1951—2020年廣州地區(qū)極端氣溫指數(shù)年月尺度變化研究

江銘諾，李冠毅,3，何婉文，王沛東，李舒文

(1.廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心，廣東 廣州 510641；2.中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029；3.南雄市氣象局，廣東 韶關(guān) 512000)

1 引 言

近代以來，全球氣候系統(tǒng)正經(jīng)歷一次以氣候變暖為主要特征的明顯變化，各種極端氣候事件頻發(fā)，其頻率和強(qiáng)度的改變給人類社會的安全穩(wěn)定發(fā)展帶來嚴(yán)重沖擊[1]。因此，對于極端氣候變化事件的研究一直是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，Salameh等[2]運(yùn)用基于WMO推薦的以及綜合估算后適用于當(dāng)?shù)氐墓灿?6種新舊極端氣溫指數(shù)對黎凡特地區(qū)(巴以地區(qū))的時空變化研究表明該區(qū)暖系列指數(shù)呈現(xiàn)顯著的上升趨勢，這種變化與北海-里海氣候模式關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。部分研究[3-7]運(yùn)用極端氣溫指數(shù)對美國、意大利、塞爾維亞和蒙古的研究顯示近幾十年這些地區(qū)的暖系列極端氣溫指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，冷系列極端氣溫指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，而肯尼亞地區(qū)的暖系列和冷系列極端氣溫指數(shù)卻呈現(xiàn)上升的變化趨勢。Poudel等[8]對尼泊爾地區(qū)的極端氣溫指數(shù)研究表明，部分極端氣溫指數(shù)的變化與熱島效應(yīng)有較強(qiáng)的相關(guān)性。

廣州地處華南南部近海、廣東中南部、珠江三角洲北緣，是國家戰(zhàn)略粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的核心城市、一帶一路倡議的樞紐城市。改革開放以來廣州市的城市面積快速擴(kuò)張，城市人口增加明顯，隨著城市的下墊面條件變得更加復(fù)雜以及全球變暖的大背景下[9]，廣州市的各類極端天氣事件頻發(fā)[10]，給當(dāng)?shù)氐姆€(wěn)定發(fā)展和安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響。廣州作為一座常住人口超過1 800萬人的超大城市，研究明確各類極端氣候事件的變化規(guī)律以保障城市的安全穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。前人對包含廣州地區(qū)的極端氣溫指數(shù)研究往往研究的區(qū)域尺度過大，例如研究中國沿海區(qū)域[11]、華南地區(qū)[18]以及整個珠江流域[12]的極端氣溫指數(shù)變化，由于區(qū)域跨度過大，不同區(qū)域[18-32]、流域[12-17]、城市[33-39]或者地形[40-42]之間內(nèi)部包括的氣候類型較為復(fù)雜，存在一定的空間差異，因此其極端氣溫指數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果對于內(nèi)部的某些熱點(diǎn)區(qū)域往往不具有良好的代表性。且其時間尺度往往集中于1960年以后[20-27]，絕大部分研究集中于對極端氣溫指數(shù)年尺度的研究，缺少對于月尺度的極端氣溫指數(shù)的變化研究。本研究通過對廣州國家基本氣象站近70 a的年月尺度極端氣溫指數(shù)變化特征分析，以期為當(dāng)?shù)貞?yīng)對氣候變化保障安全生活生產(chǎn)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

2 資料與方法

本研究中選取了廣州國家基本氣象站1951—2020年的逐日最高氣溫和最低氣溫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于廣東省氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心的歷史數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的歷史氣象數(shù)據(jù)根據(jù)廣東省各個國家站的歷史地面氣象記錄月報表[43]經(jīng)過多次人工審核后，再采用臺站極值檢查、氣候閾值檢查和內(nèi)部一致性檢查的質(zhì)量控制方法檢查后錄入[44]，具有較高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。由于近幾十年廣州城市面積的快速擴(kuò)張[45-46]，廣州國家基本氣象站共發(fā)生過4次遷站，臺站的數(shù)據(jù)基本情況見表1。在進(jìn)行極端氣溫指數(shù)計算前，運(yùn)用基于R語言開發(fā)的RClimDex程序?qū)V州站近70 a的逐日氣溫數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值和離群值的篩選，該站的數(shù)據(jù)連續(xù)性較好，沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失的情況，也沒有檢測到異常值，對于出現(xiàn)的210個離群值(超出對應(yīng)日期氣溫平均值三倍標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù))再次翻閱臺站的月報表并核對周邊國家站氣溫記錄進(jìn)行區(qū)域一致性檢查，并未發(fā)現(xiàn)異常。

