 Advances in En vironmental P rotectio n 环境保护前沿, 2013, 3, 29-35 doi:10.4236/aep.2013.31B008 Published Online March 2013 (http://www.hanspub.org/journal/aep.html) Copyright © 2013 Hanspub 29 The Variation Characteristics of Temperature in the Three Georges Reservoir Area during the Past Nearly 100 Years Tianyu Zhang1, J i anping Zhang2, Zhenghong Chen3 1Chongqing Climate Center, Chongqing 401147, China 2Chongqing Instit ut e of M e teorologic al Scie nces Chongqing 401147, China 3Wuhan Heavy Rain Institute of CMA, Wuhan 430074, China Email: zhangt ianyu821227@hotmail.com Received 2013 Abstract: By using the Three Gorges reservoir area’s temperature data of the Chongqing and Yichang station(from 1924 to 2011), the variation characteristic s o f temperature in the Three Georges Reservoir Area during the past 88 years are analyzed .The results demonstrate : the linear trend, decadal variation, sudd en chan ge and the cycle analysis shows that the temperature changi ng characteristics of Cho ngqing sta tion and Yic hang is highly the same i n the last 8 8 years, the two significantly warmer periods are the mid-1920s to the 1940s and the mid-1990s to the present. The Three Gorges reservoir area can be represented by the average values of Chongqing a nd Yichang, the temperature change in phases of the reservoir area is basically the same with Chongqing, Yichang. The significant warming phenome non ap- peared since the late 1990s is later than the China avera ge warming stared at the year around 1986. The seasonal tem- perature changes have some differences, the latest warming of the four seasons mainly concentrated in periods of the mid-1990s and later 1990s. There are two sudden changes of the Three Gorges reservoir area’s temperature during the recent 88 years: one is a cooling trend around the year 1947, one is a warming trend around 1996. The 2 – 4 a cycle changes of the Three Gorges reservoir area’s average temperature is the most significant, the 4a cycle changes are be- coming very signific ant since the later 19 80s.There is a 16 – 20 a decadal period between the 1920s and the 1980s, but its energy is weaker than the annual period. The Three Gorges reservoir area’s temperature changes are different with the global temperature changes greatly during the past 