1971—2020年東北地區極端氣候時空變化分析

何秋霞 吳曉蘭 汪美宏 姜世中

摘要：東北地區是我國氣候變化最顯著的響應區之一，植被豐富，農業發達，氣候變化對于當地可持續發展有重要意義。本文基于1971—2020年東北地區55個氣象站點的氣象日值數據，采用RClimDex模型計算極端氣候指數，運用線性趨勢、MK檢驗方法探討區域極端氣候時空變化特征。得出如下結論：（1）研究區氣溫上升變化顯著，FD0、TX10p顯著減少，DTR減??；SU25、TX90p等表征極端高溫事件指數顯著增加，GSL延長。除氣溫極值外，突變點明顯，空間變化一致性較強。（2）研究區極端降水量指數中CDD，RX1day呈現不顯著下降趨勢，其余極端降水指數表現為不顯著上升，其中PRCP上升速率最大，各個極端降水指數突變交點眾多，突變不明顯。各分區的極端降水指數有著顯著的空間差異。

關鍵詞：東北地區；氣候變暖；極端氣候指數；時空分布特征

Abstract：NortheastChinaisoneofthemostsignificantresponseareastoclimatechangeinChina.Withrichinvegetationanddevelopedagriculture，climatechangeisofgreatsignificancetothelocalsustainabledevelopment.Basedonthemeteorologicaldailyvaluedataof55meteorologicalstationsinnortheastChinafrom1971to2020，theRClimDexmodelwasusedtocalculatetheextremeclimateindex，andthespatialandtemporalchangecharacteristicsofregionalextremeclimatewereexploredbylineartrendandMKtestmethods.Thefollowingconclusionsaredrawn：（1）Thetemperatureriseinthestudyareachangedsignificantly，FD0andTX10pdecreasedsignificantly，andDTRdecreased;SU25andTX90pwerecharacterizedbysignificantlyincreasedextremeheatevents，andprolongedGSL.Exceptfortheextremetemperature，themutationpointisobviousandthespatialchangeisstrong.（2）Intheextremeprecipitationindexinthestudyarea，CDDandRX1dayshowedanonsignificantdownwardtrend，whiletheotherextremeprecipitationindexshowedanonsignificantincrease.Amongthem，PRCPhadthelargestriserate，andeachextremeprecipitationindexhadmanyabruptintersectionpoints，andthemutationswerenotobvious.Therearesignificantspatialdifferencesintheextremeprecipitationindexofeachpartition.

Keywords：NortheastChina;climatewarming;extremeclimateindex;spatialandtemporaldistributioncharacteristics

IPCC氣候變化研究報告指明，從20世紀80年代起“全球變暖”已經成為最重要的氣候大背景［1］，極大地影響區域水熱結構，從而導致極端氣候事件發生的頻率和強度增強［2］?！皹O端氣候事件”具有顯著的突發性和不可預見性，如果發生，會給區域帶來重大氣象和地質災害，這對于區域可持續發展產生了較大的負面影響［35］。

Alexander、Naidu等研究表明20世紀50到90年代北半球的大部分地區表示區域氣溫變冷的指數明顯減少，表示氣候變暖的指數明顯增加，其中水體區域的極端氣溫事件增加趨勢較陸地更為顯著［7］。中緯度地區的極端降水傾向增多，尤其濕潤區域明顯增多，而干旱區極端降水趨向減少［6］。歐洲的氣溫日較差在減小，歐洲東南部的變冷趨勢更為明顯，北亞俄羅斯極端高溫日數顯著增加，美國極端低溫日數減少［8］。

國內的極端氣候變化趨勢和全球趨勢基本一致。學者翟盤茂等研究表明我國陸地極端高溫事件發生的空間差異顯著，年際和季節尺度上極端低溫指數上升趨勢更為明顯，冬季的升溫最為顯著；降水極端性增強，區域差異要強于極端氣溫指數。中國北部地區氣候變暖趨勢較為明顯，平均最低氣溫增幅較大，氣溫日較差多呈下降趨勢。

1數據來源與研究方法

1.1研究區概況

東北地區自北向南依次跨越中溫帶和寒溫帶，自東向西包括了濕潤、半濕潤與半干旱區；區域地形差異顯著，三面環山，中部平原。是我國三大天然林中的最大分布區域，植被復雜，同時是中國對于氣候變暖響應最敏感的區域之一。高溫、霜凍等這種突發性強、破壞性大的極端氣候事件對于東北地區社會經濟、農業發展都可能產生負面影響。

1.2數據來源

本文氣象數據來自國家氣象信息中心的《中國地面氣候資料日值數據集（V3.0）》。遵循分布均勻，記錄完整兩大原則，選擇了55個站點的氣象日值數據集，采用均值法補充個別異常值和缺失值。

1.3研究方法

1.3.1RClimDex模型極端氣候指數計算

極端氣候指數是指在區域上的固定時間段里氣候事件的數據平均狀態以及長時間段內“罕見”狀況。結合研究區域氣候和植被特點，本文在國際氣候專家組（STARDEX計劃）定義的26個極端氣候指數當中，挑選了10個極端氣溫指數和6個極端降水指標（表1），基于軟件程序“RClimDex”計算數據集。

