麗江極端氣候指數(shù)的長期變化特征分析

王新博 王龍 楊榮贊

摘 要：利用麗江氣象站的1960—2014年逐日降水和氣溫資料，計算出13個極端氣候指數(shù)，采用線性趨勢估計法、累積距平法、M-K檢驗法和Pettitt等方法來對極端氣候指數(shù)的趨勢和突變進行分析，結(jié)果表明：氣溫類極端氣候指數(shù)中熱持續(xù)天數(shù)、夏日日數(shù)、暖夜和暖日指數(shù)存在顯著增加趨勢、霜凍日數(shù)存在顯著減少（α=0.05），近54a來增溫明顯。極端降水指數(shù)中，連續(xù)濕潤日數(shù)、濕天降水總量顯著減少，大雨天數(shù)和干旱日數(shù)顯著增加，降水趨于集中，干旱風(fēng)險增加。除熱持續(xù)日數(shù)、冷持續(xù)數(shù)、降水強度和干旱日數(shù)外，其余極端氣候指數(shù)均通過了顯著性突變檢驗，突變期主要集中于2003—2008年時段，而極端降水指數(shù)突變期則集中于1974—1984年時段。總體來看，極端氣候指數(shù)在一定程度上揭示了麗江地區(qū)暖干化變化趨勢。

關(guān)鍵詞：麗江；極端氣候指數(shù)；變化趨勢；累積距平法

中圖分類號：S16 文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415059

基金項目：水利部公益性行業(yè)專項云南旱災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)研究（項目編號：201001044）；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目（項目編號：2014FD022、2015FD021）

*為本文通訊作者 近百年來，全球的氣候變化有著顯著變暖的趨勢[1]，在全球氣候變暖背景下，我國極端氣候事件發(fā)生的頻率也在明顯的增多[2-4]，極端氣候事件對社會經(jīng)濟造成了一定的影響[5]，也受到國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān)注；如高濤，謝立安[6]對中國近五十年來極端降水事件的研究表明，發(fā)現(xiàn)在全球變暖背景下極端降水事件的頻率和強度均由升高的趨勢但存在明顯的區(qū)域差異；Mohammad M. Sohrabi等通過計算27個愛達(dá)荷州的氣候指數(shù)對氣候極端性和變異性對農(nóng)業(yè)和區(qū)域水資源的影響做了研究；閆慧敏，劉紀(jì)遠(yuǎn)[7]等人對通過運用46個國家級氣象站點的日值記錄數(shù)據(jù)，計算與植被生長的水熱條件及寒害災(zāi)害直接相關(guān)的極端氣候指數(shù)，綜合對過去50年來內(nèi)蒙古溫度和降水氣候事件的時空演變特征進行了分析。

麗江市位于云南省西北部云貴高原與青藏高原的銜接地段，屬低緯暖溫帶高原山地季風(fēng)氣候。干濕季節(jié)分明，災(zāi)害性天氣較多，年溫差小而晝夜溫差大，兼具有海洋性氣候和大陸性氣候特征。年平均氣溫12.6～19.9℃之間，全年無霜期為191～310d；年均降雨量為910～1040mm，雨季集中在6—9月；年日照時數(shù)在2321～2554h，分布有青藏高原最南端也是歐亞大陸距離赤道最近的海洋型冰川區(qū)，是我國著名的景區(qū)之一，分析其極端氣候指數(shù)長期變化具有重要意義。本文利用線性趨勢估計法[8-9]、累積距平法[10]、Mann-Kendall法分析麗江的極端降水和極端溫度的長期變化趨勢，同時利用Mann-Kendall[11]（簡稱M-K）法與佩蒂特方法[12]（Pettitt）對麗江極端降水、極端氣溫變化趨勢進行突變檢驗。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

選用1960-2014年麗江站點54a的逐日氣象資料（逐日降水、最高和最低溫度），采用RclimDex計算得到各類極端溫度指數(shù)與極端降水指數(shù)。逐日氣象資料來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，并且對逐日數(shù)據(jù)進行了質(zhì)量控制。本文選取了13個計算得到的極端氣候指數(shù)來反映不同方面的變化，其中選取5個極端降水指數(shù)和8個極端氣溫指數(shù)，各類指數(shù)及其定義見表1。

