1960—2012年陜西漢中地區極端氣溫指數變化特征

陳成全 袁野 葉鳳珍 趙景波

摘要利用1960—2012年漢中地區每日氣溫資料，運用線性傾向估計方法、Mann-Kendall突變檢驗法、Morlet復數小波分析等方法，對漢中地區9種極端氣溫指數隨時間的變化趨勢、突變年份及周期性進行了研究。結果表明，1960—2012年漢中地區極端最低氣溫、極端最高氣溫、暖夜、暖日、夏天日數和熱夜日數變化均呈上升趨勢，而冷夜、冷日和霜日變化均呈下降趨勢。其中，上升態勢最顯著的是暖夜、夏天日數和熱夜日數，升幅分別為7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趨勢最顯著的是冷夜和霜日，降幅分別為5.83、5.14 d/10 a。除了熱夜日數之外，各極端氣溫指數均呈現具有年代際階段性變化特征，并有突變現象發生。極端氣溫突變主要發生在20世紀60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年。漢中地區極端氣溫事件普遍存在30年左右的主周期，冷日和極端最高氣溫還具有17年左右的變化周期，冷日、冷夜、暖日和暖夜均具有更小尺度的周期。綜合分析得出，目前該區正處于氣溫突變容易發生的階段。1960—2012年漢中地區極端氣溫呈明顯的升高趨勢，這易于造成農業氣象災害，需要加強對氣象災害的預防。

關鍵詞極端氣溫；氣候變暖；氣溫突變；周期規律；漢中地區

中圖分類號S161.2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）09-0186-05

Change of Extreme Temperature Index in Hanzhong Region in Shaanxi Province during 1960-2012

CHEN Chengquan1 ，YUAN Ye2，YE Fengzhen1 et al

（1.Nanning Exploration﹠Survey Institute， Nanning，Guangxi 530001；2.College of Tourism and Environment， Shaanxi Normal University， Xian，Shaanxi 710062）

AbstractUsing the daily temperature data of Hanzhong region from 1960 to 2012，the change trend， mutation year and periodicity of nine extreme temperature indices in Hanzhong region were studied by the method of linear trend， Mann-Kendall mutation test and Morlet complex wavelet analysis.The results showed that the extreme minimum temperature，extreme maximum temperature，warm night，warm day， summer day，hot night were on the rise in Hanzhong region during 1960-2012，while cold night， cold day and frost day were on the decline.Among that warm night，summer day，hot night had increased significantly，in rate of 7.94，3.54 and 3.06 d/10 a respectively.Cold night and frost day had an obvious decline， in rate of 5.83 and 5.14 d/10 a respectively.Except hot night，there were stages change characteristic for each extreme temperature index，also with mutation characteristic.The mutation of extreme temperature mainly happened in the 60′s，the middle of 80′s，the late of 90′s and 2000-2010.There was generally a main cycle around 30 years for extreme temperature events in Hanzhong region，there was a cycle around 17 years for cold day and extreme maximum temperature，there was a cycle of smaller scale than 17 years for cold day and cold night， warm day and warm night.Conclude from comprehensive analysis，this region is now on period that temperature mutation happened easily.The extreme temperature in Hanzhong region during 1960-2012 has increased obviously，it is easily to cause agricultural meteorological disasters，people should strengthen the prevention of meteorological disasters.

Key wordsExtreme temperature；Climate warming；Temperature mutation；Periodic law；Hanzhong region

20 世紀以來，全球氣候的變暖趨勢已被國內外很多科學家研究結果證實[1-3]，政府間氣候變化專業委員會（IPCC）第四次評估報告明確指出，近百年以來（1906—2005年）全球平均氣溫上升了0.74 ℃，并預測21 世紀末全球地表氣溫平均增溫為1.10～6.40 ℃[3]。隨著全球氣候的進一步變暖，極端天氣的發生將會更頻繁[4-5]。在全球氣溫變暖的氣候大背景下， 我國年平均氣溫增加了1.10 ℃，其增溫速率大約為0.22 ℃/10 a[5]。我國許多學者對多個地區的氣候變化進行了研究，認識到不同地區的氣候變化趨勢均存在著不同程度的差異性[5-7]。在我國西部地區，近50年氣溫以約0.18 ℃/10 a的幅度升高[8]，1961—2000年陜西省年平均氣溫的線性增長率約為0.50 ℃/10 a[5]，明顯大于我國西部地區增溫率。

