气候变化下河套地区1960～2013年极端气温变化特征研究

张心萍,陈建宇,陈宏飞

(陕西师范大学 旅游与环境学院,陕西 西安 710062)

气候变化下河套地区1960～2013年极端气温变化特征研究

张心萍,陈建宇,陈宏飞*

(陕西师范大学 旅游与环境学院,陕西 西安 710062)

根据1960～2013年河套地区13个站点的每日气象资料,应用线性拟合及累积距平、Mann-Kendall突变检验法、主成分分析法、Morlet复数小波和R/S分析等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和研究。结果表明：在近54年里,河套地区平均气温、极端最高气温、极端最低气温和热指数(夏日、热夜、暖日和暖夜)均呈现上升趋势,冷指数(冰日、霜日、冷日和冷夜)均显著减少；河套地区极端气温指数的变化具有明显的空间分布特征,并伴有突变现象,突变发生在20世纪80和90年代；暖指数的上升和冬季气温升高是河套地区全年平均气温上升的主要原因；极端高温事件在20世纪90年代后期和21世纪初发生的次数较多，在全年各月中以7月份发生次数最多,尤其是7月中旬；AO与NAO指数对河套地区冬春季(尤其是冬季)极端气温指数具有显著的影响。

极端气温;河套地区;变化特征；气候变化

全球气候变化不仅使全球气温上升,并且还带来了日益频繁的自然灾害(如旱灾、雪灾和洪涝)、极端天气事件增多与增强,显著影响了人们的生产生活。日益显著的气候变化,已导致许多冰川退缩、干旱加强、草地退化、生物多样性减少等,使许多地区的生态环境恶化。研究表明,过去100年特别是过去50年全球陆地表面气温升高明显多于海洋表层水温升高,最显著的气候变暖区域位于亚洲中高纬度地带[1]。IPCC第四次报告指出,人类对全球气候有着显著的影响,并且影响的范围越来越大,广泛分布在世界各地[2]。如果不加以阻止,则人类的居住环境将会由于气候的变化而受到严重、普遍不利的影响[3]。近些年来,世界各地都在广泛地进行气候变化的研究[4-5],这些研究表明极端气温的显著变化与气候变暖有关。Manton等[6]对东南亚地区进行研究时,发现在1961～1998年间暖日和暖夜天数大幅度增加,冷日、冷夜日数大幅度减少。Moberg等[7]对欧洲气温进行研究后发现欧洲近100年来升温明显,且冬季升温幅度大于夏季。对于中东地区[8],1990年后极端高温事件持续增加,极端低温事件发生频率和气温日较差在1970年以后均一致减少。在非洲南部和西部[9],暖日和暖夜天数则大幅度增加，而冷日和冷夜天数下降明显。翟盘茂等[10]发现中国大陆平均气温增长显著,在北方地区的冬天更明显。李宗兴等[11]研究得出,在中国西南部,最低气温的升高程度比最高气温的升高程度高出许多。另外,在最近几年,对中国其他地区也进行了广泛的研究[12-14],也都证实了气候变暖,降水减少。

近些年来,有关学者对我国河套地区的气候变化进行了一些研究。王旭明等[15]研究了气候变化对河套灌溉区参考蒸发量的影响,指出河套地区湿度和风速有明显的下降。钟海玲等[16]研究指出近40年来河套地区降水以每10年2%～3%的速度减少。刘普幸等[17]对河套五原绿洲进行了研究,得出研究区气温呈显著增暖趋势,而降水量在波动中略有下降。然而,迄今对河套地区的极端气温的变化缺少研究。河套地区是沙地分布广泛的干旱区和我国重要的粮食产地,该区极端气温的变化能够代表干旱沙地极端气温的变化,而当地农业生产极易受到极端天气的危害,因此开展河套地区极端气温的研究具有重要的科学意义和实际意义。

