雅礱江流域1961-2018年極端氣候時(shí)空演變研究

楊 晨，董曉華，董立俊，秦興隔，王雅琳，馬耀明

（1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；3.水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430072；4.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所青藏高原地球系統(tǒng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地氣作用與氣候效應(yīng)團(tuán)隊(duì)，北京 100101；5.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049；6.蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；7.西藏珠穆朗瑪特殊大氣過(guò)程與環(huán)境變化國(guó)家野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站，西藏 定日 858200；8.中國(guó)科學(xué)院加德滿(mǎn)都科教中心，北京 100101；9.中國(guó)科學(xué)院中國(guó)-巴基斯坦地球科學(xué)研究中心，伊斯蘭堡 45320）

0 引 言

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）在第六次報(bào)告指出，自1950年以來(lái)，因溫室氣體排放而持續(xù)上升的全球氣溫引起極端氣候中的極端高溫持續(xù)增加、頻率加強(qiáng)，極端低溫持續(xù)下降、頻率減弱，極端降水也變得更強(qiáng)、更頻繁［1］。但極端氣溫、極端降水等極端氣候事件引起的災(zāi)害也威脅著人類(lèi)的生存，給人類(lèi)生活、工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境都造成了巨大的損失。極端氣候事件是在指定時(shí)間段內(nèi)嚴(yán)重偏離平均狀態(tài)，極少發(fā)生或不常發(fā)生的氣候要素值［2，3］，極端氣候指數(shù)是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理將極端氣候事件定量表示。為了更好的了解極端氣候的變化趨勢(shì)以及影響范圍，對(duì)極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)空演變研究具有重要意義。

目前，極端氣候變化已成為國(guó)際熱點(diǎn)話(huà)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)極端氣候變化也展開(kāi)了深入研究。肖薇薇［4］以陜西省安康市為研究對(duì)象，對(duì)19 個(gè)極端氣候指數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，發(fā)現(xiàn)陜西省安康市的極端氣溫趨于變暖，極端降水也顯著增加；劉玄［5］以山東省內(nèi)陸及沿海區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)16個(gè)極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)山東省內(nèi)陸及沿海區(qū)的極端氣溫都趨于變暖，且內(nèi)陸與沿海的極端氣溫指數(shù)表現(xiàn)出較好的一致性，沿海區(qū)域極端降水上升趨勢(shì)大于內(nèi)陸區(qū)域；雅茹［6］以?xún)?nèi)蒙古自治區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)14 個(gè)極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古自治區(qū)的極端氣溫夜間增加幅度大于晝間，極端降水卻顯著下降；曹祥會(huì)［7］以河北省為研究對(duì)象，對(duì)12 個(gè)極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)河北省的極端氣溫溫度趨于上升，極端降水卻顯著下降，具有干暖化傾向；Kalyan［8］以印度北部戈馬蒂河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)16個(gè)極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)印度北部戈馬蒂河流域的極端氣溫溫度趨于上升，極端降水卻顯著下降；Lucas［9］以巴西亞馬遜地區(qū)的辛古河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)22個(gè)極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)極端氣溫在流域中北部溫度趨于下降而在中南部趨于上升，極端降水在中部和南部呈下降趨勢(shì)，而北部增加。上述對(duì)少數(shù)極端氣候指數(shù)的研究表明，極端氣候在時(shí)空上存在顯著差異，不同的區(qū)域、不同的極端氣候指數(shù)的變化趨勢(shì)也存在差異性；較少學(xué)者對(duì)特定區(qū)域全部的極端氣候指數(shù)變化情況進(jìn)行研究。

雅礱江流域是我國(guó)重要的水電能源基地之一。流域水量豐沛，水力資源豐富，擁有約3 000萬(wàn)kW 的總裝機(jī)容量，年發(fā)電量約達(dá)到1 500 億kWh，是實(shí)施“西電東輸”、“西部大開(kāi)發(fā)”等戰(zhàn)略的重要能源基地［10］。流域大部分位于青藏高原，其氣候受全球氣候變化影響顯著，流域極端降水變化極可能引起極端水文事件發(fā)生，影響水電工程的運(yùn)行，流域極端氣溫變化也會(huì)同時(shí)影響生態(tài)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，但目前對(duì)該流域的研究集中于氣候變化以及土地利用等對(duì)水文生態(tài)的影響［11-13］，因此，研究對(duì)雅礱江流域26 個(gè)極端氣候指數(shù)的時(shí)間變化以及空間分布規(guī)律進(jìn)行研究，以為后續(xù)雅礱江流域水資源開(kāi)發(fā)、極端氣候引起的自然災(zāi)害防治等提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

