1961—2015年貴州省氣候破紀錄事件時空變化

(貴州理工學院 建筑與城市規劃學院，貴州 貴陽 550003)

政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告指出，在溫室氣體排放以及其他人類活動影響下，1880—2012年全球平均氣溫上升約0.85 ℃[1]。隨著全球變暖愈加明顯，極端氣候事件發生頻次、強度增強[2]。破紀錄事件作為極端氣候事件的重要組成部分，對全球和區域農業生產、人民生活造成嚴重影響和損失[3]。在全球變暖背景下，區域氣候破紀錄事件將如何變化，成為氣候變化研究的熱點。

對于氣候破紀錄事件的研究，主要關注溫度破紀錄事件變化及預測，如熊開國等[4]分析了1976—2005年我國溫度破紀錄事件的時空分布特征，章大全等[5]對1957—2006年我國破溫度紀錄事件發生概率進行了分析，封國林等[6]探討了溫度破紀錄事件預測理論。然而，這些研究鮮有關注降水破紀錄事件。此外，從研究尺度看，對全國范圍的研究較多，而對我國西南地區關注較少。貴州省是我國西南地區重要省份，近年來極端氣候事件(包括氣候破紀錄事件)不斷發生，影響范圍不斷擴大，勢必對全省的社會經濟快速發展產生負面影響[7]。鑒于此，本文中利用1961—2015年逐日觀測數據，分析55 a間貴州省低溫、高溫、降水破紀錄事件變化規律，以期為防災減災、農業生產、可持續發展戰略制定提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

貴州省(東經103°36′—109°35′，北緯24°37′—29°13′)位于中國西南地區，土地總面積為17.61萬km2(見圖1)。地貌屬于典型的喀斯特高原山地，地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔高度為1 100 m，素有“八山一水一分田”之說[8]。氣候屬亞熱帶季風性濕潤氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，受大氣環流、地形等影響，氣候多樣性特點突出。另外，全省氣象災害種類較多，干旱、洪澇、凝凍、秋風等災害發生頻繁。至2017年底，貴州省常住人口為3 580萬，城鎮化率為37.15%，全省國內生產總值(GDP)為13 540.83億元，人均GDP為 37 956元。

圖1 貴州省區位圖

1.2 資料

資料來源于由中國氣象數據網提供的1961—2015年貴州省19個氣象觀測站日值數據，包括日最高溫、日最低溫、日降水量。19個氣象站點基本信息見表1。缺測數據多為單日或幾日缺少觀測，沒有月或年等長時間缺少觀測，數據質量整體較好，缺測部分利用插值法補齊，數據經過嚴格質量控制，可以滿足本研究需要。

表1 貴州省氣象站點基本信息

1.3 氣候破紀錄事件界定

根據文獻[3]，將氣候破紀錄事件界定為：與歷史時期同期觀測值相比，打破歷史記錄的氣候要素值，分為高溫、低溫、降水。具體界定過程：以1月份低溫破紀錄事件統計為例，基于逐日數據，假定1月份某一站點1961年1月25日發生觀測歷史以來第1個低溫日，那么該日即為第0個低溫破紀錄事件，如1961年1月28日出現比第1個低溫日更低的氣溫，即為第1個破紀錄事件。依次類推，得到同一站點1月份不同年份發生低溫破紀錄事件發生次數，進而得到每個月份低溫破紀錄事件發生次數。

1.4 研究方法

1)氣候破紀錄事件發生平均頻次。氣候破紀錄事件發生平均頻次表示一定時期內破紀錄事件發生頻繁程度的平均值，計算公式為

(1)

式中：P為破紀錄事件發生平均頻次；n為所有站點破紀錄事件發生頻次之和；N為站點數量之和。

2)氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢。依據熊開國等[4]構建的實際檢測氣候破紀錄事件發生頻次與理論發生頻次之間的比值來衡量氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢，如實際檢測的發生頻次高于理論發生頻次，說明氣候破紀錄事件發生頻次呈現增加趨勢(大于0)；若低于理論發生頻次，說明氣候破紀錄事件發生頻次呈現下降趨勢(小于0)。