1 研究区概况

广义的河套地区包括宁夏自治区的银川平原,内蒙古自治区的临河市、五原县、乌拉特前旗、瞪口县、杭锦后旗、包头市、呼和浩特市和伊克昭盟全部,以及陕北长城以北地区,总面积20多万km2[18](图1)。其地理坐标为北纬36°50′～41°50′、东经105°24′～112°28′。根据气候和地形的差异,河套地区由鄂尔多斯高原和河套平原组成。河套地区海拔900～1500 m,地势由西向东微倾。黄河附近为冲积平原,其余为鄂尔多斯高原。鄂尔多斯高原西部地势较高,南部为毛乌素沙地,中部为草原并夹有盐碱湖沼，而北部为库布齐沙漠。研究区属于东南夏季风影响的西北边缘地区。该区年均温度为6.0～8.5 ℃,夏季炎热,冬季寒冷,温差较大,春季风力较强。降水量从东南向西北由490 mm递减到150 mm,降水集中在7～9月份,主要为干旱气候。

2 数据来源与研究方法

本文所选取的气象资料来自“中国气象科学数据共享服务网”(http://cdc.nmic.cn/home.do)的气象站数据以及美国海洋大气局(NOAA)气候预测中心(CPC)网站(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/)公布的北极涛动(AO)和北大西洋涛动(NAO)指数,其资料完整且时段为1960～2013年。本文采用了河套地区13个气象站点的每日最高气温和最低气温数值。同时结合河套地区的地理自然特点和气象状况,选用世界气象组织(WMO)发布的10种极端气温指数(表1)。

图1 河套地区及气象站点分布

应用由WMO专家开发的一套用于气候变迁探测、检测与指标方面的Rclimdex软件来进行数据分析。对于这10项极端气温指数,选用线性方程和累积距平的方法进行描述和研究,计算估计采用最小二乘法进行。采用M-K法进行突变检验,利用Morlet复小波的方法检测极端气温的周期规律。

10种极端气温指数可以分为3类[19]：第1类为极值指数,其中有极端最高(最低)气温；第2类为绝对指数,包括夏日、冰日、热夜和霜日；第3类为相对指数,其中有冷夜、暖夜、冷日和暖日。

3 结果与分析

3.1 极端气温极值指数的变化趋势与突变

由图2可见,50多年来的极端最高气温呈现小幅上升的趋势,变化率为0.09 ℃/10 a,但是并不是一直升高的,是有上下波动的。由年代际变化来看,20世纪60与80年代,极端最高气温相对较低,而70和90年代则较高,进入21世纪后再度升高,为50多年来的最高值。由图3的累计距平来看,距平值在1996年前后发生了突变,说明在1996年前后发生了气温由低到高的突变。图3为极端最高气温的M-K曲线,其中,突变点有两处,分别为1976年和1996年,第一次突变表明极端最高气温缓慢降低,而第二次表明气温出现由低到高的突变,这与累计距平值的结果大致相同。

极端最低气温同样呈现上升趋势,变化率为0.28 ℃/10 a。由年代际来看,20世纪90年代之前极端最低气温波动上升,最高值出现在90年代,2000年后有所下降。极端最低气温的累计距平值变化(图3)显示,20世纪60年代短暂升高,尔后大幅度下降,1990年后上升强烈,进入2000年后出现平稳的波动。由M-K图(图4)得出极端最低气温的突变点出现在1982年。

表1 本文选定的极端气温指数

图2 河套地区1960～2013年极端最高气温、极端最低气温的变化趋势

图3 河套地区1960～2013年极端最高气温、极端最低气温的累积距平

3.2 极端气温绝对指数的变化趋势与突变

夏日天数在54年来呈小幅上升趋势,变率为2.58 d/10 a;其数值变化先下降后上升,20世纪70、80年代数值较低,90年代和21世纪初期数值较高。由M-K(图5)来看,夏日天数的UF与UK相交于1997年,交点在信度线之内,表明突变出现在1997年,夏日天数呈现由少到多的变化趋势。由累积距平(图6)来看,1985年前的夏日天数比整体平均值略少,而1997年后夏日天数的增加对整体均值起到了提升的作用。

图4 河套地区1960～2013年极端最高气温、极端最低气温的M-K统计值

热夜天数(图5)总体呈上升趋势,变化率为1.89 d/10 a。图6显示,20世纪90年代中后期热夜天数的上升对于增加50年来热夜天数的均值起到了重要作用。由M-K检验结果(图5)来看,热夜天数的UF和UK曲线交于1993年,交点在信度线之内,说明热夜天数在1993年出现了由少到多的突变。

