珠江流域(云南境內)1964—2013年極端氣候事件的時空變化特征分析

胡曉英，曹言，王杰

(1.云南水利水電職業學院，云南昆明650400；2.云南省水利水電科學研究院，云南昆明650228)

近年來隨著極端暖事件和極端強降水事件發生頻率的不斷上升[1-2]，高溫、干旱和洪澇等災害事件對區域經濟發展、人類生活和生態環境等方面造成了嚴重的破壞和影響，其所造成的經濟損失在過去40 a內上升了近10倍[3]。而極端氣候事件變化相較于氣候平均變化對自然和社會的沖擊更大，因此成為研究氣候變化的熱點[4]。目前對極端氣候事件的研究主要集中在極端氣溫和降水事件的時空變化特征、演變規律及成因等方面[5-13]，如黃強等[5]、時光訓等[6]和柏會子等[7]分別分析了近50、44、50 a來珠江流域、長江流域和華北地區各極端氣候指數的時空變化特征，并分別探討了極端氣候指數變化的原因、極端降水指數的相關關系以及極端氣候指數與冬小麥農業氣象災害的關系；韓會慶等[8]利用NCC/GU-WG Version2.0模型預測分析了貴州省2011—2050年12個極端氣候指數的變化特征；在云南省極端氣候事件方面，張萬誠等[9]和王曉等[10]利用云南省逐日最低和最高氣溫數據，分析了不同時間尺度下各極端氣溫事件的時空變化特征；譚順萍等[11]、楊曉靜等[12]根據云南省逐日降水數據，分別分析了不同時間尺度下各極端降水指數的周期特性和時空分布特征；申文斌等[13]單獨分析了大理地區12個極端氣候指數的長期變化特征。可見，針對云南省極端氣溫和降水綜合研究還相對較少，且鮮有針對云南省不同流域極端氣候事件的研究。

近年來，云南省極端氣候事件更是頻發，如2011年雨季干旱、2012年旱季干旱，及2013年冬春干旱，2016年曲靖、丘北等地暴雨洪災，2018年昆明、曲靖、玉溪等地洪澇災害等，多次洪澇干旱災害均為歷史罕見，造成了巨大的損失，影響范圍極廣[14]。加之珠江流域(云南境內)多屬于雨養型農業，對氣候極端變化敏感性較高[15]，因此本文基于1964—2013年珠江流域(云南境內)25個氣象站逐日最高、最低氣溫和降水數據，研究珠江流域(云南境內)主要極端氣候事件的時空分布規律，以期為流域水資源合理利用與優化管理、災害防治等提供一定的科學依據。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

珠江流域(云南境內)地處云貴高原東南斜坡上，地理位置處于26°13′～26°43′N， 102°14′～106°12′E，主要包括曲靖市、昆明市、玉溪市、紅河州和文山州，屬于珠江流域上游，涉及南盤江水系、北盤江水系和右江水系，西部與長江流域(云南境內)、西南部與紅河流域相接(圖1)。流域近54 a平均降水量為986.7 mm，平均氣溫介于13℃～20℃，水面蒸發量為890～1 725 mm，氣候為亞熱帶季風氣候區，干濕季節明顯，季節性干旱頻發，夏半年(5—10月)受西南暖濕氣團控制，冬半年(11月至次年4月)受西部大陸干熱氣團控制，雨熱同季[16-17]。

圖1 珠江流域(云南境內)氣象站點分布

1.2 數據

采用1964—2013年珠江流域(云南境內)25個氣象站點逐日最高、最低氣溫和降水數據，其氣象站點具體分布見圖1。在數據選擇過程中，應盡量選擇數據系列較長且完整性較好的站點，并對各站點的氣象數據進行嚴格的質量控制處理，包括極值檢驗和時間一致性檢驗，其次基于RClimDex1.0軟件再對獲取的氣象數據進行質量控制，如日最低氣溫是否大于日最高氣溫、日降水量是否小于0 mm、異常值與錯誤值的篩選等。