隨著全球氣候的進一步變暖，超高強度的異常特大干旱災害、強降雨等一些極端氣象事件發生的頻率也會有一定增高，造成的各類災害越來越廣泛。特別是在最近10年里，這些極端氣象事件對農業生產的影響和危害較為突出[5]。氣象災害也影響到國民經濟發展的其他各個部門，從而給國民經濟與社會發展帶來了不可忽視的不利影響。因此，全面認識極端天氣的發展特點和變化，找出極端天氣的發生特點與周期規律，不僅具有科學理論意義，而且對氣象災害預防及預測具有重要的現實意義。雖然許多學者對不同地區的極端氣溫指數變化進行了研討[5-7]，但對漢中地區極端氣溫指數變化研究鮮見報道。筆者利用1960—2012年漢中地區每日氣溫資料，運用線性傾向估計方法、Mann-Kendall突變檢驗法、Morlet復數小波分析等方法，對漢中地區9種極端氣溫指數隨時間的變化趨勢、突變年份及周期性進行了研究，以期為該區氣象災害預防提供科學依據。

1資料與方法

1.1研究區概況漢中市位于陜西省西南部，在漢江流域上游，北倚秦嶺，南屏大巴山，地勢呈現南北高。地理位置在106°51′ ～ 107°10′E、33°02′～ 33°22′N。全市轄漢臺區、南鄭、洋縣、城固、西鄉、寧強、勉縣、略陽、留壩、鎮巴、佛坪11個縣區，土地面積約為27 101 km2[9]。該市地處我國暖溫帶和亞熱帶氣候的過渡地帶內，屬大陸性季風濕潤氣候，年均氣溫為14.3 ℃，年均雨量為871.8 mm。該區降水量分布各季節差異大，易形成大旱及洪澇[9]。該區地貌類型繁多，北部和南部分別是秦嶺和巴山山地，海拔高且起伏大，在秦嶺與巴山之間廣泛分布

有大小不等的低山丘陵地貌類型。低山常以土石山為主，高山、深山多以石質山為主[9]。當發生持續性長時間的氣候干旱時，較容易導致旱災形成，而干旱災害又嚴重制約著該區當地經濟的發展，甚至影響到社會的穩定。

1.2資料選取與分析方法選用的漢中站1960—2012年逐日最高氣溫、逐日最低氣溫資料都來自于我國氣象科學數據共享服務網。從WMO發布的極端天氣指數中選擇了具有重要性的9種極端氣溫指數（表1）進行分析。采用線性趨勢方法，分析極端氣溫指數在不同年份及其不同年代的變化特征及趨勢。

極端氣溫事件的定義是根據每個測站觀測得到的日最高（低）氣溫分別確定其極端高（低）溫閾值[10]，具體的獲取方法如下：首先選取某站1960—2012年的日最高（低）氣溫作為基期進行分析，然后將該站1960—2012年中同日的最高（低）氣溫數據按升序進行排列，得到該日第90（10）個最高（低）氣溫的百分位數值，按照這一方法就獲得了365個最高（低）氣溫的第90（10）個百分數值，將其作為極端最高（低）氣溫事件的上（下）閾值。假如某日的最高溫度超過了該日極端氣溫事件的上閾值，則可以確定該日出現了極端高溫事件；同樣假如某日的最低溫度低于該日極端氣溫事件的下閾值，則可以確定該日出現了極端低溫事件。

該研究中極端氣溫指數是在1998—2001年的氣候變化監測會議[11]確定的，這些極端氣溫指數是從逐日最高、最低氣溫計算后得出的，能夠展現極端天氣不同方面的變化特點。所選擇的極端氣溫指數可以分為2類：①能夠指示某個季節或某年最大或最小值的絕對指數，包括日最高氣溫和日最低氣溫等；②氣溫超過某固定閾值的天數的閾值指數，其中包括冷日、暖日、冷夜及暖夜。由各指數的定義表明，上述極端氣溫指數綜合考慮了氣象災害的強度與持續時間長短，這些氣溫指數已經成為歐盟將推薦用于描述與氣象災害有關的核心指標。