雅礱江發(fā)源于青海省巴顏喀拉山南部，是高山峽谷型河流。雅礱江流域地處青藏高原東部，四川西側(cè)，流域面積約13.6 萬(wàn)km2，南北緯度跨度大，地勢(shì)復(fù)雜、高差起伏劇烈，南北地勢(shì)高差最大可達(dá)5 071 m，流域地形多為高山、高原和峽谷。流域氣候?qū)儆诟咴吆畾夂?，且受西南季風(fēng)和高空西風(fēng)大氣環(huán)流的影響，流域氣候由南向北的變化和差異較大。流域北部屬干冷的大陸氣候，日照強(qiáng)，冬季漫長(zhǎng)，四季區(qū)分不明顯，但干濕期區(qū)分較為明顯，平均氣溫在0 ℃左右，極端低溫在-35 ℃以下，全年均可降雪，徑流補(bǔ)給多為冰雪融水；中南部為亞熱帶氣候，氣候垂直變化劇烈，氣溫隨地勢(shì)高度的升高而下降，降水強(qiáng)度大于西部和北部，且徑流補(bǔ)給多為降雨。雅礱江流域的流域概況如圖1所示。

圖1 雅礱江流域流域概況圖Fig.1 Overview of Yalong River Basin

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)采用中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：∕∕data.cma.cn∕）提供的1961-2018年雅礱江流域內(nèi)及周?chē)Y料完整性較好的13個(gè)國(guó)家基本氣象站的日降水、日最高氣溫、日最低氣溫和日平均氣溫的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)（缺測(cè)數(shù)據(jù)采用線(xiàn)性?xún)?nèi)插法插補(bǔ)）。極端氣候指數(shù)選自世界氣象組織氣候變化監(jiān)測(cè)與極端氣候事件指標(biāo)專(zhuān)家組（Expert Team on Climate Change Detection and Indices，ETCCDI）確定的極端氣候指標(biāo)［14］。這些指數(shù)具有計(jì)算概念清晰、普適性強(qiáng)、弱極端性、噪聲低和顯著性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以全方位描述極端氣溫和降水事件的強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間等屬性［15-18］。由于自定義雨級(jí)日數(shù)（Rnn）具有一定的主觀(guān)性，因此本文選擇16 個(gè)極端氣溫指數(shù)和10 個(gè)極端降水指數(shù)全方位的研究雅礱江流域極端氣候的變化情況，其中16個(gè)極端溫度指數(shù)如表1，10個(gè)極端降水指數(shù)如表2所示。

表1 極端氣溫指數(shù)定義Tab.1 Definition of extreme temperature index

表2 極端降水指數(shù)定義Tab.2 Definition of extreme precipitation index

1.3 研究方法

依據(jù)極端氣候指數(shù)定義，根據(jù)1961-2018年雅礱江流域13個(gè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)計(jì)算得到26 個(gè)極端氣候指數(shù)。采用線(xiàn)性擬合［19］分析該流域極端氣候指數(shù)在58年間的持續(xù)變化趨勢(shì)，采用Sen’s斜率估計(jì)法［20］分析該流域極端氣候指數(shù)在58年間年際變化中值幅度的大小，兩者相結(jié)合也可以進(jìn)一步驗(yàn)證其變化趨勢(shì)；采用Mann-Kendall（MK）突變檢驗(yàn)［21］和Pettitt 檢驗(yàn)法［22］，結(jié)合兩種計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)，將兩個(gè)檢驗(yàn)都達(dá)到顯著性水平且相差不超過(guò)兩年的年份，確定為極端氣候指數(shù)序列發(fā)生顯著性突變的年份；對(duì)極端氣候指數(shù)進(jìn)行空間插值時(shí)，先將氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行插值會(huì)減弱氣候指數(shù)的極端性，ArcGIS 軟件中的反距離權(quán)重空間插值法（Inverse Distance Weighted，IDW）［23］是依據(jù)各站點(diǎn)間距離的遠(yuǎn)近，賦以不同的權(quán)重對(duì)流域數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，因此基于流域各個(gè)站點(diǎn)的極端氣候指數(shù)，對(duì)整個(gè)流域的極端氣候指數(shù)進(jìn)行空間插值，不會(huì)影響各站點(diǎn)自身極端氣候指數(shù)的大小，在此基礎(chǔ)上研究極端氣候指數(shù)在全流域的空間變化情況，可以得到不同時(shí)間段極端氣候指數(shù)的變化情況，以及不同區(qū)域極端氣候指數(shù)的分布狀況。