1.2 研究方法

時間序列的趨勢變化采用線性趨勢估計、累積距平和Mann-Kendall進行分析；突變分析本文采用Mann-Kendall檢驗法和Pettitt法相結(jié)合的方法來進行檢驗分析。其中，Mann-Kendall趨勢檢驗法是一種被廣泛使用的非參數(shù)檢驗法，被廣泛的應(yīng)用于氣溫、徑流和降水等要素的時間序列變化趨勢的分析，Pettitt法是一種與M-K檢驗法相似的非參數(shù)檢驗方法，Pettitt檢驗法可以直觀的看出突變，因此，采用M-K檢驗法結(jié)合Pettitt檢驗的方法比較有利于提高檢測的合理性。各類檢測方法計算過程詳見文獻[13]。

2 結(jié)果分析

2.1 極端氣溫指數(shù)年際變化趨勢以及突變情況

由表2可以看到WSDI（暖持續(xù)日數(shù)）的線性傾向率為3.106d/10a，呈明顯的上升趨勢。由圖1a為WSDI（暖持續(xù)日數(shù)）1960—2014年的累積距平圖，可以看到從1960—1998年間WSDI以負(fù)距平占主導(dǎo)地位，累積距平線呈現(xiàn)下降的趨勢，說明這一期間的暖持續(xù)日數(shù)相對其多年平均值偏少。1998—2014年間，正距平占主導(dǎo)，累積距平呈上升趨勢，說明這一時段暖持續(xù)日數(shù)相對其多年平均值偏多，WSDI由1998年由偏少轉(zhuǎn)變?yōu)槠啵?998年也即為可能為突變年；由圖1b可以看出CSDI（冷持續(xù)日數(shù)）在1960—1965年期間負(fù)距平占主導(dǎo)，累積距平線呈下降的趨勢，說明冷持續(xù)日數(shù)在這一期間偏少，1966—1979年正距平占主導(dǎo)，累積距平線上升，冷持續(xù)日數(shù)屬于偏多期，隨后1979—1994年負(fù)距平占主導(dǎo)，累積距平線下降，冷持續(xù)日數(shù)屬于偏少的階段，且在1994年后偏少轉(zhuǎn)為偏多，在1998年后又出現(xiàn)偏少的階段，總體線性傾向率為-0.366d/10a，呈不明顯的下降趨勢。

從表2可知SU25（夏日日數(shù)） 與FD0（霜凍日數(shù)）呈相反的變化趨勢，線性傾向率分別為2.644d/10a和-2.633d/10a，變化幅度大致相同。從圖1c可以看出SU25（夏日日數(shù)）在21世紀(jì)之前屬于偏少期，表現(xiàn)在負(fù)距平，之后夏日日數(shù)明顯增多，進入偏多期；在圖1d中顯示出在20世紀(jì)90年代之前FD0（霜凍日數(shù)）正距平占主導(dǎo)，屬于霜凍日數(shù)偏多期，在90年代后，累積距平線下降，霜凍日數(shù)出現(xiàn)偏少的階段，在21世紀(jì)后區(qū)域穩(wěn)定。

TN90（暖夜指數(shù)）和TX90（暖日指數(shù)）都有呈現(xiàn)上升的趨勢，氣候傾向率分別為2.496和1.889（表2得知），2個指數(shù)在變化趨勢上也大體呈現(xiàn)相同的趨勢，TN90在20世紀(jì)70年代以前屬于平穩(wěn)的波動期，在80、90年代屬于偏少期，負(fù)距平占主導(dǎo)，累積距平線下降，在21世紀(jì)后正距平占主導(dǎo)，暖夜指數(shù)明顯偏多；TX90變化的趨勢與TN90大體相同，在2005年之前，負(fù)距平一直占主導(dǎo)，暖日指數(shù)偏少，在2005年之后累積距平線上升，暖日指數(shù)偏多，總體呈現(xiàn)先偏少在偏多的“V”字趨勢；TN10（冷夜指數(shù)）和TX10（冷日指數(shù)）都呈現(xiàn)與之前暖夜和暖日指數(shù)相反的下降趨勢，下降幅度分別為0.967和0.407。TN10在20世紀(jì)70年代中期之前處于一個平穩(wěn)的波動期（圖1g），隨后到70年代末這一期間屬于冷夜指數(shù)偏多期，累積距平線明顯上升，到2008年這一期間累積距平線下降，負(fù)距平占主導(dǎo)，冷夜指數(shù)偏少，之后趨于平穩(wěn)；由圖1h看到冷日指數(shù)從1960—2008年期間正距平占主導(dǎo)，屬于偏多期，隨后在2008年