88 years, comparing the latest significant warmi ng time , the for- mer is about 10 years behind the later. Keywords: The Three Gorges Reservoir Area; Chongqing; Yichang; T emperature Change 三峡库区近百年来气温变化特征 张天宇 1，张建平 2，陈正洪 3 1重庆市气候中心，重庆, 中国 401147 2重庆市气象科学研究所，重庆, 中国 401147 3中国气象局武汉暴雨研究所，武汉, 中国 430074 Email: zhangtianyu821227@hotmail.com, xuchonghai@126.com 收稿日期：2013 摘 要：利用 1924—2011 年重庆和宜昌站气温资料，分析了三峡库区近百年来气温变化特征，结果表明：从线 性趋势、年代变化、突变和周期分析表明近 88 年重庆和宜昌气温的变化特征是比较一致的，两段显著偏暖的时 期分别是 20 世纪 20 年代中期至 40 年代和 20 世纪 90 年代中期至今。用重庆和宜昌站的平均来代表三峡库区， 库区气温阶段变化与重庆、宜昌站基本一致，20 世纪 90年代中后期至今出现的显著增温现象迟于我国 1986 年 前后开始的普遍增温。库区各季节气温变化存在差异，四个季节最近一次增暖主要集中在 20 世纪 90 年代中期 资助信息：中国气象局气候变化专项（CCSF201220）、三峡工程环境保护补偿经费（SX2009-004）、国际科技合作项目（2010DFA21340 ） 共同资助；重庆市气象局科技计划项目“《重庆市气候业务技术手册》相关科学技术研究资助  三峡库区近百年来气温变化特征 Copyright © 2013 Hanspub 30 或中后期。近 88 年来三峡库区年平均气温发生两次突变，1947 年左右突变为降温趋势；1996 年左右突变为增 暖趋势。三峡库区年平均气温 2～4 a周期变化最为显著，4 a左右的周期 1980年代后期开始显著。1920年代 到1980 年代存在的 16～20 a的年代际周期，但能量较年际周期弱。近 88 年三峡库区与全球气温变化存在较大 差异，最近一次显著增暖时间比较，三峡库区比全球滞后约 10 年。 关键词：三峡库区；重庆；宜昌；气温变化 1 引言 气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问 题，日益引起社会公众和政府的关注。三峡库区位于 长江中上游，全长约为 600 km，跨长江两岸数公里的 狭长区域。长江三峡特殊的地形、地貌条件形成了富 有特色的峡谷气候，且三峡水利枢纽工程举世瞩目， 库区的气候变化及其影响是人们极为关注的科学问 题。 近年来对三峡库区气候变化尤其是气温变化的 研究已有不少的研究工作，陈正洪[1]利用宜昌站 1924 —1997年气温资料研究表明根据宜昌 20 年代(1924— 1930 年)平均气温为本世纪虽大正距平可推测宜昌与 武汉几乎同时在 1919—1922 年有一次较强突变。王 梅华等[2]选取库区 15 个气象站分析表明三峡地区各 站的温度变化在各时段都具有很好的一致性，基本符 合正态分布的特点。张强等[3]利用三峡坝区附近 6个 气象站气温资料研究表明三峡坝区年平均气温在 20 世纪 90 年代之后有显著上升趋势。廖要明等[4]利用 5 个气象站分析了三峡库区 1951—2006 年的夏季平均 气温和最高/低气温的变化，表明其年代际变化特征显 著。陈鲜艳等[5]研究三峡库区局地气候表明近 20 年来 三峡库区年平均气温存在明显上升趋势，且变幅明显 增大。郭渠等[6]分析表明 1924—2007 年来重庆市平均 气温微弱变冷，与全国平均温度相比线性变化趋势存 在一定差异。平均最高和平均最低气温、极端最高和 极端最低气温的非对称变化显著。张天宇等[7]利用库 区17 个站资料分析库区气候变化特征表明库区增温 主要从 20 世纪 90 年代开始，且有加快趋势。以往研 究多数集中在近 50 年来的变化，更长的时间尺度仅 仅是用宜昌站或重庆站单站来研究，本文将利用三峡 库区重庆和宜昌站的近百年气温资料，对比分析重庆 和宜昌气温长期变化的异同，揭示三峡库区近百年气 温的年际和年代际变化特征及其与全球气候变暖的 关系。由于地理和气候的差异，我国各地气温的长期 变化具有不同的特征，通过深入了解三峡库区近百年 来气温的变化，不仅对充分认识该地区气候背景状况 和气候资源变化有重要作用，而且对三峡库区监测及 整个长江流域可持续发展有重要参考意义。 2 资料和方法 三峡库区有百年以上记录的气象台站只有 2个， 即重庆站和宜昌站。两站的月平均气温资料来自重庆 市和湖北省气象局气象档案馆、中国气象科学数据共 享服务网。重庆站，即沙坪坝气象站，国家基本站， 位于重庆市沙坪坝区（市区），北纬 29°35ˊ、东经 106°26ˊ，海拔高度为 259.1 m。沙坪坝站是重庆市 一个基本气象观测中心站，历史悠久，观测门类齐全， 探测的气象要素较多，设备精良，从未迁过站。其气 温观测资料是从 1924 年开始的。宜昌站，国家基本 站，最近 1次迁站时间为 1971 年1月1日，现址宜 昌市东山山顶，东经 111°18’，北纬 30°42’， 海拔 133.1 m。