1991—2020年甘南州主要极端气候指数变化趋势

魏玮　孟宪德　韩步龙　贺海燕　杨德锋　杨扬

摘要 利用1991—2020年甘南藏族自治州8个国家级气象站逐日气温和降水资料，计算极端气候指数，并运用趋势分析法、Morlet复小波分析法对相关指数的变化特征进行分析。结果表明：在甘南州7个极端气温指数中，暖昼等暖指数呈上升趋势，冷夜等冷指数趋于下降，且冷夜下降趋势比暖昼上升趋势更显著，3个降水指数均呈增加趋势，说明甘南州有明显的变湿、变暖倾向，且极端降水事件频次增加。极端气温指数大多在20世纪90年代中后期出现突变。极端降水指数周期特征明显，存在着10年和6年附近的周期。

关键词 甘南藏族自治州；极端气候指数；变化趋势

中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）06–0101-03

甘南藏族自治州处于青藏高原东部边缘和青藏高原与黄土高原过渡地带，气候具有一定特殊性。同时，作为高海拔生态环境脆弱区域，甘南州受人类社会经济活动和全球气候变化等因素的影响显著，极端气候事件频发[1]。研究表明：这些事件的形成机制并不是单一孤立的，而是相互关联的。翟盘茂等[2]提出了定义极端值和极端值阈值的方法，其研究结果表明西北地区强降水事件趋于增多；我国平均最高温度略有升高，最低温度显著增加，日较差显著变小[3]；我国近50余年降水强度增加，降水日数除西北地区外，其他大部分地区显著减少[4]。周晶[5]的研究表明，暖夜、暖昼等暖指标呈上升趋势，霜冻日数等冷指标呈下降趋势，且在1990年左右存在突变年。唐红玉等[6]

对中国极端降水的研究发现，西北大部分地区极端降水（大于日降水序列的99%）事件频率显著增加，西北北部和华东极端降水事件频率有增加趋势，而且这种趋势与平均降水变化趋势空间分布一致[7]。以往的研究大多针对较大范围的极端气候事件，而很少聚焦于某个地区，在研究甘南州极端气候指数的变化特征和演变规律的基础上，直观反映甘南州极端气候指數变化趋势和周期规律，为该地区的农牧业发展与生态环境管理提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料

利用甘南藏族自治州8个国家级气象站1991—2020年常规地面观测资料（逐日最高、最低气温和逐日降水资料），计算甘南州极端气候指数。采用气候变化检测与极端气候事件指标专家组（Expert Team on Climate Change Detection and  Indices，ETCCDI）所定义的指标体系[8]。选取7个极端气温指数和3个极端降水指数（表1）进行研究。

1.2 方法

采用趋势系数法分析极端气候指数随时间变化的趋势，值为正（负）时，表示该要素在所计算的n年内有线性上升（下降）趋势；采用Mann-Kendall法（简称M-K检验）对极端气候指数进行突变分析，以检测各指数序列突变点发生的时间，并对其进行显著性检验。这种非参数统计检验方法不需要样本遵从一定的分布，而且可以明确指出突变开始的时间和突变的区域，是目前突变性检验方法中计算简便、应用较多且理论意义最为明显的一种[9]。采用Matlab小波工具箱中的信号延伸功能对降水序列进行对称延伸，以减少边界效应，利用Morlet复小波分析法探讨极端气候指数的周期特征[10]。

2 结果与分析

2.1 温度指数的变化趋势

从图1可看出，甘南州极端气温指数的趋势变化，年平均最高、最低气温，暖昼、暖夜等暖指数呈上升趋势，系数分别为0.0327、0.0473、0.3047、0.6131；与其相对应，霜日、冷夜、冷昼等冷指数呈下降趋势，系数分别为-0.4044、-0.7025、-0.2001；且除冷昼外，其他指数均在α=0.05显著性水平上显著。相对比，冷夜的增加趋势比暖昼更显著，年平均最低气温的上升趋势大于年平均最高气温，表征昼夜温差变小，极端天气事件可能增多。

2.2 温度指数的突变检验

经过M-K检验分析绘出的曲线图（图2），给定α=0.05的显著性水平，则临界值u0.05=±1.96，暖昼指数（a）在1996年前后存在突变点，冷夜指数（b）在1999年出现突变点，冷昼指数（d）在1996年出现突变点。而暖夜指数（c）的交点出现在2002年，其UF值在2007年超出临界线范围，表明暖夜指数在2002出现突变，2007年后上升趋势显著。暖夜指数突变相比其他2个指数有一定的滞后性。

2.3 降水指数的变化趋势

日降水强度、强降水日数（图3）以及年降水量变化均呈上升趋势，且都通过0.05的显著性检验。其中，日降水强度的变化趋势比其他2个指数较为平缓。从各年代变化趋势来看，21世纪20年代比10年代略大，20世纪90年代变化值最小，这种变化在3个指数中均有所体现。甘南州降水极端指数变化特征和整个西北区的变化特征一致。