3)氣候破紀錄事件空間插值法。利用Kring插值法得到氣候破紀錄事件發生頻次及其變化趨勢的空間格局。該插值法是利用待估點與已知點位置的相關性以及變量之間空間相關性進行插值，是數據格網化的方法之一，應用廣泛。氣候破紀錄事件發生頻次及變化趨勢的劃分，采用ArcGIS軟件中的等間距分割法。

2 結果與分析

2.1 氣候破紀錄事件發生頻次

從55 a間貴州省19個氣象站點氣候破紀錄事件發生平均頻次(表2)可知，全年、春季、夏季、冬季的氣候破紀錄事件發生頻次由高到低的順序為高溫破紀錄事件、降水破紀錄事件、低溫破紀錄事件，秋季順序為降水破紀錄事件、高溫破紀錄事件、低溫破紀錄事件。

表2 1961—2015年貴州省氣候破紀錄事件發生平均頻次

從55 a間貴州省全年氣候破紀錄事件發生頻次空間格局(圖2)可知，低溫、高溫破紀錄事件發生頻次空間格局基本呈現由東部向西部逐漸增加趨勢。降水破紀錄事件發生頻次空間格局呈現東部、南部、北部、西部較高，中部、西南部較低的特點。

(a)低溫破紀錄(b)高溫破紀錄(c)降水破紀錄圖2 1961—2015年貴州省全年氣候破紀錄事件發生頻次空間格局

從55 a間貴州省四季氣候破紀錄事件發生頻次空間格局(圖3)可知：春季低溫破紀錄事件發生頻次空間格局為東部、北部和中部較低，南部、西部較高；夏季為北部較低，南部較高；秋季為北部、東南部較低，東部、西部和南部較高；冬季為東部、西南部較低，北部、中部和西部較高。春季高溫破紀錄事件發生頻次空間格局為西部較低，東部、北部、南部較高；夏季為東部、南部較低，西部較高；秋季為中部、北部較低，西部、東部較高；冬季為東北部、西北部、西部較低，中部、南部較高。春季降水破紀錄事件發生頻次空間格局為中部、南部較低，北部、西部較高；夏季為西部較低，東部、北部較高；秋季為中部、東部、北部較低，西部、西南部較高；冬季為西部較低，東南部、東部、北部較高。

(a)春季,低溫破紀錄(b)春季,高溫破紀錄(c)春季,降水破紀錄(d)夏季,低溫破紀錄(e)夏季,高溫破紀錄(f)夏季,降水破紀錄(g)秋季,低溫破紀錄(h)秋季,高溫破紀錄(i)秋季,降水破紀錄(j)冬季,低溫破紀錄(k)冬季,高溫破紀錄(l)冬季,降水破紀錄圖3 1961—2015年貴州省四季氣候破紀錄事件發生頻次空間格局

2.2 氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢

從55 a間貴州省19個氣象站點氣候破紀錄事件發生頻次的平均變化趨勢(表3)可知：全年及四季的低溫破紀錄事件發生頻次均呈現下降趨勢；全年、春季、夏季、秋季的高溫破紀錄事件發生頻次呈現上升趨勢，僅有冬季呈現下降趨勢；全年、春季、冬季的降水破紀錄事件發生頻次呈現上升趨勢，僅有夏季和秋季呈下降趨勢。

