1、宁波大学本科毕业生优秀论文台湾近30年以来的气候变化与影响因素分析2 本科毕业论文台湾近30年以来的气候变化与影响因素分析The analysis of Taiwan climate change and the influence factors for nearly 30 years学 院 建筑工程与环境学院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文台湾近30年以来的气候变化与影响因素分析的主体均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担并愿接受校方的处分。 承诺人（签名）： 年
2、 月 日目录1 引言 11.1. 研究背景与意义 11.2. 研究进展 11.2.1. 台湾气候变化特征研究 11.2.2. 台湾气候变化的影响因素研究 21.3. 研究内容 21.3.1. 台湾气候变化特征 21.3.2. 台湾气候变化的主要影响因素 21.4. 研究方法 22 台湾气候背景 32.1. 太阳辐射 32.2. 环流 32.2.1. 季风 32.2.2. 洋流 32.3. 海陆分布和地形 43 数据和分析 43.1. 数据来源 43.2. 数据处理与分析 43.2.1. 聚类分析 43.2.2. 相关性分析 93.3. 台湾近30年以来的气候变化特征分析 93.3.1. 降水分
3、布特征 93.3.2. 气温分布特征 103.3.3. 气候类型 113.4. 台湾近30年以来气候变化因素分析 133.4.1. 年内气候变化的影响因素 133.4.2. 区域间气候变化差异的影响因素 144 结论 154.1. 台湾气候年内变化的特征 154.2. 台湾气候年内变化的区域差异 154.3. 台湾气候年内变化的主要影响因素 15参考文献 16致谢 17附录 18台湾近30年以来的气候变化与影响因素分析摘 要【摘要】本文利用1981-2010年台湾25个测站的12个月的月平均气温、月平均降水量数据，通过系统聚类将台湾按降水特征的差异划分为七个区域，并通过相关性分析和图表分析，从
4、气候的平均年内变化和区域差异的角度，研究了台湾近30年以来的年内气候变化特征，并定性地分析了其主要影响因素。结果表明：台湾可大致的分为四个气候区，分别是南部的热带季风气候区、东南离岛的热带海洋性气候区、中北部的亚热带季风气候区以及东北部的“冬雨型”气候区。冬夏季风的交替是造成台湾气候年内变化的最主要影响因素，其次还有黑潮强度的季节变化、79月袭击台湾的台风以及ENSO现象的影响，区域差异则主要是台湾各区域的纬度、海陆分布和地形情况的差异造成的。【关键词】 台湾；气温；降水量；系统聚类；季风。The analysis of Taiwan climate change and the influe
5、nce factors for nearly 30 yearsAbstract【ABSTRACT】【KEYWORDS】1 引言1.1. 研究背景与意义在最近的一百多年来，人类经历了一次全球范围内的显著的气候变暖。2007年的IPCC报告指出，最近100年（1906-2005年）全球平均地表温度上升了0.741。同时在过去的100年中（1906-2005年），中国年平均地表空气温度的上升速度从0.03(10 yr)1变化到0.12(10 yr)1。自1951年以来，随着年平均气温增加的速率提升到0.25(10年)1，全国范围的气候变暖的趋势加快了，最高的气温升高速率是在20世纪80年代之后发现的
6、2。此次全球气候变暖不仅对生态系统有重大影响，而且还深刻影响了世界各国的社会经济状况，给全人类的繁衍生息和人类文明的发展提出了挑战。二十一世纪以来，全球气候变暖的形势越发严峻，而且干旱、洪水、热带气旋等极端天气的强度和发生频率也在不断上升，所以气候变化这个研究课题近年来格外受学界关注。研究表明，我国的气候变化趋势与全球气候变化的总趋势基本一致，气候变暖成为未来气候变化的主要趋势3。我国在农业、牧业、林业、水资源和自然生态系统等方面受气候变化的负面影响较为明显，而且不仅是自然环境，气候变化对我国的经济和社会发展带来了不可忽视的影响，特别是日益增多增强的极端天气状况会给国民经济造成重大损失。台湾岛