2.4 降水指数的小波变换

利用Morlet复小波对年降水量进行分析可知（图4），甘南州年降水量具有明显的周期特征。1991—2020年降水量存在着10年和6年附近的振荡周期，且2个以上时间尺度的周期变化表现稳定，在整个时间尺度上出现5个偏多中心和4个偏少中心，分别为1993、1998、2006、2013、2020年，1995、2003、2009、2016年。图4b表征年降水量存在着4个较明显的峰值，依次对应14年、11年、6年和3年的时间尺度，其中最大峰值为11年，为甘南州降水量的第一主振荡周期，14年的时间尺度对应第2峰值，为年降水量的第二主振荡周期。

3 结论

（1）1991—2020年甘南州年平均最高、最低气温、暖昼、暖夜等暖指数呈上升趋势；霜日、冷夜、冷昼等冷指数呈下降趋势。冷夜的增加趋势比暖昼更显著，年平均最低气温的上升趋势大于年平均最高气温，表征白天和夜间的温差变小，极端天气事件可能增多。

（2）暖昼、冷昼和冷夜指数在20世纪

90年代中后期发生突变，暖夜指数在21世纪初出现突变，2007年后上升趋势显著。暖夜指数突变比其他3个指数有一定的滞后性。

（3）日降水强度和强降水日数以及年降水量变化均呈上升趋势，日降水强度变化趋势比其他2个指数较平缓。甘南州降水极端指数变化特征和整个西北区的变化特征一致。

（4）甘南州年降水量存在明显周期特征，1991—2020年降水量存在10年和6年附近的振荡周期，且2个以上时间尺度的周期变化表现稳定。年降水量存在着4个较明显的峰值，最大峰值为11年，为甘南州降水量的第一主振荡周期。

（5）在全球变暖背景下，甘南州平均最低气温、最高气温升高，年降水量和极端降水频率增加，年降水量存在显著周期变化。甘南州气候在20世纪90年代中后期有明显的变暖、变湿趋势，可能导致强降水频次和比例增加，导致高原生态发生變化，研究极端气候事件的变化可为生态防护、防灾减灾及农牧业发展提供科学参考。

参考文献

[1] 李红梅，李林.2 ℃全球变暖背景下青藏高原平均气候和极端气候事件变化[J].气候变化研究进展，2015，11（3）：157–164.

[2] 翟盘茂，潘晓华.中国北方近50年温度和降水极端事件变化[J].地理学报， 2003（S1）：1-10.

[3] 翟盘茂，任福民.中国近四十年最高最低温度变化[J].气象学报，1997（4）：35-46.

[4] 翟盘茂，干萃萃，李威.极端降水爭件变化的观测研究[J].气候变化研究进展，2007，3（3）：144-148.

[5] 周晶.中国极端气候事件的数值模拟及其对土壤湿度异常响应的敏感性分析[D].南京：南京信息工程大学，2011.

[6] 唐红玉，翟盘茂，王振宇.1951-2002年中国平均最高、最低气温及日较差变化[J].气候与环境研究，2005，10（4）：728-735.

[7] 赵庆，张武，王式功，等.西北地区东部干旱半干旱区极端降水事件的变化[J].中国沙漠，2005，25（6）：904-909.

[8] 王晓利.中国沿海极端气候变化及其对NDVI的影响特征研究[D].烟台：中国科学院烟台海岸带研究所，2017.

[9] 符淙斌，王强.气候突变的定义和检测方法[J].大气科学，1992，l6（4）：482-493.

[10] 林振山，邓白旺.子波气候诊断技术的研究[M].北京：气象出版社，1999.

责任编辑：黄艳飞

Change Trend of Main Extreme Climate Indexes in Gannan Prefecture from 1991 to 2020

Wei Wei et al（Zhuoni Meteorological Bureau， Zhuoni， Gansu 747600）

Abstract Based on the daily temperature and precipitation data of eight national meteorological stations in Gannan Tibetan Autonomous Prefecture from 1991 to 2020， the extreme climate index was calculated， and the change characteristics of the relevant index were analyzed using trend analysis and Morlet complex wavelet analysis. The results show that among the seven extreme temperature indexes in Gannan Prefecture， the warm day isoparametric index shows an upward trend， and the cold night isoparametric index tends to decline， and the cold night decline trend was more significant than the warm day rise trend， and the three precipitation indexes show an upward trend， indicating that Gannan Prefecture has an obvious trend of wetting and warming， and the frequency of extreme precipitation events increases. Most of the extreme temperature indexes changed abruptly in the middle and late 1990s. The cycle characteristics of extreme precipitation index are obvious， and there are periods around 10 a and 6 a.

Key words Gannan Tibetan Autonomous Prefecture; Extreme climate index; Change trend

作者简介 魏玮（1995—），女，甘肃临夏人，助理工程师，主要从事县级综合气象业务工作。

收稿日期 2023-03-16