西藏昌都近55年極端氣溫變化特征

孫曉光，王 騰，卓 永，黨 星

（西藏昌都市氣象局，西藏昌都854000）

西藏昌都近55年極端氣溫變化特征

孫曉光，王 騰，卓 永，黨 星

（西藏昌都市氣象局，西藏昌都854000）

為了解昌都極端氣溫的變化特征，為本地農牧業生產和防災減災等提供參考，利用1961—2015年逐日最高氣溫、最低氣溫和平均氣溫資料，分析了近55年昌都極端氣溫指數的變化。結果表明：極端最高、最低氣溫顯著上升，增溫率分別為0.25℃/10 a和0.46℃/10 a，霜凍日數、冷夜（晝）日數減少，暖夜（晝）、夏天日數增多；大部分指數存在通過顯著性檢驗的突變現象，冷事件突變點集中在1990s，暖事件集中在2004—2006年，且只發生1次突變現象；各項極端氣溫指數普遍存在通過顯著性檢驗的3～5年的震蕩周期，同時也存在分布時段不同的其他震蕩周期；極端氣溫指數對氣候變暖有很好的響應，冷事件對氣候變暖的響應較暖事件大；由于昌都獨特的地理位置，極端氣溫具有其獨特的變化特征。極端氣溫的變化將對昌都的農牧業生產產生巨大影響。

極端氣溫指數；變化特征；昌都

0 引言

隨著氣候變暖的加劇，極端天氣氣候事件日益增多，針對極端值和極端事件變化情況的研究也越來越多。眾多學者采用不同方法和不同角度對極端氣溫做了大量的研究，如Karl等[1]研究美國和蘇聯極端氣溫時發現，極端最低氣溫在過去幾十年呈明顯上升趨勢，而極端最高氣溫的變化則有較強的區域性特點；周雅清等[2]分析了中國大陸地區氣溫極端事件的變化規律，表明冷事件頻率減少，且從20世紀80年代中后期以后減少顯著，暖事件則是在90年代中期以后顯著增加；翟盤茂等[3]認為，中國北方冷夜日數呈減少的變化趨勢，暖晝日數呈增加趨勢；王瓊等[4]分析1962—2011年長江流域極端氣溫事件得到，暖指數增加、冷指數減小的趨勢。由于研究方法和極端指數定義上的差異，不同國家和地區的極端氣溫變化的對比存在一定的困難，為此，世界氣象組織(WMO)推薦了27個極端氣候指數（16個極端氣溫指數和11個極端降水指數）[2]，而這些指數有助于更好地認識和了解全球極端氣溫變化的規律。

昌都位于西藏東部、橫斷山脈的西北部、青藏高原東南部的邊緣地帶，地理坐標介于東經96°42′—97° 55′，北緯30°44′—32°19′，總面積1.08萬km2，地勢北高南低，東西呈“W”形，境內地形復雜多樣，切割明顯，險峰峻嶺，溝壑縱橫，因受地形的影響，氣候混雜，是最為獨特的氣候單元。目前，針對青藏高原[5-8]和西藏地區[9-12]極端氣溫的研究屢見報端，取得了大量成果，但研究多以大范圍區域為對象，對局部地區的研究還較少，尤其是針對昌都的研究鮮有報道。昌都是西藏地區典型的半農半牧區，受地理環境、生態條件及生產條件等限制，農牧業綜合生產能力仍較為落后，氣候變化引起的極端災害使得昌都農牧業生產的不確定性進一步增加。因此，有必要采用最新資料和統一的方法對昌都極端氣溫的變化特征進行深入分析，以期為農牧業生產和防災減災等提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

逐日氣溫數據（1961—2015年）來自西藏昌都國家氣象基本站，結合昌都氣候地理特點，選取WMO發布的16種極端氣溫指數中的8項（見表1）進行統計與分析。選取的8個極端氣溫指數分3種類型[2]：年內日最高（低）氣溫的極值，稱為極值指數(TXx、TNn)，基于原始數據和固定閾值的絕對指數(SU25、FD)，基于相對（浮動）閾值的相對指數(TN10、TX10、TN90、TX90)，同時也可分為冷指數(TNn、FD、TN10、TX10)和暖指數(TXx、SU25、TN90、TX90)。極端氣溫指數的計算通過RclimDex軟件[13]得出。定義氣候基準期為1971—2000年，多年平均值采用這30年的平均值。

1.2 研究方法

本研究采用氣候傾向率分析方法[14]來分析極端氣溫指數的變化趨勢，采用Mann-Kendall法[14]來檢驗極端氣溫指數是否存在突變現象，采用Morlet小波分析法[15]求取極端氣溫指數的周期。應用Excel、Matlab及SPSS對數據進行處理和分析。Morlet小波分析法程序來源于http://paos.colorado.edu/reserach/wavelets。