7、东临广阔的太平洋，西依狭窄的台湾海峡，再加上中央山脉的阻隔，形成了特殊的地形特征和海陆分布特征，造成台湾东西部气候差异明显，所以在气候变化研究方面，台湾具有特殊的研究价值。根据相关研究，掌握某一区域的气候变化趋势对人类生产活动、采取相应的措施保障生态系统有一定的指导作用4。所以目前在全球变暖日益加剧的情况下，对气候变化的的研究可以为我国宏观社会经济政策的科学合理制定提供可靠且有力的依据，另外还有利于对气候变化总体趋势的把握，有助于各项生产活动的合理开展和更具针对性的环境保护政策的制定。1.2. 研究进展众多学者主要从气温、云量、降水量、极端天气等各个气象要素的年际变化、季节变化等角度出发探讨台
8、湾气候的变化特征和影响因素，取得了一系列的研究成果。1.2.1. 台湾气候变化特征研究在气温与降水量研究方面，王德瀚5主要利用北京气象中心整编的台湾省11个测站1961-1980年的平均资料，用谐波分析的方法研究了台湾岛上气温和降水量季节变化的特征。但该论文囿于搜集的数据资料有限，故未能从区域的角度对台湾的气温、降水年际变化作更深入详细的分析。在云量与降水量研究方面，周林等人6根据台湾岛1971-1997年的地面测站资料，利用经验正交函数(EOF)分析方法，研究了台湾岛总云量、低云量和降水量的年内变化和年际变化特征。秦丽等人7利用EOF、REOF、M-K突变检验等方法，分析了台湾地区1961-
9、2008年降水量的变化情况，结果表明根据年降水量可以把台湾划分为三个气候区，即北部、中西部和东南部。在极端天气发生频率与强度研究方面，张伯宇8根据台湾东部的6个气象站1960-2009年的观测资料中的台风强降雨事件，采用非参数统计验证方法，分析各测候站研究年期内台风强降雨事件之强度和频率序列的趋势变化与阶段变化。1.2.2. 台湾气候变化的影响因素研究在厄尔尼诺现象对台湾气候的影响的研究当中，刘华强等人9分析了台湾地区春季降水异常对1982年至1983年间、1997年至1998年间两次强厄尔尼诺事件的响应特征，结果显示台湾春季降水量对强厄尔尼诺事件具有明显的响应春季降水异常偏多。周林等人6的研
10、究结果显示厄尔尼诺现象对台湾秋季降水量有显著的影响，即在厄尔尼诺年秋季台湾岛的降水量异常偏少。在台湾以东黑潮热输送变异对台湾气候的影响的研究当中，齐庆华等人10的分析结果显示台湾以东黑潮24N断面的热输送异常变化可能是影响我国东部近海海温和大陆东部夏季降水异常变化的一个重要因素。温娜等人11通过对历史资料进行奇异值分解、合成分析及相关分析，提出从每年10 月开始，台湾以东黑潮流量异常形成的暖平流作用会对冬季西北太平洋海区海洋-大气相互作用有贡献。综上所述，大部分学者对台湾气候变化特征的研究关注的是气象要素的年际变化，而对台湾各气象要素的年内变化进行研究，并从区域角度进行详细分析的比较少。1.3
11、. 研究内容1.3.1. 台湾气候变化特征本文将通过统计分析30年来台湾各测站的平均月平均气温、降水量数据，从这两个气象数据的平均年内月度变化分析台湾气候变化的区域差异，并籍此描述台湾近30年来的气候变化特征。1.3.2. 台湾气候变化的主要影响因素本文将定性地分析黑潮、台风以及厄尔尼诺-南方涛动对台湾气候变化的影响，并结合台湾各区域之间不同的季风、洋流、地形等情况探讨影响台湾气候变化的主要因素。1.4. 研究方法归纳起来，本文所选用的研究方法有：文献资料研究、数据图表分析、理论逻辑分析三种。文献资料研究：查阅大量与本文研究领域有关的文献资料，学习前人的研究思路和研究方法，归纳总结前人的主要研
12、究成果和不足之处，并从中获得启示，为本文的研究方法、分析思路找出理论依据。数据图表分析：利用Excel、SPSS、Grapher对数据进行统计分析，利用所得的图表获取研究信息，并进一步分析台湾气候变化的区域差异。理论逻辑分析：根据数据图表的分析，结合相关理论，进行逻辑分析推理，探究台湾气候变化的主要影响因素。2 台湾气候背景本文研究的区域是以台湾岛为主体、包括澎湖列岛、兰屿、彭佳屿在内的台湾地区。台湾岛是我国第一大岛，是一个北北东-南南西走向的狭长形的岛屿，南北长约394千米，东西宽15144千米，面积35798平方公里，相当于福建省面积的三分之一12。台湾地区位于我国东海大陆架的东南边缘，地
