黃河源區極端溫度與降水時空變化

關鍵詞：極端溫度指數；極端降水指數；生態保護；黃河源區

中圖分類號：ＴＶ１２５；Ｐ４２３ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０２０

引用格式：朱莎莎，吳宇婧，范霄寒，等．黃河源區極端溫度與降水時空變化［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：９９－１０２．

極端氣候事件在全球變暖背景下頻繁發生，對全球經濟發展和社會穩定造成了一定影響［１］ ，極端溫度與極端降水是主要的極端天氣形式，在高緯度、高海拔、高寒地區極端氣候對生態環境的影響更為嚴重。極端降水可能導致洪澇災害發生，科學預測極端降水趨勢、分析極端降水頻率，對減輕洪澇災害損失，合理配置水資源和保護生態環境具有重要意義［２］ 。張翠萍等［３］ 基于雨量站降水量實測資料，采用百分位閾值方法確定極端降水，利用ＭＫ 趨勢檢驗法分析了黃河支流涇河合水川流域極端降水的時空變化特征；慎璐璐等［４］ 利用黃河流域２８４ 個氣象站點５０ ａ 觀測數據分析了黃河流域極端氣溫與極端降水的時空變化特征。青藏高原地理與生態環境獨特，對氣候變化和極端氣候事件極其敏感，抵御自然災害能力較差［５］ ，探討青藏高原黃河源區極端氣候變化特征對生態環境保護和應對極端氣候事件及其次生災害具有重要意義。

１極端氣候指數

世界氣象組織（ＷＭＯ）等確定了極端氣候事件的２７ 個核心氣候指數，包括１６ 個極端溫度指數和１１ 個極端降水指數，廣泛應用于極端氣候事件研究，其中年最大日最高氣溫（ＴＸ_ｘ，年內日最高氣溫最大值）、年最大日最低氣溫（ＴＮ_ｘ，年內日最低氣溫最大值）、年最小日最高氣溫（ＴＸ_ｎ，年內日最高氣溫最小值）、年最小日最低氣溫（ＴＮ_ｎ，年內日最低氣溫最小值）、年降水總量（ＰＲＣＰＴＯＴ，日降水量＞１ ｍｍ 的年累計降水量）是２７個核心氣候指數中的基本指數，是其余１２ 個極端溫度指數與１０ 個極端降水指數獲取的基礎。選取ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ、ＰＲＣＰＴＯＴ ５ 個極端氣候指數，對黃河源區極端溫度與降水時空變化進行分析。

２數據與處理

２．１數據類型

數據來源于國家氣象科學數據中心中國地面氣溫逐日０．５°×０．５°格點數據集（Ｖ２．０）和國家青藏高原科學數據中心中國區域地面氣象要素驅動數據集，包含１９８８—２０１７ 年近地面氣溫、近地面氣壓、降水等數據。相對站點數據而言，格點數據是有規律的空間排列數據，是經度－緯度－高度（或氣壓）－時間的格點。中國地面水平分辨率０．５°×０．５°氣溫格點數據為ＮＥＴＣＤＦ格式。降水數據為ＮＥＴＣＤＦ 格式，時間分辨率為３ ｈ，水平空間分辨率為０．１°。

２．２數據處理

ＣＤＯ 是一款強大的氣象數據處理軟件，能夠進行數據提取與合并、數據運算、數據格式轉換、各種氣候指數運算等。應用ＣＤＯ 軟件對降水數據進行合并，將１９８８—２０１７ 年每一年的降水數據合并成一個ＮＥＴＣＤＦ格式數據。利用ＣＤＯ 對溫度、降水量等數據進行運算，得到氣候指數ＴＸｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ、ＰＲＣＰＴＯＴ，并利用Ｍａｔｌａｂ 計算得到１９８８—２０１７ 年黃河源區ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ、ＰＲＣＰＴＯＴ 的空間分布。

３結果分析

３．１極端溫度指數空間變化

（１）年內日最高氣溫最大值（ＴＸｘ ）。黃河源區各像元年內日最高氣溫最大值（ＴＸ_ｘ）３０ ａ 平均空間分布見圖１。總體上西部、中部、西北部ＴＸ_ｘ 值較小，東北部、東部、東南部區域ＴＸ_ｘ 較大。高海拔區域ＴＸ_ｘ 值較小，１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｘ 年平均值為１８．５ ℃；低海拔區域ＴＸ_ｘ值較大，１９８８—２０１７ 年ＴＸｘ年平均值為２５．０ ℃。

（２）年內日最高氣溫最小值（ＴＸ_ｎ ）。黃河源區各像元年內日最高氣溫最小值（ＴＸ_ｎ）３０ ａ 平均空間分布見圖２。黃河源區西部、中部及北部部分區域較黃河源區其他區域ＴＸ_ｎ 值小，１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｎ 年平均值為－１５．０ ℃；東北部、東南部、東部區域海拔低，ＴＸ_ｎ 值較其他區域大，研究的３０ ａ 中ＴＸｎ最大值為－７．３ ℃。