安徽農業科學2017年

2結果與分析

2.1極端氣溫指數的年變化

由圖1可知，1960—2012年漢中地區極端最低氣溫、極端最高氣溫、暖夜、暖日、夏天日數和熱夜日數均呈現升高趨勢，而冷夜、冷日和霜日均呈現下降趨勢。其中表現為上升趨勢最顯著的是暖夜、夏天日數和熱夜日數，升幅分別為7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趨勢表現最顯著的是冷夜和霜日，降幅分別為5.83、5.14 d/10 a。表明漢中地區極端氣溫指數變化的特點是夜間表現出變暖、白天顯示出變熱，夏天日數增加、冷夜日數減少、暖日增多和冷日減少。其中每年的日最高、最低氣溫均呈上升趨勢，對平均氣溫上升的影響起了較大推動作用。總體來講，漢中地區極端氣溫升高趨勢表現明顯，容易導致極端天氣及其災害的發生。

漢中市極端氣溫指數的變化具有明顯的年際變化特征，并表現有突變現象發生的特點。通過M-K突變檢測、累積距平及滑動t檢驗方法檢驗發現，漢中地區極端氣溫突變年與歷史最高、最低年的發生有一致性與階段性特點，主要發生時間是在20世紀60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年（表2）。

2.2極端氣溫指數的年代際變化

從圖1和表3可看出，近55年來漢中地區極端氣溫指數的變化具有明顯的階段性特征，且在不同時間段內的變化差異較大。

除了熱夜指數之外，其他指數均呈現出年代際階段性變化。其中2000—2012年極端最高和最低氣溫較20世紀60年代分別上升了0.19和1.16 ℃，暖夜、暖日及夏天日數較60年代分別增加了30、8、15 d，冷夜、冷日、霜日較60年代分別減少了24、7、24 d。

2.3極端氣溫指數的變化周期

2.3.1冷日。由圖2a可見，近55年來漢中地區冷日存在5、17和30年左右的準周期。30年左右的振蕩周期為其主要的變化周期，而且貫穿始終，冷日的變化過程顯示為偏多—偏少—偏多的交替變化特征。17年左右的周期也很明顯，并經歷了偏多—偏少—偏多—偏少—偏多的交替變化過程。5年左右的周期振蕩規律表現不是很明顯。

2.3.2冷夜。由圖2b可見，近55年來漢中地區冷夜存在4、10和28年左右的振蕩周期變化。4年左右的周期振蕩變化表現不明顯，并且在20世紀90年代逐漸消失。10年左右的振蕩變化周期自20世紀70年代中期一直持續到21世紀初期，28年左右的振蕩周期變化貫穿整個時期，發生了偏多—偏少—偏多的交替變化過程。

2.3.3極端最高、最低氣溫。從圖2c、f可以看出，近55年來，漢中地區極端最低氣溫和極端最高氣溫均存在30年左右的振蕩變化周期，且這一個振蕩變化周期為其主控周期，存在于整個時期。在27年左右的振蕩周期上，極端最低氣溫呈偏冷—偏暖—偏冷的交替變化特點，而極端最高氣溫表現出相反的變化。該區極端最低氣溫還存在13年左右的振蕩變化周期，呈現出偏暖—偏冷—偏暖的交替變化過程。極端最高氣溫還存在17年左右的振蕩周期規律，呈現出與極端最低氣溫相反的變化特點。

2.3.4暖日、暖夜。由圖2d、e可知，近55年來漢中地區暖日和暖夜均存在30年左右的主控振蕩變化周期，且兩者均呈偏多—偏少—偏多的交替變化特點。此外，暖日存在不明顯的8年左右的變化周期規律，暖夜存在不明顯的3和15年左右的周期振蕩規律。

3討論

3.1極端氣溫發生變化的原因

根據上述分析可知，近55年漢中地區極端天氣冷指標呈明顯的下降態勢，熱指標呈明顯的上升態勢，漢中地區整體氣溫表現出明顯的上升態勢。盡管目前還沒有足夠的可續證據證實氣候變暖與極端天氣事件之間有哪些方面的直接關系，但不能否認兩者之間可能存在的密切聯系，可以推測漢中地區極端天氣指數的增減變化與全球氣候變暖有重要的關聯。氣候變暖通常是指以大氣溫度升高為主要變化特征的氣溫隨時間不斷升高的現象[12]。極端氣溫的升高很可能是氣候變暖的具體表現形式之一，而如冷夜、冰日等冷指數的減少，以及夏日、熱夜等熱指數的增加就可能是氣溫上升的直接表現和結果。

