1971—2020年东北地区极端气候时空变化分析

何秋霞 吴晓兰 汪美宏 姜世中

摘要：东北地区是我国气候变化最显著的响应区之一，植被丰富，农业发达，气候变化对于当地可持续发展有重要意义。本文基于1971—2020年东北地区55个气象站点的气象日值数据，采用RClimDex模型计算极端气候指数，运用线性趋势、MK检验方法探讨区域极端气候时空变化特征。得出如下结论：（1）研究区气温上升变化显著，FD0、TX10p显著减少，DTR减小；SU25、TX90p等表征极端高温事件指数显著增加，GSL延长。除气温极值外，突变点明显，空间变化一致性较强。（2）研究区极端降水量指数中CDD，RX1day呈现不显著下降趋势，其余极端降水指数表现为不显著上升，其中PRCP上升速率最大，各个极端降水指数突变交点众多，突变不明显。各分区的极端降水指数有着显著的空间差异。

关键词：东北地区；气候变暖；极端气候指数；时空分布特征

Abstract：NortheastChinaisoneofthemostsignificantresponseareastoclimatechangeinChina.Withrichinvegetationanddevelopedagriculture，climatechangeisofgreatsignificancetothelocalsustainabledevelopment.Basedonthemeteorologicaldailyvaluedataof55meteorologicalstationsinnortheastChinafrom1971to2020，theRClimDexmodelwasusedtocalculatetheextremeclimateindex，andthespatialandtemporalchangecharacteristicsofregionalextremeclimatewereexploredbylineartrendandMKtestmethods.Thefollowingconclusionsaredrawn：（1）Thetemperatureriseinthestudyareachangedsignificantly，FD0andTX10pdecreasedsignificantly，andDTRdecreased;SU25andTX90pwerecharacterizedbysignificantlyincreasedextremeheatevents，andprolongedGSL.Exceptfortheextremetemperature，themutationpointisobviousandthespatialchangeisstrong.（2）Intheextremeprecipitationindexinthestudyarea，CDDandRX1dayshowedanonsignificantdownwardtrend，whiletheotherextremeprecipitationindexshowedanonsignificantincrease.Amongthem，PRCPhadthelargestriserate，andeachextremeprecipitationindexhadmanyabruptintersectionpoints，andthemutationswerenotobvious.Therearesignificantspatialdifferencesintheextremeprecipitationindexofeachpartition.

Keywords：NortheastChina;climatewarming;extremeclimateindex;spatialandtemporaldistributioncharacteristics

IPCC氣候变化研究报告指明，从20世纪80年代起“全球变暖”已经成为最重要的气候大背景［1］，极大地影响区域水热结构，从而导致极端气候事件发生的频率和强度增强［2］。“极端气候事件”具有显著的突发性和不可预见性，如果发生，会给区域带来重大气象和地质灾害，这对于区域可持续发展产生了较大的负面影响［35］。

Alexander、Naidu等研究表明20世纪50到90年代北半球的大部分地区表示区域气温变冷的指数明显减少，表示气候变暖的指数明显增加，其中水体区域的极端气温事件增加趋势较陆地更为显著［7］。中纬度地区的极端降水倾向增多，尤其湿润区域明显增多，而干旱区极端降水趋向减少［6］。欧洲的气温日较差在减小，欧洲东南部的变冷趋势更为明显，北亚俄罗斯极端高温日数显著增加，美国极端低温日数减少［8］。

国内的极端气候变化趋势和全球趋势基本一致。学者翟盘茂等研究表明我国陆地极端高温事件发生的空间差异显著，年际和季节尺度上极端低温指数上升趋势更为明显，冬季的升温最为显著；降水极端性增强，区域差异要强于极端气温指数。中国北部地区气候变暖趋势较为明显，平均最低气温增幅较大，气温日较差多呈下降趋势。

1数据来源与研究方法

1.1研究区概况

东北地区自北向南依次跨越中温带和寒温带，自东向西包括了湿润、半湿润与半干旱区；区域地形差异显著，三面环山，中部平原。是我国三大天然林中的最大分布区域，植被复杂，同时是中国对于气候变暖响应最敏感的区域之一。高温、霜冻等这种突发性强、破坏性大的极端气候事件对于东北地区社会经济、农业发展都可能产生负面影响。

1.2数据来源

本文气象数据来自国家气象信息中心的《中国地面气候资料日值数据集（V3.0）》。遵循分布均匀，记录完整两大原则，选择了55个站点的气象日值数据集，采用均值法补充个别异常值和缺失值。

1.3研究方法

1.3.1RClimDex模型极端气候指数计算

极端气候指数是指在区域上的固定时间段里气候事件的数据平均状态以及长时间段内“罕见”状况。结合研究区域气候和植被特点，本文在国际气候专家组（STARDEX计划）定义的26个极端气候指数当中，挑选了10个极端气温指数和6个极端降水指标（表1），基于软件程序“RClimDex”计算数据集。

1.3.2其他分析方法

基于在软件计算下得出的东北地区1971—2020年各种极端指数结果本文进行一元线性变化趋势分析。文中利用线性方程变化率结合区域分区线性变化分析气候时间空间变化规律，同时基于MK突变检验探讨时间序列变化趋势和进行突变点检验说明气候时间序列突变特点。

