2015年間海島站和附近沿海城市站都呈現(xiàn)明顯的前冷后暖年代際特征，其中1971—1989年為負距平區(qū)，較常年偏冷，變化特征與我國長江下游氣溫變化較一致，但略落后于全球氣溫變暖趨勢[13]；20世紀90年代起呈現(xiàn)鋸齒狀上升特征，變暖趨勢明顯增強，在21世紀初期達到峰值，2007年是有氣象記錄以來的最熱的一年，21世紀初的10a也是有氣象記錄以來最熱的10a，海島平均氣溫10a平均距平值比70年代平均距平值偏高097～106℃，城市站偏高12～18℃；2011年之后有所下降，2011—2015年海島站距平比2001—2010年偏低022～052℃，城市站偏低009～042℃.

用最小二乘法計算了海島站和相鄰沿海城市站氣溫氣候傾向率（表2），顯示1971—2015年間海島站和沿海城市站的年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫均呈變暖趨勢，都通過了α=001的顯著性水平檢驗；平均氣溫線性傾向率海島站平均0029℃/a，升溫幅度明顯小于相鄰沿海城市站（0045℃/a）.由于所用數據的年限不同，城市站的升溫幅度明顯比之前研究文獻偏高[4]，說明進入21世紀后升溫較之前更加明顯.

另外氣溫時間變化存在一定的非對稱性，海島站最高氣溫的升溫幅度比最低氣溫偏高平均0005℃/a，其中普陀最明顯，偏高0017℃/a，但嵊泗站不同，其最高氣溫的變暖趨勢小于最低氣溫.相鄰城市站也存在非對稱性變化，但程度較海島站略弱，平均僅0002℃/a，其中嘉興、洪家最低氣溫升溫幅度大于最高氣溫，同全國其他很多城市研究結果相似[14]，但鄞州、溫州相反，最高氣溫升溫幅度大于最低氣溫，其中溫州偏高0016℃/a，表明不同的地區(qū)因局地氣候特征的不同，氣溫的變化存在差異.

22海島站與城市站氣溫四季氣溫變化趨勢

從各對比站四季變化趨勢（表3）可知：海島站不論是平均氣溫還是最高、最低氣溫都是春季變暖幅度最大，秋季次之，然后是冬季，變暖幅度最小的是夏季，其中嵊泗站夏季的平均氣溫、最高氣溫以及冬季的最高氣溫都沒有明顯變暖趨勢，未通過顯著性檢驗（6—8月以及12月—次年1月均未通過005顯著性水平檢驗）.相對應城市站平均氣溫各季都是明顯的增溫趨勢，春、秋季也是變暖幅度最大季節(jié)，冬、夏略低.

分析發(fā)現(xiàn)所選的浙江東部海島和城市的冬季氣溫并不像其他地區(qū)[12]升溫最明顯，反而在四季中僅略高于夏季，有時甚至低于夏季.具體到各月發(fā)現(xiàn)各站點除2月外，12月和1月的平均氣溫以及最高氣溫冷暖變化趨勢不明顯，多數未能通過001或005顯著性水平的檢驗，說明1971—2015年間沿海地區(qū)的氣溫變化同其他地區(qū)有所不同.

23海島站與城市站氣溫突變檢驗

利用MK方法分析了海島站和城市站平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的突變情況.圖2為MK分析年平均氣溫計算結果繪制，可知海島站的年平均氣溫從20世紀90年代中期開始增溫明顯，根據UF（k）和UB（k）曲線交點的位置，確定海島站年平均氣溫的增暖是突變現(xiàn)象：北部海島嵊泗、普陀突變發(fā)生在1996年，南部海島玉環(huán)、洞頭發(fā)生在1998年.海島站平均最高氣溫和平均最低氣溫同樣存在變暖突變現(xiàn)象（圖略），其中平均最高氣溫突變時間自北而南分別為1988、1994、1996、1993年.而最低氣溫突變現(xiàn)象最晚，分別為1997、2000、1999和2001年.4個

相鄰城市站平均氣溫UF曲線通過005顯著性水平檢驗時間明顯偏早，出現(xiàn)在1993—1998年，但UF（k）和UB（k）曲線交點多在臨界值附近出現(xiàn)，表明城市站也有平均氣溫突變現(xiàn)象，但不如海島站明顯：嘉興和溫州1996年發(fā)生突變，鄞州略早1993年，洪家最晚在2000年.相較而言，多數城市站氣溫突變時間比海島站早，如鄞州和溫州，但也有的相同如嘉興，有的偏晚，如洪家.城市站的平均最高氣溫（圖略）因為從80年代后期開始就一直處于上升階段，都不存在突然增暖現(xiàn)象，如鄞州和溫州在臨界值內并沒有交點.平均最低氣溫存在突變現(xiàn)象（圖略）時間分別為1997、1991、2000、2001年，突變時間多數接近或略晚于平均氣溫.

