1955～2015年漢中極端氣溫事件變化特征

安 彬，肖薇薇

(1.安康學院 旅游與資源環境學院，陜西 安康 725000；2.安康市漢江水資源保護與利用工程技術研究中心，陜西 安康 725000；3.秦巴國土資源利用與環境保護協同創新中心，陜西 安康 725000；4.陜南生態經濟研究中心，陜西 安康 725000)

IPCC第五次評估報告指出，近百年來全球地表持續升溫且升溫速率加快[1]。1951～2017年，中國地表平均氣溫呈顯著上升趨勢，且升溫率高于同期全球平均水平，達到0.24 ℃/10 a；近20年是20世紀初以來的最暖時期[2]。氣候變暖將會導致極端氣溫事件更加頻繁[3]，因而引起國內外學者的廣泛關注。在全球每年發生的極端氣溫事件中，超過70%的地區暖夜日數明顯增加、冷夜日數明顯減少[4-5]。中國極端氣溫的異常偏冷偏暖現象主要發生在20世紀70年代以后[6]，且極端高溫和極端低溫事件發生頻次分別呈增加、減少趨勢[7]。朱大運[8]、劉學智等[9]以及其他學者[10-12]采用線性回歸、趨勢分析、空間分析、突變檢驗等研究方法對貴州、寧夏、天山山區、黃河流域、陜西南部等不同尺度區域的極端氣溫進行了分析，都反映出了極端氣溫事件增加趨勢。

2017年底，中國城市化率達到了58.52%，正處在城市化快速推進期[13]。城市是引領和帶動全社會實現可持續發展的引擎和支點，同時也是環境資源問題的高發地[14]，更是氣候變化響應的敏感區[15]。近年來，學者們已對城市極端氣溫事件有所關注，并對此展開了一系列研究，也得出了許多有益的結論[15-18]，但對漢中地區極端氣溫事件變化的研究較少[19]。為此，本文利用1955～2015年漢中站最高氣溫與最低氣溫數據，分析了漢中主城區的極端氣溫指數變化特征，以期為有效評估漢中極端氣候影響提供科學依據。

1 研究區概況

漢中市位于陜西省西南部，界于105°29′14″～108°16′49″ E、32°08′52″～33°52′46″N之間，其中市域下轄漢臺、南鄭2區，幅員面積3353.1 km2。漢中市主城區屬于典型的北亞熱北緣地帶山地氣候，溫暖濕潤，四季分明；多年平均氣溫在14.6 ℃左右，日照時數1590.6 h，多年平均降水量863.1 mm，降水集中分布在5～9月，占年降水總量的73.9%左右。因降水年際、年內季節分配不均影響，形成了干旱、暴雨洪澇等主要氣象災害[20]。

2 資料與分析方法

本文選擇漢中市主城區氣象站(地理位置為107°1′ E、33°2′ N，海拔509.5 m)的氣象觀測實測數據，從中國氣象科學數據共享服務平臺(http://data.cma.cn/)獲取該站1955～2015年逐日最高氣溫、最低氣溫數據。結合漢中市自然地理實際情況，選用WMO[21]劃定的各類極端氣溫指數中極值指數、絕對指數、相對指數和持續指數共4類11項進行分析，具體見表1。極端氣溫指數在RClimDex軟件中完成計算，其計算原理見文獻[22]。此外，采用線性擬合極端氣溫指數的變化趨勢，并檢驗趨勢的顯著性；同時利用非參數統計Mann-Kendall (M-K)法進行各類指數的突變檢驗[23]。

表1 選定的極端氣溫指數

3 結果與分析

3.1 極端氣溫變化特征

由圖1可見，1955～2015年漢中地區的極端最高氣溫大致以0.06 ℃/10 a的速率波動上升。20世紀50年代中后期至70年代，極端最高氣溫呈小幅下降；而到了80年代極端最高氣溫只有34.65 ℃，為近60年最低；20世紀90年代以后，極端最高氣溫持續上升，直至2010年以后的36.18 ℃，為近60年最高。由近60年極端最高氣溫的M-K突變檢驗可知(圖2a)，正序列UF曲線和反序列UB曲線均超過了顯著性水平臨界線，且在臨界線內的1958、1963及2014年出現相交，但UF曲線僅在1963年后突破了顯著性水平臨界線，表明極端最高氣溫僅在1963年發生顯著突變。