（３）年內日最低氣溫最大值（ＴＮ_ｘ ）。黃河源區各像元年內日最低氣溫最大值（ＴＮ_ｘ）３０ ａ 平均空間分布見圖３。黃河源區西部、中部、北部小部分區域ＴＮ_ｘ 值較小，１９８８—２０１７ 年ＴＮ_ｘ年平均值為６．０ ℃；黃河源區東北部、東南部、東部ＴＮ_ｘ值較大，３０ ａ 中ＴＮｘ年平均值為１１．０ ℃。

（４）年內日最低氣溫最小值（ＴＮ_ｎ ）。黃河源區各像元年內日最低氣溫最小值（ＴＮ_ｎ）３０ ａ 平均空間分布見圖４。黃河源區西北部、中部與西部區域ＴＮ_ｎ 較小，１９８８—２０１７ 年ＴＮ_ｎ 年平均值為－３３．０ ℃；東北部、東部、東南部區域ＴＮ_ｎ 值較大，３０ ａ 中ＴＮｎ 年平均值為－２５．０ ℃。

３．２極端降水指數空間變化

利用ＣＤＯ 和Ｍａｔｌａｂ 對黃河源區１９８８—２０１７ 年極端降水指數年降水總量（ＰＲＣＰＴＯＴ）進行計算，其各像元３０ ａ 平均空間分布見圖５。ＰＲＣＰＴＯＴ 分布與極端溫度指數的分布存在差異，極端溫度指數的分布與海拔負相關，ＰＲＣＰＴＯＴ 與海拔無明顯相關性。黃河源區ＰＲＣＰＴＯＴ 在空間分布上從東南向西北逐漸減小，在北部、西北部區域極小值為１２２．４ ｍｍ，在東南部、東部區域極大值為４０４．４ ｍｍ。

３．３極端溫度指數時間變化

利用ＣＤＯ 和Ｍａｔｌａｂ 對黃河源區１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｘ、ＴＮ_ｎ極端溫度指數進行時間變化分析，結果見圖６。從圖６ 可以看出，３０ ａ 中ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ均呈波動上升趨勢，經Ｆ 檢驗，ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮｎ均在０．０１ 水平與時間顯著相關，確定系數Ｒ２ 分別為０．３０１ ０、０．２３３ ２、０．１９３ ２、０．３２８ ４；ＴＸｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮｎ指數變化速率存在差異， 其升溫速率分別為０． ８７１、０．３５１、０．８２２、１．２０９ ℃ ／ （１０ ａ）；在全球變暖大環境下，黃河源區ＴＮｎ上升速率最高，其次為ＴＸ_ｘ，４ 個極端溫度指數上升速率均高于全國［０．２９ ℃ ／ （１０ ａ）］和全球［０．１３ ℃ ／ （１０ ａ）］氣溫上升速率［４］ 。１９８８—２０１７ 年黃河源區ＴＸ_ｘ從１９．２ ℃上升到２０．９ ℃；ＴＮ_ｘ上升約１ ℃；ＴＸ_ｎ從－１５．４ ℃上升到－１１．２ ℃；ＴＮ_ｎ 升溫最為明顯，從－３２．０ ℃上升到－２７．３ ℃，升溫近５ ℃。

３．４極端降水指數時間變化

利用ＣＤＯ 和Ｍａｔｌａｂ 對黃河源區１９８８—２０１７ 年極端降水指數年降水總量ＰＲＣＰＴＯＴ 進行時間變化分析，結果見圖７。３０ ａ 中ＰＲＣＰＴＯＴ 以１．７８１ ｍｍ／ （１０ａ）的速率增大，并且在０．０１ 水平與時間顯著相關，Ｒ^２ 為０．２９８ ２；３０ ａ 中ＰＲＣＰＴＯＴ 最小值為１９８９ 年２１７．５ ｍｍ，之后波動上升，到２０１７ 年達到最大值３４４．９ ｍｍ，黃河源區降水量增加。

４結語

通過對黃河源區１９８８—２０１７ 年極端溫度與降水指數進行時空變化分析，得到以下結論：極端溫度指數空間分布具有明顯規律性，ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ 總體上在黃河源區中部、西北部、西部區域數值較小，在東北部、東部、東南部區域數值較大； 極端降水指數ＰＲＣＰＴＯＴ 空間分布從東南向西北逐漸減小；極端溫度指數隨時間變化趨勢較為明顯，１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ均不斷增大，其中ＴＮ_ｎ 升溫速率為１．２０９℃ ／ （１０ ａ），升溫最為明顯；極端降水指數ＰＲＣＰＴＯＴ也不斷增大，增大速率為１．７８１ ｍｍ／ （１０ ａ），黃河源區降水量增加。

【責任編輯 呂艷梅】