丽江极端气候指数的长期变化特征分析

王新博 王龙 杨荣赞

摘 要：利用丽江气象站的1960—2014年逐日降水和气温资料，计算出13个极端气候指数，采用线性趋势估计法、累积距平法、M-K检验法和Pettitt等方法来对极端气候指数的趋势和突变进行分析，结果表明：气温类极端气候指数中热持续天数、夏日日数、暖夜和暖日指数存在显著增加趋势、霜冻日数存在显著减少（α=0.05），近54a来增温明显。极端降水指数中，连续湿润日数、湿天降水总量显著减少，大雨天数和干旱日数显著增加，降水趋于集中，干旱风险增加。除热持续日数、冷持续数、降水强度和干旱日数外，其余极端气候指数均通过了显著性突变检验，突变期主要集中于2003—2008年时段，而极端降水指数突变期则集中于1974—1984年时段。总体来看，极端气候指数在一定程度上揭示了丽江地区暖干化变化趋势。

关键词：丽江；极端气候指数；变化趋势；累积距平法

中图分类号：S16 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415059

基金项目：水利部公益性行业专项云南旱灾应急响应系统研究（项目编号：201001044）；云南省应用基础研究计划项目（项目编号：2014FD022、2015FD021）

*为本文通讯作者 近百年来，全球的气候变化有着显著变暖的趋势[1]，在全球气候变暖背景下，我国极端气候事件发生的频率也在明显的增多[2-4]，极端气候事件对社会经济造成了一定的影响[5]，也受到国内外学者越来越多的关注；如高涛，谢立安[6]对中国近五十年来极端降水事件的研究表明，发现在全球变暖背景下极端降水事件的频率和强度均由升高的趋势但存在明显的区域差异；Mohammad M. Sohrabi等通过计算27个爱达荷州的气候指数对气候极端性和变异性对农业和区域水资源的影响做了研究；闫慧敏，刘纪远[7]等人对通过运用46个国家级气象站点的日值记录数据，计算与植被生长的水热条件及寒害灾害直接相关的极端气候指数，综合对过去50年来内蒙古温度和降水气候事件的时空演变特征进行了分析。

丽江市位于云南省西北部云贵高原与青藏高原的衔接地段，属低纬暖温带高原山地季风气候。干湿季节分明，灾害性天气较多，年温差小而昼夜温差大，兼具有海洋性气候和大陆性气候特征。年平均气温12.6～19.9℃之间，全年无霜期为191～310d；年均降雨量为910～1040mm，雨季集中在6—9月；年日照时数在2321～2554h，分布有青藏高原最南端也是欧亚大陆距离赤道最近的海洋型冰川区，是我国著名的景区之一，分析其极端气候指数长期变化具有重要意义。本文利用线性趋势估计法[8-9]、累积距平法[10]、Mann-Kendall法分析丽江的极端降水和极端温度的长期变化趋势，同时利用Mann-Kendall[11]（简称M-K）法与佩蒂特方法[12]（Pettitt）对丽江极端降水、极端气温变化趋势进行突变检验。

1 数据和方法

1.1 数据

选用1960-2014年丽江站点54a的逐日气象资料（逐日降水、最高和最低温度），采用RclimDex计算得到各类极端温度指数与极端降水指数。逐日气象资料来源于中国气象科学数据共享服务网，并且对逐日数据进行了质量控制。本文选取了13个计算得到的极端气候指数来反映不同方面的变化，其中选取5个极端降水指数和8个极端气温指数，各类指数及其定义见表1。

1.2 研究方法

时间序列的趋势变化采用线性趋势估计、累积距平和Mann-Kendall进行分析；突变分析本文采用Mann-Kendall检验法和Pettitt法相结合的方法来进行检验分析。其中，Mann-Kendall趋势检验法是一种被广泛使用的非参数检验法，被广泛的应用于气温、径流和降水等要素的时间序列变化趋势的分析，Pettitt法是一种与M-K检验法相似的非参数检验方法，Pettitt检验法可以直观的看出突变，因此，采用M-K检验法结合Pettitt检验的方法比较有利于提高检测的合理性。各类检测方法计算过程详见文献[13]。

2 结果分析

2.1 极端气温指数年际变化趋势以及突变情况

由表2可以看到WSDI（暖持续日数）的线性倾向率为3.106d/10a，呈明显的上升趋势。由图1a为WSDI（暖持续日数）1960—2014年的累积距平图，可以看到从1960—1998年间WSDI以负距平占主导地位，累积距平线呈现下降的趋势，说明这一期间的暖持续日数相对其多年平均值偏少。1998—2014年间，正距平占主导，累积距平呈上升趋势，说明這一时段暖持续日数相对其多年平均值偏多，WSDI由1998年由偏少转变为偏多，1998年也即为可能为突变年；由图1b可以看出CSDI（冷持续日数）在1960—1965年期间负距平占主导，累积距平线呈下降的趋势，说明冷持续日数在这一期间偏少，1966—1979年正距平占主导，累积距平线上升，冷持续日数属于偏多期，随后1979—1994年负距平占主导，累积距平线下降，冷持续日数属于偏少的阶段，且在1994年后偏少转为偏多，在1998年后又出现偏少的阶段，总体线性倾向率为-0.366d/10a，呈不明显的下降趋势。

从表2可知SU25（夏日日数） 与FD0（霜冻日数）呈相反的变化趋势，线性倾向率分别为2.644d/10a和-2.633d/10a，变化幅度大致相同。从图1c可以看出SU25（夏日日数）在21世纪之前属于偏少期，表现在负距平，之后夏日日数明显增多，进入偏多期；在图1d中显示出在20世纪90年代之前FD0（霜冻日数）正距平占主导，属于霜冻日数偏多期，在90年代后，累积距平线下降，霜冻日数出现偏少的阶段，在21世纪后区域稳定。

