中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫時空演變特征研究

王 鏡，柴世秀，安緒敏

（1.西寧市氣象局，青海 西寧 810001；2.大通回族土族自治縣氣象局，青海 西寧 810199；3.西寧市湟中區(qū)氣象局，青海 西寧 810000）

氣溫作為人類最直接、最容易感受到的氣象要素之一，不僅影響著人們正常的日常生活，還會對動植物的生存和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生極大影響。IPCC 第5 次評估報告中指出全球氣候變暖[1]，到2012 年地表平均溫度升高0.85 ℃。隨著近年全球氣候的變化造成低溫、高溫[2]等極端氣溫事件頻發(fā)，造成的經(jīng)濟損失越來越多，人們對極端天氣的變化更加關(guān)注[3-4]。20 世紀以來世界各個國家都增加了對于極端天氣的研究，而且都取得了不錯的成果和進展。中國西南喀斯特地區(qū)經(jīng)常發(fā)生巖溶現(xiàn)象，使得該地區(qū)造壤很低，植物幾乎難以生存，動物也受到影響而大量減少[5]。

中國西南喀斯特地區(qū)地質(zhì)背景特殊，巖溶作用強烈，石漠化越來越嚴重，石漠化面積增大的現(xiàn)象沒有得到有效的控制，但西南地區(qū)人口眾多，加重了該地區(qū)的生態(tài)壓力。天氣變化會對喀斯特地區(qū)產(chǎn)生嚴重影響，尤其是極端的高溫變化。該地區(qū)多次出現(xiàn)極端高溫導(dǎo)致石漠化嚴重，不僅造成了大量的經(jīng)濟損失，還嚴重制約了該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，間接影響到長江、珠江流域的發(fā)展。了解西南喀斯特地區(qū)極端高溫的變化，對石漠化的治理、防范災(zāi)害和減少經(jīng)濟損失方面有重大意義。

1 研究指標(biāo)選取

極端高溫：選取某一個測站某一時間段逐日最高氣溫的最大值作為極端高溫。

高溫閾值：將某一個測站某一時間段每年逐日日最高氣溫進行排序（升序），挑選第95 個百分位的日最高氣溫作為該站該年最高氣溫的第95 個百分位值，然后將該站逐年第95 個百分位最高氣溫求和再除以總年數(shù)得到一個平均值，這個平均值就稱為高溫閾值。

高溫強度：選取某個測站某一時間段的極端高溫和高溫閾值，用這個極端高溫減去高溫閾值得到一個差值，這個差值稱為高溫強度，這個差值越大代表高溫強度越強。

高溫事件：將某一觀測站某一時間段逐日日最高氣溫大于高溫閾值的日數(shù)稱為高溫事件。

氣候傾向率：分析某一站點某一段時間某一要素隨時間變化。將某一站點逐年（逐月）氣象要素和年份進行顯著性檢驗，使用SPSS19 軟件查看是否通過0.01 或者0.05 的顯著性檢驗，如果通過檢驗?zāi)敲葱甭实?0 倍就稱該要素的氣候傾向率。

2 資料概況與中國西南喀斯特地區(qū)地理概況

2.1 資料概況

數(shù)據(jù)資料來自于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://www.data.cma.cn），主要包括1951—2017 年中國西南喀斯特地區(qū)85個觀測站的地面氣象資料中的逐日平均氣溫、逐日最高氣溫和逐日最低氣溫資料。

根據(jù)巖溶石漠化等級評價表選取了中國西南喀斯特地區(qū)石漠化綜合評價系數(shù)大于0 的85 個站點的逐日平均氣溫、逐日最高氣溫和逐日最低氣溫資料。對缺測的數(shù)據(jù)進行如下處理。

如果某站點某日的平均氣溫（Tv）、最高氣溫（Tmax）和最低氣溫（Tmin），缺測只是其中一個，利用公式2Tv=Tmax+Tmin進行補缺測。如果某站點某日的Tv、Tmax和Tmin這3 者有2 個及以上缺測，那么利用公式2Tvi=Tv（i-1）+Tv（i+1）、2Tmini=Tmin（i-1）+Tmin（i+1）、2Tmaxi=Tmax（i-1）+Tmax（i+1）進行補缺測，如果出現(xiàn)連續(xù)幾天缺測的話就采用線性插值進行補缺測。如果某站點某年的連續(xù)缺測的日數(shù)在一個月及以上或者該年缺測的天數(shù)大于等于2 個月，就將該站點該年的數(shù)據(jù)舍去。

2.2 中國西南喀斯特地區(qū)地理概況

中國西南喀斯特地區(qū)站點分布如圖1 所示，中國西南喀斯特地區(qū)的經(jīng)緯度大概是98°18'E—110°01'E，22°20'N—30°02'N，包括云南、貴州、廣西東部、重慶南部和四川南部，西邊與青藏高原接壤呈現(xiàn)西高東低的地形。該地區(qū)西部主要為高原，大部分為山地，東部主要以丘陵為主，以亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候為主，地形復(fù)雜多變，是世界上最大的喀斯特區(qū)之一。

圖1 中國西南喀斯特地區(qū)站點分布

3 結(jié)果和分析

3.1 中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫的空間分布

中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫介于23.9 ～43.9 ℃，最低值23.9 ℃出現(xiàn)在喀斯特西北部的峨眉山（四川），最高值43.9 ℃則出現(xiàn)在喀斯特地區(qū)東北部的豐都（重慶）和敘永（四川）。極端高溫低于30.0 ℃的區(qū)域位于中國西南喀斯特地區(qū)西北，包括峨眉山（四川）、香格里拉（云南）等5 個地區(qū)；極端高溫高于40.0 ℃的地方主要分布在喀斯特地區(qū)東北和東南，包含豐都（重慶）、思南（貴州）、龍州（廣西）等14個地區(qū)。