2 結(jié)果與分析

2.1 極端氣溫指數(shù)時(shí)空變化情況

2.1.1 時(shí)間變化分析

利用線(xiàn)性擬合、Sen’s 斜率估計(jì)法對(duì)雅礱江流域的極端氣溫指數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，得到1961-2018年流域極端氣溫指數(shù)的線(xiàn)性斜率和Sen’s 斜率如圖2所示。圖2表明流域極端氣溫的變化趨勢(shì)不是很明顯。其中變化最顯著的是木里站的生長(zhǎng)期長(zhǎng)度（GSL）上升斜率超過(guò)1.5 d∕a，夏天日數(shù)（SU）上升斜率超過(guò)1 d∕a，霜凍日數(shù)（FD）下降斜率也超過(guò)1.5 d∕a，其余極端氣溫指數(shù)的變化斜率均低于1 d∕a或1 ℃∕a。整個(gè)流域的極端氣溫指數(shù)都趨于變暖，最高最低氣溫都在上升，高溫日數(shù)增多，低溫日數(shù)減少，暖日持續(xù)時(shí)間也處于上升狀態(tài)。

圖2 雅礱江流域極端氣溫指數(shù)年際斜率熱點(diǎn)圖Fig.2 Hot spot map of interannual slope of extreme temperature index in Yalong River basin

其中代表極端氣溫強(qiáng)度的指數(shù)除鹽源站的最高氣溫（TXx）、最高氣溫極小值（TXn）、越西和昭覺(jué)站最低氣溫極大值（TNx），越西站最低氣溫（TNn）呈下降趨勢(shì)外，這些指數(shù)在其他站點(diǎn)都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但上升斜率均低于0.5 ℃∕a；平均溫差（DTR）在整個(gè)流域有7 個(gè)站點(diǎn)呈下降趨勢(shì)，上升和下降的幅度均低于0.5 ℃∕a。

代表極端氣溫頻率的指數(shù)中，結(jié)冰日數(shù)（ID）和霜凍日數(shù)（FD）以及夏天日數(shù)（SU）在單個(gè)站點(diǎn)不同指數(shù)間的差異最大，其中木里站的霜凍日數(shù)下降斜率最大，高達(dá)1.87 d∕a，同時(shí)木里站的夏天日數(shù)上升斜率最大，高達(dá)1.47 d∕a。

代表極端氣溫持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的指數(shù)中，暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）和冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）的變化趨勢(shì)不明顯，木里站的生長(zhǎng)期長(zhǎng)度（GSL）呈顯著上升趨勢(shì)，上升斜率為1.69 d∕a；木里和鹽源站的暖日持續(xù)日數(shù)呈下降趨勢(shì)，其他站點(diǎn)則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，道孚、康定、木里、九龍以及西昌站的冷日持續(xù)日數(shù)呈上升趨勢(shì)，其他站點(diǎn)則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且斜率均低于0.5 d∕a。

利用Pettitt 檢驗(yàn)和MK 檢驗(yàn)法對(duì)雅礱江流域的極端氣溫指數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)，得到1961-2018年流域極端氣溫指數(shù)的突變年份如表3所示。研究表明雅礱江流域極端氣溫指數(shù)在1961-2018年間發(fā)生突變的現(xiàn)象存在顯著差異。代表極端氣溫強(qiáng)度的指數(shù)突變現(xiàn)象顯著；代表極端氣溫頻率的指數(shù)變化趨勢(shì)穩(wěn)定，突變現(xiàn)象不顯著且有些指數(shù)無(wú)突變現(xiàn)象發(fā)生；代表極端氣溫持續(xù)時(shí)間的指數(shù)只有生長(zhǎng)期長(zhǎng)度在全流域發(fā)生顯著突變。

表3 雅礱江流域極端氣溫指數(shù)Pettitt檢驗(yàn)和MK突變檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results of Pettitt test and MK mutation test of extreme temperature index in Yalong River Basin

其中代表極端氣溫強(qiáng)度的指數(shù)最高氣溫（TXx）在全流域都發(fā)生了顯著性突變，且突變年份都在2008年以后；最低氣溫極大值（TNx）除昭覺(jué)、鹽源以及西昌站，其他站點(diǎn)顯著性突變年份都在2000年以后；最高氣溫極小值（TXn）除石渠、色達(dá)以及鹽源站，最低氣溫（TNn）除清水河、越西站，其他站點(diǎn)顯著性年份都在2000年左右；平均溫差（DTR）除清水河站，其他站點(diǎn)顯著性突變年份都在1970-1990年以及2005-2018年之間。

代表極端氣溫頻率的指數(shù)結(jié)冰日數(shù)（ID）在清水河、石渠、甘孜、色達(dá)、康定以及昭覺(jué)站的顯著性突變年份都在1996-2014年之間；霜凍日數(shù)（FD）在1997年和1985年的鹽源、西昌站發(fā)生顯著性突變，其他站點(diǎn)顯著性突變年份都在2004年以后；夏天日數(shù)（SU）除清水河、石渠以及越西站以外，在1977年鹽源站發(fā)生顯著性突變，其他站點(diǎn)顯著性突變年份都在2005年以后。