2 結果與分析

2.1 極端氣溫指數的變化趨勢

2.1.1 氣溫極值指數 從極值指數的時間序列變化（見圖1）可以看出，極端最高（低）氣溫呈上升趨勢，但又表現出明顯的非對稱性特征，即極端最低氣溫的升溫趨勢更加明顯。近55年TNn的增溫率達到0.46℃/10 a，而極端最高氣溫為0.25℃/10 a。從TXx的變化曲線上看，具有明顯的年代際特征，在1960s，TXx處于低位，年代平均值為29.7℃，隨后逐漸上升，在1970s—1990s保持平穩狀態，進入21世紀后，在震蕩中逐步升高，尤其是2011—2015年，期間平均值達31.2℃；對于TNn而言，在1960s—1970s均處于低位，以1970s為最低，1980s初期后，快速升高，而后在震蕩中緩慢上升。

圖1 昌都1961—2015年極端最高氣溫、極端最低氣溫變化趨勢

2.1.2 氣溫絕對指數 對于絕對指數（見圖2），夏天日數(SU25)在時間序列上表現為不明顯的增多趨勢，增幅為1.2 d/10 a，SU25在1960s—1980s處于一個寬幅震蕩階段，1990s處于較低的位置，進入21世紀后，有較為明顯的增加，最近幾年又表現為下降趨勢；與夏天日數相反，霜凍日數(FD)則呈現出顯著的下降趨勢，降幅達到了3.0 d/10 a，霜凍日數在1990s前為較為平穩的震蕩下行，自1990s起快速下降，尤其是21世紀最初10年。

2.1.3 氣溫相對指數 就相對指數（見圖3）而言，冷夜、冷晝指數均呈下降趨勢，下降速率分別為4.9 d/10 a和3.6 d/10 a，冷夜指數在20世紀呈寬幅震蕩下降趨勢，2000年以后震幅小，快速下降，而冷晝指數在時間序列上均為下降趨勢，只是在1980s、1990s震蕩幅度較大，暖夜、暖晝指數呈上升趨勢，上升速率為3.0 d/10 a、 1.2 d/10 a，暖夜指數在1960s呈下降趨勢，而后震蕩上升，2000年后震幅加大，暖晝指數呈較為平穩的上升趨勢，只是在1990s處于一個相對低的位置，而2000年后處于一個較高的位置。可以看出，冷（暖）夜指數的變化趨勢要明顯于冷（暖）晝指數的變化趨勢，可以從一個側面反映出夜間升溫幅度要大于白天升溫幅度，體現出氣候變暖的非對稱性特征。

2.1.4 極端氣溫變化趨勢與其他區域的比較 相關研究表明，西藏是極端氣溫事件變化的敏感區[9-10]，在大致相同的時段內，西藏地區極端氣溫指數的變化幅度要比全球、全國大。昌都地處西藏東部、橫斷山脈的西北部和青藏高原東南部的邊緣地帶，其極端氣溫指數變化與上述地區的比較如何？筆者對比相同時段的昌都與青藏高原[5]、橫斷山脈[6]和西藏[9]極端氣溫指數變化趨勢值（見表2），可以看出，昌都極端氣溫指數的變化值較西藏地區明顯偏小，最為明顯的是暖夜（晝）日數；相較于青藏高原和橫斷山脈大部分指數的變化值也偏小，只是冷夜（晝）日數變化幅度大于上述2個地區。同時能看到，隨著時間的推遲，昌都極端氣溫指數變幅越來越大，說明近年來，昌都氣溫上升明顯，極端氣溫變化增大。這些情況表明，昌都作為青藏高原與橫斷山脈的交匯區域，處于氣候變化過渡區，具有其獨特的變化特征。

圖2 昌都1961—2015年氣溫絕對指數變化趨勢

圖3 昌都1961—2015年氣溫相對指數變化趨勢

表2 昌都極端氣溫指數的變化特征及其與其他區域的對比

2.2 極端氣溫指數的突變分析

對選取的8個極端氣溫指數進行M-K檢驗（見表3），結果表明：極端最高氣溫在2006年有明顯的突變，由相對偏冷期躍變為一個相對偏暖期，突變前后均值分別為30.1℃和31.3℃，突變后上升1.2℃；極端最低氣溫在1990年有明顯的突變，突變后氣溫上升1.5℃。

