麗江極端氣候指數(shù)的長期變化特征分析

王新博 王龍 楊榮贊

摘 要：利用麗江氣象站的1960—2014年逐日降水和氣溫資料，計(jì)算出13個極端氣候指數(shù)，采用線性趨勢估計(jì)法、累積距平法、M-K檢驗(yàn)法和Pettitt等方法來對極端氣候指數(shù)的趨勢和突變進(jìn)行分析，結(jié)果表明：氣溫類極端氣候指數(shù)中熱持續(xù)天數(shù)、夏日日數(shù)、暖夜和暖日指數(shù)存在顯著增加趨勢、霜凍日數(shù)存在顯著減少（α=0.05），近54a來增溫明顯。極端降水指數(shù)中，連續(xù)濕潤日數(shù)、濕天降水總量顯著減少，大雨天數(shù)和干旱日數(shù)顯著增加，降水趨于集中，干旱風(fēng)險增加。除熱持續(xù)日數(shù)、冷持續(xù)數(shù)、降水強(qiáng)度和干旱日數(shù)外，其余極端氣候指數(shù)均通過了顯著性突變檢驗(yàn)，突變期主要集中于2003—2008年時段，而極端降水指數(shù)突變期則集中于1974—1984年時段。總體來看，極端氣候指數(shù)在一定程度上揭示了麗江地區(qū)暖干化變化趨勢。

關(guān)鍵詞：麗江；極端氣候指數(shù)；變化趨勢；累積距平法

中圖分類號：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415059

基金項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)云南旱災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)研究（項(xiàng)目編號：201001044）；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2014FD022、2015FD021）

*為本文通訊作者 近百年來，全球的氣候變化有著顯著變暖的趨勢[1]，在全球氣候變暖背景下，我國極端氣候事件發(fā)生的頻率也在明顯的增多[2-4]，極端氣候事件對社會經(jīng)濟(jì)造成了一定的影響[5]，也受到國內(nèi)外學(xué)者越來越多的關(guān)注；如高濤，謝立安[6]對中國近五十年來極端降水事件的研究表明，發(fā)現(xiàn)在全球變暖背景下極端降水事件的頻率和強(qiáng)度均由升高的趨勢但存在明顯的區(qū)域差異；Mohammad M. Sohrabi等通過計(jì)算27個愛達(dá)荷州的氣候指數(shù)對氣候極端性和變異性對農(nóng)業(yè)和區(qū)域水資源的影響做了研究；閆慧敏，劉紀(jì)遠(yuǎn)[7]等人對通過運(yùn)用46個國家級氣象站點(diǎn)的日值記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算與植被生長的水熱條件及寒害災(zāi)害直接相關(guān)的極端氣候指數(shù)，綜合對過去50年來內(nèi)蒙古溫度和降水氣候事件的時空演變特征進(jìn)行了分析。

麗江市位于云南省西北部云貴高原與青藏高原的銜接地段，屬低緯暖溫帶高原山地季風(fēng)氣候。干濕季節(jié)分明，災(zāi)害性天氣較多，年溫差小而晝夜溫差大，兼具有海洋性氣候和大陸性氣候特征。年平均氣溫12.6～19.9℃之間，全年無霜期為191～310d；年均降雨量為910～1040mm，雨季集中在6—9月；年日照時數(shù)在2321～2554h，分布有青藏高原最南端也是歐亞大陸距離赤道最近的海洋型冰川區(qū)，是我國著名的景區(qū)之一，分析其極端氣候指數(shù)長期變化具有重要意義。本文利用線性趨勢估計(jì)法[8-9]、累積距平法[10]、Mann-Kendall法分析麗江的極端降水和極端溫度的長期變化趨勢，同時利用Mann-Kendall[11]（簡稱M-K）法與佩蒂特方法[12]（Pettitt）對麗江極端降水、極端氣溫變化趨勢進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

選用1960-2014年麗江站點(diǎn)54a的逐日氣象資料（逐日降水、最高和最低溫度），采用RclimDex計(jì)算得到各類極端溫度指數(shù)與極端降水指數(shù)。逐日氣象資料來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，并且對逐日數(shù)據(jù)進(jìn)行了質(zhì)量控制。本文選取了13個計(jì)算得到的極端氣候指數(shù)來反映不同方面的變化，其中選取5個極端降水指數(shù)和8個極端氣溫指數(shù)，各類指數(shù)及其定義見表1。

