西北地區(qū)近50 a氣溫和降水極端事件的變化特征

汪寶龍，張明軍，魏軍林，等

目的：近百年來(lái)，全球氣候正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的顯著變化，溫度的升高不僅直接影響溫度極端值的變化，而且導(dǎo)致高溫干旱和暴雨洪澇等極端氣候事件的發(fā)生頻率加快與強(qiáng)度加劇的趨勢(shì)。因此，研究極端氣候的變化特征、探討其變化機(jī)理并且預(yù)測(cè)未來(lái)變化趨勢(shì)對(duì)減少極端事件的發(fā)生顯得尤為重要。本研究采用1960—2009年西北地區(qū) 124個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日最高氣溫、最低氣溫和日降水量資料，選取8個(gè)極端氣溫指標(biāo)和6個(gè)極端降水指標(biāo)，對(duì)該地區(qū)極端氣候變化進(jìn)行了研究探討，并在此基礎(chǔ)上嘗試預(yù)測(cè)了未來(lái)該地區(qū)極端氣候變化的情形。研究選取的這些指數(shù)能夠反應(yīng)出極端氣候不同方面的變化，具有較弱的極端性、噪聲低、顯著性強(qiáng)的特點(diǎn)。方法：依據(jù)資料的連續(xù)性及最長(zhǎng)時(shí)段性等標(biāo)準(zhǔn)，共選取符合條件的氣象站124個(gè)。地面氣象站的日均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日降水量、日最大降水量、年總降水量資料為中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心（http://www.nmic.gov.cn）提供，并且經(jīng)過(guò)了較為嚴(yán)格的質(zhì)量控制，包括極值檢驗(yàn)和時(shí)間一致性檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制檢驗(yàn)主要包括3個(gè)方面：數(shù)據(jù)記錄日期是否和現(xiàn)實(shí)一致；日降水量是否小于 0、日最低氣溫是否大于最高氣溫等；臺(tái)站遷移和當(dāng)?shù)丨h(huán)境變化是否造成了觀測(cè)記錄的非均一化。采用線性傾向估計(jì)法分析氣候變化趨勢(shì)，計(jì)算采取最小二乘法進(jìn)行估計(jì)，用其線性傾向率來(lái)分析要素的年際變化率。在 ArcGIS環(huán)境下通過(guò)反距離加權(quán)插值法繪制出極端氣候事件的空間分布圖，進(jìn)行極端氣候事件的空間差異和相關(guān)性分析。并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用R/S分析法嘗試預(yù)測(cè)了未來(lái)該地區(qū)極端氣候變化的情形，該分析法近年來(lái)在地學(xué)等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。根據(jù)郭志華等聚類分析和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果把我國(guó)劃分為 4個(gè)氣候區(qū)域，即亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)、溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)、西北干旱區(qū)、青藏高寒區(qū)。西北地區(qū)氣候類型復(fù)雜，涵蓋了以上4種氣候區(qū)。本文對(duì)西北全區(qū)及其包涵的4種不同氣候區(qū)的極端氣候變化進(jìn)行了討論。結(jié)果：通過(guò)對(duì)我國(guó)西北地區(qū)極端氣候的研究結(jié)果表明：（1）近 50年以來(lái)，西北地區(qū)結(jié)冰天數(shù)、最大連續(xù)霜凍天數(shù)、低溫天數(shù)分別以－2.51、－1.79、－3.62 d·（10 a）－1的趨勢(shì)在顯著減少，都通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)；并且結(jié)冰天數(shù)、最大連續(xù)霜凍天數(shù)、低溫天數(shù)與年份的相關(guān)系數(shù)分別為－0.503、－0.612、－0.806，表明氣候顯著變暖，以低溫天數(shù)減少最顯著。極端冷指標(biāo)在青藏高寒區(qū)減少幅度最大，亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)減少幅度最小；其中結(jié)冰天數(shù)和最大連續(xù)霜凍天數(shù)在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)與年份的相關(guān)不明顯，且未通過(guò)現(xiàn)在性檢驗(yàn)。（2）夏季天數(shù)、生物生長(zhǎng)季、熱夜天數(shù)、高溫天數(shù)分別以2.31、2.98、1.07、0.45 d·（10 a）－1的速度顯著增加；并且極端暖指標(biāo)與年份有都很好的相關(guān)性，以生物生長(zhǎng)季增加非常顯著。極端暖指標(biāo)在各氣候區(qū)年際變化趨勢(shì)不同。（3）極端氣溫年較差也以－0.39℃·（10 a）－1的速度在減少，在西北干旱區(qū)極端氣溫年較差下降幅度最大，溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)最小。（4）除極端氣溫年較差外，極端溫度和年平均氣溫有很好的相關(guān)性；極端冷指標(biāo)與年平均氣溫之間相關(guān)系數(shù)為一致的負(fù)值；極端暖指標(biāo)與年平均氣溫之間相關(guān)系數(shù)以正值為主。（5）最大的1和5天降水總量、逐年平均降水強(qiáng)度和持續(xù)干旱天數(shù)呈增加趨勢(shì)，而中雨天數(shù)和持續(xù)降水天數(shù)呈減少趨勢(shì)；從西北整體和各氣候區(qū)來(lái)看，大部分極端降水指數(shù)與年份的相關(guān)性不顯著，且未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)；年降水總量與持續(xù)干旱天數(shù)沒有很好的相關(guān)性，但與其它極端降水指標(biāo)有很好的相關(guān)；（6）從空間分布和各氣候區(qū)來(lái)看，極端氣候增加或減少的趨勢(shì)以及其與年平均氣溫或年總降水量相關(guān)性不盡相同。（7）年極端冷指標(biāo)、極端氣溫年較差在未來(lái)將繼續(xù)下降，“暖冬”事件可能增多，極端暖指標(biāo)在未來(lái)將繼續(xù)上升；中雨天數(shù)在西北地區(qū)未來(lái)可能逆轉(zhuǎn)為增加，但強(qiáng)度不大。各極端氣溫和降水指標(biāo)在西北整體和各氣候區(qū)持續(xù)性強(qiáng)度不同，且同一指標(biāo)在各氣候區(qū)持續(xù)性強(qiáng)度也不盡同。結(jié)論：由時(shí)間尺度變化分析表明，隨著全球變暖，極端冷指標(biāo)、極端氣溫年較差呈下降趨勢(shì)，即嚴(yán)寒天和極端低溫事件明顯減少，極端暖指標(biāo)均呈明顯的上升趨勢(shì)，表現(xiàn)為氣溫變暖趨勢(shì)，與全球變暖一致。極端降水的增加和減少趨勢(shì)沒極端氣溫那樣明顯。從西北總體和各氣候區(qū)平均來(lái)看，極端暖指標(biāo)明顯趨于增多，一些地區(qū)增加趨勢(shì)最為明顯；與此同時(shí)，極端冷指標(biāo)明顯趨于減少，這種減少趨勢(shì)出現(xiàn)在西北大部分地區(qū)。西北地區(qū)極端降水事件發(fā)生頻次的空間差異明顯，且同降水量的分布有很大的差異。除中雨天數(shù)外，未來(lái)其他極端氣溫和降水表現(xiàn)為持續(xù)性，即未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)與過(guò)去變化趨勢(shì)一致。

來(lái)源出版物：自然資源學(xué)報(bào), 2012, 27(10): 1720-1733

入選年份：2015