2结果分析

2.1极端气温指数时空变化特征分析

2.1.1极端气温指数趋势分析

东北地区表征极端低温事件的指数FD0、TN10p，极端气温持续指数DTR显著下降；极端低温事件的TNM以及极端高温事件的SU25、TX90p、TXM、TXx以及极端气温持续指数GSL均显著上升；TNn的上升趋势不显著。就变化趋势来说，SU25上升趋势最大；下降趋势最大的是FD0，其余指数中TN10p、TX90p、GSL三者变化速率都超过了0.1；极端指数时间统计显示在21世纪第一个十年2010年，极端高温事件最多，升温最为显著。20世纪75到85年代可能是一个相对寒冷的时期，冷事件出现概率大，温差大。

2.1.2极端气温指数突变特征分析

指数的MK检验统计结果显示表征极端低温事件指数中FD0的突变点出现在1991年，TN10p、TNM的突变点在1987年，极端高温指数中SU25突变点在1998年，TX90p突变点在1996年，TXM突变点在1992年，气温持续指数GSL的突变点在1982年，DTR的突变点在1988年。TNn的突变点出现在2009—2012年，TXx的突变点集中在1999—2005年前后，在置信区间内指数突变交点较多，分布时间宽泛，交点前后波动频繁，突变不明显。区域极端气温指数在20世纪90年代有着明显的突变。

2.2极端降水指数时空变化特征

2.2.1极端降水指数趋势变化

极端降水指数中CDD以及RX1day两者呈下降趋势，R20mm、SDII、PRCP呈微弱的上升趋势，但是各指数均未能通过95%的显著性检验，上升趋势不明显。R20mm、SDII的最小值在2001年、2000年;CDD的最大值位于2020年；PRCP最大值出现在1971年；RX1day最大值在1973年。这表明研究区的降水总趋势走向增加，强度增加，但变化趋势都不显著，极端降水变化不强，从极端指数出现的时间来看在2000年和2001年区域是一个相对干燥期，1971—1973年前后是湿润期。

2.2.2极端降水指数突变分析

研究时段内各极端降水指数突变特征相似，统计量曲线在95%的置信区间内交点众多，分布时间广泛，且交点前后曲线的波动都很频繁，变化并不显著；R20mm在1985—1995年、2011—2012年份一共出现8个突变点；SDII突变点处在研究时段的终点，不具有突变意义，可能在未来降水强度会持续上升；CDD突变点出现在2005—2007年左右；PRCP的突变点在1985—1996年前后；RX1day突变交点众多，集中1993—1998年、2015—2020年两个时间段之间，频繁波动，突变不显著。

结语

本章基于1971—2020年东北地区55个站点日值气象數据，利用RClimDex软件计算极端气候指数，并分析了东北地区15个极端气候指数的时空分布特征，得出主要结论如下：

（1）东北地区气候变暖趋势显著，表征低温事件的指数霜冻日数FD0，冷夜天数TN10p，气温日较差DTR显著减小；表示气温上升的指数显著上升，生长季显著延长，除极端气温极值外表现出了相对统一的显著突变点，空间变化一致性较强。

（2）这表明研究区的降水总趋势走向增加，强度增加，但极端降水各指数的变化趋势较小，都不显著，极端降水变化不强，从极端指数出现的时间来看东北地区在2000年和2001年是一个相对干燥期，未来可能继续走向湿润。

参考文献：

［1］IPCC.AR5climatechange2014：mitigationofclimatechangecontributionofworkinggroupIIItothefifthassessmentreportoftheIntergovernmentalPanelonClimateChange［M］.CambridgeCambridgeUniversityPress，2014.

［2］《2020年中国气候公报》速览［N］.中国气象报，20210210（003）.

［3］肖薇薇，安彬，贾丹.1955—2017年安康市极端气候事件时序变化特征［J］.水土保持研究，2021，28（05）：212221.

［4］王芸，赵鹏祥.黄河流域极端气候事件的时空变异特征研究［J］.西北林学院学报，2021，36（03）：190196.

［5］石淞，李文，丁一书，等.东北地区植被时空演变及其对气候变化和人类活动的响应［J/OL］.中国环境科学：114［20230227］.

［6］FangXQ，WangAY，FongSK，etal.ChangesofreanalysisderivedNorthernHemispheresummerwarmextremeindicesduring1948—2006andlinkswithclimatevariability［J］.GlobalandPlanetaryChange，2008，63（1）：6778.

［7］AlexanderLV，ZhangXB，PetersonTC，etal.Globalobservedchangesindailyclimateextremesoftemperatureandprecipitation［J］.JournalofGeophysicalResearch，2006，111（4）：122.

［8］BrabsonBB，palutikofJP.TheevolutionofextremetemperaturesinthecentralEnglandtemperaturerecord［J］.GeophysicalResearchLetters，2002，29（24）：21632166.

［9］KarlTR，KuklaG，RazuvayevVN，etal.Globalwarming：Evidenceforasymmetricdiurnaltemperaturechange［J］.GeophysResLett，1991，18（12）：22532256.

作者简介：何秋霞（1995—），女，汉族，四川南充人，研究生，研究方向：资源开发与合理利用。

*通讯作者：姜世中（1965—），男，四川仁寿人，博士，教授，研究方向：水资源可持续变化，气候变化研究。