從55 a間貴州省全年氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢的空間格局(圖4)可以看出：全省絕大部分地區低溫破紀錄事件發生頻次呈現下降趨勢，僅有西南部極小部分地區呈現增加趨勢，其中北部、南部、東部下降幅度較大，西部下降幅度較小。全省大部分地區高溫破紀錄事件發生頻次呈現增加趨勢，僅有中部以及東北部和西南部零星地區呈現下降趨勢，其中東北部、東南部增加幅度較小，西部、西南部、東部增加幅度較大。全省大部分地區降水破紀錄事件發生頻次呈現增加趨勢，僅有西北部地區呈現下降趨勢，其中中部、西部、東北部增加幅度較小，南部、東南部增加幅度較大。

表3 1961—2015年貴州省氣候破紀錄事件發生頻次的平均變化趨勢

(a)低溫破紀錄(b)高溫破紀錄(c)降水破紀錄圖4 1961—2015年貴州省全年氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢的空間格局

從55 a間貴州省四季氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢的空間格局(圖5)可以看出：全省全部地區春季和冬季低溫破紀錄事件發生頻次呈現下降趨勢，其中春季下降幅度高值區位于南部和西北部，冬季下降幅度高值區位于中北部和南部；大部分地區夏季和秋季低溫破紀錄事件發生頻次呈現下降趨勢，僅有小部分地區低溫破紀錄事件發生頻次呈現上升趨勢，其中夏季僅有中部和西南部零星地區呈上升趨勢，秋季僅有西部呈上升趨勢。全省大部分地區春季、夏季和秋季高溫破紀錄事件發生頻次呈現增加趨勢，其中春季增加高值區位于西部地區，夏季增加高值區位于東部、北部和西部，秋季增加高值區位于東部、南部和西部；大部分地區冬季高溫破紀錄事件發生頻次呈現下降趨勢，僅有西北部呈現增加趨勢。全省大部分地區春季、冬季降水破紀錄事件發生頻次呈現增加趨勢，其中春季增加高值區位于東部和北部，冬季增加高值區位于南部和西部；大部分地區夏季、秋季降水破紀錄事件發生頻次呈現下降趨勢，其中夏季下降高值區位于東北部和南部，秋季下降高值區位于北部和南部。

3 討論與結論

3.1 討論

已有研究發現，貴州省氣溫呈升高趨勢，降水呈波動上升趨勢[9-10]，導致低溫破紀錄事件發生頻次呈現減少趨勢，高溫和降水破紀錄事件發生頻次呈現增加趨勢。此外，全年和四季之間氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢的空間格局存在差異，這與全省氣溫和降水變化趨勢存在空間異質性有一定關系[11-13]。

(a)春季,低溫破紀錄(b)春季,高溫破紀錄(c)春季,降水破紀錄(d)夏季,低溫破紀錄(e)夏季,高溫破紀錄(f)夏季,降水破紀錄(g)秋季,低溫破紀錄(h)秋季,高溫破紀錄(i)秋季,降水破紀錄(j)冬季,低溫破紀錄(k)冬季,高溫破紀錄(l)冬季,降水破紀錄圖5 1961—2015年貴州省四季氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢空間格局

依據研究結果，今后應重視極端高溫和極端降水對全省農業生產及人民生活的影響，根據各區域氣候破紀錄事件發生特點及趨勢，提出不同季節應對極端氣候的對策，緩解極端氣候的負面影響。如貴州西部地區春季、秋季的高溫破紀錄事件呈現增加趨勢，且該地區干旱發生頻率和強度較大[14]，勢必加劇農業生產中的水資源短缺，進而影響糧食生產，因此應該重視該地區高溫破紀錄監測和評估。

3.2 結論

1961—2015年間貴州省高溫破紀錄事件發生頻次較高，低溫破紀錄事件發生頻次較低，降水破紀錄事件發生頻次居中。低溫和高溫破紀錄事件發生頻次空間格局接近，與降水破紀錄事件發生頻次空間格局存在差異。55 a間低溫破紀錄事件發生頻次呈現下降趨勢，高溫和降水破紀錄事件呈現增加趨勢。全年和四季之間的氣候破紀錄事件發生頻次變化趨勢的空間格局存在差異。