24城市化影響

以海島站作背景，可以評價距離海洋較近的陸地城市化的影響[15].因此以所選4個海島站作背景，利用式（1）、（2）計算了城市化影響ΔTui和城市化影響貢獻率Eu，結果如表4所示.可知1971—2015年間4個沿海城市站的城市化對于平均氣溫以及最高、最低氣溫變化趨勢的影響均為正貢獻，表明城市化影響加速了氣溫的變暖趨勢.但城市化影響因所選站點不同而有不同表現(xiàn)：對于平均氣溫，北部城市化對氣溫變化趨勢影響大于南部，最大鄞州達到0025℃/a，城市化對于平均氣溫的升高貢獻率達到了47%，最小的是溫州，為0006℃/a，貢獻率為1643%.同時城市化對氣溫的影響也具有非對稱性，鄞州和洪家地區(qū)的最低氣溫的貢獻率最大，鄞州達到5945%，表明城市化影響明顯增加了這些地區(qū)最低氣溫的變暖趨勢，而嘉興和溫州城市化對最高氣溫的貢獻率最大，這與有些研究不同[12].

從四季的城市化影響來看（表略），除溫州外，城市化對沿海城市四季氣溫的變化也為增溫趨勢，且貢獻率最高的季節(jié)為夏季，主要原因是作為背景站的海島站夏季增溫趨勢不明顯造成的；而溫州的城市化影響對于冬季最高氣溫和春季最低氣溫貢獻率為負值，表明城市化對溫州地區(qū)增溫影響不顯著.

3結果與討論

通過研究浙江省東部海島地區(qū)的1971—2015年氣溫序列并和相鄰城市站做對比發(fā)現(xiàn)：

1）1971—2015年間海島地區(qū)的平均氣溫呈現(xiàn)明顯的前冷后暖特征，21世紀初的10a是有氣象記錄以來最熱的10a，其中2007年是有氣象記錄以來的最熱的一年.平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫在1971—2015年間都存在變暖趨勢，線性傾向率在0028～0033℃/a，變暖幅度明顯小于相鄰城市站（0045～0050℃/a），說明全球變暖仍是影響海島氣溫變化的主導因素，但海洋對島嶼氣溫的調節(jié)作用明顯，反映了局地環(huán)境對氣溫有重要影響.

2）海島地區(qū)和沿海城市站氣溫具有明顯季節(jié)變化：春、秋季變暖明顯，尤其春季的平均氣溫以及最高、最低氣溫升溫幅度都是四季中最明顯的，然后是冬季，夏季最弱.北部海島嵊泗夏季和冬季沒有明顯的氣溫變化趨勢.

3）海島站不論是平均氣溫還是最高、最低氣溫都存在突然增暖趨勢，發(fā)生突變時間平均最高氣溫最早，平均最低氣溫最晚，平均氣溫介于二者之間.相鄰沿海城市站氣溫突變現(xiàn)象不如海島站明顯，發(fā)生突變的時間多早于海島站，多數城市站最高氣溫沒有突然變暖現(xiàn)象.

4）以海島站作背景，討論了城市化對沿海城市站氣溫的影響，發(fā)現(xiàn)城市化影響加速了氣溫的變暖趨勢.不同沿海城市的城市化對氣溫序列的影響不同，對鄞州增暖幅度十分明顯，但對溫州影響較弱；另外城市化對氣溫的影響變化也存在非對稱性，鄞州和洪家地區(qū)的最低氣溫的貢獻率最大，嘉興和溫州城市化對最高氣溫的貢獻率最大.除溫州外城市化對城市氣溫的四季變化均為增溫趨勢，且貢獻率最高的季節(jié)都為夏季，原因在于海島站受到海洋的影響，夏季升溫不明顯，因此作為背景站分析城市化的貢獻時，對夏季的貢獻率就容易偏大，要引起注意.

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