1.3 研究方法

基于RClimDex1.0軟件分別計算珠江流域(云南境內)29個氣候極端指數，并從中選取8個主要的極端氣溫和降水指數，選取的指數具體定義[18]見表1。利用Mann-Kendall非參數檢驗[5]，并結合線性趨勢法對珠江流域FD、SU、TXx、TNn4個極端氣溫指數和SDII、R10、CDD、CWD4個極端降水指數進行趨勢分析和突變檢驗，同時計算各極端氣候指數的變化傾斜度β，分析各極端降水指數在空間上的變化趨勢。

表1 極端氣候指數的定義

2 結果分析

2.1 極端氣候指數時間變化特征

由珠江流域(云南境內)各極端氣候指數的年際變化趨勢(圖2、3)可以看出，近50 a珠江流域(云南境內)各極端氣候指數分布極不平衡，且波動較大。霜日日數FD、普通日降水強度SDII、強降水日數R10和最多連續雨日天數CWD均呈減小趨勢，其中FD多年平均值為1.6～24.7 d，SDII多年平均值為8.1～12.8 mm/d，R10多年平均值為19.0～40.4 d，CWD多年平均值為28.2～71.3 d，其線性變化趨勢分別為-2.578 d/10a、-0.199 (mm·d-1)/10a、-1.389 d/10a、-0.275 d/10a；夏日日數SU、極端最高氣溫TXx、極端最低氣溫TNn和最多連續無雨日天數CDD均呈上升趨勢，其中SU多年平均值為113.0～177.3 d，TXx多年平均值為30.4℃～33.9℃，TNn多年平均值為-6.4℃～0.6℃，CDD多年平均值為28.2～71.3 d，其線性變化趨勢分別為5.557 d/10a、0.139℃/10a、0.593℃/10a和1.187 d/10a。可見，珠江流域(云南境內)極端氣溫指數基本上呈上升趨勢，極端降水指數基本上呈減少趨勢，呈現明顯的干暖化的趨勢。

從Mann-Kendall趨勢檢驗統計量(表2)可以看出，各極端氣候指數的變化趨勢與線性變化的趨勢一致，其中FD和R10均通過置信度為99%的顯著檢驗，表現出極顯著減少趨勢；SDII和CWD均通過置信度為95%的顯著檢驗，表現出顯著減少趨勢；而SU和TNn均通過置信度為99%的顯著檢驗，表現出極顯著上升趨勢；CDD通過置信度為95%的顯著檢驗，表現出顯著上升趨勢；TXx表現為弱上升趨勢。

根據Mann-Kendall突變檢驗法得到各極端氣候指數年平均值的檢驗統計量U的順序、逆序變化曲線UBk和UFk，取顯著水平0.05得到2條臨界線y=±1.96(圖4)，得到的交點即可能為突變點。SU、TNn、SDII和CWD在2條臨界線內均只存在1個交點，其突變年份可能為2002、1997、1978、2007年，且SU和TNn分別在2006、2001年以后呈顯著上升趨勢，SDII和CWD分別在2009、2011年以后呈顯著減少趨勢；FD、TXx、R10和CDD在2條臨界線內均存在多個交點，結合各極端氣候指數年際變化趨勢，FD、TXx和CDD突變年份可能為1993、2007和2007年，R10突變年份可能為1979、1987、1990年，FD和R10分別在1993、2009年呈顯著減少趨勢，CDD在2012年呈顯著上升趨勢，TXx在2007年上升趨勢較為明顯。綜上所述，FD、TNn、SDII和R10突變年份多發生在1978—1993年間，SU、TXx、CDD和CWD突變年份多發生在2002—2007年間，且極端氣溫指數發生顯著變化的年份基本上在2000年以后，各極端降水指數發生顯著變化的年份均是在2009年以后，與2009年以后云南省降水量連續3 a偏少，造成較為罕見的全省性大范圍旱災的現狀相符合[19]。

