陳成全 袁野 葉鳳珍 趙景波

摘要利用1960—2012年漢中地區(qū)每日氣溫資料，運(yùn)用線性傾向估計(jì)方法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法、Morlet復(fù)數(shù)小波分析等方法，對(duì)漢中地區(qū)9種極端氣溫指數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)、突變年份及周期性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，1960—2012年漢中地區(qū)極端最低氣溫、極端最高氣溫、暖夜、暖日、夏天日數(shù)和熱夜日數(shù)變化均呈上升趨勢(shì)，而冷夜、冷日和霜日變化均呈下降趨勢(shì)。其中，上升態(tài)勢(shì)最顯著的是暖夜、夏天日數(shù)和熱夜日數(shù)，升幅分別為7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趨勢(shì)最顯著的是冷夜和霜日，降幅分別為5.83、5.14 d/10 a。除了熱夜日數(shù)之外，各極端氣溫指數(shù)均呈現(xiàn)具有年代際階段性變化特征，并有突變現(xiàn)象發(fā)生。極端氣溫突變主要發(fā)生在20世紀(jì)60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年。漢中地區(qū)極端氣溫事件普遍存在30年左右的主周期，冷日和極端最高氣溫還具有17年左右的變化周期，冷日、冷夜、暖日和暖夜均具有更小尺度的周期。綜合分析得出，目前該區(qū)正處于氣溫突變?nèi)菀装l(fā)生的階段。1960—2012年漢中地區(qū)極端氣溫呈明顯的升高趨勢(shì)，這易于造成農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，需要加強(qiáng)對(duì)氣象災(zāi)害的預(yù)防。

關(guān)鍵詞極端氣溫；氣候變暖；氣溫突變；周期規(guī)律；漢中地區(qū)

中圖分類號(hào)S161.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）09-0186-05

Change of Extreme Temperature Index in Hanzhong Region in Shaanxi Province during 1960-2012

CHEN Chengquan1 ，YUAN Ye2，YE Fengzhen1 et al

（1.Nanning Exploration﹠Survey Institute， Nanning，Guangxi 530001；2.College of Tourism and Environment， Shaanxi Normal University， Xian，Shaanxi 710062）

AbstractUsing the daily temperature data of Hanzhong region from 1960 to 2012，the change trend， mutation year and periodicity of nine extreme temperature indices in Hanzhong region were studied by the method of linear trend， Mann-Kendall mutation test and Morlet complex wavelet analysis.The results showed that the extreme minimum temperature，extreme maximum temperature，warm night，warm day， summer day，hot night were on the rise in Hanzhong region during 1960-2012，while cold night， cold day and frost day were on the decline.Among that warm night，summer day，hot night had increased significantly，in rate of 7.94，3.54 and 3.06 d/10 a respectively.Cold night and frost day had an obvious decline， in rate of 5.83 and 5.14 d/10 a respectively.Except hot night，there were stages change characteristic for each extreme temperature index，also with mutation characteristic.The mutation of extreme temperature mainly happened in the 60′s，the middle of 80′s，the late of 90′s and 2000-2010.There was generally a main cycle around 30 years for extreme temperature events in Hanzhong region，there was a cycle around 17 years for cold day and extreme maximum temperature，there was a cycle of smaller scale than 17 years for cold day and cold night， warm day and warm night.Conclude from comprehensive analysis，this region is now on period that temperature mutation happened easily.The extreme temperature in Hanzhong region during 1960-2012 has increased obviously，it is easily to cause agricultural meteorological disasters，people should strengthen the prevention of meteorological disasters.

Key wordsExtreme temperature；Climate warming；Temperature mutation；Periodic law；Hanzhong region