图5 河套地区1960～2013年极端气温绝对指数的M-K统计值

图6 河套地区1960～2013年极端气温绝对指数的累积距平

冰日日数在54年间呈下降趋势,变化率为-2.78 d/10 a；其数值的走势表现出波动下降的特点。由M-K(图5)来看,冰日日数的UF和UK交于1986年,交点在信度线之内，表明冰日日数在1986年出现了由多到少的突变。累积距平(图6)指示,冰日日数在1986年出现最高值,之后到2004年都逐步降低,说明这个期间冰日日数比整体的均值少，这与M-K显示的变化大体一致。

霜日日数呈现下降趋势,其变化率为-4 d/10 a；其数值的走势呈现震荡下降的特点。通过M-K(图5)来看,霜日日数的UF和UK交于1989年,交点在信度线之内。图6显示,霜日日数的累积距平值先平稳上升后下降,拐点在1989年,表明霜日日数在1989年出现了由多到少的突变,这与M-K显示的变化大体一致。

3.3 极端气温相对指数的变化趋势与突变

冷夜天数在50多年间大幅度下降,变化率为-1.95 d/10 a；其数值在20世纪60年代末有小幅上升,之后开始波动下降。M-K检验结果(图7)表明,冷夜天数的UF与UK交于1985年,而且在1985年后冷夜天数的UF曲线表现为显著性下降,尔后超过0.001临界线(U0.001=2.56),表明冷夜天数的下降趋势是十分显著的。图8显示,1960～1975年冷夜天数的累积距平值明显升高，而1993～2013年则显著下降。

暖夜天数波动剧烈,变化率为3.05 d/10 a,整体来看处于波动上升的趋势。M-K(图7)显示, 暖夜天数的UF曲线在绝大多数年份大于0,而且在1993年后暖夜天数增加的趋势大大超过0.05显著性水平,甚至超过0.001显著性水平,表明暖夜天数的上升趋势十分显著。由累积距平(图8)可知,20世纪90年代中后期暖夜天数的上升对于增加50年来暖夜天数的均值起到了重要作用。

冷日天数总体上呈现下降趋势,变化率为-1.02 d/10 a。由图7可知,冷日天数的UF和UK曲线相交于1988年,交点在信度线之内,说明冷日天数从1988年开始出现由多到少的突变。而且在1994年后冷日天数减少的趋势大大超过0.05显著性水平,表明冷日天数的下降趋势是十分显著的。由累积距平(图8)可知,前20年冷日天数较多对54年来冷日天数均值的增加起到了重要作用,20世纪90年代和21世纪初相对于54年冷日均值而言处于较低的阶段。

图7 河套地区1960～2013年极端气温相对指数的M-K统计值

图8 河套地区1960～2013年极端气温相对指数的累积距平

暖日天数在54年来处于上升趋势,变化率为1.6 d/10 a。M-K检验(图7)显示,暖日天数的UF和UK曲线相交于1996年,交点在信度线之内,表明河套地区暖日日数的突变时间为1996年,突变点前后暖日日数由少变多。由累积距平(图8)来看,1996为最低点,说明在1996年出现了从少到多的突变，这与M-K得出的结论大致相同。

3.4 极端气温指数的主成分分析

利用SPSS 19.0软件进行主成分分析,得出河套地区极端气温指数主成分和因子间的相关关系(表2)。通过主成分分析可见,前3个因子一共提取了总方差的77.61%,其中因子1占55.43%,为主要因子。因子1中各指数都具有较高的载荷,其中暖夜最高,为0.91,且暖指数为正数,冷指数为负数,说明整体河套地区气温上升趋势明显。在因子2中具有高载荷的有热夜、极端最低气温、极端最高气温,载荷值分别为0.84、-0.68、0.49,占方差贡献的12.47%。霜日、极端最高气温和极端最低气温在因子3中载荷较高。各极端气温指数的共同度多数大于0.70。气温的上升导致了霜日和冷夜天数的明显减少,同时影响到夏日和暖日天数的上升[28]。前文在分析各指数的时间趋势变化特征时,得出各暖指数均表现出升高趋势,各冷指数均表现出降低趋势的结论,表明其变化具有一致性。