13、形复杂，受黑潮暖流和来自海洋暖湿气流的影响，海洋性气候特征明显，同时有明显的季风特征，是我国降雨量最多的地区之一13。由于影响气候形成和变化的主要因子包括太阳辐射、环流、海陆分布和地形等，本文将按照以上三方面对台湾岛的气候背景进行阐述。2.1. 太阳辐射一个地区的太阳辐射量是由该地的太阳高度角和白昼时长决定的，而这两个因素又由该地的纬度决定的。台湾岛位于2154N2518N，北回归线横穿台湾岛中部偏南，以北回归线为界，台湾北部属于亚热带气候，台湾南部则属于热带气候。台湾岛内各地的气温年较差较小，并且在相同条件下随纬度的降低而减小，这就形成了台湾北部冬短夏长、南部长夏无冬的气候特点。2.2. 环
14、流2.2.1. 季风由于海洋和陆地的物理特性不同，在相同的季节里同纬度的海陆之间存在温度差异，即冬季海洋温度高于同纬度的陆地温度，夏季海洋温度低于同纬度的陆地温度，从而形成了大范围盛行的，风向随季节有显著变化的风系季风。在东亚，冬季大陆受蒙古-西伯利亚高压控制，夏季海洋受夏威夷高压控制，沿海地区季风气候特征明显。四面环海的台湾具有更为显著的季风气候特征，台湾地区冬半年受东北季风控制，夏半年则受西南季风控制14。2.2.2. 洋流洋流是指海洋中除了由引潮力引起的潮汐运动外，海水沿一定途径的大规模流动，既有纬向流动，又有经向流动；既有暖流，又有寒流。洋流是地球表面热环境的主要调节者，海洋经向热输送
15、对全球能量平衡以及气候变化有重要作用11。黑潮是全球第二大暖流，自菲律宾发源，经过台湾以东海域，沿着日本南部往东北流动，在与亲潮相遇后汇入东向的北太平洋洋流。夏季在西南季风的影响下，黑潮暖流经过台湾以东海域的主流和经过台湾海峡的支流包绕台湾岛，冬季在东北季风的影响下，中国大陆近海，包括台湾海峡在内都受寒流所支配，台湾以东海域的黑潮暖流也有南退的现象15。2.3. 海陆分布和地形台湾地区位于我国东海大陆架的东南边缘，地形比较复杂。台湾四面环海，以东是浩瀚的太平洋，以南隔巴士海鲜与菲律宾相望，以西隔台湾海峡与福建省相望，以北是辽阔的东海。台湾岛是一个多山地的岛屿，高山和丘陵面积占2/3，平原面积占
16、不到1/3，而且东北-西南走向的台湾山脉分布在台湾东部，其中北起苏澳、南至鹅銮鼻的中央山脉是台湾岛的分水岭。这就形成了台湾西部多平原、中部多丘陵、东部多山地的的基本地形特点。受地形影响，夏季，来自热带海洋上的西南季风盛行时，全岛炎热多雨，只有台湾东部和东北部沿海受中央山脉屏蔽，降水量较少。冬季，经过海洋的东北季风在登陆台湾东北部后遇中央山脉受阻急剧上升，形成较多降水，而台湾西南部则相对干燥。四周环海的台湾岛受海陆风的调节作用较为明显，但由于台湾东西面临海洋的广阔程度不同，台湾东部的气候受海洋调节作用更为明显，海洋性气候特征更为明显。由于台湾东部面临西太平洋夏季台风的主要发源地之一，所以夏季台风
17、经常袭击台湾地区，带来大量降水。3 数据和分析3.1. 数据来源本文通过台湾“中央气象局”网站（网址：http:/www.cwb.gov.tw/V7/climate/）搜集了1981-2010年台湾25个测站（淡水、鞍部、台北、竹子湖、基隆、彭佳屿、花莲、苏澳、宜兰、东吉岛、澎湖、台南、高雄、嘉义、台中、阿里山、大武、玉山、新竹、恒春、成功、兰屿、日月潭、台东、梧栖）的12个月的月平均气温、月平均降水数据。3.2. 数据处理与分析3.2.1. 聚类分析系统聚类（Hierarchical Cluster），又称分层聚类，是将个案分为若干组（类）的一种方法，其基本思路是：先将每个个案分别归为一组，
18、然后规定组间距离的计算方法，计算出距离最小的两个组合并为一个新组，接着计算新组与各组之间的距离，依此类推，直至全部的个案都归为一组为止。本文利用SPSS软件，以12个月的降水作为个案的要素（维度），对台湾25个测站进行了系统聚类。虽然由于原始数据是同类数据（都是30年的月平均降水），具有相同的量纲，但为了突出各个个案（测站）的各个月的平均降水分布情况，对原始数据按变量（月份）进行了全距从0到1的标准化。在选用不同的聚类方法和距离进行了多次试验后，发现选用组间联接（Between-groups Linkage）的聚类方法和欧氏距离（euclidean distance）进行系统聚类更为合理。选用