20 世紀(jì)以來，全球氣候的變暖趨勢(shì)已被國內(nèi)外很多科學(xué)家研究結(jié)果證實(shí)[1-3]，政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（IPCC）第四次評(píng)估報(bào)告明確指出，近百年以來（1906—2005年）全球平均氣溫上升了0.74 ℃，并預(yù)測(cè)21 世紀(jì)末全球地表氣溫平均增溫為1.10～6.40 ℃[3]。隨著全球氣候的進(jìn)一步變暖，極端天氣的發(fā)生將會(huì)更頻繁[4-5]。在全球氣溫變暖的氣候大背景下， 我國年平均氣溫增加了1.10 ℃，其增溫速率大約為0.22 ℃/10 a[5]。我國許多學(xué)者對(duì)多個(gè)地區(qū)的氣候變化進(jìn)行了研究，認(rèn)識(shí)到不同地區(qū)的氣候變化趨勢(shì)均存在著不同程度的差異性[5-7]。在我國西部地區(qū)，近50年氣溫以約0.18 ℃/10 a的幅度升高[8]，1961—2000年陜西省年平均氣溫的線性增長(zhǎng)率約為0.50 ℃/10 a[5]，明顯大于我國西部地區(qū)增溫率。

隨著全球氣候的進(jìn)一步變暖，超高強(qiáng)度的異常特大干旱災(zāi)害、強(qiáng)降雨等一些極端氣象事件發(fā)生的頻率也會(huì)有一定增高，造成的各類災(zāi)害越來越廣泛。特別是在最近10年里，這些極端氣象事件對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響和危害較為突出[5]。氣象災(zāi)害也影響到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的其他各個(gè)部門，從而給國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展帶來了不可忽視的不利影響。因此，全面認(rèn)識(shí)極端天氣的發(fā)展特點(diǎn)和變化，找出極端天氣的發(fā)生特點(diǎn)與周期規(guī)律，不僅具有科學(xué)理論意義，而且對(duì)氣象災(zāi)害預(yù)防及預(yù)測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。雖然許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的極端氣溫指數(shù)變化進(jìn)行了研討[5-7]，但對(duì)漢中地區(qū)極端氣溫指數(shù)變化研究鮮見報(bào)道。筆者利用1960—2012年漢中地區(qū)每日氣溫資料，運(yùn)用線性傾向估計(jì)方法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法、Morlet復(fù)數(shù)小波分析等方法，對(duì)漢中地區(qū)9種極端氣溫指數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)、突變年份及周期性進(jìn)行了研究，以期為該區(qū)氣象災(zāi)害預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況漢中市位于陜西省西南部，在漢江流域上游，北倚秦嶺，南屏大巴山，地勢(shì)呈現(xiàn)南北高。地理位置在106°51′ ～ 107°10′E、33°02′～ 33°22′N。全市轄漢臺(tái)區(qū)、南鄭、洋縣、城固、西鄉(xiāng)、寧強(qiáng)、勉縣、略陽、留壩、鎮(zhèn)巴、佛坪11個(gè)縣區(qū)，土地面積約為27 101 km2[9]。該市地處我國暖溫帶和亞熱帶氣候的過渡地帶內(nèi)，屬大陸性季風(fēng)濕潤氣候，年均氣溫為14.3 ℃，年均雨量為871.8 mm。該區(qū)降水量分布各季節(jié)差異大，易形成大旱及洪澇[9]。該區(qū)地貌類型繁多，北部和南部分別是秦嶺和巴山山地，海拔高且起伏大，在秦嶺與巴山之間廣泛分布

有大小不等的低山丘陵地貌類型。低山常以土石山為主，高山、深山多以石質(zhì)山為主[9]。當(dāng)發(fā)生持續(xù)性長(zhǎng)時(shí)間的氣候干旱時(shí)，較容易導(dǎo)致旱災(zāi)形成，而干旱災(zāi)害又嚴(yán)重制約著該區(qū)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，甚至影響到社會(huì)的穩(wěn)定。

1.2資料選取與分析方法選用的漢中站1960—2012年逐日最高氣溫、逐日最低氣溫資料都來自于我國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。從WMO發(fā)布的極端天氣指數(shù)中選擇了具有重要性的9種極端氣溫指數(shù)（表1）進(jìn)行分析。采用線性趨勢(shì)方法，分析極端氣溫指數(shù)在不同年份及其不同年代的變化特征及趨勢(shì)。

