1971—2020年?yáng)|北地區(qū)極端氣候時(shí)空變化分析

何秋霞 吳曉蘭 汪美宏 姜世中

摘要：東北地區(qū)是我國(guó)氣候變化最顯著的響應(yīng)區(qū)之一，植被豐富，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，氣候變化對(duì)于當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展有重要意義。本文基于1971—2020年?yáng)|北地區(qū)55個(gè)氣象站點(diǎn)的氣象日值數(shù)據(jù)，采用RClimDex模型計(jì)算極端氣候指數(shù)，運(yùn)用線性趨勢(shì)、MK檢驗(yàn)方法探討區(qū)域極端氣候時(shí)空變化特征。得出如下結(jié)論：（1）研究區(qū)氣溫上升變化顯著，F(xiàn)D0、TX10p顯著減少，DTR減??；SU25、TX90p等表征極端高溫事件指數(shù)顯著增加，GSL延長(zhǎng)。除氣溫極值外，突變點(diǎn)明顯，空間變化一致性較強(qiáng)。（2）研究區(qū)極端降水量指數(shù)中CDD，RX1day呈現(xiàn)不顯著下降趨勢(shì)，其余極端降水指數(shù)表現(xiàn)為不顯著上升，其中PRCP上升速率最大，各個(gè)極端降水指數(shù)突變交點(diǎn)眾多，突變不明顯。各分區(qū)的極端降水指數(shù)有著顯著的空間差異。

關(guān)鍵詞：東北地區(qū)；氣候變暖；極端氣候指數(shù)；時(shí)空分布特征

Abstract：NortheastChinaisoneofthemostsignificantresponseareastoclimatechangeinChina.Withrichinvegetationanddevelopedagriculture，climatechangeisofgreatsignificancetothelocalsustainabledevelopment.Basedonthemeteorologicaldailyvaluedataof55meteorologicalstationsinnortheastChinafrom1971to2020，theRClimDexmodelwasusedtocalculatetheextremeclimateindex，andthespatialandtemporalchangecharacteristicsofregionalextremeclimatewereexploredbylineartrendandMKtestmethods.Thefollowingconclusionsaredrawn：（1）Thetemperatureriseinthestudyareachangedsignificantly，F(xiàn)D0andTX10pdecreasedsignificantly，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(bào)告指明，從20世紀(jì)80年代起“全球變暖”已經(jīng)成為最重要的氣候大背景［1］，極大地影響區(qū)域水熱結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致極端氣候事件發(fā)生的頻率和強(qiáng)度增強(qiáng)［2］?！皹O端氣候事件”具有顯著的突發(fā)性和不可預(yù)見(jiàn)性，如果發(fā)生，會(huì)給區(qū)域帶來(lái)重大氣象和地質(zhì)災(zāi)害，這對(duì)于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響［35］。

Alexander、Naidu等研究表明20世紀(jì)50到90年代北半球的大部分地區(qū)表示區(qū)域氣溫變冷的指數(shù)明顯減少，表示氣候變暖的指數(shù)明顯增加，其中水體區(qū)域的極端氣溫事件增加趨勢(shì)較陸地更為顯著［7］。中緯度地區(qū)的極端降水傾向增多，尤其濕潤(rùn)區(qū)域明顯增多，而干旱區(qū)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(shì)更為明顯，北亞俄羅斯極端高溫日數(shù)顯著增加，美國(guó)極端低溫日數(shù)減少［8］。

國(guó)內(nèi)的極端氣候變化趨勢(shì)和全球趨勢(shì)基本一致。學(xué)者翟盤(pán)茂等研究表明我國(guó)陸地極端高溫事件發(fā)生的空間差異顯著，年際和季節(jié)尺度上極端低溫指數(shù)上升趨勢(shì)更為明顯，冬季的升溫最為顯著；降水極端性增強(qiáng)，區(qū)域差異要強(qiáng)于極端氣溫指數(shù)。中國(guó)北部地區(qū)氣候變暖趨勢(shì)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(shì)。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1研究區(qū)概況

東北地區(qū)自北向南依次跨越中溫帶和寒溫帶，自東向西包括了濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)與半干旱區(qū)；區(qū)域地形差異顯著，三面環(huán)山，中部平原。是我國(guó)三大天然林中的最大分布區(qū)域，植被復(fù)雜，同時(shí)是中國(guó)對(duì)于氣候變暖響應(yīng)最敏感的區(qū)域之一。高溫、霜凍等這種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大的極端氣候事件對(duì)于東北地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)發(fā)展都可能產(chǎn)生負(fù)面影響。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

本文氣象數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家氣象信息中心的《中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）》。遵循分布均勻，記錄完整兩大原則，選擇了55個(gè)站點(diǎn)的氣象日值數(shù)據(jù)集，采用均值法補(bǔ)充個(gè)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(shù)計(jì)算

極端氣候指數(shù)是指在區(qū)域上的固定時(shí)間段里氣候事件的數(shù)據(jù)平均狀態(tài)以及長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)“罕見(jiàn)”狀況。結(jié)合研究區(qū)域氣候和植被特點(diǎn)，本文在國(guó)際氣候?qū)＜医M（STARDEX計(jì)劃）定義的26個(gè)極端氣候指數(shù)當(dāng)中，挑選了10個(gè)極端氣溫指數(shù)和6個(gè)極端降水指標(biāo)（表1），基于軟件程序“RClimDex”計(jì)算數(shù)據(jù)集。