19、欧氏距离时，两个个案（测站）之间的距离计算公式是：其中，为欧氏距离，A,B为任意两个个案，i为月份，此时n=12，ai、bi分别为i月A个案和B个案的月平均降水的标准化后的数据。选用组间联接时，合并两组时以两组里所有两两配对的个案的平均距离最小为依据，且配对的两个个案属于不同的组16。生成的系统聚类结果（树状图）如图1所示。图 1. 台湾25个测站30年来的月平均降水系统聚类树状图当选择标尺为7.5时，25个个案（测站）共被分为10类，原始聚类结果如表1所示。类别个案（测站）第一类东吉岛、澎湖、台中、梧栖第二类花莲、成功、台东第三类台南、高雄、嘉义、大武、恒春第四类淡水、彭佳屿、新竹、台北第五
20、类宜兰、兰屿第六类玉山、日月潭第七类阿里山第八类鞍部、竹子湖第九类苏澳第十类基隆表 1. 系统聚类的原始结果对比各类的降水特征，特征相似的类别可以合并，所以将鞍部、竹子湖、苏澳、基隆归为一类，将玉山、日月潭、阿里山归为一类，将宜兰归入第四类，另外考虑到各分区的空间连续性，兰屿应单独归为一类，嘉义应归入第一类。由此得到最终的分区结果如表2所示。分区个案（测站）一区淡水、彭佳屿、新竹、台北、宜兰二区鞍部、竹子湖、苏澳、基隆三区东吉岛、澎湖、台中、梧栖、嘉义四区台南、高雄、大武、恒春五区花莲、成功、台东六区玉山、日月潭、阿里山七区兰屿表 2. 系统聚类的最终结果（分区结果）对各个分区内的测站各月的月
21、平均降水取平均数，得到七个区的平均月平均降水数据如表3所示，使用Grapher软件绘制曲线图如图2所示。分区一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月合计一区104.2 166.1 168.0 164.2 219.7 247.7 163.2 230.6 316.1 192.7 139.8 101.5 2214.1 二区305.3 332.3 257.6 221.0 283.9 302.1 209.9 338.0 608.7 633.1 526.3 348.0 4366.0 三区22.6 62.0 73.9 107.4 175.0 240.4 241.3 256.5 146.6 25.
22、6 18.4 22.7 1392.4 四区23.4 29.4 36.1 64.6 180.4 381.3 385.4 425.6 289.9 92.5 43.0 26.0 1977.3 五区53.3 68.7 64.5 80.6 175.2 215.3 240.6 287.2 383.2 270.2 119.3 62.1 2020.3 六区68.0 119.3 143.4 232.7 412.0 524.9 507.9 577.5 330.1 113.6 51.7 54.1 3135.2 七区248.1 203.9 154.0 149.0 249.3 287.4 231.2 287.9 384
23、.2 305.6 267.0 212.2 2979.8 表 3. 台湾各分区平均月平均降水量单位：mm图 2. 台湾30年来各区域平均月平均降水量为了更直观的显示各个分区，根据分区结果绘制示意图如图3所示。图 3. 台湾各测站分区示意图3.2.2. 相关性分析相关分析（Correlation Analysis）是研究随机变量之间的相关关系的一种统计方法，判断各个现象之间是否有某一种依存关系，并研究存在依存关系的现象的相关方向和相关程度。本文利用SPSS软件，使用双变量（Bivariate）相关性分析的方法，分析单个测站月平均气温和月平均降水量之间的关系。进行相关性分析时使用的相关系数是Pear
24、son相关系数，该相关系数是用于对定距变量的数据进行计算的，根据Pearson相关系数的计算公式，任一测站的月平均气温和月平均降水量的相关系数计算公式为：其中，r为Pearson相关系数，i为月份，此时n=12，Ti为i月的月平均气温，Pi为i月的月平均降水量，为平均月平均气温，为平均月平均降水量。通过SPSS软件的计算得出了各测站的月平均气温和月平均降水量的Pearson相关系数，系数大于0为正相关，系数小于0为负相关。又根据显著性将台湾各测站近30年以来的月平均气温和月平均降水量的相关性分为四类，如表4所示。表 4. 台湾各测站的月平均气温和月平均降水量的相关性 相关性测站极其显著的正相关
