1961—2015年貴州省氣候破紀(jì)錄事件時(shí)空變化

(貴州理工學(xué)院 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003)

政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第五次評(píng)估報(bào)告指出，在溫室氣體排放以及其他人類活動(dòng)影響下，1880—2012年全球平均氣溫上升約0.85 ℃[1]。隨著全球變暖愈加明顯，極端氣候事件發(fā)生頻次、強(qiáng)度增強(qiáng)[2]。破紀(jì)錄事件作為極端氣候事件的重要組成部分，對(duì)全球和區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活造成嚴(yán)重影響和損失[3]。在全球變暖背景下，區(qū)域氣候破紀(jì)錄事件將如何變化，成為氣候變化研究的熱點(diǎn)。

對(duì)于氣候破紀(jì)錄事件的研究，主要關(guān)注溫度破紀(jì)錄事件變化及預(yù)測(cè)，如熊開國(guó)等[4]分析了1976—2005年我國(guó)溫度破紀(jì)錄事件的時(shí)空分布特征，章大全等[5]對(duì)1957—2006年我國(guó)破溫度紀(jì)錄事件發(fā)生概率進(jìn)行了分析，封國(guó)林等[6]探討了溫度破紀(jì)錄事件預(yù)測(cè)理論。然而，這些研究鮮有關(guān)注降水破紀(jì)錄事件。此外，從研究尺度看，對(duì)全國(guó)范圍的研究較多，而對(duì)我國(guó)西南地區(qū)關(guān)注較少。貴州省是我國(guó)西南地區(qū)重要省份，近年來極端氣候事件(包括氣候破紀(jì)錄事件)不斷發(fā)生，影響范圍不斷擴(kuò)大，勢(shì)必對(duì)全省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響[7]。鑒于此，本文中利用1961—2015年逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析55 a間貴州省低溫、高溫、降水破紀(jì)錄事件變化規(guī)律，以期為防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州省(東經(jīng)103°36′—109°35′，北緯24°37′—29°13′)位于中國(guó)西南地區(qū)，土地總面積為17.61萬km2(見圖1)。地貌屬于典型的喀斯特高原山地，地勢(shì)西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔高度為1 100 m，素有“八山一水一分田”之說[8]。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，受大氣環(huán)流、地形等影響，氣候多樣性特點(diǎn)突出。另外，全省氣象災(zāi)害種類較多，干旱、洪澇、凝凍、秋風(fēng)等災(zāi)害發(fā)生頻繁。至2017年底，貴州省常住人口為3 580萬，城鎮(zhèn)化率為37.15%，全省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)為13 540.83億元，人均GDP為 37 956元。

圖1 貴州省區(qū)位圖

1.2 資料

資料來源于由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的1961—2015年貴州省19個(gè)氣象觀測(cè)站日值數(shù)據(jù)，包括日最高溫、日最低溫、日降水量。19個(gè)氣象站點(diǎn)基本信息見表1。缺測(cè)數(shù)據(jù)多為單日或幾日缺少觀測(cè)，沒有月或年等長(zhǎng)時(shí)間缺少觀測(cè)，數(shù)據(jù)質(zhì)量整體較好，缺測(cè)部分利用插值法補(bǔ)齊，數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量控制，可以滿足本研究需要。

表1 貴州省氣象站點(diǎn)基本信息

1.3 氣候破紀(jì)錄事件界定

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，將氣候破紀(jì)錄事件界定為：與歷史時(shí)期同期觀測(cè)值相比，打破歷史記錄的氣候要素值，分為高溫、低溫、降水。具體界定過程：以1月份低溫破紀(jì)錄事件統(tǒng)計(jì)為例，基于逐日數(shù)據(jù)，假定1月份某一站點(diǎn)1961年1月25日發(fā)生觀測(cè)歷史以來第1個(gè)低溫日，那么該日即為第0個(gè)低溫破紀(jì)錄事件，如1961年1月28日出現(xiàn)比第1個(gè)低溫日更低的氣溫，即為第1個(gè)破紀(jì)錄事件。依次類推，得到同一站點(diǎn)1月份不同年份發(fā)生低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生次數(shù)，進(jìn)而得到每個(gè)月份低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生次數(shù)。