代表極端氣溫持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的指數(shù)生長(zhǎng)期長(zhǎng)度（GSL）除色達(dá)、康定站，在1998年和1984年的新龍、西昌站發(fā)生顯著性突變，其他站點(diǎn)顯著性突變年份都在2000年以后；暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）在石渠、新龍、康定以及鹽源站的顯著性突變年份都在1980年左右；冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）在九龍、越西以及西昌站的顯著性突變年份分別為2011、1994和2005。

2.1.2 空間分布特征

利用反距離權(quán)重空間插值法（IDW）對(duì)1961-2018年雅礱江流域的極端氣溫指數(shù)按20年為一個(gè)時(shí)間尺度進(jìn)行空間插值，得到1961-1980年、1981-2000年和2001-2018年三個(gè)時(shí)間尺度的極端氣溫指數(shù)空間分布情況，如圖3所示。圖3表明雅礱江流域北部低溫達(dá)到極值，高溫在流域南部達(dá)到極值，整個(gè)流域氣溫由北向南升高，溫差也是北高南低，結(jié)冰和霜凍日數(shù)是北部最大，而夏天日數(shù)和生長(zhǎng)期長(zhǎng)度則南部最大。

在雅礱江流域代表極端氣溫強(qiáng)度的指數(shù)最高氣溫（TXx）由北向南、由西向東升高，清水河、石渠站的最高氣溫低于24 ℃［圖3（a）］，隨著時(shí)間推移高溫區(qū)域面積增大，西北部區(qū)域24 ℃以下的面積減少，中部、南部最高氣溫可達(dá)到32～36 ℃之間，西昌、越西站的最高氣溫可達(dá)到36 ℃以上。最高氣溫極小值（TXn）由北向南升高，越西站和南部最高氣溫極小值高于-2.4 ℃［圖3（b）］，隨著時(shí)間推移北部-21.6 ℃以下的面積增大，同時(shí)中部和南部超過(guò)-2.4 ℃的區(qū)域面積也增大。最低氣溫極大值（TNx）由北向中部、由南向中部升高，西昌站最低氣溫極大值高于23 ℃［圖3（c）］，隨著時(shí)間推移北部低溫區(qū)域面積減少，南部高溫區(qū)域面積增大。最低氣溫（TNn）由北向南，由西向東升高，越西、鹽源、西昌和木里站最低氣溫高于-11.6 ℃［圖3（d）］，隨著時(shí)間推移整個(gè)流域低溫面積都在減少，2000年后北部只有清水河站最低氣溫低于-37.4 ℃，中部以南最低氣溫不低于-20.2 ℃。平均溫差（DTR）由北向南、由西向東降低，新龍站的溫差高于16 ℃［圖3（e）］，隨著時(shí)間推移南部溫差減小，1980年前溫差分布在12～14 ℃，1981年后溫差減少到10～12 ℃，2000年后溫差在10～12 ℃和12～14 ℃的區(qū)域面積相等，其中新龍站的溫差一直處于最大。

代表極端氣溫頻率的指數(shù)結(jié)冰日數(shù)（ID）在北部最多，清水河站日數(shù)高達(dá)108 d 以上，中部和南部的日數(shù)都小于27 d［圖3（f）］，隨著時(shí)間推移只有北部呈現(xiàn)日數(shù)減小趨勢(shì)，2000年后只有清水河和石渠站的結(jié)冰日數(shù)處于54～108 d 之間。霜凍日數(shù)（FD）在北部最多，清水河、石渠和色達(dá)站日數(shù)高達(dá)245 d 以上，東南部日數(shù)最少，越西和西昌站日數(shù)都小于62 d［圖3（g）］，隨著時(shí)間推移鹽源和木里站減小至62 d 以下。熱夜日數(shù)（TR）只有西昌站高于6 d［圖3（h）］，且只有西昌站天數(shù)隨著時(shí)間在增加。冷晝?nèi)諗?shù)（TX10p）、冷夜日數(shù)（TN10p）、暖晝?nèi)諗?shù)（TX90p）和暖夜（TN90p）與其他指數(shù)不同［圖3（i）～（l）］，在整個(gè)流域天數(shù)只相差1 d，從而可以認(rèn)為這4 個(gè)指數(shù)在時(shí)空上沒(méi)有顯著變化。夏天日數(shù)（SU）在北部小于34 d，中部和南部都大于34 d［圖3（m）］，隨著時(shí)間推移中南部夏天日數(shù)增多，2000年后夏天日數(shù)增加的區(qū)域面積更大，昭覺(jué)、鹽源和木里站夏天日數(shù)由平均51 d增加到平均85 d，且影響區(qū)域面積也有所增加。