1.2 研究方法

時間序列的趨勢變化采用線性趨勢估計(jì)、累積距平和Mann-Kendall進(jìn)行分析；突變分析本文采用Mann-Kendall檢驗(yàn)法和Pettitt法相結(jié)合的方法來進(jìn)行檢驗(yàn)分析。其中，Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法是一種被廣泛使用的非參數(shù)檢驗(yàn)法，被廣泛的應(yīng)用于氣溫、徑流和降水等要素的時間序列變化趨勢的分析，Pettitt法是一種與M-K檢驗(yàn)法相似的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，Pettitt檢驗(yàn)法可以直觀的看出突變，因此，采用M-K檢驗(yàn)法結(jié)合Pettitt檢驗(yàn)的方法比較有利于提高檢測的合理性。各類檢測方法計(jì)算過程詳見文獻(xiàn)[13]。

2 結(jié)果分析

2.1 極端氣溫指數(shù)年際變化趨勢以及突變情況

由表2可以看到WSDI（暖持續(xù)日數(shù)）的線性傾向率為3.106d/10a，呈明顯的上升趨勢。由圖1a為WSDI（暖持續(xù)日數(shù)）1960—2014年的累積距平圖，可以看到從1960—1998年間WSDI以負(fù)距平占主導(dǎo)地位，累積距平線呈現(xiàn)下降的趨勢，說明這一期間的暖持續(xù)日數(shù)相對其多年平均值偏少。1998—2014年間，正距平占主導(dǎo)，累積距平呈上升趨勢，說明這一時段暖持續(xù)日數(shù)相對其多年平均值偏多，WSDI由1998年由偏少轉(zhuǎn)變?yōu)槠啵?998年也即為可能為突變年；由圖1b可以看出CSDI（冷持續(xù)日數(shù)）在1960—1965年期間負(fù)距平占主導(dǎo)，累積距平線呈下降的趨勢，說明冷持續(xù)日數(shù)在這一期間偏少，1966—1979年正距平占主導(dǎo)，累積距平線上升，冷持續(xù)日數(shù)屬于偏多期，隨后1979—1994年負(fù)距平占主導(dǎo)，累積距平線下降，冷持續(xù)日數(shù)屬于偏少的階段，且在1994年后偏少轉(zhuǎn)為偏多，在1998年后又出現(xiàn)偏少的階段，總體線性傾向率為-0.366d/10a，呈不明顯的下降趨勢。

從表2可知SU25（夏日日數(shù)） 與FD0（霜凍日數(shù)）呈相反的變化趨勢，線性傾向率分別為2.644d/10a和-2.633d/10a，變化幅度大致相同。從圖1c可以看出SU25（夏日日數(shù)）在21世紀(jì)之前屬于偏少期，表現(xiàn)在負(fù)距平，之后夏日日數(shù)明顯增多，進(jìn)入偏多期；在圖1d中顯示出在20世紀(jì)90年代之前FD0（霜凍日數(shù)）正距平占主導(dǎo)，屬于霜凍日數(shù)偏多期，在90年代后，累積距平線下降，霜凍日數(shù)出現(xiàn)偏少的階段，在21世紀(jì)后區(qū)域穩(wěn)定。

TN90（暖夜指數(shù)）和TX90（暖日指數(shù)）都有呈現(xiàn)上升的趨勢，氣候傾向率分別為2.496和1.889（表2得知），2個指數(shù)在變化趨勢上也大體呈現(xiàn)相同的趨勢，TN90在20世紀(jì)70年代以前屬于平穩(wěn)的波動期，在80、90年代屬于偏少期，負(fù)距平占主導(dǎo)，累積距平線下降，在21世紀(jì)后正距平占主導(dǎo)，暖夜指數(shù)明顯偏多；TX90變化的趨勢與TN90大體相同，在2005年之前，負(fù)距平一直占主導(dǎo)，暖日指數(shù)偏少，在2005年之后累積距平線上升，暖日指數(shù)偏多，總體呈現(xiàn)先偏少在偏多的“V”字趨勢；TN10（冷夜指數(shù)）和TX10（冷日指數(shù)）都呈現(xiàn)與之前暖夜和暖日指數(shù)相反的下降趨勢，下降幅度分別為0.967和0.407。TN10在20世紀(jì)70年代中期之前處于一個平穩(wěn)的波動期（圖1g），隨后到70年代末這一期間屬于冷夜指數(shù)偏多期，累積距平線明顯上升，到2008年這一期間累積距平線下降，負(fù)距平占主導(dǎo)，冷夜指數(shù)偏少，之后趨于平穩(wěn)；由圖1h看到冷日指數(shù)從1960—2008年期間正距平占主導(dǎo)，屬于偏多期，隨后在2008年