表2 珠江流域(云南境內)極端氣候指數Mann-Kendall檢驗統計量

注：“*”表示通過置信度為95%的顯著檢驗；“**”表示通過置信度為99%的顯著檢驗

a) FD

b) SU

c) TXx

d) TNn圖2 1964—2013年珠江流域(云南境內)極端氣溫指數年際變化趨勢

a) SDII

b) R10圖3 1964—2013年珠江流域(云南境內)極端降水指數年際變化趨勢

c) CDD

d) CWD續圖3 1964—2013年珠江流域(云南境內)極端降水指數年際變化趨勢

a)FD

b)SU

c)TXx

d)TNn

e)SDII

f)R10圖4 珠江流域(云南境內)極端氣候事件Mann-Kendall突變檢驗

g)CDD

h)CWD續圖4 珠江流域(云南境內)極端氣候事件Mann-Kendall突變檢驗

2.2 極端氣候指數空間變化特征

從珠江流域(云南境內)各極端氣候指數多年平均值的空間分布特征(圖5)可以看出，極端氣候指數的空間分布具有明顯地域差異性。在極端氣溫指數方面，FD整體上呈現出北高南低的分布特征，高值區主要集中在宣威、富源和師宗站，其中宣威站FD值達到31.8 d，低值區主要集中在開遠、建水、石屏和蒙自站等，開遠站FD值僅為0.4 d；SU和TNn整體上呈現出北低南高的分布特征，高值區主要集中在開遠、富寧、建水和蒙自站，其中開遠站SU和TNn值最大，分別為245.9 d和2.0℃，SU和TNn低值區主要集中在師宗、曲靖、沾益和宣威站等，其中師宗站SU值僅為73.4 d，宣威站TNn值僅為-6.7℃；TXx整體上呈現出東南高西北低，高值區主要集中在富寧、開遠、廣南、蒙自和建水等站，其中富寧站TXx最大，達到36.7℃，低值區主要集中在通海、陸良、曲靖和沾益站等，其中通海站TXx最小，為29.7℃。在極端降水指數方面，SDII、R10和CWD整體上呈現出東高西低的分布特征，其中SDII、R10和CWD高值區主要集中在羅平、富寧和丘北站等，其中羅平站SDII、R10和CWD值最大，分別為12.7 mm/d、48.3 d和10.2 d，建水站SDII和R10值最小，分別為9.2 mm/d和24.9 d，開遠站CWD值最小，僅為6.5 d；CDD整體上呈現出西高東低的分布特征，其中CDD高值區主要集中在彌勒、澄江、開遠和蒙自站等，其中彌勒站CDD值最大，達到59.5 d，低值區主要集中在羅平、師宗、富寧和宣威站等，其中羅平站CDD值最小，僅為23.4 d。

a) FD b) SU c) TXx d) TNn

e) SDII f) R10 g) CDD h) CWD圖5 珠江流域(云南境內)極端氣候指數多年平均值的空間分布

由珠江流域(云南境內)極端氣候指數的空間變化趨勢(圖6)可以看出，在極端氣溫指數方面，所有站點FD均呈減小趨勢，減小幅度由東南向西北越來越大，彌勒、宣威、華寧、石林和宜良等20個站FD呈極顯著(顯著水平為0.01)減小趨勢，沾益站FD呈顯著(顯著水平為0.05)減小趨勢，其中彌勒站FD減小幅度最大，為5.82 d/10a，石屏站FD減小幅度最小，僅為0.09 d/10a；SU、TXx和TNn整體呈上升趨勢，SU上升幅度由東南向西北越來越大，其中江川、澄江、通海、富源和沾益等16個站SU呈極顯著上升趨勢，玉溪、彌勒、峨山和建水站SU呈顯著上升趨勢，江川站SU上升幅度最大，為7.63 d/10a，富寧站SU上升幅度最小，僅為0.21 d/10a；88%站點的TXx呈上升趨勢，其中曲靖、江川、石屏、開遠和富寧站TXx呈極顯著上升趨勢，沾益、彌勒和建水站TXx呈顯著上升趨勢，上升幅度由中部向東南和西南越來越大，富寧站TXx上升幅度最大，為0.29℃/10a，陸良站TXx上升幅度最小，為0.02℃/10a，師宗、羅平和蒙自站TXx呈減小趨勢，師宗站TXx減小幅度最大，為0.09℃/10a；TNn上升幅度由中部向西南和東北越來越小，石林、彌勒、華寧和富寧等19個站點TNn呈極顯著上升趨勢，陸良、瀘西、峨山、石屏和開遠站TNn呈顯著上升趨勢，沾益站TNn呈弱上升趨勢，其中石林和彌勒站TNn值最大，均為1.00℃/10a，沾益站TNn值最小，僅為0.30℃/10a。