極端氣溫事件的定義是根據(jù)每個(gè)測(cè)站觀測(cè)得到的日最高（低）氣溫分別確定其極端高（低）溫閾值[10]，具體的獲取方法如下：首先選取某站1960—2012年的日最高（低）氣溫作為基期進(jìn)行分析，然后將該站1960—2012年中同日的最高（低）氣溫?cái)?shù)據(jù)按升序進(jìn)行排列，得到該日第90（10）個(gè)最高（低）氣溫的百分位數(shù)值，按照這一方法就獲得了365個(gè)最高（低）氣溫的第90（10）個(gè)百分?jǐn)?shù)值，將其作為極端最高（低）氣溫事件的上（下）閾值。假如某日的最高溫度超過了該日極端氣溫事件的上閾值，則可以確定該日出現(xiàn)了極端高溫事件；同樣假如某日的最低溫度低于該日極端氣溫事件的下閾值，則可以確定該日出現(xiàn)了極端低溫事件。

該研究中極端氣溫指數(shù)是在1998—2001年的氣候變化監(jiān)測(cè)會(huì)議[11]確定的，這些極端氣溫指數(shù)是從逐日最高、最低氣溫計(jì)算后得出的，能夠展現(xiàn)極端天氣不同方面的變化特點(diǎn)。所選擇的極端氣溫指數(shù)可以分為2類：①能夠指示某個(gè)季節(jié)或某年最大或最小值的絕對(duì)指數(shù)，包括日最高氣溫和日最低氣溫等；②氣溫超過某固定閾值的天數(shù)的閾值指數(shù)，其中包括冷日、暖日、冷夜及暖夜。由各指數(shù)的定義表明，上述極端氣溫指數(shù)綜合考慮了氣象災(zāi)害的強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，這些氣溫指數(shù)已經(jīng)成為歐盟將推薦用于描述與氣象災(zāi)害有關(guān)的核心指標(biāo)。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

2結(jié)果與分析

2.1極端氣溫指數(shù)的年變化

由圖1可知，1960—2012年漢中地區(qū)極端最低氣溫、極端最高氣溫、暖夜、暖日、夏天日數(shù)和熱夜日數(shù)均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，而冷夜、冷日和霜日均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中表現(xiàn)為上升趨勢(shì)最顯著的是暖夜、夏天日數(shù)和熱夜日數(shù)，升幅分別為7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趨勢(shì)表現(xiàn)最顯著的是冷夜和霜日，降幅分別為5.83、5.14 d/10 a。表明漢中地區(qū)極端氣溫指數(shù)變化的特點(diǎn)是夜間表現(xiàn)出變暖、白天顯示出變熱，夏天日數(shù)增加、冷夜日數(shù)減少、暖日增多和冷日減少。其中每年的日最高、最低氣溫均呈上升趨勢(shì)，對(duì)平均氣溫上升的影響起了較大推動(dòng)作用?？傮w來講，漢中地區(qū)極端氣溫升高趨勢(shì)表現(xiàn)明顯，容易導(dǎo)致極端天氣及其災(zāi)害的發(fā)生。

漢中市極端氣溫指數(shù)的變化具有明顯的年際變化特征，并表現(xiàn)有突變現(xiàn)象發(fā)生的特點(diǎn)。通過M-K突變檢測(cè)、累積距平及滑動(dòng)t檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，漢中地區(qū)極端氣溫突變年與歷史最高、最低年的發(fā)生有一致性與階段性特點(diǎn)，主要發(fā)生時(shí)間是在20世紀(jì)60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年（表2）。

2.2極端氣溫指數(shù)的年代際變化

從圖1和表3可看出，近55年來漢中地區(qū)極端氣溫指數(shù)的變化具有明顯的階段性特征，且在不同時(shí)間段內(nèi)的變化差異較大。

除了熱夜指數(shù)之外，其他指數(shù)均呈現(xiàn)出年代際階段性變化。其中2000—2012年極端最高和最低氣溫較20世紀(jì)60年代分別上升了0.19和1.16 ℃，暖夜、暖日及夏天日數(shù)較60年代分別增加了30、8、15 d，冷夜、冷日、霜日較60年代分別減少了24、7、24 d。

2.3極端氣溫指數(shù)的變化周期

2.3.1冷日。由圖2a可見，近55年來漢中地區(qū)冷日存在5、17和30年左右的準(zhǔn)周期。30年左右的振蕩周期為其主要的變化周期，而且貫穿始終，冷日的變化過程顯示為偏多—偏少—偏多的交替變化特征。17年左右的周期也很明顯，并經(jīng)歷了偏多—偏少—偏多—偏少—偏多的交替變化過程。5年左右的周期振蕩規(guī)律表現(xiàn)不是很明顯。