以后累積距平線下降，屬于偏少期。

WSDI的增幅（3.106d/10a）遠(yuǎn)大于CSDI的減幅（0.366d/10a），SU25的變化趨勢與FD0的變化趨勢大體相同。TN90增大的幅度（2.496）遠(yuǎn)大于TN10減少的幅度（0.967），TX90的增幅（1.889）遠(yuǎn)大于TX10的減幅（0.407），可以認(rèn)為麗江地區(qū)變暖趨勢主要受到WSDI（熱持續(xù)日數(shù)）、TN90（暖夜指數(shù)）和TX90（暖日指數(shù)）上升的影響。

在對極端氣溫指數(shù)進行M-K檢驗后，并進行Pettitt進行校核，結(jié)果見表2，除了WSDI和CSDI其余指數(shù)均通過了α=0.05的顯著性檢驗，說明WSDI和CSDI并未發(fā)生顯著性突變，還可以觀察到通過顯著性檢驗的極端氣溫指數(shù)大多在21世紀(jì)初發(fā)生突變。

2.2 極端降水指數(shù)年際變化趨勢以及突變情況

CDD（連續(xù)干旱日數(shù)）、SDII（降雨強度）和R20（大雨水天數(shù)）都在呈不同幅度的上升趨勢（表3），余下CWD（連續(xù)濕潤日數(shù)）與PRCPTOT（濕天降水總量）呈下降的趨勢，濕天降水總量減少但降水強度和大雨水天數(shù)在增大，說明降水較集中密集。

由圖2a可知，1960-1966年間CDD負(fù)距平占主導(dǎo)，這一時期干旱日數(shù)偏少，之后1967-1976年，正距平占主導(dǎo)，累積距平線上升，干旱日數(shù)處于偏多的階段，1977-2009年，負(fù)距平占絕對優(yōu)勢，干旱日數(shù)偏少，到2014年，累積距平線上升，干旱日數(shù)又在偏多；從圖2b看到，1997年前CWD正距平占絕對優(yōu)勢，此后負(fù)距平占主導(dǎo)位置，連續(xù)濕潤日數(shù)處于偏少期。

SDII從1960-1986年降雨強度處于相對其平均值偏少期，負(fù)距平為主，累積距平線呈下降的趨勢，一直到1997年，這期間屬于波動變化期，從1997年后累積距平線開始上升，正距平占主導(dǎo)，降雨強度相對其偏多；PRCPTOT在1960—1966年期間屬于降水總量偏多期，到1988年負(fù)距平占絕對優(yōu)勢，屬于偏少期，1988—2004年累積距平線上升，此后又下降，由偏多轉(zhuǎn)變?yōu)槠伲挥蓤D2e看出，R20在1960—1966年期間正距平占主導(dǎo)地位，大雨天數(shù)偏多，隨后是一個波動變化期，隨后到1985年之前處于偏少期，1986—2007年期間正距平占主導(dǎo)位置，累積距平線上升，隨后又稍有下降，由大雨水天數(shù)偏多轉(zhuǎn)變?yōu)槠佟?/p>

在極端降雨指數(shù)的M-K突變檢驗中，只有SDII沒有通過顯著性檢驗，所以SDII沒有發(fā)生顯著性的突變，CWD1997年發(fā)生突變與圖2b中累積距平線1997年屬于最高點相吻合，極端降水指數(shù)大多突變都發(fā)生在20世紀(jì)70年代以后。

3 結(jié)論

通過對麗江地區(qū)1960-2014年近54a的極端氣候指數(shù)進行分析，得到以下結(jié)論。

在麗江地區(qū)中的極端氣溫指數(shù)中，WSDI、SU25、TX90和TN90趨勢的顯著上升說明近54a來麗江地區(qū)呈現(xiàn)出升溫的趨勢，由CSDI、TX10和TN10的降低表明了極端冷事件在減少，F(xiàn)D0的下降，說明了霜凍災(zāi)害的情況在降低。WSDI的增幅遠(yuǎn)大于CSDI的減幅，SU25的變化趨勢與FD0的變化趨勢大體相同。TN90增大的幅度遠(yuǎn)大于TN10減少的幅度，TX90的增幅遠(yuǎn)大于TX10的減幅，麗江地區(qū)變暖趨勢主要受到WSDI（熱持續(xù)日數(shù)）、TN90（暖夜指數(shù)）和TX90（暖日指數(shù)）上升的影響。