宜昌站气温观测也是从 1924 年开始的，日 本侵华期间，气象记录被迫中段，1938 年5月—1946 年12 月的月平均气温资料是由陈正洪[1]插补完成的。 本文资料年限是 1924—2011年共 88 年，文中也称“近 百年”。在计算气温距平值时，参考气候值为 1971— 2000 年的 30 a气温平均值；四季的时段分别为：冬 季(上年 12 月—本年 2月)、春季(3—5月)、夏季 (6—8 月)、秋季(9—11 月)。 3 气温变化 图1给出了 1924—2011 年重庆、宜昌和三峡库 区年平均气温距平变化，曲线为 10 年二项式平滑线 [8]。可见重庆与宜昌近 88 年来气温的线性变化趋势都 不明显，两者的相关系数为 0.64，通过了 99.9% 的信 度检验。两者阶段变化是比较一致的，两段显著偏暖 的时期分别是 20 世纪 20年代中期至 40 年代和 20 世  三峡库区近百年来气温变化特征 Copyright © 2013 Hanspub 31 纪90 年代中期至今。差异主要体现在 20 世纪 60 年 代中期到 70 年代中期，此段时期重庆气温偏高年份 明显多于宜昌，波动更明显（图 1（a）和（b））。从 逐年代对比来看（表 1）， 1970 年代重庆偏高，而宜 昌偏低，其他年代距平符号都是一致的。1920 年代、 1930 年代、1940 年代和 2000 年代同为显著偏暖的年 代；1950 年代和 1980 年代同为偏低的年代，1980 年 代偏低更为显著。 由于站点资料的限制，库区接近百年观测资料仅 重庆和宜昌 2站，本文用这两个代表站的平均来表示 三峡库区（下同），计算了重庆、宜昌和三峡库区年 平均气温的相关系数分别是 0.89 和0.93，远超 99.9% Figure 1. The anomaly variations of average temperature during 1924—2011 in Chongqin g(a) , Yichang (b) and the Thr ee Ge orges Reservoir(c) 图 1. 1924—2011 年重庆(a)、宜昌(b)和三峡库区(c)年平均气温距 平变化（相对于 1971—2000 年,虚线为线性趋势，曲线为10 年二 项式平滑） Table 1. T h e d e c adal an oma lies o f s ea sona l av era ge t e mperature in Chongqing、Yichang and the Three Georges Reservoir 表 1. 重庆、宜昌和三峡库区每 10年平均的年平均气温距平（相 对于 1971—2000 年） 年代 重庆宜昌 三峡库区 1920s0.42 0.99 0.70 1930s0.27 0.54 0.40 1940s0.24 0.45 0.35 1950s-0.04 -0.08 -0.06 1960s0.08 0.06 0.07 1970s0.11 -0.040.03 1980s-0.18 -0.16 -0.17 1990s0.07 0.20 0.14 2000s0.54 0.68 0.61 的信度检验。库区近 88 年年气温的线性趋势变化不 明显，为﹣0.024℃/10a。阶段变化明显，20 世纪20 年代中期至 40 年代和 20 世纪90 年代中期至今为显 著偏暖阶段，而 20 世纪 50 年代至 90 年代中前期以 偏冷为主的时期也出现了阶段偏暖的时段，比如 1958 —1966 和1973—1979 为短暂的偏暖时期（图 1（c））。 三峡库区 20 世纪 90 年代中后期至今出现的显著 增温现象在时间上迟于我国 1986 年前后开始的普遍 增温[9]；说明三峡库区气温变化与全球及全国气候变 暖存在非同步性。库区显著偏暖的 10 年包括 1920 年 代、1930 年代、1940 年代和2000 年代。与全国相比， 全国气温 W序列的1920 年代、1940 年代和 2000 年 代显著偏暖是一致的，但是全国 T序列 1920年代的 暖期不明显[10]，而全国 1990 年代的显著偏暖与三峡 库区不一致，说明三峡库区 20 世纪 90年代的增暖是 明显滞后于全国增暖的。三峡库区近百年平均气温最 高年份出现在 2006 年，2006 年重庆遭遇百年一遇的 高温干旱，而全国平均气温最高的年份为 2007 年[11]。 图2还给出了三峡库区年平均最高和最低气温的 变化，平均最高气温在 20 世纪 80 年代之前为偏高时 段，80 年代到 90年代中前期为偏低时段，90 年代中 期至今为另一偏高时段(图2（a）)。而平均最低气温 的变化与之存在差异，20 世纪 90 年代中期之前为一 段长时期的偏低时段，之后为偏高时段(图2（b）)。 与年平均气温变化对比发现，相似的是20 世纪 80 年 代都为偏低时段，90 年代中期至今都为显著偏高时 段，说明 20世纪 80 年代后三峡库区年平均最高/最低 气温与年平均气温变化的一致性很好。  三峡库区近百年来气温变化特征 Copyright © 2013 Hanspub 32 Figure 2. The anomaly variations of average max temperature(a), average min temperature(b) during 1924—2011 in the Three Georges Reservoir 图 2. 