2.3.2冷夜。由圖2b可見，近55年來漢中地區(qū)冷夜存在4、10和28年左右的振蕩周期變化。4年左右的周期振蕩變化表現(xiàn)不明顯，并且在20世紀(jì)90年代逐漸消失。10年左右的振蕩變化周期自20世紀(jì)70年代中期一直持續(xù)到21世紀(jì)初期，28年左右的振蕩周期變化貫穿整個(gè)時(shí)期，發(fā)生了偏多—偏少—偏多的交替變化過程。

2.3.3極端最高、最低氣溫。從圖2c、f可以看出，近55年來，漢中地區(qū)極端最低氣溫和極端最高氣溫均存在30年左右的振蕩變化周期，且這一個(gè)振蕩變化周期為其主控周期，存在于整個(gè)時(shí)期。在27年左右的振蕩周期上，極端最低氣溫呈偏冷—偏暖—偏冷的交替變化特點(diǎn)，而極端最高氣溫表現(xiàn)出相反的變化。該區(qū)極端最低氣溫還存在13年左右的振蕩變化周期，呈現(xiàn)出偏暖—偏冷—偏暖的交替變化過程。極端最高氣溫還存在17年左右的振蕩周期規(guī)律，呈現(xiàn)出與極端最低氣溫相反的變化特點(diǎn)。

2.3.4暖日、暖夜。由圖2d、e可知，近55年來漢中地區(qū)暖日和暖夜均存在30年左右的主控振蕩變化周期，且兩者均呈偏多—偏少—偏多的交替變化特點(diǎn)。此外，暖日存在不明顯的8年左右的變化周期規(guī)律，暖夜存在不明顯的3和15年左右的周期振蕩規(guī)律。

3討論

3.1極端氣溫發(fā)生變化的原因

根據(jù)上述分析可知，近55年漢中地區(qū)極端天氣冷指標(biāo)呈明顯的下降態(tài)勢(shì)，熱指標(biāo)呈明顯的上升態(tài)勢(shì)，漢中地區(qū)整體氣溫表現(xiàn)出明顯的上升態(tài)勢(shì)。盡管目前還沒有足夠的可續(xù)證據(jù)證實(shí)氣候變暖與極端天氣事件之間有哪些方面的直接關(guān)系，但不能否認(rèn)兩者之間可能存在的密切聯(lián)系，可以推測(cè)漢中地區(qū)極端天氣指數(shù)的增減變化與全球氣候變暖有重要的關(guān)聯(lián)。氣候變暖通常是指以大氣溫度升高為主要變化特征的氣溫隨時(shí)間不斷升高的現(xiàn)象[12]。極端氣溫的升高很可能是氣候變暖的具體表現(xiàn)形式之一，而如冷夜、冰日等冷指數(shù)的減少，以及夏日、熱夜等熱指數(shù)的增加就可能是氣溫上升的直接表現(xiàn)和結(jié)果。

到目前為止，雖然關(guān)于氣候變暖的原因還存在不同認(rèn)識(shí)和假說[13]，但較為普遍受到學(xué)術(shù)界認(rèn)可的觀點(diǎn)是氣候變暖由人類活動(dòng)和自然因素變化共同作用的結(jié)果。人類活動(dòng)主要指的是生產(chǎn)與生活過程中釋放了大量溫室性氣體，特別是排放了大量具有溫室效應(yīng)作用的CO2氣體，以及人為對(duì)自然植被的破壞、人口激增等表現(xiàn)。此外，來自太陽輻射量變化、地球內(nèi)部物質(zhì)能量變化也可能是引發(fā)氣候變暖的部分相關(guān)原因，但近幾十年人類活動(dòng)特別是生產(chǎn)活動(dòng)引起的變化更為明顯，人類活動(dòng)對(duì)全球氣候變暖所起到的作用不可忽視。