近60年來，漢中地區的極端最低氣溫同樣呈波動上升趨勢，增加速率為0.45 ℃/10 a(圖1b)，且增加速率高于極端最高氣溫。20世紀50年代中后期，極端最低氣溫為近60年來最低；除了90年代略有下降外，極端最低氣溫持續上升，直至2010年以后的-4.28 ℃，為近60年最高。極端最低氣溫的正序列UF曲線和反序列UB曲線均超出了顯著性水平臨界線(圖2b)，且UF和UB之間僅有一個交點，對應時間為1979年，表明漢中地區極端最低氣溫在1979年發生突變上升；突變前年均極端最低氣溫為-6.55 ℃，突變后升至-5.05 ℃。

3.2 絕對指數變化特征

從圖3a可以看出，近60年漢中地區的夏日日數呈顯著上升趨勢，速率為2.91 d/10 a；夏日日數波動幅度較大，最大值出現在2013年，為152 d，最小值出現在1976年，僅為96 d，兩者差值達到56 d。夏日日數的年代際變化特征與極端最高氣溫相似，80年代夏日日數只有110.5 d，為近60年最低，21世紀前10年夏日日數為近60年最高值，達131.5 d。熱夜日數總體上亦呈顯著上升趨勢，速率為3.31 d/10 a(圖3b)。從年代際變化情況看，20世紀50年代中后期至60年代，熱夜日數有所上升；70年代為近60年最少，其中1976年的46 d為最少熱夜日數；70年代以來，熱夜日數繼續上升。霜凍日數整體上呈波動下降趨勢，變化速率為-4.41 d/10 a，線性擬合值R2值為0.406，通過0.001顯著性水平檢驗，說明近60年漢中地區霜凍日數呈顯著下降趨勢(圖3c)。從年代際變化趨勢看，霜凍日數呈先小幅上升而后下降趨勢，近60年最高值集中在20世紀60年代，其中1967、1969年的67 d為最多霜凍日數。

圖1 1955～2015年漢中地區極端氣溫變化趨勢

a.極端最高氣溫；b.極端最低氣溫。

圖3 1955～2015年漢中地區極端氣溫絕對指數變化趨勢

通過計算極端氣溫絕對指數M-K突變分析正、反序列值，繪制了近60年漢中地區極端氣溫絕對指數的突變曲線(圖4)。夏日日數、熱夜日數和霜凍日數的UF曲線和UB曲線均超出了顯著性水平0.05臨界線，且UF和UB之間都只有一個交點，對應時間分別為2002、2005和1998年，說明自1955年開始夏日日數的突變發生在2002年，熱夜日數突變發生在2005年，霜凍日數突變發生在1998年。此外，極端氣溫絕對指數UF曲線在突變年份后甚至超過0.001顯著性水平(U0.001=±2.56)，其中夏日日數和熱夜日數UF曲線突變上升，霜凍日數UF曲線突變下降，表明夏日日數和熱夜日數上升趨勢十分顯著，而霜凍日數下降趨勢非常顯著。

a.夏日數；b.熱夜日數； c.霜凍日數。

3.3 相對指數變化特征

漢中地區極端氣溫相對指數包括冷日、暖日、冷夜和暖夜日數4個基期閾值指標，本文選擇1960～1990年作為基期。計算原理以暖日日數指標為例，選取1961～1990年每年同一日期最高氣溫進行升序排列，選取第90個百分點的值作為該日期的閾值，將1955～2015年每年同一日期最高氣溫與該閾值進行比較，若大于閾值，則算作暖日；冷日計算方法類似，閾值為最高氣溫升序第10個百分點值；冷夜、暖夜以此類推[22,24]。