以后累積距平線下降，屬于偏少期。

WSDI的增幅（3.106d/10a）遠(yuǎn)大于CSDI的減幅（0.366d/10a），SU25的變化趨勢與FD0的變化趨勢大體相同。TN90增大的幅度（2.496）遠(yuǎn)大于TN10減少的幅度（0.967），TX90的增幅（1.889）遠(yuǎn)大于TX10的減幅（0.407），可以認(rèn)為麗江地區(qū)變暖趨勢主要受到WSDI（熱持續(xù)日數(shù)）、TN90（暖夜指數(shù)）和TX90（暖日指數(shù)）上升的影響。

在對極端氣溫指數(shù)進(jìn)行M-K檢驗(yàn)后，并進(jìn)行Pettitt進(jìn)行校核，結(jié)果見表2，除了WSDI和CSDI其余指數(shù)均通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明WSDI和CSDI并未發(fā)生顯著性突變，還可以觀察到通過顯著性檢驗(yàn)的極端氣溫指數(shù)大多在21世紀(jì)初發(fā)生突變。

2.2 極端降水指數(shù)年際變化趨勢以及突變情況

CDD（連續(xù)干旱日數(shù)）、SDII（降雨強(qiáng)度）和R20（大雨水天數(shù)）都在呈不同幅度的上升趨勢（表3），余下CWD（連續(xù)濕潤日數(shù)）與PRCPTOT（濕天降水總量）呈下降的趨勢，濕天降水總量減少但降水強(qiáng)度和大雨水天數(shù)在增大，說明降水較集中密集。

由圖2a可知，1960-1966年間CDD負(fù)距平占主導(dǎo)，這一時期干旱日數(shù)偏少，之后1967-1976年，正距平占主導(dǎo)，累積距平線上升，干旱日數(shù)處于偏多的階段，1977-2009年，負(fù)距平占絕對優(yōu)勢，干旱日數(shù)偏少，到2014年，累積距平線上升，干旱日數(shù)又在偏多；從圖2b看到，1997年前CWD正距平占絕對優(yōu)勢，此后負(fù)距平占主導(dǎo)位置，連續(xù)濕潤日數(shù)處于偏少期。

SDII從1960-1986年降雨強(qiáng)度處于相對其平均值偏少期，負(fù)距平為主，累積距平線呈下降的趨勢，一直到1997年，這期間屬于波動變化期，從1997年后累積距平線開始上升，正距平占主導(dǎo)，降雨強(qiáng)度相對其偏多；PRCPTOT在1960—1966年期間屬于降水總量偏多期，到1988年負(fù)距平占絕對優(yōu)勢，屬于偏少期，1988—2004年累積距平線上升，此后又下降，由偏多轉(zhuǎn)變?yōu)槠?；由圖2e看出，R20在1960—1966年期間正距平占主導(dǎo)地位，大雨天數(shù)偏多，隨后是一個波動變化期，隨后到1985年之前處于偏少期，1986—2007年期間正距平占主導(dǎo)位置，累積距平線上升，隨后又稍有下降，由大雨水天數(shù)偏多轉(zhuǎn)變?yōu)槠佟?/p>

在極端降雨指數(shù)的M-K突變檢驗(yàn)中，只有SDII沒有通過顯著性檢驗(yàn)，所以SDII沒有發(fā)生顯著性的突變，CWD1997年發(fā)生突變與圖2b中累積距平線1997年屬于最高點(diǎn)相吻合，極端降水指數(shù)大多突變都發(fā)生在20世紀(jì)70年代以后。

3 結(jié)論

通過對麗江地區(qū)1960-2014年近54a的極端氣候指數(shù)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。

在麗江地區(qū)中的極端氣溫指數(shù)中，WSDI、SU25、TX90和TN90趨勢的顯著上升說明近54a來麗江地區(qū)呈現(xiàn)出升溫的趨勢，由CSDI、TX10和TN10的降低表明了極端冷事件在減少，F(xiàn)D0的下降，說明了霜凍災(zāi)害的情況在降低。WSDI的增幅遠(yuǎn)大于CSDI的減幅，SU25的變化趨勢與FD0的變化趨勢大體相同。TN90增大的幅度遠(yuǎn)大于TN10減少的幅度，TX90的增幅遠(yuǎn)大于TX10的減幅，麗江地區(qū)變暖趨勢主要受到WSDI（熱持續(xù)日數(shù)）、TN90（暖夜指數(shù)）和TX90（暖日指數(shù)）上升的影響。

