1961～2015年青藏高原極端氣溫事件的氣候變化特征

次 央,次仁旺姆,德 吉,次旺扎西

（1.西藏那曲市申扎縣氣象局，那曲 853100；2.西藏日喀則市江孜縣氣象局，日喀則 857200；3.西藏阿里地區普蘭縣氣象局，阿里 859500；4.西藏自治區氣象臺，拉薩 850000）

引言

自20世紀以來，氣候變化已成為全球矚目的焦點問題之一，也是在新世紀面臨的最具挑戰性的問題之一。因全球氣候變化帶來的干旱、低溫冷凍、洪澇、雪災等日益頻發，極端氣候事件造成的經濟損失和社會不穩定也在加劇，其發生的強度、頻率及影響已引起國內外眾多學者的關注。眾所周知，享有“全球氣候變化的驅動機與放大器”[1]之稱的青藏高原，其自身亦是變暖背景下的氣候變化敏感區和脆弱區，高原及周邊地區極端氣候事件的規律、成因及影響也是當前氣候變化研究的熱點。

Alexander等[2]分析了全球陸地區域極端氣溫、降水指數后指出，全球陸地超過70%的冷夜（暖夜）顯著減少（增加），與氣候變暖相關的極端氣溫普遍顯著變化，尤其是由日最低氣溫計算得到的指數。沈永平等[3]在第五次IPCC評估報告中指出：大多數陸地的冷日和冷夜呈減少趨勢，而暖日和暖夜呈偏暖或較頻繁趨勢。而周雅清等[4]的研究指出，中國1961～2008年的霜凍指數、結冰指數、冷夜(日)日數、暖夜(日)日數的趨勢同青海省一致，前三者明顯減少，最后一個普遍升高。趙國永等[5]指出新疆地區極端氣溫指數呈顯著暖化趨勢，冷(夜)指數暖化幅度大于暖(晝)指數。任國玉等[6]表明在全球氣候變暖過程中，其敏感區青藏高原的增溫現象最為明顯。李林等[7]利用EOF及累積距平法研究了青藏高原氣溫變化，發現其整體呈現一致性增暖，南北與東西分布存在一定的差異。王堰等[8]研究發現，青藏高原在20世紀50年代最高氣溫較高，60年代開始下降，之后穩定緩慢上升，最低氣溫在60年代為冷期，70年代開始持續上升。唐紅玉等[9]發現青藏高原最低氣溫和最高氣溫的增暖趨勢呈現不對稱性，最低氣溫的升高速率大于最高氣溫。

總的說來，目前專門針對青藏高原極端氣溫事件的研究并不多見。因此，本文擬利用1961～2015年CN05.1高分辨率的逐日最高、最低氣溫格點資料，計算6個極端氣溫指數，通過趨勢分析和Mann-Kendall（M-K）突變檢驗，進一步揭示青藏高原氣溫極端事件的時空變化規律及其對鄰近區域產生的影響，以期為科學認識高原地區氣候變化規律提供依據，也為高原地區氣候防災減災科學決策提供參考。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據的選取

本文數據采用Xu等[10]、吳佳等[11]基于2400余個中國地面氣象臺站的觀測資料，通過插值制作的一套0.25°×0.25°經緯度分辨率的格點化數據集(CN05.1)。CN05.1包括日平均、最高、最低氣溫以及降水4個變量。插值通過常用的“距平逼近”方法實現。從中選取1961～2015年的逐日最高氣溫、最低氣溫資料。

1.2 極端氣溫事件的定義

本文在ETCCDMI推薦的27項指數[2]中，選6個極端氣溫指數來定義極端氣溫事件（表1），指數的完整描述可從http://cccma.seos.uvic.ca/ETCCDMI/list_27_indices.html網站上獲取。

表1 青藏高原極端氣溫指數的定義

1.3 分析方法

對氣候趨勢系數進行顯著性檢驗（t檢驗[12]），分析極端氣溫指數的空間變化趨勢；利用一次線性方程來分析極端氣溫指數的時間變化趨勢；用Mann-Kendall(M-K)非參數統計檢驗法[13-14]來確定突變發生的時間。

2 結果分析

2.1 極端氣溫指數氣候態的空間分布

由1961～2015年青藏高原極端氣溫指數氣候態的空間分布（圖1）可以看出：青藏高原年極端最高氣溫（圖1a）由西藏和新疆交界區的昆侖山脈為中心向東遞增，大值出現在四川中部，達21℃；次大值中心在青海省西北部的柴達木盆地，達12℃；低值中心位于昆侖山脈處，為0℃；對比青藏高原的兩個主體區域西藏和青海，西藏的極端最高氣溫比青海低，反映出高原西冷東暖的特征。

從青藏高原年極端最低氣溫的空間分布（圖1b）可以看出：年極端最低氣溫與極端最高氣溫的氣候場基本一致，也呈西冷東暖分布，以西藏和新疆交界區的昆侖山為中心向東遞增；除四川中部、西藏山南南部外，整個青藏高原的極端最低氣溫均在-3℃以下；西藏地區為極端最低氣溫的低值區，尤其在西藏北部、新疆南部和青海西部交界處的昆侖山脈，在-12℃以下；四川中部地區為極端最低氣溫的相對高值區，達12℃。