1924—2011 年三峡库区年平均最高气温(a)和最低气温(b)距 平变化（相对于1971—2000 年，虚线为线性趋势，曲线为 10年二 项式平滑） 除了年平均气温外，还分析了库区四季气温的变 化。图 3给出了 1924—2011 年三峡库区四季平均气 温距平变化，表 2还给出了三峡库区每 10 年平均的 气温距平及 1924—2011年的线性趋势。各季节气温 变化存在差异，从线性趋势看，1924—2011年三峡库 区春、夏、秋、冬的线性变化分别为-0.019 ℃/10a， -0.070℃/10 a，-0.028℃/10 a，0.005℃/10 a。逐年代变 化来看，三峡库区春季 1950 年代和 1980 年代偏低， 其他年代均偏高。夏季 1980 年代和 1990 年代偏低， 其他年代均偏高。秋季 1970 年代略偏低，1980年代 偏低，其他年代均偏高。冬季 1950 年代、1960 年代、 1970 年代和1980年代偏低，其他年代均偏高。总的 来看，三峡库区四个季节 1920 年代、1930 年代、1940 年代和 2000年代都为温度偏高期，1980 年代温度都 偏低。四个季节最近一次增暖主要集中在20 世纪 90 年代中期或中后期，1990年代冬季偏暖相比其他季节 最多，说明冬季增暖时间较其他季节提前。从 2000 年代偏暖程度来看，春季增暖相比最显著，夏季相比 增暖最不明显。 Figure 3. The anomalies of seasonal average temperature between 1924 and 2011 year relative to the average of 1971—2000 图 3. 1924—2011 年三峡库区 (a 春); (b) 夏; (c) 秋和(d)冬季平均 气温距平（相对于 1971—2000 年，虚线为线性趋势） 4 突变和周期分析 用来检测气候突变的统计方法, 选用滑动 t检验 方法[12]，它是用来检验两随机样本平均值的显著性差  三峡库区近百年来气温变化特征 Copyright © 2013 Hanspub 33 Table 2. T h e d e c adal an oma lies o f s ea sona l av e r age temperature and Tendency rate during 1924—20 11 in the Three Georges Re- servoir 表 2. 三峡库区每 10 年平均的平均气温距平及 1924—2011 年的线 性趋势(℃/1 0 a)（相对于1971—2000 年） 春季 夏季 秋季冬季全年 1920s1.02 0.83 0.700.400.70 1930s0.35 0.64 0.580.090.40 1940s0.46 0.36 0.410.360.35 1950s-0.160.090.04-0.24 -0.06 1960s0.15 0.33 0.03-0.290.07 1970s-0.03 0.26 -0.01-0.100.03 1980s-0.11 -0.19 -0.16-0.24-0.17 1990s0.14 -0.07 0.170.330.14 2000s0.88 0.36 0.690.500.61 2011 0.62 1.10 0.72-0.370.40 1924～ 2011年 线性趋势 -0.019 -0.070 -0.0280.005-0.024 异。本文讨论的是年代际突变，两子序列长度都取 11 a。图 4给出了三峡库区年和四季平均气温的 11 a 滑动 t检验曲线，图中两虚线为 ɑ = 0.01 的显著性水 平线。从图 4（a）可见，重庆、宜昌和三峡库区三者 的年平均气温滑动 t检验统计曲线变化非常一致，近 88 年来发生两次突变，第一次突变发生于 1947 年， 突变为降温趋势，与陈正洪[1]得出的宜昌站在 1947— 1950 年有转为降温的结论是一致的；第二次突变发生 于1996 年，突变为增暖趋势，与长江三峡库区气候 变化影响评估报告的结论也是吻合的[13]。各季节来 看，春季平均气温与年平均气温的两次突变时间都非 常吻合。夏季在 1946 年左右突变为降温趋势。秋季 在1948 年左右突变为降温趋势，1996 年突变为增暖 趋势未能通过 0.01 的信度，只能通过 0.05 的信度， 说明秋季平均气温在 20 世纪 90 年代中后期的突变较 春季不明显。冬季在给定的 ɑ = 0.01 的信度下检验不 到突变点。结合图 1和图3，发现所检验的突变点是 很清晰的。 为了分析三峡库区气温的周期，采用小波分析的 方法。本文采用的是 Torrence C[14]的小波功率谱，与 小波能量谱[15]的分析结果是一致的。结果表明，重庆 站、宜昌站和三峡库区年平均气温的周期变化是比较 一致的，年平均气温 2～4 a周期变化最为显著，4 a 左右的周期 1980年代后期开始非常显著。1920 年代 到1980 年代存在的 16～20 a的年代际周期，但能量 较年际周期弱；重庆的年代际周期较宜昌强，且显著 （图略）。 