極端降水指數(shù)變化趨勢分析表明：CDD的上升趨勢、CWD和PCRPTOT的下降趨勢說明干旱事件頻發(fā)，干旱風(fēng)險存在增大可能，同時，總降水量在減少而降水強(qiáng)度和大雨水天數(shù)在增加，說明降水集中程度的增加。

極端氣溫指數(shù)中WSDI和CSDI突變檢測未通過顯著性檢驗(yàn)，說明WSDI和CSDI并未發(fā)生顯著性突變，其余極端氣溫指數(shù)通過突變顯著性檢驗(yàn)，突變期主要集中于2003-2008時段。極端降水指數(shù)中，除SDII和CDD外，其余極端降水指數(shù)均通過顯著性檢驗(yàn)，突變大多發(fā)生于20世紀(jì)70年代后時段。

綜上所述，極端氣溫指數(shù)和極端指數(shù)的變化趨勢說明麗江存在暖干化可能。增溫效應(yīng)會可能增加作物的產(chǎn)量提高，但主要作物的生長期則可能縮短，對物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量有不利影響。同時，熱量資源增加對作物生長發(fā)育的影響很大程度上受降水變化的制約，近54a降水總量下降、集中程度的增加，導(dǎo)致的季節(jié)性干旱風(fēng)險則對農(nóng)作物的生長產(chǎn)生不利影響[14]，增大了防災(zāi)減災(zāi)壓力。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞方圓. 近50年東北地區(qū)氣候變化及其對河川徑流和泥沙的影響研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011.

[2] 薄燕，高翔.原則與規(guī)則：全球氣候變化治理機(jī)制的變遷[J].世界經(jīng)濟(jì)與政治，2014（02）：48-65，156-157.

[3] 封珊，徐長樂.全球氣候變化及其對人類社會經(jīng)濟(jì)影響研究綜述[J].中國人口·資源與環(huán)境，2014，24（02）：6-10.

[4] 高濤，謝立安.近50年來中國極端降水趨勢與物理成因研究綜述[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（05）：577-589.

[5] 閆慧敏，陳偉娜，楊方興，劉紀(jì)遠(yuǎn)，胡云鋒，冀詠贊.過去50年內(nèi)蒙古極端氣候事件時空格局特征[J].地理研究，2014，33（01）：13-22.

[6] 段娜，楊貴羽，游進(jìn)軍.五指山市近60年降雨量時空演變規(guī)律分析[J/OL].南水北調(diào)與水利科技：1-12[2018-09-17].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/13.1334.TV.20180725.1148.008.html.

[7] 王振平，汪小欽，林敬蘭，陳善沐.1982—2014年汀江流域長汀段水沙演變規(guī)律分析[J].長江科學(xué)院院報，2018，35（02）：8-12，50.

[8] 周喚喚，郭威.蕪湖市1971-2015年降水變化趨勢及突變性分析[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，30（01）：5-10.

[9] 廖晶晶，張鳳鳴.葫蘆島市近48年日照變化及突變分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，59（01）：106-109.

[10] 畢雪麗，張發(fā)旺，時堅(jiān)，許琦.河池市近56年來氣候變化特征[J].南水北調(diào)與水利科技，2016，14（02）：105-110.

[11] 王心睿，楊倩文，劉登峰，黃強(qiáng)，孟憲萌.陜北荒漠區(qū)降水量演變規(guī)律研究[J].水資源與水工程學(xué)報，2015，26（06）：66-70，76.

[12] 張強(qiáng)，姚玉璧，李耀輝，等.中國西北地區(qū)干旱氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與減災(zāi)技術(shù)研究進(jìn)展及其展望[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2015，30（02）：196-213.

[13] 張亞寧，張明軍，王圣杰，杜銘霞，周蘇娥.氣候變化對河西走廊主要農(nóng)作物的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2017，26（08）：1325-1335.

[14] 牟群.淺談氣溫升高對高寒地區(qū)農(nóng)作物栽培的影響[J].生物技術(shù)世界，2013（06）：29.