3.5 极端气温的季节变化

河套地区极端气温的季节变化十分明显,平均气温的季节变化率也各不一致。徐影等[20]对中国西北地区未来气候变化进行了分析,总结出西北地区冬夏季气温将来会明显变暖。从表3可以看出,河套地区的春、夏和秋季的平均气温变化率相差不大,在0.33～0.38 ℃/10 a之间,而冬季气温的变化率最大,为0.58 ℃/10 a。这与其他研究者的结论[21-23]基本一致。本文计算结果(表3)表明：相对热指数TN90、TX90在夏季的变化率都是最大的,分别为3.74和1.94 d/10 a；它们在其他季节的变化率由大到小依次是冬、春和秋季；在相对冷指数中,TN10的变化率在夏季最大,为-2.46 d/10 a;TX10在冬季的变化率最大,为-1.47 d/10 a。由此可见,夏季是热指数上升的最大诱因,而冬季气温升高是河套地区拉动全年平均气温上升的主要原因。

3.6 夏季极端高温事件分析

先将研究区域内的13个站点1960～2013年的54个夏季(6、7、8月)共4968 d的最高气温进行区域平均,再按升序排列,取99百分位上的值作为阈值,选取大于该阈值(36. 5 ℃)的天数为极端高温事件的日数[24]。根据极端高温的定义[25],可将河套地区99百分位的高温事件定义为极端高温事件(A级),54年里共有50 d；另得到54年内99～95百分位(B级)和95～85百分位(C级)高温事件的天数，分别为248 d和447 d。

表2 1960～2013年河套地区极端气温指数的因子分析

表3 1960～2013年河套地区平均气温和相对指数的季节变化率

图9a为极端日高温事件的年际变化,从中可以看出极端高温事件在20世纪90年代中后期至21世纪初发生的次数较多,呈现出逐渐增加的趋势。A级极端高温事件在1999和2005年发生次数最多,均为7 d。B级极端高温事件在2010年发生次数最多,为15 d。图9b为各百分位高温事件在夏季各旬的发生次数,从中可以看出极端高温事件主要出现在6月中下旬、7月和8月上旬。54年来,A级极端事件总共有50 d,在7月份发生次数最多,占到74%,而在7月中旬频次最高,为17 d；而7月中旬同样是B级和C级极端高温事件出现频次最高的时段。

图9 研究区域夏季各百分位(99%、99%～95%、95%～85%)高温事件发生次数的逐年变化(a)和旬变化(b)

3.7 冬春季极端气温指数与北极涛动和北大西洋涛动的关系

表4为1960～2013年河套地区冬春季极端气温指数与北极涛动(AO)的相关性。由表4可知,极端气温指数在冬季与AO具有一定的相关性,除平均气温外均为负相关关系,其中AO与TX10和TN10的相关性通过了0.10水平的显著性检验,与TN90的相关性通过了0.05水平的显著性检验,而与TX90和平均气温的相关性不明显,没有通过显著性检验。河套地区春季AO与TX10、TX90、TN10和平均气温均为负相关关系,其中与TX90和TN90的相关性分别通过了0.10和0.05水平的显著性检验。

表4 河套地区1960～2013年冬春季极端气温指数与北极涛动的相关性

注:“*”、“**”和“***”分别表示通过0.10、0.05和0.01显著性检验水平。下同。

表5为河套地区1960～2013年冬春季极端气温指数与北大西洋涛动(NAO)的相关性。从表5中可以看出,河套地区冬季的NAO指数与极端气温指数普遍具有明显的相关性,与TX10、TX90和TN10呈负相关,而与TN90和平均气温呈正相关,其中与TX10、TN10和平均气温的相关性均通过了0.01水平的显著性检验。河套地区春季的NAO指数与TX10、TN10呈负相关,而与TX90、TN90和平均气温呈正相关,其中与TX10和TN10的相关性均通过了0.05水平的显著性检验,与平均气温的相关性通过了0.10水平的显著性检验。

综上所述,AO与NAO对河套地区冬春季的极端气温指数和平均气温均具有一定的影响；相较于春季,AO与NAO指数在冬季与极端气温指数的相关性更为显著,且冬季的AO和NAO指数对河套地区极端气温具有一定的预测作用。TN10在冬、春季与AO和NAO指数均具有显著的相关性,说明TN10可以确切地反映出当季AO与NAO指数的状况。

