全球變暖背景下江蘇地區(qū)冬季極端溫度指數(shù)特征

張夢(mèng)?王藝橙?王蓓元

摘 要：利用1979—2021年江蘇地區(qū)69個(gè)臺(tái)站逐日最低和最高氣溫觀測(cè)資料，分析全球變暖背景下江蘇地區(qū)冬季極端溫度指數(shù)的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明，江蘇極端最低（高）溫度閾值呈現(xiàn)北低南高的分布形勢(shì)，全球變暖之后冬季冷日（夜）日數(shù)呈下降趨勢(shì)，暖日（夜）日數(shù)呈上升趨勢(shì)。其中，較冷（暖）日而言，冷（暖）夜日數(shù)的變化趨勢(shì)更為顯著。此外，冷（暖）日（夜）日數(shù)均具有一定的年際變化特征，但年代際變化方面具有明顯差異。江蘇冷日日數(shù)前4波累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)30%的顯著站點(diǎn)主要分布在淮河以南地區(qū)，暖日日數(shù)前4波累計(jì)方差貢獻(xiàn)率均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，對(duì)應(yīng)暖日日數(shù)無(wú)明顯年代際變化特征。冷夜和暖夜日數(shù)變化均具有顯著的年代際變化特征，且冷夜日數(shù)年代際變化特征最為明顯。

關(guān)鍵詞：江蘇省；極端溫度；冷（暖）日（夜）；時(shí)空變化特征

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）01–0-03

江蘇地處中國(guó)大陸東部沿海中部地區(qū)，有長(zhǎng)江、淮河穿省而過(guò)，南北跨度大，屬于典型的季風(fēng)氣候區(qū)，因此，各類天氣氣候?yàn)?zāi)害頻繁發(fā)生。現(xiàn)今，隨著全球變暖現(xiàn)象的不斷加劇，特大暴雨、超強(qiáng)寒潮等極端天氣事件日益頻發(fā)，嚴(yán)重危害了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。作為極端天氣事件的一種，冬季極端溫度伴隨的低溫凍害或熱害在變暖背景下的發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)對(duì)江蘇地區(qū)糧食產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各行各業(yè)均有較大影響。因此，進(jìn)一步研究江蘇地區(qū)冬季極端溫度指數(shù)的時(shí)空變化特征，對(duì)深刻認(rèn)識(shí)變暖背景下冬季氣候特點(diǎn)、預(yù)測(cè)氣候異常具有重要意義。

以往大多是關(guān)于整個(gè)中國(guó)或其他子區(qū)域極端溫度事件的探究，然而由于地理位置、氣候類型等方面的巨大差異，不同區(qū)域或省份的天氣氣候特點(diǎn)也不盡相同[2-5]。目前，涉及江蘇冬季極端溫度指數(shù)變化趨勢(shì)方面的分析已有部分，但對(duì)江蘇年際或年代際方面的研究還鮮有涉及。基于前人的研究，將利用1979—2021年江蘇臺(tái)站氣溫觀測(cè)資料，再次分析驗(yàn)證江蘇地區(qū)冬季極端溫度指數(shù)的變化趨勢(shì)，同時(shí)，對(duì)其年際和年代際方面的特征進(jìn)行簡(jiǎn)要探究。

1 數(shù)據(jù)與方法

為了保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，剔除含有缺測(cè)數(shù)據(jù)的站點(diǎn)，最終使用1979—2021年江蘇地區(qū)共69個(gè)臺(tái)站的日最高和最低氣溫資料進(jìn)行分析，文中提到的冬季均指的是當(dāng)年12月至翌年2月，例如，1979年冬季表示1979年12月—1980年2月的平均值，以此類推。根據(jù)世界氣象組織氣候委員會(huì)（WMO）關(guān)于極端溫度指數(shù)的定義，規(guī)定極端最高（低）溫度為每月日最高（低）氣溫的最大（小）值，冷（暖）日日數(shù)為日最高氣溫小于（大于）10%（90%）分位值的日數(shù)，冷（暖）夜日數(shù)為日最低氣溫小于（大于）10%（90%）分位值的日數(shù)。