Figure 4. The Moving t-test technique curve of annual and season- al average tem p eratu r e betwe en 19 24 and 2011 year (a) annual; (b) spring ; (c) summer; (d) autumn; (e) winte r 图 4. 1924—2011 年三峡库区年和四季平均气温的滑动 t检验曲线 （a）年；（b）；春季（c）；夏季（d）；秋季（e）；冬季  三峡库区近百年来气温变化特征 Copyright © 2013 Hanspub 34 5 三峡库区气温变化与全球气候变暖的关系 IPCC 第4次评估报告指出，自 1861 年以来，全 球表面年平均温度不断上升，近100 年来的上升幅度 为0.74 ± 0.18℃[16]。气候变化具有很强的地域特征， 在全球气候变暖的大背景下，各地气候变化趋势与强 度并不完全一致。图 5给出了 1924—2011 年三峡库 区与全球气温变化距平图，全球平均气温序列来自美 国国家气候资料中心（National Climatic Data Center）， 是作为国际上常用的 3个序列之一[17] 。由图可见，1924 年以来三峡库区与全球气温变化存在较大差异，两者 相关系数仅为 0.07。最近一次显著增暖时间比较，从 20 世纪80 年代中期开始，全球气温转为持续正距平 时期；而三峡库区比全球也滞后约 10 年，在 20 世纪 90 年代中期后转为持续正距平时期（见图 5中两实心 圆）。表3还给出了三峡库区和全球年平均温度逐年 代距平变化，对比发现，1920—1940 年代三峡库区为 正距平，而全球为负距平；1950 年代、1960 年代和 1970 年代全球气温明显偏低，而同期三峡库区仅略偏 低/高；1980 年代三峡库区气温显著偏低，而全球已 经开始增温，距平为略偏高；1990 年代全球偏高程度 高于三峡库区；到了 21 世纪初即 2000年代，全球气 温增温显著，不过三峡库区增温幅度明显高于全球。 6 小结 （1）对比分析了 1924—2011年三峡库区重庆和 宜昌气温的变化特征，线性趋势、年代变化、突变和 周期分析表明两者变化是比较一致的，两段显著偏暖 的时期分别是 20 世纪 20年代中期至 40 年代和 20 世 纪90 年代中期至今。差异主要体现在 20 世纪 60 年 代中期到 70 年代中期，此段时期重庆气温偏高年份 Figu re 5. T h e anomal ies of av era ge tempe rat ure in globa l an d th e Three Georges Reservoir during 1924—2011 图 5. 三峡库区和全球平均气温距平（相对于 1971—2000 年） Table 3. The d ecadal anoma li e s o f s eason a l aver a ge t emperature durin g 1924—2011 in t he Three Geo rges Reservoir and Global 表 3. 三峡库区和全球每 10年平均的年平均温度距平（相对于 1971—2000 年） 年代 三峡 全球 1920s 0.70-0.36 1930s 0.40-0.24 1940s 0.35-0.19 1950s -0.06-0.23 1960s 0.07-0.19 1970s 0.03-0.16 1980s -0.170.01 1990s 0.140.16 2000s 0.610.35 明显多于宜昌站，波动更明显。 （2）用重庆和宜昌的平均来代表三峡库区，库 区阶段变化与重庆、宜昌站基本一致， 20 世纪 90 年 代中后期至今出现的显著增温现象迟于我国1986 年 前后开始的普遍增温。各季节的气温变化存在差异， 四个季节最近一次增暖主要集中在 20 世纪 90 年代中 期或中后期，冬季增暖时间较其他季节提前。进入 21 世纪以来，春季增暖相比最显著，夏季相比增暖最不 明显。 （3）近88 年来三峡库区年平均气温发生两次突 变， 1947 年左右突变为降温趋势； 1996 年左右突 变为增暖趋势。春季平均气温与年平均气温的两次突 变时间都非常吻合。夏季平均气温在 1946 年左右突 变为降温趋势。秋季平均气温在 1948 年左右突变为 降温趋势，1996 年突变为增暖趋势不明显。冬季平均 气温未发生明显突变。 周期分析表明重庆站、宜昌 站和三峡库区年平均气温的周期变化是比较一致的， 年平均气温 2～4 a周期变化最为显著，4 a左右的周 期1980 年代后期开始显著。1920 年代到 1980 年代存 在的 16～20 a的年代际周期，但能量较年际周期弱； 重庆的年代际周期较宜昌强，且显著。 （4）1924—2011 年三峡库区与全球气温变化存 在较大差异。最近一次显著增暖时间比较，从20 世 纪80 年代中期开始，全球气温转为持续正距平时期； 而三峡库区比全球也滞后约 10 年，在 20 世纪 90年 代中期后转为持续正距平时期。 参考文献 (References) [1] 陈正洪. 武汉、宜昌 20 世纪平均气 温突变 的诊断分 析[J].  三峡库区近百年来气温变化特征 Copyright © 2013 Hanspub 35 长江流域资源与环境, 2000, 9(1): 56-62. 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