3.2極端氣溫變化可能造成的氣象災(zāi)害

極端氣溫指數(shù)的變化在我國具有共同性[14]，引起的多種災(zāi)害也較為普遍。蘇俊輝等[15]研究發(fā)現(xiàn)，極端氣溫的變化使?jié)h中地區(qū)的氣象災(zāi)害增加，主要?dú)庀鬄?zāi)害有澇災(zāi)和旱災(zāi)等多種；1956—2005年漢中地區(qū)共發(fā)生暴雨859次，發(fā)生頻率達(dá)1.7次/a；多年來該區(qū)因暴雨造成傷亡總?cè)藬?shù)2 700余人。近年來隨著氣候的變暖，特別是在2000 年之后，漢中地區(qū)各類氣象災(zāi)害和極端氣象事件呈增多的態(tài)勢(shì)，該區(qū)日降水量≥50 mm 區(qū)域性暴雨幾乎每年發(fā)生1次，給漢中當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大的損失。

旱災(zāi)也是造成漢中地區(qū)較大損失的自然氣象災(zāi)害。1956—2005年全區(qū)各縣干旱多達(dá)203次，其中發(fā)生的重旱達(dá)77 縣次，占干旱災(zāi)害總次數(shù)的37.9%[15]。在1994、1995、2000、2002、2004 年出現(xiàn)了全地區(qū)性的大面積干旱災(zāi)害，造成了該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人畜飲水發(fā)生困難，當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)受到了嚴(yán)重不利影響。1994、1995 年該區(qū)出現(xiàn)了少見的夏秋連旱加伏旱的特大干旱災(zāi)害[15]，這次干旱持續(xù)過程長(zhǎng)、影響地區(qū)范圍廣，并且均超過了漢中地區(qū)1959—1960 年的大旱和1928—1929 年的特大干旱災(zāi)害；持續(xù)2 年的特大干旱給人們的正常生活造成了嚴(yán)重不利影響，并且給漢中當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)造成了高達(dá)23.4 億元的巨大損失。從20世紀(jì)90年代開始，漢中地區(qū)旱災(zāi)變得更為頻繁，表明極端氣溫暖指數(shù)的增加導(dǎo)致了該地區(qū)旱災(zāi)的頻繁發(fā)生。

漢中地區(qū)風(fēng)災(zāi)也多，1956—2005年共計(jì)發(fā)生了1 887 次大風(fēng)，進(jìn)入20 世紀(jì)80 年代以來大風(fēng)出現(xiàn)的頻率和破壞的程度也表現(xiàn)出增加態(tài)勢(shì)[15]。

綜上所述，極端氣溫的變化導(dǎo)致了漢中地區(qū)旱澇災(zāi)害以及風(fēng)災(zāi)的增加。為了減少極端氣溫變化引發(fā)的氣象災(zāi)害，漢中地區(qū)需要做好預(yù)防澇災(zāi)、旱災(zāi)以及風(fēng)災(zāi)的準(zhǔn)備。

4結(jié)論

（1）1960—2012年漢中地區(qū)極端最低氣溫、極端最高氣溫、暖夜、暖日、夏天日數(shù)和熱夜日數(shù)均呈升高趨勢(shì)，而冷夜、冷日和霜日均呈下降趨勢(shì)。其中近55年來升高趨勢(shì)最顯著的是暖夜、夏天和熱夜指數(shù)，升幅分別為7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趨勢(shì)最顯著的是冷夜和霜日，降幅分別為5.83、5.14 d/10 a。除了熱夜數(shù)之外，其余各指數(shù)都表現(xiàn)出明顯的年代際階段性變化特征。2000—2012年漢中地區(qū)極端氣溫增減變化更明顯。

（2）1960—2012年漢中地區(qū)極端氣溫的變化存在突變現(xiàn)象。極端氣溫突變主要發(fā)生在20世紀(jì)60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年。綜合分析可知，目前正處于氣溫突變易于發(fā)生的時(shí)間段。

（3）1960—2012年漢中地區(qū)極端氣溫指數(shù)變化顯著，極端氣溫的上升對(duì)平均氣溫上升所起的作用較大，易于造成該區(qū)澇災(zāi)和旱災(zāi)的發(fā)生，需要加強(qiáng)對(duì)這些災(zāi)害的預(yù)防。

（4）小波分析表明，漢中地區(qū)極端氣溫事件普遍表現(xiàn)出30年左右的主控周期，冷日和極端最高氣溫顯示出17年左右的振蕩變化周期，冷日、冷夜、暖日和暖夜均存在更小尺度的振蕩變化周期。

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