25、（双侧显著性0.01）台北、花莲、东吉岛、澎湖、台南、高雄、嘉义、台中、阿里山、大武、玉山、恒春、成功、日月潭、台东、梧栖显著的正相关（双侧显著性0.05）淡水不显著的正相关（双侧显著性0.05）鞍部、竹子湖、彭佳屿、宜兰、新竹、兰屿不显著的负相关（双侧显著性0.05）基隆、苏澳3.3. 台湾近30年以来的气候变化特征分析3.3.1. 降水分布特征根据表3，台湾各个分区的平均年平均降水量均超过了1200mm，最少的为三区（1392.4mm），最多的为二区（4366.0mm），总体来看台湾地区降水丰沛。根据图2和图3显示，从七个分区的年内降水分布来看，三、四、六区夏季（6、7、8月）多雨，这三个
26、区的降水分布趋势相似，只在平均年平均降水量上存在差异，六区平均年降水量最多，四区次之，三区最次。一、五、七区的年内降水分布趋势也很相近，降水主要集中在夏秋之交，降水量最多的月份出现在9月，而且秋冬季节的降水量比三、四、六区的都多。处于东北部的二区的平均年平均降水量是最多的，且其降水主要集中在秋冬季节（从9月到第二年2月），降水量峰值出现在10月份。大致处于同一纬度的三区和五区相比，五区的年平均降水量比三区多629.9mm，且降水量峰值出现在9月，而三区降水量峰值出现在8月。从各个测站来看，年平均降水量最多的是二区的鞍部，达4863.1mm；年平均降水量最少的是三区的澎湖，仅1013.4mm，区
27、域分布不均。3.3.2. 气温分布特征表 5. 台湾各分区平均月平均气温分区一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月年平均年较差一区15.8 16.2 18.0 21.4 24.5 27.0 28.8 28.5 26.8 23.9 20.9 17.5 22.4 13.0 二区13.6 14.1 16.1 19.3 22.3 24.8 26.5 26.2 24.3 21.4 18.5 15.0 20.2 12.9 三区16.8 17.2 19.5 23.0 25.7 27.6 28.7 28.4 27.4 25.0 21.9 18.4 23.3 11.9 四区19.5 20.3 22
28、.4 25.0 27.1 28.2 28.9 28.5 27.7 26.3 23.8 20.7 24.8 9.4 五区18.8 19.3 21.0 23.3 25.5 27.3 28.5 28.3 27.0 25.2 22.7 19.9 23.9 9.7 六区6.4 7.3 9.1 11.3 13.2 14.5 15.2 15.0 14.3 13.2 10.9 7.8 11.5 8.7 七区18.5 19.0 20.5 22.4 24.3 25.7 26.3 26.1 25.2 23.8 21.7 19.4 22.7 7.8 单位：由表5可知，除了处于高海拔地区的六区外，其他6个区的平均月平均
29、气温的分布趋势相似，最高温出现在七月，最低温出现在一月，七月平均月平均温度最高的是纬度最低的四区，一月平均月平均温度最低的是纬度最高的二区。而且6个区的年平均温度均在20度以上，气温年较差随纬度升高而递增，而大致处于同纬度的三区和五区相比，五区的年平均气温比三区高0.6，而且五区的气温年较差较三区小2.2。同样大致处于同纬度的四区和七区相比，七区年平均气温比四区低2.1，而且七区的气温年较差比四区小1.6，且为7个区中最低的。从各个测站来看，也仅有鞍部、竹子湖和六区的三个测站的年平均气温在20以下，可以说台湾除了部分高海拔地区外，大部分地区是长夏无冬的，且总体上来说，不考虑海拔的影响，年平均气温随纬度升高而降低，气温年较差随纬度升高而升高；相同纬度和海拔，沿海和周边岛屿较之远离海岸的地区年平均气温更低，气温年较差更小，气候更加温和。3.3.3. 气候类型从月平均气温和月平均降水量的相关系数的计算结果来看，25个测站中有16个呈极其显著的正相关，1个呈显著的正相关，这17个测站主要分布于三、四、五、六区，这说明台湾大部分地区是属于雨热同期的，其他8个测站呈不显著的正相关或负相关，主要分布于一、二、七区，可以认为是雨热不同期的。由于各测站的月平均气温的变化趋势相似，均为七月最高，一月最低，变化趋势明显，雨热不同期的一、二、七