表3 昌都極端氣溫指數突變分析

就絕對指數來看，夏天日數2005年發生突變現象，突變后夏天日數增加了12天；而霜凍日數則在1994年發生突變，突變后霜凍日數減少了10.0天。

就相對指數而言，冷夜日數的突變發生在1993年，突變前后平均日數分別為39.2天和23.3天，突變后較突變前減少15.9天；冷晝日數的突變發生在1998年，突變前后平均日數分別為36.1天和23.8天，突變后較突變前減少12.3天；暖夜日數的突變發生在2004年，突變前后平均日數分別為36.7天和50.8天，突變后較突變前增加14.1天；暖晝日數的突變發生在2005年，突變前后平均日數分別為32.1天和42.6天，突變后較突變前增加10.5天。

同時可以看出除夏天日數(SU25)和暖晝日數(TX90)未通過顯著性檢驗外，其他指數均通過了0.05水平的顯著性檢驗，甚至是0.01水平(U0.01=2.56)的顯著性檢驗。突變點集中在1990—2006年，冷事件集中在1990s，暖事件集中在2004—2006年，且只發生1次突變現象，在突變前后冷事件(TNn、FD、TN10、TX10)由多向少變化，暖事件(TXx、SU25、TN90、TX90)由少向多變化。

2.3 極端氣溫指數的周期分析

利用Morlet小波分析方法，對昌都極端氣溫指數的周期進行分析。結果圖4顯示，各項極端氣溫指數普遍存在通過顯著性檢驗的3～5年的震蕩周期，同時也存在分布時段不同的其他震蕩周期，但這些周期未通過顯著性檢驗。近55年極端最高氣溫存在4～5年的震蕩周期，且控制整個時間序列，在21世紀初之前還存在13年的周期；極端最低氣溫存在顯著的準3年周期，1960s—1990s存在7年的震蕩周期，另外在1970s至今還有20年的長周期存在；夏天日數和暖晝日數均存在明顯的3～4年的顯著周期和13年的長周期且基本貫穿于整個時間序列，不同的是暖夜日數3～4年周期在2005年后逐漸減弱消失；霜凍日數在1970s至今存在顯著的準4年震蕩周期，且從1990s起周期加強，準14年周期存在與1960s中期至21世紀初期；冷晝日數存在準3年的顯著震蕩周期，此外還有10年和17年的周期存在于1970s至21世紀初，只是10年周期在21世紀后逐漸變小；暖夜日數近55年存在顯著的準2年和準5年周期，只是5年周期在1990s后逐漸加強，此外在分析時段內還存在13年和24年的長震蕩周期；冷夜日數在2000年以前存在顯著的3～4年周期，而后信號逐漸減弱，準8年周期存在于1960s—1990s，準11年周期存在于1960s至21世紀初，而準25年周期貫穿于近55年。可以看出，由于氣溫的影響因素較多，極端氣溫指數存在多個周期，多以短周期的3～5年為主周期，且顯著年份較為分散。

2.4 極端氣溫指數與昌都氣候暖的相關分析

為了解昌都極端氣溫指數變化與區域氣候變暖之間的關系，計算昌都年平均氣溫與各類極端氣溫指數之間的相關系數（見表4），可以看出各極端氣溫指數與年平均氣溫之間有很好的相關性，且均通過了0.01的顯著性水平檢驗，可以說明，極端氣溫指數對氣候變暖有很好的響應。杜軍等[10]和申紅艷等[16]用平均氣溫突變點前后極端氣溫指數的變化來表征氣候變化對極端氣溫事件的影響，借用此方法，通過M-K方法對昌都年平均氣溫進行突變分析，發現年平均氣溫在2002年有明顯突變，由一個相對低的狀態向一個相對高的狀態躍變，以2002年為時間節點統計了突變前后各項極端氣溫指數（見表5），可以看出極端最高氣溫、極端最低氣溫分別上升了0.8℃和1.5℃，夏天日數、暖夜（晝）日數明顯增加，霜凍日數、冷夜（晝）日數明顯減少，表明極端氣溫事件對氣候變暖的響應是不同的，而冷指數(TNn、FD、TN10、TX10)較暖指數(TXx、SU25、TN90、TX90)變化幅度大，表明冷事件對氣候變暖的響應較暖事件大，同樣說明極端氣溫變化的非對稱性。

圖4 昌都極端氣溫事件的小波分析及小波全域能量譜

2.5 極端氣溫變化對農牧業生產的影響

通過上述分析可知，近55年來昌都極端氣溫變化主要體現在極端最高（低）氣溫顯著上升，霜凍日數顯著下降；冷夜（晝）日數下降趨勢，暖夜（晝）日數上升趨勢，夏天日數增多，即暖指數上升，冷指數下降。而這種變化對本地的農牧業生產有利有弊。

