1951—2018年東北地區極端降水的時空變化特征

收稿日期：2023-12-10

作者簡介：劉俊男（1997—），男，吉林通化人，研究方向為自然地理。

摘 要：研究東北地區近幾十年極端降水的時空變化對氣候變化監測、歸因和預估，以及維護糧食安全至關重要。利用HadEX3數據集，分析了1951—2018年東北地區4個關鍵極端降水指數的變化趨勢。結果顯示：中部地區極端降水指數多呈增加趨勢，四周尤其是南部地區呈減小趨勢；東南部極端降水事件的發生概率增大；近30年極端降水指數波動大且不穩定。東北地區降水總量減少，但空間分布差異增大，日降水強度增加，降水事件日趨極端化。

關鍵詞：東北地區；極端降水；時空變化；趨勢分析；降水特征

中圖分類號：P426.6 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

近百年來，工業化導致溫室氣體上升，引發全球氣候變暖、海平面上升等極端氣候事件，其中極端降水事件在時空上發生顯著變化，對各地經濟、社會和生態均造成了嚴重影響[1-2]。我國東北地區作為氣候變化敏感區及重要糧食產地，其極端降水變化對農業生產至關重要[3-4]。我國學者對極端降水的研究顯示，不同區域的極端降水發生情況存在明顯差異，例如，東北和華北極端降水逐年減少，而西北和長江以南地區則逐漸增加[5-7]。基于HadEX3數據集，分析1951—2018年東北地區極端降水指數的時空變化特征，為區域氣候變化監測和糧食安全提供支撐。

1 數據與方法

1.1 研究區域概況

東北地區包括黑龍江、吉林、遼寧三省以及內蒙古東部五盟市區域，總面積為124.3萬km2。東北地區屬溫帶季風氣候，四季分明，夏季溫和多雨，冬季寒冷且干燥，該氣候下，該區域冬季本區受到蒙古高壓的控制[8-9]，

盛行干冷西北風，很多地區的冬季漫長甚至達到半年以上；而夏季時主要受到副熱帶高壓的控制[10-11]，盛行東南信風。自東南向西北方向，該區域年降水量從

1 000 mm降低至300 mm以下，并從濕潤區依次向半濕潤區、干旱區過渡。在自然景觀上，東北地區分布了大面積的森林、草甸草原、黑土以及廣泛的凍土、沼澤等景觀，是全國重要的商品糧基地。

1.2 極端指數及其定義

極端天氣事件和極端氣候事件被統稱為極端事件，是指某異常天氣或產生氣候變量值，且該值高于（低于）變量觀測值區的上下限端附近的某閾值[12-13]。

為了分析極端的長期變化趨勢，同時與國內外研究結果進行對比，采用了4個氣候變化監測與指數專家組推薦的極端降水指數[14-15]（表1）。

1.3 數據來源

數據來自英國氣象局哈德利中心開發的全球陸地極端氣候指數數據集HadEX3，該數據集包含了氣候變化監測與指數專家組推薦的27個極端氣候指數，其中有11個與降水相關的極端指數。根據研究需要，選取了最大1 d降水總量（RX1day）、最大5 d降水總量（RX5day）、連續降水天數（CWD）和日降水強度（SDII）進行研究，這些指數代表了極端降水在頻率、持續時間和強度方面的維度，具有一定代表性[16-18]。通過最小二乘法計算來估計該區域網格時間序列和平均時間序列的線性趨勢，趨勢估計公式如下：

b=（1）

通過R語言和RStudio進行計算和繪圖[19-20]。

2 結果與分析

2.1 極端降水指數變化空間分布

在1951—2018年期間，我國東北地區的各極端降水指數呈現出一定的空間分異（圖1）。其中，RX1day的變化趨勢在東北地區的分布是自中部地區逐漸向周邊地區減少，在中部地區呈0～2 mm/10年的增加趨勢，周邊大多數地區則過渡到0～2 mm/10年減小的趨勢，東北的南部達到了2～4 mm/10年的減少趨勢。此外，RX5day的變化幅度和RX1day相比最為明顯，東北的中部以及東部局部地區呈0～2 mm/10年的增加趨勢，南部地區呈4～6 mm/10年的減少趨勢。CWD在東北地區的變化幅度較小，除了中部、西南部、東南部分地區有0～0.05 mm/10年的增加趨勢，其余均以減少趨勢為主。SDII的變化趨勢在東北地區的西北部呈0.1～

0.3 mm/10年的減少趨勢，南部及東北部有0～0.1 mm/

10年的減少趨勢，其余地區均有0～0.2 mm/10年的增加趨勢，SDII的變化趨勢相對來說并不明顯。總體來說，中部地區大多呈現出增加的趨勢，四周地區特別是南部地區呈現出減少的趨勢（圖1）。

2.2 極端降水指數平均值的空間分布

我國東北地區CWD和SDII指數的年均值分布均勻，均無明顯變化（圖2）。而RX1day和RX5day指數的年均值呈現出由西北向東南增加的趨勢，高值區主要位于遼寧省中南部地區。其中，RX1day多年平均值在東北大部地區都集中在50～65 mm之間，RX1day年均值高值區則在80～110 mm之間；RX5day多年平均值在東北大部地區集中于65～95 mm之間，而RX5day年均值高值區則集中于110～140 mm之間，個別站點RX5day年均值155 mm以上。從這4個指數的年均值比較中可以看出，我國東北的東南部地區極端降水事件發生的概率較大，且易在較短時間內暴發。

2.3 極端降水指數時間變化趨勢

通過圖中面積加權法分析可知（圖3），RX1day和RX5day在研究的時段內，其時間變化的波動幅度相似，1950—1970、1985—2000、2010—2018年均出現偏高的情況，呈現出先增加、后減少的趨勢，在這3個時間段依次過渡的時期均出現了較低的狀態。RX5day指數的時間變化總體上呈現出減少的趨勢，RX1day總體時間變化趨勢相對不明顯。CWD在研究時間段內雖然波動幅度較大，但總體上呈現出逐漸減少的趨勢。SDII的波動幅度相對來說較小，且變化趨勢較平緩，在研究時段內呈現出逐漸增加的趨勢。

3 結論

（1）從極端降水指數變化的空間分布上來看，我國東北地區極端降水事件發生的頻率總體呈增加的趨勢，就整個東北地區而言，4個極端降水指數除了SDII外，在空間上的變化具有相對一致性。在東北地區的變化趨勢是在東北中部大多呈現增加的趨勢，而東北四周大部分地區都呈現出減少的趨勢，特別是東南部地區其減少的趨勢最為明顯。

（2）從極端降水指數平均值的空間分布上可以看出，雖然SDII和CWD在整個東北地區無明顯差異，但RX1day和RX5day在本區的空間上呈現出明顯的自西北向東南逐漸增加的趨勢，在南部達到最大值。東北地區的極端降水事件發生頻率最高的地區集中在遼寧東部、中部地區，且吉林省的東南部地區發生頻率也較高。

（3）從極端降水指數時間變化趨勢上來看，這4個極端降水指數在不同年份上波動幅度較大，并且還具有不穩定性，除了CWD整體在1951—2018年期間有著明顯的減少趨勢，其他3個指數在長期變化中均較為平緩，變化幅度較小。其中，RX1day的變化最為平緩，無明顯變化；RX5day有相對不明顯的減少趨勢；SDII在時間上的變化呈現出相對增加的趨勢。

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