極端降水指數(shù)變化趨勢分析表明：CDD的上升趨勢、CWD和PCRPTOT的下降趨勢說明干旱事件頻發(fā)，干旱風(fēng)險存在增大可能，同時，總降水量在減少而降水強度和大雨水天數(shù)在增加，說明降水集中程度的增加。

極端氣溫指數(shù)中WSDI和CSDI突變檢測未通過顯著性檢驗，說明WSDI和CSDI并未發(fā)生顯著性突變，其余極端氣溫指數(shù)通過突變顯著性檢驗，突變期主要集中于2003-2008時段。極端降水指數(shù)中，除SDII和CDD外，其余極端降水指數(shù)均通過顯著性檢驗，突變大多發(fā)生于20世紀(jì)70年代后時段。

綜上所述，極端氣溫指數(shù)和極端指數(shù)的變化趨勢說明麗江存在暖干化可能。增溫效應(yīng)會可能增加作物的產(chǎn)量提高，但主要作物的生長期則可能縮短，對物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量有不利影響。同時，熱量資源增加對作物生長發(fā)育的影響很大程度上受降水變化的制約，近54a降水總量下降、集中程度的增加，導(dǎo)致的季節(jié)性干旱風(fēng)險則對農(nóng)作物的生長產(chǎn)生不利影響[14]，增大了防災(zāi)減災(zāi)壓力。

參考文獻

[1] 俞方圓. 近50年東北地區(qū)氣候變化及其對河川徑流和泥沙的影響研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011.

[2] 薄燕，高翔.原則與規(guī)則：全球氣候變化治理機制的變遷[J].世界經(jīng)濟與政治，2014（02）：48-65，156-157.

[3] 封珊，徐長樂.全球氣候變化及其對人類社會經(jīng)濟影響研究綜述[J].中國人口·資源與環(huán)境，2014，24（02）：6-10.

[4] 高濤，謝立安.近50年來中國極端降水趨勢與物理成因研究綜述[J].地球科學(xué)進展，2014，29（05）：577-589.

[5] 閆慧敏，陳偉娜，楊方興，劉紀(jì)遠(yuǎn)，胡云鋒，冀詠贊.過去50年內(nèi)蒙古極端氣候事件時空格局特征[J].地理研究，2014，33（01）：13-22.

[6] 段娜，楊貴羽，游進軍.五指山市近60年降雨量時空演變規(guī)律分析[J/OL].南水北調(diào)與水利科技：1-12[2018-09-17].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/13.1334.TV.20180725.1148.008.html.

[7] 王振平，汪小欽，林敬蘭，陳善沐.1982—2014年汀江流域長汀段水沙演變規(guī)律分析[J].長江科學(xué)院院報，2018，35（02）：8-12，50.

[8] 周喚喚，郭威.蕪湖市1971-2015年降水變化趨勢及突變性分析[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，30（01）：5-10.

[9] 廖晶晶，張鳳鳴.葫蘆島市近48年日照變化及突變分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，59（01）：106-109.

[10] 畢雪麗，張發(fā)旺，時堅，許琦.河池市近56年來氣候變化特征[J].南水北調(diào)與水利科技，2016，14（02）：105-110.

[11] 王心睿，楊倩文，劉登峰，黃強，孟憲萌.陜北荒漠區(qū)降水量演變規(guī)律研究[J].水資源與水工程學(xué)報，2015，26（06）：66-70，76.

[12] 張強，姚玉璧，李耀輝，等.中國西北地區(qū)干旱氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與減災(zāi)技術(shù)研究進展及其展望[J].地球科學(xué)進展，2015，30（02）：196-213.

[13] 張亞寧，張明軍，王圣杰，杜銘霞，周蘇娥.氣候變化對河西走廊主要農(nóng)作物的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2017，26（08）：1325-1335.

[14] 牟群.淺談氣溫升高對高寒地區(qū)農(nóng)作物栽培的影響[J].生物技術(shù)世界，2013（06）：29.