1961-2017年貴州省極端高溫和低溫日數(shù)的時(shí)空變化特征

周昌禮，韓會(huì)慶，張新鼎，楊今晶，江雙權(quán)，楊 毅，蘇 躍

(貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003)

0 引言

IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告中指出，1880-2012年期間，全球平均地表氣溫升高了0.85(0.65～1.06)℃，尤其是從20世紀(jì)90年代開始，全球氣候變化趨勢(shì)更為顯著[1]。近年來(lái)，氣候變化因影響人類生存環(huán)境已成為全球關(guān)心的一個(gè)熱點(diǎn)問題[2]，其中極端氣候的研究更是受到世界各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注，并取得了大量的成果。如Song等[3]通過分析全球各國(guó)1981-2010年間的極端溫度事件，發(fā)現(xiàn)全球熱浪和寒流事件的發(fā)生頻率分別增加了2.7和6.4倍；Gruza等[4]的研究顯示，在過去幾十年里，俄羅斯的極端高溫日數(shù)呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)；于文金[5]研究發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)，瀾滄江流域的干旱頻次顯著上升，且在未來(lái)20年內(nèi)該區(qū)域的極端氣候?yàn)?zāi)害以干旱為主。這些研究多集中于全球、全國(guó)或流域等大尺度多站點(diǎn)地區(qū)的研究，對(duì)小尺度的極端氣候變化規(guī)律研究較少，更鮮有針對(duì)我國(guó)西南地區(qū)極端氣候變化的研究。貴州省是我國(guó)典型的喀斯特山區(qū)，因受地形、地質(zhì)的影響，全省農(nóng)業(yè)多屬“雨養(yǎng)型”，對(duì)氣候的極端變化較為敏感[6]。因此，本文以貴州省為例，基于1961-2017年的氣象資料，分析57年來(lái)貴州省極端高溫、低溫日數(shù)的時(shí)空變化特征，以期為貴州省應(yīng)對(duì)氣候變化，采取相應(yīng)防災(zāi)減災(zāi)措施提供參考。

1 研究區(qū)概況

貴州省位于中國(guó)西南腹地，地處云貴高原東部(24°37′～29°13′ N，103°36′～109°35′ E)，境內(nèi)地勢(shì)西高東低，平均海拔在1 100 m左右，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.0℃，極端最高溫40.7℃，極端最低溫-15.3℃，年降雨量在800～1 700 mm之間，年日照時(shí)數(shù)約1 300 h。全省雨熱同期，干濕季分明，氣候類型多樣。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文采用的相關(guān)資料來(lái)源于國(guó)家氣象信息中心提供的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，并基于貴州省19個(gè)一級(jí)氣象站點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選取1961-2017年共57a的日最高氣溫和日最低氣溫等逐日數(shù)據(jù)，研究區(qū)內(nèi)氣象站點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 貴州氣象站點(diǎn)分布圖

依據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)在第四次評(píng)估報(bào)告中極端氣候事件的定義，即考慮氣候要素的概率分布特征將小于等于第10個(gè)(或大于等于第90個(gè))百分位的事件定義為極端氣候事件[7]，并結(jié)合貴州省的氣候特點(diǎn)，本文對(duì)全序列日最高氣溫和日最低氣溫進(jìn)行排序，分別選取日最高氣溫等于90%分位數(shù)和日最低氣溫等于10%分位數(shù)的氣溫作為極端高溫和極端低溫的閾值，超過閾值即為發(fā)生極端高溫或極端低溫事件。

2.2 研究方法

2.2.1 線性趨勢(shì)傾向率

利用一元線性方程來(lái)分析觀測(cè)值的變化趨勢(shì)，具體公式為[8]：

y=at+b

式中：y是氣候要素時(shí)間序列，a為回歸系數(shù)，t為時(shí)間(年)，b為回歸常數(shù)，其中a表示線性函數(shù)的斜率，也就是氣候要素的線性趨勢(shì)傾向率(年際變化率)，用10a表示。a>0表示氣候要素呈增加趨勢(shì)，a<0表示氣候要素呈下降趨勢(shì)，a=0表示無(wú)線性變化趨勢(shì)。

2.2.2 Kriging插值

在ArcGIS10.1平臺(tái)下的空間分析工具中，利用Kriging插值，對(duì)極端高溫和極端低溫進(jìn)行空間插值，獲取要素空間格局圖，以研究分析極端高溫和極端低溫日數(shù)的空間分布及變化趨勢(shì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 極端高溫、低溫日數(shù)的時(shí)間變化趨勢(shì)分析