分析使用到的統(tǒng)計(jì)方法包括線性趨勢(shì)、諧波分析及Lanczos低通濾波等方法。其中，線性趨勢(shì)的檢驗(yàn)方法為t-檢驗(yàn)法，諧波分析的基本思想即將任何隨時(shí)間變化的波分解為許多個(gè)波長(zhǎng)不同的正弦波或余弦波。由于文中涉及的研究時(shí)段長(zhǎng)度為42年，而3波對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度為14年的波動(dòng)周期，因此主要提取序列變化中的前4波，用以表征序列的年代際變化分量，并將年代際分量在整個(gè)序列變化中的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于30%作為發(fā)生明顯年代際變化的度量。

2 江蘇地區(qū)冬季極端溫度指數(shù)的時(shí)空變化特征

2.1 極端溫度指數(shù)閾值的空間分布特征

考慮到江蘇地理位置的特殊性及其經(jīng)向跨度較大等特點(diǎn)，便于后續(xù)進(jìn)一步分析，首先，對(duì)江蘇冬季極端最高（低）溫度閾值的空間分布情況進(jìn)行探究。圖1顯示日極端最低（高）溫度閾值呈現(xiàn)北低南高的分布形態(tài)，這與北冷南暖的氣候特征對(duì)應(yīng)。除個(gè)別站點(diǎn)外，圖1a所示冬季沿淮淮北地區(qū)日最高氣溫10%分位值（冷日閾值）為2～3 ℃，江淮之間大部地區(qū)為3～4 ℃，蘇南東部地區(qū)閾值達(dá)4 ℃以上，由此可見(jiàn)，江蘇冷日閾值大致分為3個(gè)區(qū)間，且南北最大相差2 ℃左右。

與之不同的是，暖日（圖1b）、冷（暖）夜（圖1c、d）閾值空間分布均呈現(xiàn)多區(qū)間型，其中，暖日閾值在淮北北部為11～12 ℃，淮北南部至江淮之間北部為12～13 ℃，沿江地區(qū)附近為13～14 ℃，蘇南大部地區(qū)達(dá)14 ℃以上，暖日閾值南北最大相差3 ℃以上。同樣，淮北地區(qū)冷夜閾值均小于-5 ℃，江淮之間為-5～4 ℃，沿江地區(qū)為-4～3 ℃，蘇南部分地區(qū)為-3～2 ℃；暖夜最小閾值分布在淮北北部，為3 ℃以下，最大分布在蘇南地區(qū)，可達(dá)6 ℃以上，冷（暖）夜南北閾值最大相差均為3 ℃以上。

2.2 極端溫度指數(shù)的線性變化趨勢(shì)

為了進(jìn)一步掌握江蘇地區(qū)冬季極端溫度指數(shù)的變化規(guī)律，著重對(duì)冷（暖）日、冷（暖）夜日數(shù)在變暖背景下的特征變化進(jìn)行研究。從圖2可以明顯看出，全省冷日和冷夜日數(shù)呈現(xiàn)出一致的顯著減少趨勢(shì)，其中，冷日日數(shù)平均減少速率約為1.5 d/10年（圖2a），冷夜約為2 d/10年（圖2c），而暖日和暖夜日數(shù)表現(xiàn)為一致的顯著增加趨勢(shì)，其中，暖日日數(shù)平均增加速率為1～2 d/10年（圖2b），暖夜為2～3 d/10年（圖2d），這一結(jié)論與極端最高和最低氣溫在全球變暖背景下均呈顯著的增加趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。此外，江蘇這四類極端溫度指數(shù)的線性趨勢(shì)的極值空間分布并無(wú)地理特殊性。

2.3 極端溫度指數(shù)的年際和年代際變化特征

為了更全面地探究變暖背景下江蘇冬季極端溫度指數(shù)的變化特征，后續(xù)分析中將扣除各指數(shù)的長(zhǎng)期線性趨勢(shì)，進(jìn)一步分析其年際和年代際變化規(guī)律。圖3表示全省69個(gè)站點(diǎn)區(qū)域平均后的極端溫度指數(shù)序列，由此可見(jiàn)，4類極端溫度指數(shù)均具有顯著的年際變化特征，其中，暖日日數(shù)年際變化周期最短且最明顯，約為3年，冷日和冷夜日數(shù)年際變化特征相對(duì)較弱。9年滑動(dòng)平均后的序列表明，冷日和冷夜日數(shù)均具有明顯的年代際變化特征，且兩者均在20世紀(jì)80年代后期和21世紀(jì)初發(fā)生年代際轉(zhuǎn)變，1988年之前為偏冷階段，1988—2005年期間為偏暖階段，2005年之后又進(jìn)入偏冷階段。暖夜日數(shù)也具有一定的年代際變化特征，但振幅較小，暖日日數(shù)的年代際變化特征最不明顯。

