1961-2010年藏北牧草生長季極端氣溫的變化特征

杜 軍，周刊社，袁 雷，建 軍

(1.中國氣象局成都高原氣象研究所，四川 成都 610071； 2.西藏自治區(qū)氣候中心，西藏 拉薩 850001； 3.西藏自治區(qū)山南地區(qū)氣象局，西藏 澤當(dāng) 856000)

1961-2010年藏北牧草生長季極端氣溫的變化特征

杜 軍1,2，周刊社2，袁 雷2，建 軍3

(1.中國氣象局成都高原氣象研究所，四川 成都 610071； 2.西藏自治區(qū)氣候中心，西藏 拉薩 850001； 3.西藏自治區(qū)山南地區(qū)氣象局，西藏 澤當(dāng) 856000)

基于西藏那曲地區(qū)6個(gè)地面氣象站(臺(tái))1961-2010年逐日最高、最低氣溫?cái)?shù)據(jù)，采用極端最高氣溫、暖(冷)晝(夜)天數(shù)和生長季長度等10個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用線性回歸、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)等方法，分析了藏北牧草生長季極端氣溫的時(shí)空變化。結(jié)果表明，1961-2010年藏北牧草生長季的TXx(極端最高氣溫)、TXn(最高氣溫極小值)、TNn(極端最低氣溫)和TNx(最低氣溫極大值)都表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，其中TNn升幅最大，為0.40 ℃·10 a-1。DTR(氣溫日較差)以-0.17 ℃·10 a-1的速度顯著變小(P<0.01)，GSL(生長季長度)以1.8 d·10 a-1的速度明顯延長。牧草生長季的TX90p(暖晝天數(shù))和TN90p(暖夜天數(shù))顯著增加，平均每10 a分別增加4.11和11.81 d，尤其是近30年TN90p升幅更明顯，達(dá)23.03 d·10 a-1；而TX10p(冷晝天數(shù))和TN10p(冷晝天數(shù))呈顯著減少趨勢(shì)，分別為-3.33和-6.69 d·10 a-1。在10 a年際變化尺度上，極端氣溫暖指數(shù)(TNx、TX90p、TN90p和GSL)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，極端氣溫冷指數(shù)(TX10p、TN10p)和DTR表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。在時(shí)間轉(zhuǎn)折上，TXx突變時(shí)間較早，發(fā)生在1984年；其他指數(shù)的突變點(diǎn)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代以后。極端氣溫指數(shù)的變化趨勢(shì)有利于藏北牧草的生長。

極端氣溫指數(shù)；時(shí)空變化；藏北牧區(qū)

20世紀(jì)以來，由于極端天氣氣候事件頻發(fā)，極端值的變化引起了社會(huì)越來越多的關(guān)注。從觀測(cè)分析到模擬研究，幾乎都發(fā)現(xiàn)極端氣溫發(fā)生了顯著變化，而且在全球變暖的大背景下，未來有些極端事件發(fā)生頻數(shù)可能會(huì)更高或強(qiáng)度更強(qiáng)。過去幾十年里，極端低溫事件發(fā)生的頻率呈減少的趨勢(shì)[1-3]；歐洲地區(qū)冷夜和冷晝天數(shù)都減少，暖夜和暖晝天數(shù)增多，氣溫日較差減小[4]；非洲南部和西部極端冷晝和冷夜數(shù)減少，極端暖晝和暖夜數(shù)增加[5]。中國暖夜發(fā)生頻率有增加趨勢(shì)，冷晝數(shù)減少，冷夜數(shù)減少更明顯[6]。1956-2008年，中國大陸地區(qū)夏季天數(shù)和炎熱夜數(shù)明顯增多[7]。1961-2005年，青藏高原中東部冷夜(晝)天數(shù)顯著減少，霜凍天日數(shù)和結(jié)冰天數(shù)明顯減少[8]。1961-2010年，雅魯藏布江流域夜間和白天極端低溫日數(shù)顯著減少，夜間極端高溫日數(shù)和白天極端高溫天數(shù)顯著增加[9]，杜軍等[10]分析了西藏1961-2010年極端氣溫指數(shù)的變化趨勢(shì)，也得到相同的結(jié)論。