TN90（暖夜指数）和TX90（暖日指数）都有呈现上升的趋势，气候倾向率分别为2.496和1.889（表2得知），2个指数在变化趋势上也大体呈现相同的趋势，TN90在20世纪70年代以前属于平稳的波动期，在80、90年代属于偏少期，负距平占主导，累积距平线下降，在21世纪后正距平占主导，暖夜指数明显偏多；TX90变化的趋势与TN90大体相同，在2005年之前，负距平一直占主导，暖日指数偏少，在2005年之后累积距平线上升，暖日指数偏多，总体呈现先偏少在偏多的“V”字趋势；TN10（冷夜指数）和TX10（冷日指数）都呈现与之前暖夜和暖日指数相反的下降趋势，下降幅度分别为0.967和0.407。TN10在20世纪70年代中期之前处于一个平稳的波动期（图1g），随后到70年代末这一期间属于冷夜指数偏多期，累积距平线明显上升，到2008年这一期间累积距平线下降，负距平占主导，冷夜指数偏少，之后趋于平稳；由图1h看到冷日指数从1960—2008年期间正距平占主导，属于偏多期，随后在2008年

以后累积距平线下降，属于偏少期。

WSDI的增幅（3.106d/10a）远大于CSDI的减幅（0.366d/10a），SU25的变化趋势与FD0的变化趋势大体相同。TN90增大的幅度（2.496）远大于TN10减少的幅度（0.967），TX90的增幅（1.889）远大于TX10的减幅（0.407），可以认为丽江地区变暖趋势主要受到WSDI（热持续日数）、TN90（暖夜指数）和TX90（暖日指数）上升的影响。

在对极端气温指数进行M-K检验后，并进行Pettitt进行校核，结果见表2，除了WSDI和CSDI其余指数均通过了α=0.05的显著性检验，说明WSDI和CSDI并未发生显著性突变，还可以观察到通过显著性检验的极端气温指数大多在21世纪初发生突变。

2.2 极端降水指数年际变化趋势以及突变情况

CDD（连续干旱日数）、SDII（降雨强度）和R20（大雨水天数）都在呈不同幅度的上升趋势（表3），余下CWD（连续湿润日数）与PRCPTOT（湿天降水总量）呈下降的趋势，湿天降水总量减少但降水强度和大雨水天数在增大，说明降水较集中密集。

由图2a可知，1960-1966年间CDD负距平占主导，这一时期干旱日数偏少，之后1967-1976年，正距平占主导，累积距平线上升，干旱日数处于偏多的阶段，1977-2009年，负距平占绝对优势，干旱日数偏少，到2014年，累积距平线上升，干旱日数又在偏多；从图2b看到，1997年前CWD正距平占绝对优势，此后负距平占主导位置，连续湿润日数处于偏少期。

SDII从1960-1986年降雨强度处于相对其平均值偏少期，负距平为主，累积距平线呈下降的趋势，一直到1997年，这期间属于波动变化期，从1997年后累积距平线开始上升，正距平占主导，降雨强度相对其偏多；PRCPTOT在1960—1966年期间属于降水总量偏多期，到1988年负距平占绝对优势，属于偏少期，1988—2004年累积距平线上升，此后又下降，由偏多转变为偏少；由图2e看出，R20在1960—1966年期间正距平占主导地位，大雨天数偏多，随后是一个波动变化期，随后到1985年之前处于偏少期，1986—2007年期间正距平占主导位置，累积距平线上升，随后又稍有下降，由大雨水天数偏多转变为偏少。

在极端降雨指数的M-K突变检验中，只有SDII没有通过显著性检验，所以SDII没有发生显著性的突变，CWD1997年发生突变与图2b中累积距平线1997年属于最高点相吻合，极端降水指数大多突变都发生在20世纪70年代以后。

3 结论

通过对丽江地区1960-2014年近54a的极端气候指数进行分析，得到以下结论。

在丽江地区中的极端气温指数中，WSDI、SU25、TX90和TN90趋势的显著上升说明近54a来丽江地区呈现出升温的趋势，由CSDI、TX10和TN10的降低表明了极端冷事件在减少，FD0的下降，说明了霜冻灾害的情况在降低。WSDI的增幅远大于CSDI的减幅，SU25的变化趋势与FD0的变化趋势大体相同。TN90增大的幅度远大于TN10减少的幅度，TX90的增幅远大于TX10的减幅，丽江地区变暖趋势主要受到WSDI（热持续日数）、TN90（暖夜指数）和TX90（暖日指数）上升的影响。

极端降水指数变化趋势分析表明：CDD的上升趋势、CWD和PCRPTOT的下降趋势说明干旱事件频发，干旱风险存在增大可能，同时，总降水量在减少而降水强度和大雨水天数在增加，说明降水集中程度的增加。

极端氣温指数中WSDI和CSDI突变检测未通过显著性检验，说明WSDI和CSDI并未发生显著性突变，其余极端气温指数通过突变显著性检验，突变期主要集中于2003-2008时段。极端降水指数中，除SDII和CDD外，其余极端降水指数均通过显著性检验，突变大多发生于20世纪70年代后时段。

综上所述，极端气温指数和极端指数的变化趋势说明丽江存在暖干化可能。增温效应会可能增加作物的产量提高，但主要作物的生长期则可能缩短，对物质积累和籽粒产量有不利影响。同时，热量资源增加对作物生长发育的影响很大程度上受降水变化的制约，近54a降水总量下降、集中程度的增加，导致的季节性干旱风险则对农作物的生长产生不利影响[14]，增大了防灾减灾压力。

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