表5 河套地区1960～2013年冬春季极端气温指数与北大西洋涛动的相关性

4 讨论

Ojima等[29]指出中国内蒙一带的干旱半干旱区应对气候变化的能力是脆弱的。河套地区也是一个气候敏感地区,因此该地区极端温度发生的频率以及强度有其自身的特点[30]。逐渐成为人们的共识的是:气候变化不仅可能影响自然系统的生态和生理特征,而且还会对人类系统产生影响[31],所以了解河套地区气候变化的原因,对于科学家和施政者来说都很重要。由上述可知,河套地区54年来极端最高温、极端最低温呈现上升趋势,冷指数下降而热指数上升,说明河套地区的整体气温呈现上升的趋势。这与全国整体的升温趋势[32]相同。虽然现在没有准确说明极端天气与气温的上升之间存在某种必然的联系,但是整体趋势的变化还是值得我们注意,河套地区的气温上升与全球背景下的气温升高存在着必然的联系。因此,全球气候变暖应是导致河套地区极端气温变化的重要原因之一。关于全球变暖,其主要原因是人为向空气中排放了过量的温室气体,使其浓度迅速增加[33]。IPCC第五次报告指出，20世纪50年代以来全球气候变暖的一半以上是人类活动造成的,并且未来气候变暖的趋势将不会改变[34]。河套地区极端气温变化应是由温室气体浓度升高而引起的。但是在极端气温指数发生突变的年份中并没有出现温室气体浓度的突变,例如极端最高气温在1996年前后发生了由小到大的突变,热夜天数在1993年发生了由低到高的突变，霜日天数在1989年发生了由多到少的突变，而据气象站观测,温室气体的浓度在过去60年间是稳步上升的。因此,河套地区极端气温的变化还可能与某些自然因素有关。

冰日和冷日的减少也会对当地城市住宅供暖需求产生影响,同时热夜和夏日天数的增加,则会对空调用电量的上升产生积极影响。Ali M等[35]指出气温与用电量呈一定的线性相关性。

一些学者通过分析每日气温也证实了河套地区呈现明显升温态势[36]。由于冷空气的影响,河套地区冬季时常出现冰冻灾害。但是极端天气的变化也会带来一些有益的影响,尤其是冷指数的降低,将减少对农作物的损害,并且热指数的上升和植物生长期的延长将共同提升农作物的产量[37]。同时,河套地区的农业灌溉也会通过水汽反馈来影响当地的气候,有研究指出灌溉可以对当地气候变化产生一定的缓和作用[38]。Qi L等[39]指出中国北方地区冬季的冷指数和平均气温极易受到北极涛动的影响,而其将带来更为严重的冷空气,这说明未来河套地区有可能受到极端天气带来的更为严重的影响。河套地区温度的升高,也将会影响到当地的水汽含量,而在未来河套地区降雨量下降的情况下[40],当地土壤水分含量将会降低,这会对当地农作物的生长产生不利影响。而土壤沙漠化、土地退化等也会严重影响当地的农业生产。虽然近几年当地水资源利用率有所提高,但是农业生产者在一定程度上还需依赖于“靠天吃饭”,所以今后还需对极端天气进行持续的关注。

5 结论

本研究结果表明：(1)河套地区平均气温、极端最高气温和极端最低气温呈现上升趋势,变化率分别为0.39、0.09和0.28 ℃/10 a；(2)近54年来,河套地区的ID0、FD0、TN10和TX10这4个冷指数呈下降趋势，而SU25、TR20、TN90和TX90这4个热指数呈上升趋势。夏季是热指数上升的最大诱因,而冬季气温升高是河套地区拉动全年平均气温上升的主要原因；(3)极端最高气温、极端最低气温、SU25、TR20、ID0、FD0、TX10和TX90都存在突变,且突变发生在20世纪80和90年代；(4)极端高温事件在20世纪90年代至21世纪初发生的次数较多;在全年各月中,在7月份极端高温事件发生次数最多,尤其是在7月中旬；(5)AO和NAO指数对河套地区冬春季(尤其是冬季)极端气温指数有一定的影响,且TN10能确切地反映AO和NAO指数。

[1] IPCC. Summary for policymakers[M]//Stocker T F, Qin D, Plattner G K, et al. Climate change 2013: the physical science basis. Contribution of working group I to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2013.

[2] IPCC. Summary for policymakers[M]//Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of working group I to the fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.