那曲地區(qū)位于青藏高原腹地，有密集的高原湖泊和保存最完好的高寒生態(tài)系統(tǒng)，平均海拔4 500 m以上。整個(gè)地形呈西高東低傾斜，中西部地形遼闊平坦，多丘陵盆地，東部多高山峽谷。該地區(qū)也是西藏重要的畜產(chǎn)品生產(chǎn)基地。由于長期的氣候變化和人類活動(dòng)，藏北草地已經(jīng)出現(xiàn)大范圍的退化以及局部的沙化現(xiàn)象，導(dǎo)致草群中優(yōu)良牧草比例降低，草叢高度變矮，覆蓋度下降，產(chǎn)草量明顯降低，嚴(yán)重制約了藏北畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。作為環(huán)境演變敏感區(qū)域，該區(qū)對(duì)全球變化的“響應(yīng)”極為明顯[11]。近年來國內(nèi)學(xué)者對(duì)藏北牧區(qū)氣候變化的研究也不少[12-16]，而針對(duì)該區(qū)域牧草生長季(5-9月)極端氣溫變化的研究卻鮮有報(bào)道。為此，本研究采用世界氣象組織(WMO)推薦使用的極端氣溫指數(shù)[17]來探討藏北牧區(qū)生長季極端氣溫的變化特征，這有助于弄清高原氣候是否更加趨于極端化極端事件發(fā)生更為頻繁等問題。

1 資料與分析方法

逐日最高氣溫和最低氣溫?cái)?shù)據(jù)(1961-2010年)來源于西藏自治區(qū)那曲地區(qū)6個(gè)地面氣象站(那曲、安多、班戈、申扎、索縣和嘉黎)，指數(shù)指標(biāo)結(jié)合藏北牧區(qū)氣候特點(diǎn)，從世界氣象組織氣候委員會(huì)(CCL)及氣候變率和可預(yù)報(bào)性研究計(jì)劃(CLIVAR)推薦的27個(gè)極端氣候指數(shù)中選取10個(gè)(表1)。

藏北牧區(qū)牧草生長季各站的極端氣溫指數(shù)運(yùn)用RClimDex軟件[18]計(jì)算，區(qū)域平均值為6個(gè)站的算術(shù)平均值。多年平均為基準(zhǔn)期(1961-1990年)的平均值。

采用最小二乘法分析極端氣溫指數(shù)的趨勢(shì)變化線性傾向[19]，Mann-Kendall(M-K)法[19]進(jìn)行突變檢測(cè)，反距離權(quán)重插值法(Inverse Distance Weighted，IDW)對(duì)極端氣溫指數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行空間插值。

表1 極端氣溫指數(shù)定義[17]Table 1 The definitions of extreme air temperature indexes[17]

2 結(jié)果與分析

2.1牧草生長季極端氣溫指數(shù)的時(shí)間變化特征

就藏北牧區(qū)平均而言，牧草生長季的TXx、TXn、TNn和TNx都表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，升幅為0.15～0.40 ℃·10 a-1(P<0.01)，其中TNn升幅最大。DTR以-0.17℃·10a-1的速度顯著變小，GSL以1.8 d·10 a-1的速度明顯延長。TX90p和TN90p(圖1)顯著增加，平均每10 a分別增加4.11和11.81 d，尤其是近30年TN90p升幅更明顯，達(dá)23.03 d·10 a-1；而TX10p和TN10p呈顯著減少趨勢(shì)，分別為-3.33 和-6.69 d·10 a-1。

從藏北牧草生長季各項(xiàng)極端氣溫指數(shù)距平的年代際變化來看(表2)，在10年際尺度上，1980年代至2000年代牧草生長季極端氣溫暖指數(shù)(TNx、TX90p、TN90p和GSL)表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，而極端氣溫冷指數(shù)(TX10p、TN10p)下降趨勢(shì)明顯。TXx 在1960年代至1990年代呈逐年代升高的趨勢(shì)，進(jìn)入2000年代有所下降，但仍高于0.4 ℃。牧草生長季的DTR在1961-2010年期間表現(xiàn)為逐年代減小的變化特征。2000年代是多數(shù)極端氣溫指數(shù)增減幅度最大的10年，尤其是極端氣溫相對(duì)指數(shù)(TX90p、TN90p、TX10p和TN10p)。