代表極端氣溫持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的指數(shù)生長(zhǎng)期長(zhǎng)度（GSL）由北向南、由西向東升高［圖3（n）］，隨著時(shí)間推移北部區(qū)域日數(shù)和南部區(qū)域日數(shù)都增多，木里站日數(shù)增多到296 d 以上。暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）由北向中部、由南向中部升高［圖3（o）］，隨著時(shí)間推移北部增加幅度大于南部，北部12 d 以上暖日的面積增多，中部暖日日數(shù)可達(dá)到6 d以上，其中新龍和康定站在1981-2000年暖日日數(shù)增加最大。冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）由北向南升高［圖3（p）］，隨著時(shí)間推移整個(gè)流域日數(shù)減少，8～10 d 的區(qū)域面積增大，其中昭覺(jué)站日數(shù)減少最大。

圖3 雅礱江流域極端氣溫時(shí)空分布圖Fig.3 Temporal and spatial distribution of extreme temperature in the Yalong River basin

2.2 極端降水指數(shù)時(shí)空變化情況

2.2.1 時(shí)間變化分析

利用線(xiàn)性擬合、Sen’s 斜率估計(jì)法對(duì)雅礱江流域的極端降水指數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，得到1961-2018年流域極端降水指數(shù)的線(xiàn)性斜率和Sen’s 斜率如圖4所示。圖4表明流域極端降水指數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中年降水量（PRCPTOT）和強(qiáng)降水量（R95p）在整個(gè)流域上升幅度最大，清水河站的持續(xù)干期（CDD）下降幅度最大都達(dá)到了-2.69 mm∕a。

圖4 雅礱江流域極端降水指數(shù)年際斜率熱點(diǎn)圖Fig.4 Hot spot map of interannual slope of extreme precipitation index in Yalong River basin

其中代表極端降水強(qiáng)度的指數(shù)年降水量（PRCPTOT）除了在木里和鹽源站，其他站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，清水河站的上升幅度最大，上升斜率為6.54 mm∕a。強(qiáng)降水量（R95p）除了在鹽源站，其他站點(diǎn)也呈上升趨勢(shì)，西昌站的上升幅度最大，上升斜率為1.81 mm∕a。降水強(qiáng)度（SDII）、日最大降水量（Rx1day）、5日最大降水量（Rx5day）、極強(qiáng)降水量（R99p）在整個(gè)流域呈上升趨勢(shì)，但上升斜率均低于0.5 mm∕a和0.5 mm∕（d·a）。

代表極端降水頻率的指數(shù)中雨日數(shù)（R10）和大雨日數(shù)（R20）除了在石渠、木里、昭覺(jué)和越西站呈下降趨勢(shì)，其他站點(diǎn)的中雨日數(shù)和大雨日數(shù)都呈上升趨勢(shì)，但上升斜率均低于0.5 d∕a。

代表極端降水持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的指數(shù)持續(xù)干期（CDD）在清水河站發(fā)生顯著的下降趨勢(shì)，下降斜率為-2.7 d∕a，但其他站點(diǎn)的持續(xù)干期和全流域的持續(xù)濕期（CWD）變化斜率均低于0.5 d∕a，且上升和下降的站點(diǎn)數(shù)量相同。

利用Pettitt 檢驗(yàn)和MK 檢驗(yàn)法對(duì)雅礱江流域的極端降水指數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)，得到1961-2018年流域極端降水指數(shù)的突變年份如表4所示。研究表明雅礱江流域極端降水指數(shù)在1961-2018年代表極端降水強(qiáng)度的指數(shù)發(fā)生突變的現(xiàn)象較為顯著，其他指數(shù)發(fā)生突變的現(xiàn)象不顯著，在整個(gè)流域只有6～7 個(gè)站點(diǎn)的極端降水指數(shù)發(fā)生顯著性突變，其中清水河、新龍、康定和西昌站發(fā)生顯著性突變的極端降水指數(shù)較多，其他站點(diǎn)發(fā)生顯著性突變的極端降水指數(shù)只有兩三個(gè)。

表4是流域極端降水指數(shù)突變年份表，其中代表極端降水強(qiáng)度的指數(shù)年降水量（PRCPTOT）除了石渠、木里、越西、昭覺(jué)和鹽源站，在其他站點(diǎn)都發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1997年和2005年以后。降水強(qiáng)度（SDII）在清水河、石渠、甘孜、新龍、康定、九龍和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在2012年和1990年左右。日最大降水量（Rx1day）在清水河、新龍、康定、木里、昭覺(jué)、鹽源和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1978年和1990年以后。5日最大降水量（Rx5day）在清水河、甘孜、康定、越西和鹽源站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1969、1979年和1995年以后。強(qiáng)降水量（R95p）在清水河、甘孜、新龍、康定、昭覺(jué)和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1982年和1995年以后。極強(qiáng)降水量（R99p）在清水河、色達(dá)、新龍、康定、昭覺(jué)和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1990年以后。

表4 雅礱江流域極端降水指數(shù)Pettitt檢驗(yàn)和MK突變檢驗(yàn)結(jié)果Tab.4 T est results of Pettitt test and MK mutation test of extreme precipitation index in Yalong River Basin