1.3.2其他分析方法

基于在軟件計(jì)算下得出的東北地區(qū)1971—2020年各種極端指數(shù)結(jié)果本文進(jìn)行一元線性變化趨勢(shì)分析。文中利用線性方程變化率結(jié)合區(qū)域分區(qū)線性變化分析氣候時(shí)間空間變化規(guī)律，同時(shí)基于MK突變檢驗(yàn)探討時(shí)間序列變化趨勢(shì)和進(jìn)行突變點(diǎn)檢驗(yàn)說(shuō)明氣候時(shí)間序列突變特點(diǎn)。

2結(jié)果分析

2.1極端氣溫指數(shù)時(shí)空變化特征分析

2.1.1極端氣溫指數(shù)趨勢(shì)分析

東北地區(qū)表征極端低溫事件的指數(shù)FD0、TN10p，極端氣溫持續(xù)指數(shù)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(xù)指數(shù)GSL均顯著上升；TNn的上升趨勢(shì)不顯著。就變化趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，SU25上升趨勢(shì)最大；下降趨勢(shì)最大的是FD0，其余指數(shù)中TN10p、TX90p、GSL三者變化速率都超過(guò)了0.1；極端指數(shù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)顯示在21世紀(jì)第一個(gè)十年2010年，極端高溫事件最多，升溫最為顯著。20世紀(jì)75到85年代可能是一個(gè)相對(duì)寒冷的時(shí)期，冷事件出現(xiàn)概率大，溫差大。

2.1.2極端氣溫指數(shù)突變特征分析

指數(shù)的MK檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示表征極端低溫事件指數(shù)中FD0的突變點(diǎn)出現(xiàn)在1991年，TN10p、TNM的突變點(diǎn)在1987年，極端高溫指數(shù)中SU25突變點(diǎn)在1998年，TX90p突變點(diǎn)在1996年，TXM突變點(diǎn)在1992年，氣溫持續(xù)指數(shù)GSL的突變點(diǎn)在1982年，DTR的突變點(diǎn)在1988年。TNn的突變點(diǎn)出現(xiàn)在2009—2012年，TXx的突變點(diǎn)集中在1999—2005年前后，在置信區(qū)間內(nèi)指數(shù)突變交點(diǎn)較多，分布時(shí)間寬泛，交點(diǎn)前后波動(dòng)頻繁，突變不明顯。區(qū)域極端氣溫指數(shù)在20世紀(jì)90年代有著明顯的突變。

2.2極端降水指數(shù)時(shí)空變化特征

2.2.1極端降水指數(shù)趨勢(shì)變化

極端降水指數(shù)中CDD以及RX1day兩者呈下降趨勢(shì)，R20mm、SDII、PRCP呈微弱的上升趨勢(shì)，但是各指數(shù)均未能通過(guò)95%的顯著性檢驗(yàn)，上升趨勢(shì)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(xiàn)在1971年；RX1day最大值在1973年。這表明研究區(qū)的降水總趨勢(shì)走向增加，強(qiáng)度增加，但變化趨勢(shì)都不顯著，極端降水變化不強(qiáng)，從極端指數(shù)出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)看在2000年和2001年區(qū)域是一個(gè)相對(duì)干燥期，1971—1973年前后是濕潤(rùn)期。

2.2.2極端降水指數(shù)突變分析

研究時(shí)段內(nèi)各極端降水指數(shù)突變特征相似，統(tǒng)計(jì)量曲線在95%的置信區(qū)間內(nèi)交點(diǎn)眾多，分布時(shí)間廣泛，且交點(diǎn)前后曲線的波動(dòng)都很頻繁，變化并不顯著；R20mm在1985—1995年、2011—2012年份一共出現(xiàn)8個(gè)突變點(diǎn)；SDII突變點(diǎn)處在研究時(shí)段的終點(diǎn)，不具有突變意義，可能在未來(lái)降水強(qiáng)度會(huì)持續(xù)上升；CDD突變點(diǎn)出現(xiàn)在2005—2007年左右；PRCP的突變點(diǎn)在1985—1996年前后；RX1day突變交點(diǎn)眾多，集中1993—1998年、2015—2020年兩個(gè)時(shí)間段之間，頻繁波動(dòng)，突變不顯著。

結(jié)語(yǔ)

本章基于1971—2020年?yáng)|北地區(qū)55個(gè)站點(diǎn)日值氣象數(shù)據(jù)，利用RClimDex軟件計(jì)算極端氣候指數(shù)，并分析了東北地區(qū)15個(gè)極端氣候指數(shù)的時(shí)空分布特征，得出主要結(jié)論如下：

（1）東北地區(qū)氣候變暖趨勢(shì)顯著，表征低溫事件的指數(shù)霜凍日數(shù)FD0，冷夜天數(shù)TN10p，氣溫日較差DTR顯著減小；表示氣溫上升的指數(shù)顯著上升，生長(zhǎng)季顯著延長(zhǎng)，除極端氣溫極值外表現(xiàn)出了相對(duì)統(tǒng)一的顯著突變點(diǎn)，空間變化一致性較強(qiáng)。

（2）這表明研究區(qū)的降水總趨勢(shì)走向增加，強(qiáng)度增加，但極端降水各指數(shù)的變化趨勢(shì)較小，都不顯著，極端降水變化不強(qiáng)，從極端指數(shù)出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)看東北地區(qū)在2000年和2001年是一個(gè)相對(duì)干燥期，未來(lái)可能繼續(xù)走向濕潤(rùn)。

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作者簡(jiǎn)介：何秋霞（1995—），女，漢族，四川南充人，研究生，研究方向：資源開(kāi)發(fā)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(xù)變化，氣候變化研究。