在極端降水指數方面，SDII和R10減小幅度整體上呈現出由西南向東北越來越大，其中76%站點SDII呈減小趨勢，沾益、師宗、丘北和羅平站SDII呈極顯著減小趨勢，宣威和曲靖站SDII呈顯著減小趨勢，丘北站SDII減小幅度最大，為0.66 (mm·d-1)/10a，廣南站SDII減小幅度最小，為0.03 (mm·d-1)/10a，通海、華寧、建水、開遠、蒙自和富寧站SDII呈上升趨勢，開遠站SDII上升幅度最大，為0.12 (mm·d-1)/10a；曲靖、沾益、陸良、師宗、瀘西和羅平站R10呈極顯著減小趨勢，宣威、富源、玉溪和江川等10個站點R10呈顯著減小趨勢，其中羅平站R10減小幅度最大，為3.00 d/10a，蒙自站R10減小幅度最小，為0.40 d/10a；84%站點CDD呈減小趨勢，減小幅度由中部向西北和東南越來越大，其中瀘西和羅平站CDD呈極顯著減小趨勢，開遠和富寧站CDD呈顯著減小趨勢，羅平站CDD減小幅度最大，為6.28 d/10a，宣威站CDD減小幅度最小，為0.29 d/10a，澄江、華寧、硯山和丘北站CDD呈上升趨勢，澄江站CDD上升幅度最大，為0.92 d/10a；92%站點CWD呈減小趨勢，減小幅度高值區主要集中在西北部和南部，低值區主要集中在西部，其中陸良和宜良CWD呈極顯著減小趨勢，丘北、澄江、開遠、沾益、江川和師宗站CWD呈顯著減小趨勢，丘北站CWD減小幅度最大，為0.61 d/10a，廣南站CWD減小幅度最小，為0.05 d/10a，澄江和峨山CWD呈上升趨勢，峨山站CWD上升幅度最大，為0.23 d/10a。

a) FD b) SU c) TXx d) TNn

e) SDII f) R10 g) CDD h) CWD圖6 1964—2013年珠江流域(云南境內)極端氣候指數變化趨勢空間格局

3 結論

a) 1964—2013年珠江流域(云南境內)FD、R10、SDII和CWD呈極顯著或顯著減小趨勢，減小幅度分別為-2.673 9 d/10a、-1.472 5 d/10a、-0.163 8 (mm·d-1)/10a和-0.320 0 d/10a；SU、TNn和CDD呈極顯著或顯著上升趨勢，TXx表現為弱上升趨勢，上升幅度分別為5.164 6 d/10a、0.662 8 ℃/10a、1.648 7 d/10a和0.120 7℃/10a。FD、TNn、SDII和R10突變年份多發生在1978—1993年間，SU、TXx、CDD和CWD突變年份多發生在2002—2007年間。

b) 在空間分布上，珠江流域(云南境內)SU、TXx和TNn整體上呈現出北低南高的分布特征，FD則呈現出相反的分布特征；SDII、R10和CWD整體上呈現出東高西低的分布特征，CDD則呈現出相反的分布特征。在空間變化趨勢上，FD減小幅度由東南向西北越來越大，SU上升幅度由東南向西北越來越大，TXx上升幅度由中部向東南和西南越來越大，TNn上升幅度由中部向西南和東北越來越小；SDII和R10減小幅度整體上呈現出由西南向東北越來越大，CDD減小幅度由中部向西北和東南越來越大，CWD減小幅度高值區主要集中在西北部和南部，低值區主要集中在西部。

研究結果與云南省干暖化趨勢基本一致[20-21]，各極端氣溫指數均表明珠江流域(云南境內)域呈暖化趨勢，各極端降水指數表明珠江流域(云南境內)呈干旱化趨勢。珠江流域(云南境內)中西部極端氣溫指數暖化趨勢較為明顯，中東部干旱趨勢較為明顯，綜合來看珠江流域(云南境內)中部干暖化趨勢最為明顯。珠江流域作為中國南方水循環最活躍的流域之一[22]，其上游地區極端氣候事件的變化必將對整個珠江流域水循環、生態環境等產生重要影響。