代表極端降水頻率的指數(shù)中雨日數(shù)（R10）在清水河、石渠、甘孜、道孚、新龍、康定和九龍站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1975 和1985年以后。大雨日數(shù)（R20）在康定、越西和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在2014、1982和1992年。

代表極端降水持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的指數(shù)持續(xù)干期（CDD）在清水河、石渠、道孚和新龍站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1993、2007、1989 和1996年。持續(xù)濕期（CWD）在清水河、道孚、新龍、木里、越西和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1970、1980、1984、1993和2007年。

2.2.2 空間分布特征

利用反距離權(quán)重空間插值法（IDW）對(duì)1961-2018年雅礱江流域的極端降水指數(shù)按20年為一個(gè)時(shí)間尺度進(jìn)行空間插值，得到1961-1980年、1981-2000年和2001-2018年3 個(gè)時(shí)間尺度的極端降水指數(shù)空間分布情況，如圖5所示。圖5表明雅礱江流域極端降水指數(shù)中除了持續(xù)干期，極端降水量、降水強(qiáng)度以及極端降水持續(xù)時(shí)間都是南部大于北部，且在東南部達(dá)到最大值。

在雅礱江流域代表極端降水強(qiáng)度的指數(shù)年降水量（PRCPTOT）由北部向中南部增多，清水河站的年降水量低于407 mm［圖5（a）］，隨著時(shí)間推移北部年降水量增多，在2000年后除清水河站年降水量都高于584 mm。降水強(qiáng)度（SDII）由北部向中南部增多，清水河、石渠站的降水強(qiáng)度最低，低于5.6 mm∕d［圖5（b）］，隨著時(shí)間推移清水河和石渠站降水強(qiáng)度由7.2 mm∕d 減弱至5.6 mm∕d，中南部則逐漸增強(qiáng)，其中西昌站降水強(qiáng)度最大，大于10.4 mm∕d。日最大降水量（Rx1day）由北向南，由西向東增多，1980年前日最大降水量不高于108 mm［圖5（c）］，隨著時(shí)間推移北部降水量增加，在2000年后只有清水河和甘孜站日最大降水量低于56 mm。5日最大降水量（Rx5day）由北向中南，由西向東增多，西昌站的5日最大降水量高于194 mm［圖5（d）］，隨著時(shí)間推移北部的5日最大降水量持續(xù)增加，而南部則持續(xù)減少，2000年后昭覺(jué)站達(dá)到194 mm 以上。極強(qiáng)降水量（R99p）由北向南，由西向東增多［圖5（e）］，1981年色達(dá)站極強(qiáng)降水量增加到96 mm 以上，九龍站則增加到127 mm 以上，2001年新龍和道孚站極強(qiáng)降水量增加到96 mm 以上，而越西站極強(qiáng)降水量卻由189 mm 以上下降到158～189 mm 之間，鹽源站極強(qiáng)降水量下降到158 mm以下。

圖5 雅礱江流域極端降水時(shí)空分布圖Fig.5 Temporal and spatial distribution of extreme precipitation in the Yalong River basin

代表極端降水頻率的指數(shù)中雨日數(shù)（R10）由北部、南部向中部增多，越西和昭覺(jué)站的中雨日數(shù)高達(dá)33 d 以上［圖5（f）］，1981年后色達(dá)、新龍站的中雨日數(shù)增加到19 d 以上，而昭覺(jué)站中雨日數(shù)卻在2001年后減少。

代表極端降水持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的指數(shù)持續(xù)干期（CDD）由北向南減少，清水河站高達(dá)159 d以上［圖5（g）］，但1980年前持續(xù)干期都大于81 d，在1981年后干期日數(shù)大范圍減少，北部和中部的干期日數(shù)都小于81 d。持續(xù)濕期（CWD）由北向南增加［圖5（h）］，1961-2018年呈現(xiàn)持續(xù)濕期先增加后減少的趨勢(shì)，1981-2000年北部、中部和九龍站持續(xù)濕期增加，南部減少，其中九龍站持續(xù)濕期大于26 d，而昭覺(jué)、鹽源和西昌站則低于14 d，2000年后石渠、道孚、越西、西昌和九龍站的持續(xù)濕期減少4 d，只有新龍站增多。

3 討 論

3.1 極端氣候指數(shù)的流域適應(yīng)性分析

通過(guò)對(duì)26 個(gè)極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)空變化分析發(fā)現(xiàn)，26 個(gè)極端氣候指數(shù)在表述雅礱江流域氣候的極端性時(shí)，有較為明顯的適用差異，不同的指數(shù)在不同區(qū)域的適應(yīng)程度不用。