在30年際尺度上，牧草生長季極端氣溫暖指數(shù)表現(xiàn)為明顯的增加趨勢(shì)，而冷指數(shù)趨于下降。從1981-2010年與1961-1990年的平均值比較來看，TXx、TXn、TNn、TNx分別升高了0.52、0.26、0.86和0.41 ℃，DTR、TX10p和TN10p依次減少了0.23 ℃、8.62 d和14.35 d，而GSL、TX90p和TN90p分別增加了5.32、10.77和25.57 d。

圖1 1961-2010年藏北牧草生長季暖夜天數(shù)(TN90p)的變化Fig.1 Regional annual series of TN90p at grass growing season in Northern Tibet during 1961-2010

表2 1961-2010年藏北牧草生長季各項(xiàng)極端氣溫指數(shù)距平的年代變化Table 2 The decade change of extreme air temperature indices anomaly at grassgrowing season in Northern Tibet during 1961-2010

2.2牧草生長季極端氣溫指數(shù)變化趨勢(shì)的空間分布特征

從1961-2012年藏北牧草生長季極端氣溫指數(shù)變化趨勢(shì)的空間分布來看，生長季TXx除在安多為下降趨勢(shì)外(-0.07 ℃·10 a-1)，其他各站均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，平均每10年升高了0.02～0.47 ℃(圖2a)，其中索縣升幅最大(P<0.01)，其次是那曲，為0.34℃·10a-1(P<0.01)。TXn在嘉黎表現(xiàn)為下降，其余各站均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)(圖2b)，升幅為0.12～0.26 ℃·10 a-1，但均未通過顯著性檢驗(yàn)。5-9月TNx和TNn在藏北牧區(qū)都呈現(xiàn)出升高趨勢(shì)(圖2c、圖2d)，平均每10 a分別升高0.01～0.35 ℃(除嘉黎外，P<0.01)和0.23～0.72 ℃，其中TNn升幅較大，中西部牧區(qū)在0.35 ℃·10 a-1以上(P<0.01)。

近50年牧草生長季的DTR在申扎和索縣表現(xiàn)出弱的增大趨勢(shì)，而其他4個(gè)站都呈現(xiàn)出變小趨勢(shì)，為-0.35～-0.14 ℃·10 a-1(P<0.05)，其中班戈減幅最大(圖2e)。牧草生長季長度(GSL)除在嘉黎為縮短趨勢(shì)(-1.06 d·10 a-1)外，其他各站都為延長趨勢(shì)，平均每10 a延長2.20～3.99 d，其中安多最大，為3.99 d·10 a-1(P<0.01)，其次是索縣，為3.94 d·10 a-1(P<0.01)(圖2f)。

牧草生長季的TX90p在嘉黎呈減少趨勢(shì)(-2.74 d·10 a-1)，班戈無變化，其他4個(gè)站以3.58～9.02 d·10 a-1的速度顯著增加(P<0.01)，其中那曲增幅最為明顯(圖2g)。TX10p在嘉黎略有增加，其余站點(diǎn)都表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，平均每10 a減少2.52～5.77 d，以那曲減少最為突出(圖2h)。牧草生長季的TN90p在藏北牧區(qū)都表現(xiàn)為增加趨勢(shì)(圖2i)，增幅為3.76～20.15 d·10 a-1，以中部的那曲和安多增幅最大，在18.0 d·10 a-1以上。而TX10p在各站點(diǎn)上都表現(xiàn)為一致的減少趨勢(shì)(圖2j)，為-11.21～-1.64 d·10 a-1，其中那曲減幅最大，其次是班戈，為-10.48 d·10 a-1，嘉黎最小。

2.3極端氣溫指數(shù)的突變分析

從極端氣溫指數(shù)M-K檢測(cè)結(jié)果可以看出，1961-2010年除TXn和TX90p沒有突變外，其他指數(shù)都有突變發(fā)生(圖3)。TXx突變時(shí)間較早，發(fā)生在1984年，而TNn和TNx分別在1993年和2003年出現(xiàn)升溫突變，升溫變率急劇增加。2003年是TN90p增加的突變點(diǎn)，而TX10p和TN10p分別在2005年和1998年出現(xiàn)了減少的突變點(diǎn)。GSL在2003年發(fā)生了突變，由偏短期突變?yōu)槠L期；在1996年的突變點(diǎn)之后，DTR明顯變小。總之，多數(shù)指數(shù)都在20世紀(jì)90年代以后有明顯的突變。