有利的一面是：對于農業生產而言，低溫冷害、霜凍等制約農業生產的自然災害減少；由于氣溫升高，積溫增加，初日提早，終日推遲，冬小麥、冬青稞的越冬期縮短、可適宜播種期推遲[17-18]，農作物種植海拔高度得到提升[19]，玉米等喜溫作物種植比例可擴大[20]，從而使糧食產量增加。對于牧業而言，氣溫升高，弱畜幼畜過冬死亡數量大幅減少。

不利的一面是：氣候變暖可能會使本地高山雪線進一步提高[21-22]，積雪消融造成更多山洪地質災害，從而影響農牧業生產；隨著氣溫上升，農作物出現病、蟲、草害的概率也將增加；且氣溫升高，加劇蒸發，使土壤變干，如降水不能得到保障，出現干旱的概率將增加，加劇草場退化，如2009年初夏出現的氣象干旱，對農牧業生產造成嚴重的影響。

表4 昌都年平均氣溫與極端氣溫指數的相關系數

表5 氣候突變前后極端氣溫指數變化

3 結論與討論

利用昌都站1961—2015年逐日最高氣溫、最低氣溫和平均氣溫資料，分析了近55年昌都極端氣溫指數的變化特征，得到一些有意義的結論。

（1）極端最高（低）氣溫顯著上升，增溫率分別為0.25℃/10 a和0.46℃/10 a霜凍；夏天日數增多，霜凍日數下降；冷夜（晝）日數下降，暖夜（晝）日數上升；冷事件(TNn、FD、TN10、TX10)突變集中在1990s，暖事件(TXx、SU25、TN90、TX90)集中在2004—2006年；極端氣溫指數普遍存在通過顯著性檢驗的3～5年的震蕩周期，同時也存在分布時段不同的其他震蕩周期。

（2）昌都極端氣溫指數對氣候變暖有很好的響應，冷事件對氣候變暖的響應較暖事件大，這些與全球以及其他區域較為一致，但極端氣溫指數的變化值較西藏地區明顯偏小，相較于青藏高原和橫斷山脈大部分指數的變化值也偏小，表明昌都作為青藏高原與橫斷山脈的交匯區域，處于氣候變化過渡區，具有其獨特的變化特性。

（3）昌都極端氣溫的變化對本地農牧業生產的影響有利有弊，需要調整種植結構，重視草場保護，加強農牧業基礎設施建設，趨利避害，科學管理，以適應農牧業對氣候變化的適應能力及對氣象災害的防御能力。

受限于篇幅，文章僅分析了WMO推薦的16個極端氣溫指數中的8種指數在昌都的變化特征，其他指數的變化特征有待于進一步的分析研究。

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Extreme Temperature Variation Characteristics in Chamdo,Tibet from 1961 to 2015

Sun Xiaoguang,Wang Teng,Zhuo Yong,Dang Xing
(Chamdo Meteorological Bureau,Chamdo 854000,Tibet,China)

The paper aims to understand the variation characteristics of extreme temperature in Chamdo,and provide references for local agricultural and animal husbandry production and disaster prevention and mitigation.Based on daily temperature(maximum,minimum and average)data of Chamdo station,we analyzed the variation characteristics of extreme temperature indexes in Chamdo from 1961 to 2015.The results showed that:the extreme maximum temperature and extreme minimum temperature generally increased,the tendency rate was 0.25℃/10 a and 0.46℃/10 a,respectively;frost days,cold days and cold nights declined;warm days and warm nights and summer days increased;most indexes had the mutation passing significance test,the mutation point of cold indexes(including TNn,FD,TN10,TX10)happened in 1990s and that of warm indexes (including TXx,SU25,TN90,TX90)happened in 2004-2006 and only one mutation was observed;all extreme temperature indexes had the oscillation period with 3-5 years,and also had other oscillation periods with different distribution periods;the extreme temperature indexes had good response to climate warming, especially the cold indexes;due to the unique geographical location of Chamdo,the variation characteristics of extreme temperature in Chamdo were unique.Variation characteristics of extreme temperature will have a huge impact on agricultural and animal husbandry production in Chamdo.

Extreme Temperature Index;Variation Characteristics;Chamdo

S162.3

：A論文編號：cjas16120030

中國氣象局氣候變化專項“氣候變化對西藏冬蟲夏草氣候適宜性的影響評價”(CCSF201610)。

孫曉光，男，1985年出生，安徽阜陽人，工程師，本科，主要從事高原天氣預報、氣象服務。通信地址：854000西藏自治區昌都市卡若區林廓路286號昌都市氣象局，Tel：0985-4824957，E-mail：cdsunxg@163.com。

王騰，男，1985年出生，遼寧本溪人，工程師，本科，主要從事高原天氣預報、氣象服務。通信地址：854000西藏自治區昌都市卡若區林廓路286號昌都市氣象局，Tel：0985-4824957，E-mail：cdqxwt@163.com。

2016-12-29，

：2017-02-17。