根據(jù)雅礱江流域極端氣溫時(shí)空分布圖可以看出，暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）和冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）較少且變化幅度不大，暖夜日數(shù)（TN90P）、冷夜日數(shù)（TN10P）、暖晝?nèi)諗?shù)（TX90P）和冷晝?nèi)諗?shù)（TX10P）都趨于穩(wěn)定，基本維持在36 d左右，從而在該流域以上指數(shù)在表述流域極端氣溫變化情況時(shí)適應(yīng)性不佳。根據(jù)雅礱江流域極端氣溫指數(shù)Pettitt 檢驗(yàn)和MK 突變檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，由于雅礱江流域位于青藏高原地區(qū)，流域氣溫整體偏低，南北區(qū)域的高差較大，使得地勢(shì)較高的北部，極端低溫情況較為顯著，存在結(jié)冰日數(shù)（ID）和霜凍日數(shù)（FD），并且一年中有半年以上的日數(shù)是霜凍日數(shù)，卻沒(méi)有夏天日數(shù)（SU）和熱夜日數(shù)（TR）；中部地區(qū)極端低溫現(xiàn)象依舊存在，但是極端高溫現(xiàn)象開(kāi)始顯現(xiàn)，存在結(jié)冰日數(shù)、霜凍日數(shù)和夏天日數(shù)，卻沒(méi)有熱夜日數(shù)；而地勢(shì)較低的南部，極端低溫和極端高溫現(xiàn)象都趨于平均，開(kāi)始存在霜凍日數(shù)和夏天日數(shù)，卻沒(méi)有結(jié)冰日數(shù)和熱夜日數(shù)；從而結(jié)冰日數(shù)、霜凍日數(shù)和夏天日數(shù)能夠較好的表述該流域極端氣溫的變化情況。

根據(jù)雅礱江流域極端降水時(shí)空分布圖可以看出，由于高原地區(qū)降水強(qiáng)度、降水頻率和降水持續(xù)時(shí)間都相對(duì)較低，且隨氣溫變化幅度較大，雅礱江流域日最大降水量（Rx1day）和5日最大降水量（Rx5day）能夠較好的體現(xiàn)流域降水量的區(qū)域差異，降水量由北向南依次增加；整個(gè)流域大雨日數(shù)（R20）基本不超過(guò)17 d，且存在區(qū)域較少，而中雨日數(shù)（R10）中下游基本維持20 d以上，且存在區(qū)域較廣，且根據(jù)雅礱江流域極端降水指數(shù)年際斜率熱點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)二者在時(shí)間上的變化趨勢(shì)都不劇烈，因此相較之下，中雨日數(shù)相較于大雨日數(shù)存在較強(qiáng)的適應(yīng)性；整個(gè)流域持續(xù)濕期（CWD）基本不超過(guò)半個(gè)月，且根據(jù)雅礱江流域極端降水指數(shù)年際斜率熱點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)其變化幅度沒(méi)有持續(xù)干期（CDD）變化幅度劇烈，因此持續(xù)干期相較于持續(xù)濕期存在較強(qiáng)的適應(yīng)性；

3.2 極端氣候變化歸因分析

根據(jù)極端氣候指數(shù)時(shí)空演變分析得出雅礱江流域極端氣候指數(shù)在時(shí)間和空間上都發(fā)生了變化，在時(shí)間尺度上由于大氣環(huán)流因子是影響區(qū)域氣候變化的主要影響因素，故而其對(duì)流域極端氣候指數(shù)的變化會(huì)造成影響［24］，同時(shí)在空間尺度上由于雅礱江流域南北緯度跨度大、地勢(shì)高差大，不同區(qū)域的極端氣候指數(shù)大小不同，且存在較大差異，由于大氣環(huán)流因子與極端氣候指數(shù)間的相關(guān)性分析顯著性不高，達(dá)不到99%的顯著性，因此在給定顯著性水平標(biāo)準(zhǔn)的情況下，對(duì)極端氣候指數(shù)與大氣環(huán)流因子和位勢(shì)高度進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表5，根據(jù)分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)流因子會(huì)對(duì)極端氣候指數(shù)的變化造成影響，其中達(dá)到90%顯著性水平，并且影響極端氣候指數(shù)較多的因子是北太平洋年代際濤動(dòng)因子（Pacific Decadel Oscillations，PDO），且與極端氣溫指數(shù)存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，而其與極端降水指數(shù)則呈現(xiàn)正相關(guān)；北極濤動(dòng)（The Arctic Oscillation，AO）與霜凍日數(shù)（FD）、降水強(qiáng)度（SDII）和持續(xù)濕期（CWD）產(chǎn)生達(dá)到顯著性水平的負(fù)相關(guān)；南方濤動(dòng)（Southern Oscillation，SOI）對(duì)最低氣溫極大值（TNx）的影響達(dá)到顯著性水平并存在正相關(guān)；但大氣環(huán)流因子與極端氣候指數(shù)的相關(guān)性不高，最高只有平均溫差（DTR）與北太平洋年代際濤動(dòng)（PDO）相關(guān)性達(dá)到0.38。但是該流域的位勢(shì)高度卻與極端氣候指數(shù)有著較高的相關(guān)性，相關(guān)性基本維持在0.71～0.99 之間，因此影響雅礱江流域極端氣候變化的主要因素是該流域的位勢(shì)高度。