從青藏高原年結冰日數的空間分布（圖1c）可以看出：青藏高原年結冰日數從西藏北部與新疆交界區域的昆侖山脈向四周遞減，而西藏阿里西北部、那曲北部以及新疆南部的日最高氣溫＜0℃的日數達180d，這與極端最高、最低氣溫氣候態的分布相吻合；西藏南部及四川高原地區的結冰日數僅為20d，是青藏高原結冰日數最少的區域；柴達木盆地、青海東部也是結冰日數小值區，約為60d；在西藏，結冰日數呈由南向北遞增的態勢。

由青藏高原年霜凍日數的空間分布（圖1d）可以看出：青藏高原年霜凍日數的分布與年結冰日數基本一致，也是從西藏北部與新疆南部的交界區域向四周遞減；西藏阿里的北部、那曲北部以及新疆南部的日最低氣溫＜0℃的日數高達350d，西藏山南東南部、林芝南部和四川高原地區的霜凍日數最少，僅為50d；西藏霜凍日數與結冰日數的氣候場分布一致，呈由南向北遞增的態勢；在青海省，柴達木盆地的霜凍日數較少，其分布與結冰日數的一致。

由青藏高原年暖日日數的空間分布（圖1e）可以看出：整個青藏高原的年暖日日數較高，均在12d以上；其中，青海西北地區柴達木盆地的暖日日數最高，日最高氣溫＞90%分位值的最高天數達14.5d；暖日日數的次大值區在西藏西南部的日喀則地區至那曲北部，達14d；暖日日數的低值區位于西藏阿里北部與新疆交界的昆侖山、那曲東部、昌都中東部及四川西北部地區，在13d以下。

由青藏高原年冷夜日數的空間分布（圖1f）可以看出：整個青藏高原的年冷夜日數均在6.6d以上；四川高原地區的冷夜日數最高，日最低氣溫＜10%分位值的天數在8～9d；西藏山南南部、青海南部是年冷夜日數的次大值區，約為8.1d；西藏西北到青海西北是冷夜日數低值區，中心位于西藏阿里和日喀則，僅有6.6d。

圖1 青藏高原1961～2015年極端氣溫指數氣候態的空間分布（a.極端最高氣溫，b.極端最低氣溫，c.結冰日數，d.霜凍日數，e.暖日日數，f.冷夜日數）

2.2 極端氣溫指數的時間變化特征

2.2.1 線性趨勢的空間分布

由1961～2015年青藏高原極端氣溫指數趨勢系數的空間分布（圖2）可以看出：青藏高原極端最高氣溫（圖2a）和極端最低氣溫（圖2b）均呈上升趨勢，且增溫顯著；從極端最高氣溫來看，青藏高原東北部極端最高氣溫的增溫趨勢大于西南部，以柴達木盆地為升溫中心的青海省極端最高氣溫的增溫趨勢最為明顯，四川地區的增溫趨勢最弱；從極端最低氣溫來看，除四川中部地區外，青藏高原區的趨勢系數均在0.9，且與極端最高氣溫相比，極端最低氣溫的線性增溫趨勢更明顯。上述結論與前人研究結果基本一致[6,15-17]。

由青藏高原結冰日數趨勢系數的空間分布（圖2c）可以看出：除四川西南部分地區外，青藏高原大范圍的結冰日數呈減少趨勢；除西藏昌都東部、四川西南部外的其他地區結冰日數減少顯著，尤其青海柴達木盆地，趨勢系數達到-0.7，減少最明顯。對霜凍日數（圖2d）來說，青藏高原霜凍日數也表現出顯著減少趨勢，特別是西藏西北、青海與新疆交界的昆侖山脈、新疆東南部的阿爾金山以及青海北部的霜凍日數減少最為顯著。這與周雅清等[4]、杜軍等[18]的已有研究結論一致。

從青藏高原暖日日數趨勢系數的空間分布（圖2e）可以看出：青藏高原暖日日數呈現出顯著增加的趨勢，特別在青海柴達木盆地、西藏阿里與日喀則西北部的交界處，暖日日數增長最顯著。而冷夜日數(圖2f)則呈現明顯的下降趨勢，尤其是青海西北部的柴達木盆地、青海東部、西藏阿里東北部、那曲北部及其西南部減少最為顯著。這與沈永平等[3]在第五次IPCC評估報告中指出的“大多數陸地區的冷夜呈減少趨勢，而暖日呈偏暖或較頻繁趨勢”的研究結果一致。

圖2 青藏高原年極端氣溫指數趨勢系數的空間分布（a.極端最高氣溫，b.極端最低氣溫，c.結冰日數，d.霜凍日數，e.暖日日數，f.冷夜日數，加點部分通過了0.05水平的顯著性檢驗）