[3] Barrett B, Joel W C, Jonathan L T. Climate change, human health, and epidemiological transition[J]. Preventive Medicine, 2015, 70: 69-75.

[4] Klein-Tank A M G, Peterson T C, Quadir D A, et al. Changes in daily temperature and precipitation extremes in central and south Asia[J]. Journal of Geophysical Research, 2006, 111: 3505-3515.

[5] Peterson T C, Taylor M A, Demeritte R, et al. Recent changes in climate extremes in the Caribbean region[J]. Journal of Geophysical Research, 2002, 107(D21): 161-169.

[6] Manton M J, Della-Marta P M, Haylock M R, et al. Trends in extreme daily rainfall and temperature in southeast Asia and the south Pacific: 1961～1998[J]. International Journal of Climatology, 2001, 21(3): 269-284.

[7] Moberg A, Jones P D, Lister D, et al. Indices for daily temperature and precipitation extremes in Europe analyzed for the period 1901～2000[J]. Journal of Geophysical Research, 2006, 111(D22): 5295-5305.

[8] Zhang X B, Aguilar E, Sensoy S, et al. Trends in Middle East climate extreme indices from 1950 to 2003[J]. Journal of Geophysical Research, 2005, 110(D11): 3159-3172.

[9] New M, Hewitson B, Stephenson D B, et al. Evidence of trends in daily climate extremes over southern and west Africa[J]. Journal of Geophysical Research, 2006, 111(D14): 3007-3021.

[10] Zhai P, Pan X H. Trends in temperature extremes during 1951～1999 in China[J]. Geophysical Research Letters, 2003, 30(17): 169-172.

[11] Li Z X, He Y Q, Wang P Y, et al. Changes of daily climate extremes in southwestern China during 1961～2008[J]. Global and Planetary Change, 2012, 80(1): 255-272.

[12] 白美兰,郝润全,李喜仓,等.1961～2010年内蒙古地区极端气候事件变化特征[J].干旱气象,2014,32(2):189-193.

[13] 王少平,姜逢清,吴小波,等.1961～2010年西北干旱区极端降水指数的时空变化分析[J].冰川冻土,2014,36(2):318-326.

[14] You Q L, Kang S C, Pepin N, et al. Climate warming and associated changes in atmospheric circulation in the eastern and central Tibetan Plateau from a homogenized dataset[J]. Global and Planetary Change, 2010, 72(1-2): 11-24.

[15] Wang X M, Liu H J, Zhang L W, et al. Climate change trend and its effects on reference evapotranspiration at Linhe station, Hetao Irrigation District[J]. Water Science and Engineering, 2014, 7(3): 250-266.

[16] 钟海玲,李栋梁,陈晓光,等.近40年来河套及其邻近地区降水变化趋势的初步研究[J].高原气象,2006,25(5):900-905.

[17] 刘普幸,安建科,周俊菊,等.河套灌区五原绿洲50a气候年变化特征与预测研究[J].干旱区资源与环境,2009,23(10):106-110.

[18] 马波.历史时期河套地区的农业开发[J].古今农业,1991(1):56-63.

[19] 周雅清,任国玉.中国大陆1956～2008年极端气温事件变化特征分析[J].气候与环境研究,2010,15(4):405-417.

[20] 徐影,丁一汇,赵宗慈,等.我国西北地区21世纪季节气候变化情景分析[J].气候与环境研究,2003,8(1):19-25.

[21] 张宁,孙照渤,曾刚.1955～2005年中国极端气温的变化[J].南京气象学院学报,2008,31(1):123-128.

[22] Li B, Pan A D, Chen B S, et al. Variability of extreme temperature events in the Northwest China during 1960～2008[J]. International Conference on Multimedia Technology, 2010(10):1-4.

[23] Sun L D, Zhang C J, Zhao H Y, et al. Features of climate change in Northwest China during 1961～2010[J]. Advances in Climate Change Research, 2013, 4(1): 12-19.

[24] 唐恬,金荣花,彭相瑜,等.2013年夏季我国南方区域性高温天气的极端性分析[J].气象,2014,40(10):1207-1215.

[25] Klein-Tank A M G, Konnen G P. Trends in indices of daily temperature and precipitation extremes in Europe, 1946～1999[J]. Journal of Climate, 22(16): 3665-3680.