表1 臺站和數(shù)據(jù)基本情況

本研究的極端氣溫指數(shù)定義采用WMO氣候變化委員會(CCI)的氣候變化檢測、監(jiān)測和指標(biāo)專家組(ETCCDI)基于全球氣候研究計劃(WCRP)及氣候變化和可預(yù)測性計劃(CLIVAR)確定的氣候變化檢測指數(shù)[8,16]。該氣候變化檢測指數(shù)由16個極端氣溫指數(shù)組成，由于廣州地處中亞熱帶季風(fēng)氣候和南亞熱帶季風(fēng)氣候的過渡區(qū)域，熱量較為充足，近70 a中僅有2 d的霜凍日數(shù)FD0出現(xiàn)，冰凍日數(shù)ID0沒有出現(xiàn)過，作物生長季日數(shù)GSL的討論也意義不大，因此本研究僅對余下的13個極端氣溫指數(shù)展開研究。同時廣州地區(qū)夏季氣候較為炎熱，WMO推薦的暖指標(biāo)較適用于溫帶地區(qū)，因此本研究在計算逐日最高最低氣溫上下95%分位數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣州本地的實際情況，新增加了兩個極端氣溫指數(shù)酷熱日數(shù)SU35和非常熱夜日數(shù)TR26，相關(guān)指數(shù)的定義見表2。由于極值極端氣溫指數(shù)與平均最高氣溫TMAXmean和平均最低氣溫TMINmean的相關(guān)性較強(qiáng)，因此本文在研究中也將TMAXmean和TMINmean的變化趨勢加以比較分析，以期找出其與極值極端氣溫指數(shù)變化的異同。研究過程中注意到RClimDex計算的相對指數(shù)為百分?jǐn)?shù)，為了便于研究將其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)時間的天數(shù)。為了探究不同基期的選擇對于相對指數(shù)計算結(jié)果差異的影響，研究中采用不同的基期即1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年作為輸入基期選擇。對于計算出來的極端氣溫指數(shù)采用線性趨勢法、距平及累積距平法和Mann-Kendall檢驗法等方法對廣州地區(qū)極端氣溫事件的變化特征進(jìn)行研究。

表2 極端氣溫指數(shù)定義

3 結(jié)果與分析

3.1 閾值極端氣溫指數(shù)變化趨勢

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，夏日日數(shù)SU25、酷熱日數(shù)SU35、熱夜日數(shù)TR20和非常熱夜日數(shù)TR26均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，SU25、SU35和TR26的上升趨勢均達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，上升速率分別為2.76 d/(10 a)、3.56 d/(10 a)和3.41 d/(10 a)，TR20的上升速率為1.66 d/(10 a)，從上升速率來看，新的指標(biāo)酷熱日數(shù)和非常熱夜日數(shù)較夏日日數(shù)和熱夜日數(shù)上升更為明顯，新的指標(biāo)更能反映氣候變暖的大背景下，廣州地區(qū)的晝夜體感炎熱日數(shù)的變化情況，從某種意義上可以表征該地區(qū)夏季日間和夜間大部分人群需要使用輔助降溫設(shè)備的日數(shù)在近70 a出現(xiàn)了明顯的增加。SU25、SU35、TR20和TR26的歷年均值分別為232 d、12 d、190 d和26 d。從距平和累積距平來看，SU25、SU35、TR20和TR26的年際波動較大，其中SU35和TR26在其累積距平表現(xiàn)為上升趨勢以后波動更大；SU25和SU35大致以1996年為界，1996年之前累積距平表現(xiàn)為下降趨勢，表明這段時間夏日日數(shù)和酷熱日數(shù)較歷年均值普遍偏少，1996年之后累積距平表現(xiàn)為上升趨勢，表明這段時間夏日日數(shù)和酷熱日數(shù)出現(xiàn)了明顯的增加；TR20和TR26大致以1986年為界，1986年之前累積距平表現(xiàn)為下降趨勢，表明這段時間熱夜日數(shù)和非常熱夜日數(shù)較歷年均值普遍偏少，1996年之后累積距平表現(xiàn)為上升趨勢，表明這段時間熱夜日數(shù)和非常熱夜日數(shù)出現(xiàn)了明顯的增加。由此可以推斷1986年和1996年前后是閾值極端氣溫指數(shù)變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可能是突變發(fā)生年。

圖1 1951—2020年廣州地區(qū)閾值極端氣溫指數(shù)(夏日日數(shù)(a)、酷熱日數(shù)(b)熱夜日數(shù)(c)和非常熱夜日數(shù)(d))時間變化趨勢