到目前為止，雖然關于氣候變暖的原因還存在不同認識和假說[13]，但較為普遍受到學術界認可的觀點是氣候變暖由人類活動和自然因素變化共同作用的結果。人類活動主要指的是生產與生活過程中釋放了大量溫室性氣體，特別是排放了大量具有溫室效應作用的CO2氣體，以及人為對自然植被的破壞、人口激增等表現。此外，來自太陽輻射量變化、地球內部物質能量變化也可能是引發氣候變暖的部分相關原因，但近幾十年人類活動特別是生產活動引起的變化更為明顯，人類活動對全球氣候變暖所起到的作用不可忽視。

3.2極端氣溫變化可能造成的氣象災害

極端氣溫指數的變化在我國具有共同性[14]，引起的多種災害也較為普遍。蘇俊輝等[15]研究發現，極端氣溫的變化使漢中地區的氣象災害增加，主要氣象災害有澇災和旱災等多種；1956—2005年漢中地區共發生暴雨859次，發生頻率達1.7次/a；多年來該區因暴雨造成傷亡總人數2 700余人。近年來隨著氣候的變暖，特別是在2000 年之后，漢中地區各類氣象災害和極端氣象事件呈增多的態勢，該區日降水量≥50 mm 區域性暴雨幾乎每年發生1次，給漢中當地經濟和人民生命財產造成了重大的損失。

旱災也是造成漢中地區較大損失的自然氣象災害。1956—2005年全區各縣干旱多達203次，其中發生的重旱達77 縣次，占干旱災害總次數的37.9%[15]。在1994、1995、2000、2002、2004 年出現了全地區性的大面積干旱災害，造成了該區農業生產和人畜飲水發生困難，當地國民經濟受到了嚴重不利影響。1994、1995 年該區出現了少見的夏秋連旱加伏旱的特大干旱災害[15]，這次干旱持續過程長、影響地區范圍廣，并且均超過了漢中地區1959—1960 年的大旱和1928—1929 年的特大干旱災害；持續2 年的特大干旱給人們的正常生活造成了嚴重不利影響，并且給漢中當地經濟造成了高達23.4 億元的巨大損失。從20世紀90年代開始，漢中地區旱災變得更為頻繁，表明極端氣溫暖指數的增加導致了該地區旱災的頻繁發生。

漢中地區風災也多，1956—2005年共計發生了1 887 次大風，進入20 世紀80 年代以來大風出現的頻率和破壞的程度也表現出增加態勢[15]。

綜上所述，極端氣溫的變化導致了漢中地區旱澇災害以及風災的增加。為了減少極端氣溫變化引發的氣象災害，漢中地區需要做好預防澇災、旱災以及風災的準備。

4結論

（1）1960—2012年漢中地區極端最低氣溫、極端最高氣溫、暖夜、暖日、夏天日數和熱夜日數均呈升高趨勢，而冷夜、冷日和霜日均呈下降趨勢。其中近55年來升高趨勢最顯著的是暖夜、夏天和熱夜指數，升幅分別為7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趨勢最顯著的是冷夜和霜日，降幅分別為5.83、5.14 d/10 a。除了熱夜數之外，其余各指數都表現出明顯的年代際階段性變化特征。2000—2012年漢中地區極端氣溫增減變化更明顯。

（2）1960—2012年漢中地區極端氣溫的變化存在突變現象。極端氣溫突變主要發生在20世紀60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年。綜合分析可知，目前正處于氣溫突變易于發生的時間段。

（3）1960—2012年漢中地區極端氣溫指數變化顯著，極端氣溫的上升對平均氣溫上升所起的作用較大，易于造成該區澇災和旱災的發生，需要加強對這些災害的預防。

（4）小波分析表明，漢中地區極端氣溫事件普遍表現出30年左右的主控周期，冷日和極端最高氣溫顯示出17年左右的振蕩變化周期，冷日、冷夜、暖日和暖夜均存在更小尺度的振蕩變化周期。

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