遼河流域近60年極端氣溫指數時空變化特征分析

郭 峰

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114000)

受全球氣候變化影響，區域極端氣溫事件發生的頻次及程度都有所增強，如何應對氣候變化，是當前國內外研究關注的熱點和焦點[1]。分析極端氣溫指數時空變化有助于制定相應的氣候變化應對措施和方案[2]。為此，世界氣象組織推薦8個極端氣溫指數用于分析區域極端氣溫的變化。目前，8個極端氣溫指數已逐步被國內許多學者用于研究區域極端氣溫指數的時空變化[3- 12]，各成果均表明受氣候變化影響，區域極端氣溫均發生不同程度的變化。但在遼河流域還未進行相關研究，遼河屬于遼寧省第一大河流，其流域覆蓋面積廣，近些年來，受到氣候變化的影響，流域極端氣溫發生較為明顯的變化特征[13- 15]，為此本文結合遼河流域主要氣象站點氣溫數據，應用8個極端氣溫指數，對遼河流域極端氣溫指數時空變化特征進行分析，研究成果對于遼河流域氣候變化影響下的水資源保護規劃具有參考價值。

1 數據來源及分析方法

1.1 數據來源

本文選用世界氣象組織推薦8個極端氣溫指數進行遼河流域極端氣溫指數時空變化特征分析，各極端氣溫指數主要含義見表1。氣溫數據則來源于流域內主要氣象站點，選用的氣溫數據包括：日平均及最高、最低氣溫，各極端氣溫指數主要結合各氣象站點的均值進行計算。

表1 各極端氣溫指數的主要含義

1.2 研究方法

主要對極端氣溫數據系列的線性及變化趨勢進行檢驗，其中線性變化檢驗方法采用森式斜率進行分析，該斜率主要計算極端氣溫數據中的中位數，具體計算方程為：

(1)

式中，QK—森式斜率；Xj—時間j下的極端氣溫數值；Xi—時間j下的極端氣溫數值。

結合R/S分析方法對極端氣溫數據系列進行檢驗，該方法定義極端氣溫數據系列為：

(2)

式中，(ξ)τ—極端氣溫數據系列；ξ(t)—時間序列；τ—任意整數。

則其累計方差的計算方程為：

(3)

式中，X(t，τ)—時間t內的極端氣溫累計方差；ξ(u)—時間序列。

極差的計算方程為;

(4)

式中，R(τ)—極端氣溫的極差。

其標準差的計算方程為：

(5)

式中，S(τ)—極端氣溫的標準差。

2 極端氣溫時空變化特征

2.1 區域概況

遼河流域屬于遼寧省第一大河，其流域面積為21.9×104萬km2，遼河流域屬于溫帶半濕潤半干旱的季風氣候，氣溫的分布為平原較高，山地較低，年平均約在4～9℃間，自南向北遞減，每一緯度約差0.8℃，全年氣溫1月份最低，平均在-9～-18℃間，絕對最低溫度，各地都在-30℃以下，7月份溫度最高，平均在21～28℃之間，絕對最高溫度在37～43℃之間。

2.2 各極端氣溫指數變化趨勢

結合遼河流域內主要氣象站點氣溫數據，應用8個極端氣溫指數，對遼河流域各極端氣溫變化趨勢進行分析，結果如圖1所示，并結合R/S分析方法，對其變化趨勢進行檢驗，檢驗結果見表1。

表1 各極端氣溫指數趨勢變化檢驗結果

從圖1中可看出，受氣候變暖影響，遼河流域冰凍日數及冷夜指數呈現較為明顯的遞減變化，遞減率分別為1.32d/10a和1.56d/10a，暖晝指數呈現遞增變化，遞增率為0.89d/10a，其他指數總體變化較為平穩。從各極端氣溫指數的趨勢變化結果可看出，各極端氣溫指數的森式斜率和其趨勢變化具有較高的相關性，冷夜指數的森式斜率最大，其非線性變化較為突出，夏季日數的森式斜率最小，其總體呈現線性變化。結合各極端氣溫指數的累計方差、極差及標準差，可計算其Hurst指數，Hurst指數主要表征為未來氣候變化趨勢和過去的變化趨

圖1 遼河流域各極端氣溫指數變化趨勢

續圖1 遼河流域各極端氣溫指數變化趨勢

圖2 遼河流域各極端氣溫突變變化特征

勢的一致性程度，當0

2.3 各極端氣溫指數突變特征

結合小波突變分析方法對遼河流域各極端氣溫指數的突變特征進行分析，分析結果如圖2所示。

各極端氣溫指數突變特征分析的關鍵在于其受氣候變化影響的時期，從圖2中可看出，代表低溫的4個指數突變特征具有一定的相關度，且具有明顯的規律性，均發生在2000年以后，這主要是因為遼河流域主要氣候變化的關鍵期為2000年以后，受氣候變暖影響，區域和低溫相關的極端氣溫指數均有所遞減，溫度存在上升的變化趨勢，而與溫度上升相關的極端氣溫指數也具有一定的相關度，遼河流域氣溫升高的突變期也主要發生在2000年以后，受氣候變化影響，其暖溫相關的極端氣溫指數發生較為明顯的突變變化。氣溫日較差是高溫和低溫的日平均溫差，從氣溫日較差的突變特征可看出，其突變點主要為2005年以后，可知遼河流域日平均溫差突變主要發生2005年后。

2.4 各極端氣溫指數空間變化特征

結合各氣象站點數據，結合空間分析方法，對遼河流域8個極端氣溫指數的空間變化特征進行分析，分析結果如圖3所示。

從圖3中可看出，與低溫相關的極端氣溫指數在空間呈現明顯的一致性變化，但規律變化性不明顯，從空間差異程度可看出，冰凍日數、冷夜指數、冷晝指數在空間上存在明顯的差異性，這主要是因為與低溫相關的各指數其影響因素較為復雜，使得其在空間上存在一定的差異性。受氣候變暖影響，夏季日數及暖夜指數空間變化特征具有明顯的一致性，即從南向北指數逐步遞減。而從氣溫日較差的變化結果可看出，其指數從東向西逐步遞增。

結合各極端氣溫指數的總體變化結果可看出，遼河流域未來出現持續高溫及干旱變化的趨勢性較強。

3 結論

(1)遼河流域北部極端夏季日數及暖夜指數遞增變化明顯，未來發生干旱及高溫性的概率程度較高，因重點關注這一區域的抗旱措施規劃。

(2)遼河流域各極端氣溫Hurst指數變化程度總體較低，未來氣候變化趨勢變幅相對較小，內部氣候系統總體較為穩定。