表5 雅礱江流域極端氣候指數(shù)時(shí)空變化歸因分析結(jié)果Tab.5 Test results of spatio-temporal variation of extreme climate index in Yalong River Basin

4 結(jié) 論

使用線(xiàn)性擬合、Sen’s斜率估計(jì)、Pettitt檢驗(yàn)和MK 檢驗(yàn)法對(duì)雅礱江流域極端氣候指數(shù)進(jìn)行時(shí)間尺度上的趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，利用反距離權(quán)重空間插值法對(duì)全流域極端氣候指數(shù)進(jìn)行空間插值，分析極端氣候指數(shù)空間尺度上的分布特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）極端氣候指數(shù)在表述雅礱江流域極端氣候情況時(shí)存在較大的適用性差異，其中代表極端氣溫強(qiáng)度的指數(shù)，以及結(jié)冰日數(shù)、霜凍日數(shù)、夏天日數(shù)和生長(zhǎng)期長(zhǎng)度等極端氣溫指數(shù)和代表極端降水強(qiáng)度的指數(shù)，以及中雨日數(shù)和持續(xù)干期等極端降水指數(shù)能夠較好的體現(xiàn)該流域氣候的極端性。

（2）雅礱江流域極端高溫、低溫以及溫差指數(shù)都是南高北低，流域北部氣溫偏寒，結(jié)冰和霜凍日數(shù)偏多，而南部氣溫偏暖，夏天日數(shù)和生長(zhǎng)期長(zhǎng)度南部最大。在全球氣候變暖的趨勢(shì)下極端氣溫指數(shù)中最高和最低氣溫極值呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，在流域西南部增加幅度最大，但最高氣溫的增長(zhǎng)幅度小于最低氣溫的增長(zhǎng)幅度，從而使溫差逐漸縮小，整體都在1980年后發(fā)生顯著突變。結(jié)冰和霜凍日數(shù)減少，在流域東北部減小幅度最大，夏天日數(shù)增多，在流域中南部增大區(qū)域最廣，使得整個(gè)流域冬季變短夏季變長(zhǎng)。生長(zhǎng)期長(zhǎng)度和暖日持續(xù)日數(shù)增加，使得適合植物生長(zhǎng)的溫度持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)。

（3）雅礱江流域極端降水指數(shù)除了持續(xù)干期，其他指數(shù)都是南部大于北部，且在東南部達(dá)到最大。在全球變暖的大背景下雅礱江流域極端降水指數(shù)持續(xù)干期在整個(gè)流域呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并在清水河站下降趨勢(shì)最大，其余指數(shù)都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中年降水量在整個(gè)流域增加幅度最大，其余指數(shù)的增加幅度較緩，相較于整個(gè)流域東北部地區(qū)的指數(shù)上升趨勢(shì)更明顯，同時(shí)極端降水指數(shù)的突變現(xiàn)象也不顯著，所有指數(shù)發(fā)生顯著性突變的站點(diǎn)不超過(guò)8 個(gè)，大雨日數(shù)只有3 個(gè)站點(diǎn)發(fā)生顯著性突變，并且整體都在1980年后發(fā)生顯著突變。說(shuō)明1961-2018年間雅礱江流域極端降水指數(shù)在相鄰年間的增減頻率不大，極端降水指數(shù)整體上升，隨時(shí)間變化該流域降水增加，降水持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)。

（4）大氣環(huán)流因子會(huì)對(duì)雅礱江流域的極端氣候指數(shù)產(chǎn)生影響，其中影響較大的因子是北太平洋年代際濤動(dòng)指數(shù)（PDO），但是影響該流域極端氣候指數(shù)的主要因子還是當(dāng)?shù)氐奈粍?shì)高度。

自工業(yè)化時(shí)代以來(lái)，全球氣候變化導(dǎo)致的極端氣候事件頻繁發(fā)生，雅礱江流域是全國(guó)第三大水電能源基地，大部分位于青藏高原，其氣候受全球氣候變化影響顯著。以上研究表明雅礱江流域極端氣候向著變暖變濕潤(rùn)的趨勢(shì)變化。高寒地區(qū)的氣溫變暖，適合動(dòng)植物生存的區(qū)域增多；全流域的降水強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間增加，使得流域內(nèi)水資源利用的方案需要進(jìn)行調(diào)整，以便于為該流域水資源的安全高效利用提供有效依據(jù)；在汛期加大水電站的調(diào)蓄、防洪演練防止極端降水帶來(lái)的洪水威脅到水電站的運(yùn)行以及下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。