中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫空間分布大致為東高西低。但是由于地形作用，因為攀枝花（四川）和元江（云南）海拔較低使得它們的氣溫比周圍的高，對應(yīng)的極端高溫為42.2 ℃和42.5 ℃；由于咸寧（云南）海拔較高導(dǎo)致它的氣溫要比周圍低，極端高溫為28.2 ℃。

3.2 中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫的年際變化

中國西南喀斯特地區(qū)85 個觀測站中有49 個站點未通過0.05 的顯著性檢驗。在通過顯著性檢驗的36個站點中有29 個站點通過了0.01 的顯著性檢驗，這29 個地區(qū)的氣候傾向率在-0.38～0.7 之間，通過了0.05的顯著性檢驗的7 個站點的氣候傾向率在-0.22～0.19之間。另外通過顯著性檢驗的站點主要分布在喀斯特地區(qū)西北部、中部和東南部。極端高溫氣候傾向率的變化范圍在-0.38～0.70 之間，其中大部分地方的氣候傾向率在0.15～0.40 之間，最大值為德欽的0.70，最小值為仁懷的-0.38。

仁懷、盤縣、鹽源、耿馬4 個地區(qū)氣候傾向率為負表示極端高溫在降低，其中仁懷、盤縣的下降幅度最為明顯，下降速度分別為每10 年下降0.38 ℃、每10 年下降0.33 ℃。其他32 個地區(qū)的極端高溫均呈現(xiàn)升高的趨勢，其中仁懷的升高趨勢最為明顯，升高速度為每10 年升高0.70 ℃。結(jié)合極端高溫的顯著性空間分布和氣候傾向率可以得出，喀斯特地區(qū)的西北部、中部、東南部在變暖，西南部、東北部和東部局地?zé)o明顯變化趨勢。中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫氣候傾向率如表1 所示。

表1 中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫氣候傾向率

3.3 中國西南喀斯特地區(qū)高溫閾值的空間分布

中國西南喀斯特地區(qū)高溫閾值為17.5～38.1 ℃，最低值（17.5 ℃）出現(xiàn)在喀斯特地區(qū)西北部的峨眉山（四川），最高值（38.1 ℃）出現(xiàn)在云南元江。大多數(shù)地方高溫閾值的范圍為27.0～35.0 ℃。高溫閾值低于27.0 ℃的地方出現(xiàn)在喀斯特地區(qū)西北側(cè)，包括峨眉山（四川）、麗江（云南）等9 個地區(qū)；高溫閾值高于35.0 ℃的地方主要分布在喀斯特地區(qū)東南和東北側(cè)，其中包含豐都（重慶）、思南（貴州）、平果（廣西）等13 個地區(qū)。

高溫閾值的空間分布主體為東高西低，如圖2 所示。由于地形作用，元江和華坪海拔高度較低導(dǎo)致它們的高溫閾值比周圍高，中心值分別為38.1 ℃、35.2 ℃，由于峨眉山和水城海拔較高使得這2 個地區(qū)的高溫閾值要比周圍的低，中心值分別為17.5 ℃和27.2 ℃。

圖2 中國西南喀斯特地區(qū)高溫閾值空間分布

3.4 中國西南喀斯特地區(qū)高溫強度的空間分布

高溫強度的變化范圍在2.8～8.1 ℃，最大值（8.1 ℃）出現(xiàn)在云南的屏邊，最小值（2.8 ℃）出現(xiàn)在云南的咸寧。中國西南喀斯特地區(qū)絕大多數(shù)地方的的高溫強度處在4.5～7.0 ℃之間。高溫強度低于4.5 ℃的地區(qū)分布在喀斯特地區(qū)的東南和西南側(cè)，其中包括昭通（云南）、柳州（廣西）等9 個地區(qū)；高溫強度高于7.0 ℃的地區(qū)分布在喀斯特地區(qū)北部，包括康定（四川）、興義（貴州）等8 個地區(qū)。

高溫強度空間分布主要呈現(xiàn)為北高南低特點，如圖3 所示，緯向分布大致特征為隨著緯度的增加有顯著的升高趨勢。但是由于屏邊、盤縣、興義的極端高溫較高，并且高溫閾值較低，從而使得這3 個地區(qū)的高溫強度要比周圍的高；另一方面因為咸寧和昭通的高溫閾值較低并且極端高溫較低，使得這2 個地區(qū)的高溫強度比周圍的低。

圖3 中國西南喀斯特氣度高溫強度空間分布

4 結(jié)論

中國西南喀斯特地區(qū)極端高溫處于23.9 ～43.9 ℃，大值（＞40.0 ℃）區(qū)主要位于喀斯特地區(qū)東部，小值（＜30.0 ℃）區(qū)主要位于喀斯特地區(qū)西部。極端高溫空間分布大致為東高西低。由于地形原因，在攀枝花出現(xiàn)了高值中心，在咸寧出現(xiàn)了低值中心。1951—2017 年，只有極少數(shù)地方的極端高溫在降低，大部分極端高溫呈現(xiàn)上升趨勢，升高速度為每10 年上升-0.38～0.7 ℃，其中貴州仁懷（每10 年上升0.7 ℃）最為突出。高溫閾值范圍為17.5～38.1 ℃，最大值出現(xiàn)在云南元江，最小值出現(xiàn)在四川峨眉山。大值（＞35.0 ℃）區(qū)位于喀斯特地區(qū)西南和東南側(cè)，小值（＜27.0 ℃）區(qū)位于喀斯特地區(qū)西北側(cè)。高溫閾值空間分布與極端高溫基本一致，東高西低。