依據(jù)9年滑動(dòng)平均之后的年代際變化特征結(jié)果，進(jìn)一步利用諧波分析方法，對(duì)江蘇69個(gè)站點(diǎn)冬季極端溫度指數(shù)的前4波（變化周期約為10年以上的波動(dòng)分量）累計(jì)方差百分率空間分布進(jìn)行分析。其中，黑色實(shí)心圓圈表示具有明顯的年代際變化特征站點(diǎn)（圖4）。

由圖4可知，冷日、冷夜及暖夜日數(shù)均具有明顯的年代際變化特征，冷日和暖夜日數(shù)具有明顯年代際變化的站點(diǎn)數(shù)均為41個(gè)，占站點(diǎn)總數(shù)的59%，冷夜日數(shù)對(duì)應(yīng)站點(diǎn)數(shù)為50個(gè)，占站點(diǎn)總數(shù)的72%，暖日日數(shù)對(duì)應(yīng)站點(diǎn)數(shù)為0。因此，相較而言，冷夜日數(shù)的年代際變化特征最為顯著，暖日年代際變化分量最小，這也與前文9年滑動(dòng)平均的分析結(jié)論相一致。

此外，江蘇冷日日數(shù)前4波累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)30%的顯著站點(diǎn)主要分布在淮河以南地區(qū)，冷夜和暖夜日數(shù)對(duì)應(yīng)的顯著站點(diǎn)在全省分布較為均勻，并具有全省一致的特點(diǎn)。

3 結(jié)論與討論

利用1979—2021年江蘇69個(gè)臺(tái)站逐日最低和最高氣溫觀測(cè)資料，對(duì)全球變暖背景下江蘇地區(qū)冬季極端溫度指數(shù)長(zhǎng)期線性趨勢(shì)、年際及其年代際方面的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）江蘇冬季日極端最低（高）溫度閾值呈現(xiàn)北低南高的分布形態(tài)，冷日閾值大致分為三大區(qū)間，南北最大相差2 ℃左右，暖日、冷（暖）夜閾值空間分布均呈現(xiàn)多區(qū)間型，南北閾值最大相差均為3 ℃以上。

（2）全球變暖背景下，全省冷日和冷夜日數(shù)表現(xiàn)為一致的顯著減少趨勢(shì)，其中，冷日日數(shù)平均減少速率約為1.5 d/10年，冷夜約為2 d/10年，暖日和暖夜日數(shù)為顯著的增加趨勢(shì)，暖日日數(shù)平均增加速率為1～

2 d/10年，暖夜為2～3 d/10年。

（3）冷（暖）日（夜）日數(shù)均具有一定的年際變化特征，暖日日數(shù)年際變化最為顯著。年代際變化方面，冷日和冷夜日數(shù)都具有明顯的年代際變化特征，且均在1988年之前為偏冷階段，1988—2005年期間為偏暖階段，2005年之后又進(jìn)入偏冷階段，冷夜日數(shù)年代際變化特征最為顯著，暖日日數(shù)的年代際變化分量最小。

（4）冷日和冷夜的年代際突變點(diǎn)較為一致，可在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步探究未來(lái)冷日（夜）年代際變化的環(huán)流特征，據(jù)此對(duì)其顯著的年代際變化特征進(jìn)行歸因。

參考文獻(xiàn)

[1] 車少靜，王冀，李曉帆，等.京津冀后冬極端低溫與北極濤動(dòng)相關(guān)性年代際減弱[J].氣象，2022，48（4）：418-427.

[2] 李尚鋒，廉毅，陳圣波，等.東北初夏極端低溫事件的空間分布特征及其成因機(jī)理分析[J].地理科學(xué)，2012，32（6）：752-758.

[3] 索朗塔杰，施寧，王藝橙，等.我國(guó)冬季極端低溫指數(shù)的年代際變化特征[J].大氣科學(xué)，2020，44（5）：1125-1140.

[4] 王月，李輯，焦敏，等.中國(guó)大范圍極端低溫事件的特征分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2020，36（6）：74-81.

[5] 徐瑋平，孟祥新，顧偉宗，等.山東春季極端低溫與前冬北大西洋海溫的關(guān)系[J].干旱氣象，2022，40（2）：202-211.