1961-2017年貴州省極端高溫日數(shù)呈上升趨勢(shì)，1963年極端高溫日數(shù)量最多，為54.37 d，1993年極端高溫日數(shù)量最少，僅為26.05 d。而極端低溫日數(shù)則呈逐漸下降趨勢(shì)，且下降幅度相對(duì)較大，其中1967年極端低溫日數(shù)量最多，達(dá)到了56.58 d，2015年極端低溫日數(shù)量最少，僅為19.29 d(圖2 a)。從不同階段時(shí)間階段看，1991年以前，貴州省的極端高溫日數(shù)呈上下波動(dòng)演變，從1991年以后，極端高溫日數(shù)急劇上升。而極端低溫日數(shù)總體則一直呈下降趨勢(shì)，1961-1990年間下降幅度較大，而后從1991年起下降較為平緩(圖2 b)。

3.2 極端高溫、低溫日數(shù)的空間變化趨勢(shì)分析

1961-2017年貴州省多年平均極端高溫日數(shù)呈南部、東南部以及東部地區(qū)較多，并且沿東南向西北方向逐級(jí)下降，西部、西北部以及北部部分地區(qū)為多年平均極端高日數(shù)最少地區(qū)。多年平均極端高溫日數(shù)則與之相反，西北部、北部部分地區(qū)以及東部零星地區(qū)數(shù)量最多，其次為中部、北部、東部和西部部分地區(qū)，貴州南部局部地區(qū)發(fā)生的極端低溫日數(shù)數(shù)量最少，詳見圖3。

目前，貴州省只有南部和東南局部地區(qū)極端高溫日數(shù)增加趨勢(shì)較大，趨勢(shì)傾向率大于0.12 d/10 a，中西部和北部部分地區(qū)增加趨勢(shì)較小，趨勢(shì)傾向率介于0.03～0.06 d/10 a之間，西部和西北部部分地區(qū)極端高溫日數(shù)為下降趨勢(shì)，趨勢(shì)傾向率小于0 d/10 a。而貴州北部、西北部、東北部大部分地區(qū)的極端低溫日數(shù)下降幅度較大，趨勢(shì)傾向率小于-0.3 d/10 a，除中部部分地區(qū)趨勢(shì)傾向率大于0呈小幅度增加趨勢(shì)外，其余地區(qū)下降幅度較小，詳見圖4。

(a)

(b)圖2 1961-2017年貴州省極端高溫、低溫日數(shù)年際變化

圖3 1961-2017年貴州省平均極端高溫、低溫日數(shù)分布圖

圖4 1961-2017年貴州省極端高溫、低溫日數(shù)傾向率分布圖

3.3 討論

1961-2017年，貴州省極端高溫日數(shù)總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，極端低溫日數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這與袁文德[9]、黃維[10]等的研究結(jié)果相一致。其中，極端高溫日數(shù)從1990年以后增加趨勢(shì)尤為明顯，這與IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告提出的近年來(lái)氣候變暖更為顯著的趨勢(shì)一致[1]。同時(shí)，受海拔和緯度的影響，貴州省極端高溫日數(shù)的分布以及變化趨勢(shì)總體上呈現(xiàn)從東南向西北遞減的趨勢(shì)。極端低溫日數(shù)量雖在西北部為最多，但隨著氣候的變暖，該區(qū)的極端低溫日數(shù)下降趨勢(shì)是最大的，而貴州西部和中部的局部地區(qū)則表現(xiàn)相反的變化特征，極端低溫日數(shù)呈下降幅度較平緩或增加趨勢(shì)，這主要是區(qū)位與局地小氣候的影響以及高原山地地區(qū)氣候變化的特殊性[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

1961-2017年，貴州省極端高溫、低溫日數(shù)整體上分別呈現(xiàn)增加和下降的趨勢(shì)。57年間，極端高溫日數(shù)在1961-1990年之間呈上下波動(dòng)的增加趨勢(shì)，1990-2017年間呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)；受高程和緯度的影響，沿東南自西北方向逐級(jí)遞減，全省極端高溫日數(shù)增加趨勢(shì)主要集中在0.06～0.12 d/10 a之間。極端低溫日數(shù)年際變化分為兩個(gè)階段，1990年以前為大幅度下降趨勢(shì)，1990年以后為平緩下降趨勢(shì)；受全球氣候變暖的影響，主要以下降為主，且下降幅度最大(趨勢(shì)傾向率<-0.3 d/10 a)的區(qū)域最廣，全省只有中部局部地區(qū)極端低溫日數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。