2.4極端氣溫變化對(duì)藏北地區(qū)草地畜牧業(yè)的影響

2.4.1極端氣溫指數(shù)與平均氣溫的相關(guān)分析 為了解藏北牧區(qū)牧草生長季極端氣溫指數(shù)變化與平均氣溫的關(guān)系，計(jì)算了生長季、年平均氣溫與各種極端氣溫指數(shù)的相關(guān)系數(shù)(表3)，可以看出，除TXn和DTR外，極端氣溫指數(shù)與平均氣溫相關(guān)性很高，相關(guān)系數(shù)大于0.37(P<0.01)，這表明極端氣溫對(duì)氣候變暖具有明顯的響應(yīng)。

2.4.2極端氣溫指數(shù)與畜牧業(yè)生產(chǎn) 青藏高原高寒氣候的變化規(guī)律決定了植物生長發(fā)育的節(jié)律，而植被生長狀況在很大程度上影響了牧業(yè)生產(chǎn)。那曲地區(qū)植被主要以草地為主，降水、溫度與植被呈正相關(guān)，即降水增多、溫度升高有利于牧草生長[20]。周刊社等[21]認(rèn)為那曲地區(qū)草地氣候生產(chǎn)潛力主要受溫度條件制約，氣溫高，氣候生產(chǎn)潛力也高，且近30年該區(qū)域草地氣候生產(chǎn)潛力呈顯著的增加趨勢(shì)。此外，卓嘎等[20]還認(rèn)為氣象要素(最高氣溫除外)總體上與那曲地區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益存在密切聯(lián)系。

圖2 藏北牧草生長季極端氣溫暖指數(shù)變化趨勢(shì)的空間分布(1961-2010年)Fig.2 Spatial distribution of linear trends for extreme temperature indices at grass growing season in Northern Tibet during 1961-2010

圖3 1961-2010年藏北牧草生長季各項(xiàng)極端氣溫指數(shù)的突變Fig.3 Sharp change of the extreme temperature indices at grass growing season in Northern during 1961-2010

表3 藏北牧區(qū)平均氣溫與極端氣溫指數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between annual mean air temperature and extreme air temperature indices in Northern Tibet

注:*和**分別表示在0.01和0.001水平上的相關(guān)顯著。

Note:* and ** correlation is significant at 0.01 and 0.001 level, respctively.

因此,藏北牧區(qū)平均氣溫呈顯著升高趨勢(shì)，極端氣溫暖指數(shù)升高、冷指數(shù)下降，尤其是生長季長度的延長，有利于牧草的生長和畜牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

3 討論與結(jié)論

受全球氣候變暖的影響，世界各地極端氣溫發(fā)生了顯著變化[1-6]，在西藏極端氣溫也出現(xiàn)了明顯的變化[8-10]。本研究利用西藏自治區(qū)那曲地區(qū)6個(gè)氣象觀測(cè)站，分析了近50年(1961-2010年)藏北牧區(qū)牧草生長季極端氣溫的時(shí)空變化，同樣發(fā)現(xiàn)極端氣溫有明顯的變化，如TXx、TXn在藏北絕大多數(shù)站點(diǎn)上表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，而TNx和TNn在藏北都呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。DTR以-0.17 ℃·10 a-1的速度顯著變小，GSL以1.8 d·10 a-1的速度明顯延長。牧草生長季的TX90p和TN90p顯著增加，尤其是近30年TN90p升幅更明顯，達(dá)23.03 d·10 a-1；而TX10p和TN10p呈顯著減少趨勢(shì)。