2.2.2 時間演變特征

由1961～2015年青藏高原極端氣溫指數的時間變化趨勢（圖3）可以看出：極端最高氣溫（圖3a）和極端最低氣溫（圖3b）整體呈上升趨勢，其變化幅度分別在-1.18～1.19℃、-1.3～1.35℃，傾向率分別為0.25℃/10a、0.42℃/10a；比較而言，極端最低氣溫比極端最高氣溫的增溫趨勢更明顯。這與韓國軍等[16]對青藏高原近50年的最高、最低氣溫的研究結果一致。從九點平滑變化趨勢來看，極端最高氣溫呈現波動上升趨勢；20世紀60年代為較冷期，1967年是近55年以來最冷的一年；1990年開始，極端最高氣溫呈持續上升趨勢，1997年是個明顯的突變年，到2009年達到了歷史的最高值，之后出現小幅度下降趨勢；極端最低氣溫在小波動中持續升高，到1997年之后極端最低氣溫明顯波動升高且增長趨勢顯著，到2006年達到了歷史的最高值，之后出現小幅下降趨勢。這與趙軍等[19]對中國大陸極端最高氣溫及極端最低氣溫的研究成果相符。

青藏高原結冰日數（圖3c）和霜凍日數（圖3d）均呈下降趨勢，其變化幅度分別是-14～19.5d、-17～15d，傾向率分別是-3.09d/10a、-4.75d/10a；比較而言，霜凍日數比結冰日數的減少趨勢更明顯。從九點平滑趨勢看出，結冰日數在波動下降，1967年是結冰日數最多的一年，1983年之后在小波動中持續下降，1997年以后明顯減少，2010年達到了歷史最低值，之后呈小幅增加趨勢；霜凍日數也在波動中呈現下降的趨勢，1997年以后顯著減少，2010年達到了歷史最低值，而后呈小幅增加趨勢。

青藏高原暖日日數（圖3e）整體呈升高趨勢，變化幅度為-7～11.9d，傾向率為2.14d/10a；冷夜日數（圖3f）總體呈下降趨勢，變化幅度為-5.8～9.7d，傾向率為-2.31d/10a。從九點平滑趨勢看出，暖日日數在1997年之后顯著增加，2006年達到了歷史最大值，之后出現小幅下降趨勢；冷夜日數在1997年之后明顯減少，至2014年達到歷史最低值。

圖3 青藏高原年極端氣溫指數距平值的時間變化趨勢（a.極端最高氣溫，b.極端最低氣溫，c.結冰日數，d.霜凍日數，e.暖日日數，f.冷夜日數，紅色直線為線性趨勢，藍色曲線為九點平滑）

2.3 極端氣溫指數的突變分析

自1961年以來，極端最高氣溫（圖4a）和極端最低氣溫（圖4b）（正序列UF曲線）均呈波動增長趨勢。極端最高氣溫在2000年以后上升趨勢十分顯著，在1997年發生了明顯的突變，突變前后極端最高氣溫的距平值分別為-0.22℃和0.86℃，突變后比突變前上升了1.08℃，從一個相對偏冷階段躍變到一個相對偏暖階段；極端最低氣溫在1972年之后上升趨勢非常顯著，1998年前后的距平值分別為0.08℃和0.9℃，同樣從一個相對偏冷階段躍變到一個相對偏暖階段，但沒有通過M-K突變檢驗。

結冰日數（圖4c）自1961年以來呈波動下降趨勢，1998年之后減少趨勢非常明顯，在1997年發生了由多到少的突變。霜凍日數（圖4d）自1970年以來呈弱下降趨勢，1988年之后減少趨勢明顯，但沒有通過MK突變檢驗。

暖日日數自1961年以來呈波動上升趨勢（圖4e），1999年以后增加趨勢愈發顯著，在1997年發生了由少到多的突變。冷夜日數（圖4f）從1968年開始呈下降趨勢，1972年之后的下降趨勢非常顯著，但沒有通過M-K突變檢驗。

圖4 青藏高原年極端氣溫指數的M-K統計檢驗（a.極端最高氣溫，b.極端最低氣溫，c.結冰日數，d.霜凍日數，e.暖日日數，f.冷夜日數，實線為UF，虛線為UB，紅線是0.05水平的信度檢驗線）

3 結論

本文利用1961～2015年CN05.1高分辨率的逐日最高、最低氣溫格點資料，選取6個極端氣溫指數，揭示全球變暖背景下青藏高原極端氣溫指數的時空演變特征。結果如下：

（1）青藏高原極端最高氣溫、極端最低氣溫的總體分布呈現出西冷東暖的特征，與地形西高東低一致。極端最高氣溫、極端最低氣溫及暖日日數呈上升趨勢，氣候傾向率分別為0.25℃/10a、0.42℃/10a、2.14d/10a，霜凍日數、結冰日數及冷夜日數均呈下降趨勢，傾向率分別為-4.75d/10a、-3.09d/10a、-2.31d/10a。從線性趨勢來看，極端最低氣溫的增溫趨勢比極端最高氣溫更明顯。

（2）從空間分布看，青海地區極端最高氣溫的增溫趨勢最為顯著，柴達木盆地是明顯的升溫中心。在時間變化上，極端最高氣溫、結冰日數、暖日日數均在1997年發生突變；發生突變后，極端最高氣溫顯著升高，結冰日數顯著減少，暖日日數顯著增加。