1.3.2其他分析方法

基于在軟件計算下得出的東北地區1971—2020年各種極端指數結果本文進行一元線性變化趨勢分析。文中利用線性方程變化率結合區域分區線性變化分析氣候時間空間變化規律，同時基于MK突變檢驗探討時間序列變化趨勢和進行突變點檢驗說明氣候時間序列突變特點。

2結果分析

2.1極端氣溫指數時空變化特征分析

2.1.1極端氣溫指數趨勢分析

東北地區表征極端低溫事件的指數FD0、TN10p，極端氣溫持續指數DTR顯著下降；極端低溫事件的TNM以及極端高溫事件的SU25、TX90p、TXM、TXx以及極端氣溫持續指數GSL均顯著上升；TNn的上升趨勢不顯著。就變化趨勢來說，SU25上升趨勢最大；下降趨勢最大的是FD0，其余指數中TN10p、TX90p、GSL三者變化速率都超過了0.1；極端指數時間統計顯示在21世紀第一個十年2010年，極端高溫事件最多，升溫最為顯著。20世紀75到85年代可能是一個相對寒冷的時期，冷事件出現概率大，溫差大。

2.1.2極端氣溫指數突變特征分析

指數的MK檢驗統計結果顯示表征極端低溫事件指數中FD0的突變點出現在1991年，TN10p、TNM的突變點在1987年，極端高溫指數中SU25突變點在1998年，TX90p突變點在1996年，TXM突變點在1992年，氣溫持續指數GSL的突變點在1982年，DTR的突變點在1988年。TNn的突變點出現在2009—2012年，TXx的突變點集中在1999—2005年前后，在置信區間內指數突變交點較多，分布時間寬泛，交點前后波動頻繁，突變不明顯。區域極端氣溫指數在20世紀90年代有著明顯的突變。

2.2極端降水指數時空變化特征

2.2.1極端降水指數趨勢變化

極端降水指數中CDD以及RX1day兩者呈下降趨勢，R20mm、SDII、PRCP呈微弱的上升趨勢，但是各指數均未能通過95%的顯著性檢驗，上升趨勢不明顯。R20mm、SDII的最小值在2001年、2000年;CDD的最大值位于2020年；PRCP最大值出現在1971年；RX1day最大值在1973年。這表明研究區的降水總趨勢走向增加，強度增加，但變化趨勢都不顯著，極端降水變化不強，從極端指數出現的時間來看在2000年和2001年區域是一個相對干燥期，1971—1973年前后是濕潤期。

2.2.2極端降水指數突變分析

研究時段內各極端降水指數突變特征相似，統計量曲線在95%的置信區間內交點眾多，分布時間廣泛，且交點前后曲線的波動都很頻繁，變化并不顯著；R20mm在1985—1995年、2011—2012年份一共出現8個突變點；SDII突變點處在研究時段的終點，不具有突變意義，可能在未來降水強度會持續上升；CDD突變點出現在2005—2007年左右；PRCP的突變點在1985—1996年前后；RX1day突變交點眾多，集中1993—1998年、2015—2020年兩個時間段之間，頻繁波動，突變不顯著。

結語

本章基于1971—2020年東北地區55個站點日值氣象數據，利用RClimDex軟件計算極端氣候指數，并分析了東北地區15個極端氣候指數的時空分布特征，得出主要結論如下：

（1）東北地區氣候變暖趨勢顯著，表征低溫事件的指數霜凍日數FD0，冷夜天數TN10p，氣溫日較差DTR顯著減??；表示氣溫上升的指數顯著上升，生長季顯著延長，除極端氣溫極值外表現出了相對統一的顯著突變點，空間變化一致性較強。

（2）這表明研究區的降水總趨勢走向增加，強度增加，但極端降水各指數的變化趨勢較小，都不顯著，極端降水變化不強，從極端指數出現的時間來看東北地區在2000年和2001年是一個相對干燥期，未來可能繼續走向濕潤。

參考文獻：

［1］IPCC.AR5climatechange2014：mitigationofclimatechangecontributionofworkinggroupIIItothefifthassessmentreportoftheIntergovernmentalPanelonClimateChange［M］.CambridgeCambridgeUniversityPress，2014.

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［4］王蕓，趙鵬祥.黃河流域極端氣候事件的時空變異特征研究［J］.西北林學院學報，2021，36（03）：190196.

［5］石淞，李文，丁一書，等.東北地區植被時空演變及其對氣候變化和人類活動的響應［J/OL］.中國環境科學：114［20230227］.

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［8］BrabsonBB，palutikofJP.TheevolutionofextremetemperaturesinthecentralEnglandtemperaturerecord［J］.GeophysicalResearchLetters，2002，29（24）：21632166.

［9］KarlTR，KuklaG，RazuvayevVN，etal.Globalwarming：Evidenceforasymmetricdiurnaltemperaturechange［J］.GeophysResLett，1991，18（12）：22532256.

作者簡介：何秋霞（1995—），女，漢族，四川南充人，研究生，研究方向：資源開發與合理利用。

*通訊作者：姜世中（1965—），男，四川仁壽人，博士，教授，研究方向：水資源可持續變化，氣候變化研究。