藏北牧草生長季極端氣溫暖指數(shù)升高、冷指數(shù)下降，尤其是生長季長度的延長，有利于牧草的生長和畜牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。但近年來藏北西部草畜不平衡，草地退化嚴(yán)重[22]，張核真等[23]研究發(fā)現(xiàn)近年來藏北牲畜存欄總數(shù)顯著增多，特別是山羊數(shù)量，以每10 a近1.5×105只的數(shù)量激增。山羊是對(duì)草地破壞最嚴(yán)重的畜種，在秋冬季節(jié)刨食草根，對(duì)草地植被造成破壞。因此，在氣候變暖背景下，合理調(diào)整畜種結(jié)構(gòu)，有效控制牲畜數(shù)量，尤其是山羊數(shù)量，對(duì)遏制藏北西部草地退化具有十分重要的意義。

王瓊等[24]全面討論了影響極端氣溫變化的原因，認(rèn)為除了與海拔高度、地形狀況和熱島效應(yīng)有密切關(guān)系外，大尺度的大氣環(huán)流對(duì)極端氣溫的變化也會(huì)產(chǎn)生至關(guān)重要的作用。另外，地表覆蓋的變化、人類溫室氣體的排放以及云量的變化都與極端氣溫有著密切的關(guān)系。由于藏北牧區(qū)人類活動(dòng)很少，無工業(yè)，熱島效應(yīng)、溫室氣體排放對(duì)極端氣溫變化的影響甚微，主要還是與海拔高度、地形狀況以及大氣環(huán)流等有密切關(guān)系，但這些因素是如何影響極端氣溫的變化還需進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

VariationcharacteristicsofextremetemperatureeventsatgrassgrowingseasoninNorthernTibetfrom1961to2010

DU Jun1,2, ZHOU Kan-she2, YUAN Lei2, JIAN Jun3

(1.Institute of Plateau Meteorology, China Meteorological Administration, Chengdu 610071, China;2.Tibet Climatic Center, Lhasa 850001, China;3.Shannan Meteorological Service of Tibet, Tesdang 856000, China)

Based on the daily maximum and minimum temperature data from 6 meteorological stations in Northern Tibet from 1961 to 2010, the temporal and spatial variation characteristics of extreme temperature events at grass growing season were analyzed using the ten indices of extreme temperature.The methods of a 10-year smoothing average, linear regression, correlation analysis, and a Mann-Kendall model test were employed to reveal the rate of change, statistical significance of the trends, and mutation points of extreme temperature indices.The analysis showed that maximum value of daily maximum temperature (TXx), minimum value of daily maximum temperature (TXn), minimum value of daily minimum temperature (TNn) and maximum value of daily minimum temperature (TNx) significantly increased at grass growing season during recent 50 years with the maximum TNn increasing rate at 0.40 ℃·10 a-1.Diurnal temperature range (DTR) significantly decreased at a rate of -0.17 ℃·10 a-1whereas the length of growing season (GSL) significantly increased with a rate of 1.81 d·10 a-1.The numbers of warm days (TX90p) and warm nights (TN90p) significantly increased with a rate of 4.11 and 11.81 d·10 a-1, respectively(P<0.01).Furthermore, the number of TN90p significantly increased with a rate of 23.03 d·10 a-1during 1981-2010.The numbers of cool days (TX10p) and cold nights (TN10p) significantly decreased with a rate of -3.33 and -6.69 d·10 a-1, respectively(P<0.01).In terms of decadal variations, the warm indices (TNx, TX90p,TN90p and GSL) increased while the cold indices(TX10p and TN10p)and DTR decreased.It was also found that the mutation of the TXx was in 1984, the other extreme temperature indices (TNn, TNx, TX10p, TN90p, TN10p, DTR and GSL) occurred after the 1900s, but no mutation occurred for TXn and TX90p.Extreme temperature indices suggested that the climate change was beneficial for grass growing in Northern Tibet．

extreme temperature indices; temporal and spatial variation; Northern Tibet

DU Jun E-mail:dujun0891@163.com

2014-01-29 接受日期：2014-05-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41165011)；西藏自治區(qū)氣象局科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基金(XZQX201302)

杜軍(1969-),男,貴州綏陽人,正研高工,學(xué)士,主要從事青藏高原氣候變化和農(nóng)業(yè)氣候研究。 E-mail:dujun0891@163.com

S812.1

：A

：1001-0629(2014)11-2026-08

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0054