1.4 研究方法

1)氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生平均頻次。氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生平均頻次表示一定時(shí)期內(nèi)破紀(jì)錄事件發(fā)生頻繁程度的平均值，計(jì)算公式為

(1)

式中：P為破紀(jì)錄事件發(fā)生平均頻次；n為所有站點(diǎn)破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次之和；N為站點(diǎn)數(shù)量之和。

2)氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)。依據(jù)熊開國(guó)等[4]構(gòu)建的實(shí)際檢測(cè)氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次與理論發(fā)生頻次之間的比值來衡量氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)，如實(shí)際檢測(cè)的發(fā)生頻次高于理論發(fā)生頻次，說明氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)(大于0)；若低于理論發(fā)生頻次，說明氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(小于0)。

3)氣候破紀(jì)錄事件空間插值法。利用Kring插值法得到氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次及其變化趨勢(shì)的空間格局。該插值法是利用待估點(diǎn)與已知點(diǎn)位置的相關(guān)性以及變量之間空間相關(guān)性進(jìn)行插值，是數(shù)據(jù)格網(wǎng)化的方法之一，應(yīng)用廣泛。氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次及變化趨勢(shì)的劃分，采用ArcGIS軟件中的等間距分割法。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次

從55 a間貴州省19個(gè)氣象站點(diǎn)氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生平均頻次(表2)可知，全年、春季、夏季、冬季的氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次由高到低的順序?yàn)楦邷仄萍o(jì)錄事件、降水破紀(jì)錄事件、低溫破紀(jì)錄事件，秋季順序?yàn)榻邓萍o(jì)錄事件、高溫破紀(jì)錄事件、低溫破紀(jì)錄事件。

表2 1961—2015年貴州省氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生平均頻次

從55 a間貴州省全年氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局(圖2)可知，低溫、高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局基本呈現(xiàn)由東部向西部逐漸增加趨勢(shì)。降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局呈現(xiàn)東部、南部、北部、西部較高，中部、西南部較低的特點(diǎn)。

(a)低溫破紀(jì)錄(b)高溫破紀(jì)錄(c)降水破紀(jì)錄圖2 1961—2015年貴州省全年氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局

從55 a間貴州省四季氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局(圖3)可知：春季低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局為東部、北部和中部較低，南部、西部較高；夏季為北部較低，南部較高；秋季為北部、東南部較低，東部、西部和南部較高；冬季為東部、西南部較低，北部、中部和西部較高。春季高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局為西部較低，東部、北部、南部較高；夏季為東部、南部較低，西部較高；秋季為中部、北部較低，西部、東部較高；冬季為東北部、西北部、西部較低，中部、南部較高。春季降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局為中部、南部較低，北部、西部較高；夏季為西部較低，東部、北部較高；秋季為中部、東部、北部較低，西部、西南部較高；冬季為西部較低，東南部、東部、北部較高。

(a)春季,低溫破紀(jì)錄(b)春季,高溫破紀(jì)錄(c)春季,降水破紀(jì)錄(d)夏季,低溫破紀(jì)錄(e)夏季,高溫破紀(jì)錄(f)夏季,降水破紀(jì)錄(g)秋季,低溫破紀(jì)錄(h)秋季,高溫破紀(jì)錄(i)秋季,降水破紀(jì)錄(j)冬季,低溫破紀(jì)錄(k)冬季,高溫破紀(jì)錄(l)冬季,降水破紀(jì)錄圖3 1961—2015年貴州省四季氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局

2.2 氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)

從55 a間貴州省19個(gè)氣象站點(diǎn)氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次的平均變化趨勢(shì)(表3)可知：全年及四季的低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；全年、春季、夏季、秋季的高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，僅有冬季呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；全年、春季、冬季的降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，僅有夏季和秋季呈下降趨勢(shì)。