[26] Mandelbrot B B, Wallis J R. Some long-run properties of geographical records[J]. Water Resource Research, 1969, 5(2): 321-340.

[27] Mandelbrot B B, Wallis J R. Robustness of the resealed ranged R/S in the measurement of noncyclic long-run statistical dependence[J]. Water Resource Research, 1969, 5(5): 967-988.

[28] Chen Y G. Mathematical method of geography[M]. Beijing: Science Press, 2011: 463-466.

[29] Ojima D S, Xiao X, Chuluun T, et al. Asian change in the context of global climate change: impact of natural and anthropogenic changes in Asia on global biogeochemistry[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1998.

[30] Yang J H, Ren K Y, Jiang Z H. Characteristics of extreme temperature event and its response to regional warming in Northwest China in past 45 years[J]. Chinese Geographical Science, 2008, 18(1): 70-76.

[31] IPCC. Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability[M]//Contribution of working group II to the fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.

[32] 丁一汇,戴晓苏.中国近百年来的温度变化[J].气象,1994(12):19-26.

[33] 张强,韩永翔,宋连春.全球气候变化及其影响因素研究进展综述[J].地球科学进展,2005,20(9):990-998.

[34] IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Climate change 2013: the physical science basis[M/OL]. Cambridge: Cambridge University Press, 2013.

[35] Ali M, Iqbal M J, Sharif M. Relationship between extreme temperature and electricity demand in Pakistan[J]. International Journal of Energy & Environmental Engineering, 2013, 4(1): 1-7.

[36] 汪宝龙,张明军,魏军林,等.西北地区近50a气温和降水极端事件的变化特征[J].自然资源学报,2012(10):1720-1733.

[37] Liu Y J, Lin E D. Impact of climate warming in the past 20 years on agriculture in different regions of China[J]. Advances in Climate Change Research, 2008(Suppl l): 51-55.

[38] Kueppers L M, Snyder M A, Sloan L C. Irrigation cooling effect: regional climate forcing by land-use change[J]. Geophysical Research Letters, 2007, 34(3): 407-423.

[39] Qi L, Wang Y. Changes in the observed trends in extreme temperatures over China around 1990[J]. Journal of Climate, 2012, 25(15): 5208-5222.

[40] 史培军,孙劭,汪明,等.中国气候变化区划(1961～2010年)[J].中国科学:地球科学,2014(10):2294-2306.

(责任编辑:黄荣华)

Study on Characteristics of Extreme Air Temperature Changes in Hetao Area from 1960 to 2013 under Climatic Change

ZHANG Xin-ping, CHEN Jian-yu, CHEN Hong-fei*

(College of Tourism and Environment, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China)

Based on the daily air temperature data of 13 meteorological stations in Hetao area from 1960 to 2013, using the methods of linear fitting, accumulative anomaly, Mann-Kendall test, principal component analysis, Morlet complex wavelet, and R/S analysis, we calculated and studied 10 kinds of extreme air temperature indices released by WMO. The results were obtained as follows: in Hetao area in recent 54 years, the average air temperature, extreme maximum air temperature, extreme minimum air temperature, and heat indices (summer day, heat night, warm day, and warm night) all showed an increasing trend, while the cold indices (ice day, frost day, cold day, and cold night) all decreased significantly. The changes in extreme air temperature indices in Hetao area had obvious spatial distribution characteristics and sudden change phenomenon, and the sudden changes occurred mainly in the 1980s and 1990s. The rising of both heat indices and winter air temperature was the main reason for the increase in annual average air temperature in Hetao area. The extreme high temperature events happened for many times in the later 1990s and the beginning of the 21st century, and occurred mostly in July (especially in the middle of July). AO and NAO indexes had significant influences on the extreme air temperature indices in winter and spring (especially in winter) in Hetao area.

Extreme air temperature; Hetao area; Variation characteristic; Climatic change

2017-02-07

国家自然科学基金国际合作重大项目(41210002);教育部人文社会科学研究项目(16YJCZH005);陕西师范大学院士创新 项目(999521)。

张心萍(1990─),女,山东高密人,硕士研究生,从事资源开发与GIS研究。*通讯作者:陈宏飞。

S161.22

A

1001-8581(2017)05-0086-08