近60年漢中地區冷日日數呈下降趨勢，速率為-0.57 d/10 a，年代際平均值在20世紀80年代最高，21世紀以來冷日日數持續下降(圖5a)。暖日日數總體上呈小幅上升趨勢，變化率為-0.67 d/10 a。由年代際平均值變化看，暖日日數呈現先下降后上升的變化特征，20世紀50年代中期至80年代，暖日日數持續下降；80年代暖日日數均值為6.97 d/10 a，為近60年最低值；80年代末期以后，暖日日數開始波動上升，至21世紀初葉達到最大值(圖5b)。冷夜日數總體上呈一定幅度的下降趨勢，變化速率為-1.93 d/10 a，線性擬合值R2值為0.613，通過0.001顯著性水平檢驗，說明近60年漢中地區冷夜日數呈顯著下降趨勢。冷夜日數年代際平均值呈持續下降，20世紀60年代和70年代冷夜日數接近(圖5c)。暖夜日數總體呈上升趨勢，每10年增加2.66 d，并且通過了0.001顯著性水平檢驗。由年代際平均值變化看，20世紀50年代中期至90年代，暖夜日數均在10 d左右，變化幅度較小；進入21世紀后，暖夜日數迅速上升，并于2013年達到最高值(圖5d)。總體上看，近60年漢中地區的冷日日數下降慢于冷夜日數，暖日日數上升慢于暖夜日數，與北京極端氣溫指數的變化特征相似[15]。

圖6為1955～2015年漢中地區極端氣溫相對指數的M-K檢驗結果。可知，冷日日數和暖日日數的UF、UB曲線在顯著性水平0.05臨界線之間都只有一個交點，對應時間分別為2012、2013年；冷日日數的UF曲線在2012年后突破了0.05顯著性臨界線，而暖日日數的在2013年后未突破臨界線，表明近60年漢中地區冷日日數在2012年出現了由多到少的突變，暖日日數未發生突變。由冷夜日數(圖6c)和暖夜日數(圖6d)的M-K統計量可知，冷夜、暖夜日數的UF和UB曲線均只有一個交點，對應時間分別為2000、2004年，但交點位于顯著性水平臨界線區間之外，說明近60年漢中地區冷夜、暖夜日數均未發生突變。

圖5 1955～2015年漢中地區極端氣溫相對指數變化趨勢

3.4 持續指數變化特征

為探究漢中極端氣溫持續時間的變化特征，選取作物生長季和氣溫日較差指標進行分析。圖7a為1955～2015年漢中地區作物生長期的變化趨勢。由此可知，近60年作物生長期呈小幅增加趨勢，變化率為3.89 d/10 a，線性擬合值R2為0.129，通過了0.01顯著性水平檢驗，表明漢中地區作物生長期增加趨勢明顯。氣溫日較差總體呈顯著下降趨勢，速率為-0.15 ℃/10 a(圖7b)。從年代際平均值變化情況看，20世紀50年代中后期氣溫日較差為近60年最高值，60至80年代逐漸下降并達到最低值，90年代較大幅度增加后開始下降。

由漢中地區極端氣溫持續指數的M-K統計量(圖8)可知，作物生長期和氣溫日較差的正序列UF曲線和反序列UB曲線均超出了顯著性水平臨界線，均在臨界線區間內相交，交點分別為2003、1973年，且UF曲線在交點后均突破了0.05顯著性水平，表明近60年來漢中作物生長期在2003年后出現了由少到多的突變，氣溫日較差在1973年出現了由多到少的突變。

圖7 1955～2015年漢中地區極端氣溫持續指數變化趨勢

a.作物生長期；b.氣溫日較差。

4 結論

本文選取11項極端氣溫指數，分析了1955～2015年漢中市極端氣溫事件的變化趨勢及突變特征，得出如下結論：

(1)1955～2015年漢中增溫趨勢明顯，極端最高氣溫以0.06 ℃/10 a速率上升，極端最低氣溫以0.45 ℃/10 a速率顯著上升。夏日日數、熱夜日數、暖夜日數、作物生長期均呈顯著上升趨勢，速率分別為2.91 d/10 a、3.31 d/10 a、2.66 d/10 a、3.89 d/10 a，暖日日數以0.67 d/10 a速率上升；霜凍日數、冷夜日數和氣溫日較差均呈顯著下降趨勢，速率分別為-4.41 d/10 a、-1.93 d/10 a和-0.15 ℃/10 a，冷日日數以-0.57 d/10 a速率下降。

(2)1955～2015年漢中各極端氣溫指數突變年不一，主要集中在20世紀60至70年代、90年代至21世紀初葉。極端高溫、極端低溫、氣溫日較差指數在20世紀60至70年代發生突變，熱夜日數、霜凍日數、夏日日數、冷日日數和作物生長期在90年代至21世紀初葉發生突變，暖日日數、冷夜日數和暖夜日數未發生突變。