從55 a間貴州省全年氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)的空間格局(圖4)可以看出：全省絕大部分地區(qū)低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，僅有西南部極小部分地區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中北部、南部、東部下降幅度較大，西部下降幅度較小。全省大部分地區(qū)高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，僅有中部以及東北部和西南部零星地區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中東北部、東南部增加幅度較小，西部、西南部、東部增加幅度較大。全省大部分地區(qū)降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，僅有西北部地區(qū)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中中部、西部、東北部增加幅度較小，南部、東南部增加幅度較大。

表3 1961—2015年貴州省氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次的平均變化趨勢(shì)

(a)低溫破紀(jì)錄(b)高溫破紀(jì)錄(c)降水破紀(jì)錄圖4 1961—2015年貴州省全年氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)的空間格局

從55 a間貴州省四季氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)的空間格局(圖5)可以看出：全省全部地區(qū)春季和冬季低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中春季下降幅度高值區(qū)位于南部和西北部，冬季下降幅度高值區(qū)位于中北部和南部；大部分地區(qū)夏季和秋季低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，僅有小部分地區(qū)低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中夏季僅有中部和西南部零星地區(qū)呈上升趨勢(shì)，秋季僅有西部呈上升趨勢(shì)。全省大部分地區(qū)春季、夏季和秋季高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中春季增加高值區(qū)位于西部地區(qū)，夏季增加高值區(qū)位于東部、北部和西部，秋季增加高值區(qū)位于東部、南部和西部；大部分地區(qū)冬季高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，僅有西北部呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。全省大部分地區(qū)春季、冬季降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中春季增加高值區(qū)位于東部和北部，冬季增加高值區(qū)位于南部和西部；大部分地區(qū)夏季、秋季降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中夏季下降高值區(qū)位于東北部和南部，秋季下降高值區(qū)位于北部和南部。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

已有研究發(fā)現(xiàn)，貴州省氣溫呈升高趨勢(shì)，降水呈波動(dòng)上升趨勢(shì)[9-10]，導(dǎo)致低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，高溫和降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。此外，全年和四季之間氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)的空間格局存在差異，這與全省氣溫和降水變化趨勢(shì)存在空間異質(zhì)性有一定關(guān)系[11-13]。

(a)春季,低溫破紀(jì)錄(b)春季,高溫破紀(jì)錄(c)春季,降水破紀(jì)錄(d)夏季,低溫破紀(jì)錄(e)夏季,高溫破紀(jì)錄(f)夏季,降水破紀(jì)錄(g)秋季,低溫破紀(jì)錄(h)秋季,高溫破紀(jì)錄(i)秋季,降水破紀(jì)錄(j)冬季,低溫破紀(jì)錄(k)冬季,高溫破紀(jì)錄(l)冬季,降水破紀(jì)錄圖5 1961—2015年貴州省四季氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)空間格局

依據(jù)研究結(jié)果，今后應(yīng)重視極端高溫和極端降水對(duì)全省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活的影響，根據(jù)各區(qū)域氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生特點(diǎn)及趨勢(shì)，提出不同季節(jié)應(yīng)對(duì)極端氣候的對(duì)策，緩解極端氣候的負(fù)面影響。如貴州西部地區(qū)春季、秋季的高溫破紀(jì)錄事件呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，且該地區(qū)干旱發(fā)生頻率和強(qiáng)度較大[14]，勢(shì)必加劇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水資源短缺，進(jìn)而影響糧食生產(chǎn)，因此應(yīng)該重視該地區(qū)高溫破紀(jì)錄監(jiān)測(cè)和評(píng)估。

3.2 結(jié)論

1961—2015年間貴州省高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次較高，低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次較低，降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次居中。低溫和高溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局接近，與降水破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次空間格局存在差異。55 a間低溫破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，高溫和降水破紀(jì)錄事件呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。全年和四季之間的氣候破紀(jì)錄事件發(fā)生頻次變化趨勢(shì)的空間格局存在差異。