3.2 年、月尺度極值極端氣溫指數(shù)變化趨勢

表3匯總了計算的各月TMAXmean、TMINmean和極值氣溫指數(shù)的線性變化趨勢，可以發(fā)現(xiàn)月平均最高氣溫TMAXmean在夏季(6—8月)出現(xiàn)了顯著的上升，季均達(dá)到了0.19℃/(10 a)，9月和10月也有較為明顯的上升趨勢；月平均最低氣溫TMINmean在6月、7月和11月出現(xiàn)了較為明顯的上升；月最高氣溫TXx在夏季(6—8月)出現(xiàn)了顯著的上升(P＜0.001)，季均達(dá)到了0.31℃/(10 a)，2月、4月、5月、9月和10月也有較為明顯的上升趨勢(P＜0.01)，表明近70 a廣州地區(qū)氣候?qū)W意義上的整個夏天(4—10月)月TXx較其它季節(jié)上升更為明顯，夏季的極端高溫上升更為劇烈；各月的逐日最高氣溫最小值TXn變化不明顯，大部分月份有較弱的上升趨勢；各月的最低氣溫TNn在最冷月1月和最熱月7月出現(xiàn)了明顯的上升；各月的逐日最低氣溫最大值TNx在2—6月和11月上升較為明顯，其它月份變化不明顯。

表3 月尺度極值極端氣溫指數(shù)變化趨勢 單位：℃/(10 a)。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，年平均最高氣溫TMAXmean、年平均最低氣溫TMINmean、年最高氣溫TXx、年逐日最高氣溫最小值TXn、年最低氣溫TNn、年逐日最低氣溫最大值TNx均呈現(xiàn)上升趨勢，TMAXmean、TMINmean、TXx和TNx的上升趨勢均達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，上升速率分別為0.16℃/(10 a)、0.13℃/(10 a)、0.20℃/(10 a)和0.22℃/(10 a)，TXn和TNn的上升速率分別為0.22℃/(10 a)和0.26℃/(10 a)。從上升速率來看，年尺度的TXx和TNn均較TMAXmean和TMINmean要大，表明廣州地區(qū)極端高溫和低溫的上升更為明顯。TMAXmean、TMINmean、TXx、TXn、TNn、TNx和DTR的歷年均值分別為26.6℃、19.0℃、36.8℃、8.1℃、2.8℃、28.0℃和7.6℃。從距平和累積距平來看，TMAXmean、TMINmean、TXx、TXn、TNn和TNx的年際波動較大；TMAXmean、TMINmean和其它四種極值氣溫指數(shù)大致以1985年為界，1985年之前累積距平表現(xiàn)為下降趨勢，表明TMAXmean、TMINmean和極值極端氣溫較歷年均值呈現(xiàn)普遍偏低的態(tài)勢，1985年之后累積距平表現(xiàn)為上升趨勢，表明這段時間TMAXmean、TMINmean和極值極端氣溫出現(xiàn)了明顯的增加，因此相比較歷年均值呈現(xiàn)普遍偏高的態(tài)勢。由此可以推斷1985年前后是極值極端氣溫指數(shù)變化的明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可能是突變發(fā)生的年份。由于廣州地處北半球的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，因此TXx和TNx只可能出現(xiàn)在氣候?qū)W的盛夏期間(6—9月)，綜合年尺度和月尺度的分析結(jié)果來看，廣州地區(qū)的暖系列極值氣溫指數(shù)TXx和TNx在夏季出現(xiàn)了明顯的上升，其中6月和7月最為顯著，表明廣州地區(qū)夏季的極端氣溫的上升幅度較其它季節(jié)更大，對該地區(qū)極端氣溫上升起主導(dǎo)作用。年尺度的平均氣溫日較差DTR變化較為不明顯，月尺度的DTR除了8月有明顯的上升趨勢外其它月份變化均不明顯。

圖2 1951—2020年廣州地區(qū)極值極端氣溫指數(shù)(年平均最高(a)、最低(b)氣溫，年最高(c)、最低(d)氣溫，年日最高氣溫最小值(e)，年日最低氣溫最大值(f))時間變化趨勢

3.3 年、月尺度相對極端氣溫指數(shù)變化趨勢

基于不同基期的相對指數(shù)的年尺度和月尺度線性變化趨勢(表4)，從年尺度來看，選擇1961—1990年即時間軸前期為基期的相對指數(shù)計算結(jié)果線性趨勢更為明顯，表述氣候變化導(dǎo)致的氣溫偏高和偏低的頻率效果更好。對于暖系列相對指數(shù)TN90p和TX90p來說，選擇的基期的時序越靠后，則TN90p和TX90p變化的趨勢越不明顯，而冷系列相對指數(shù)TN10p和TX10p則變化趨勢越明顯，這也從一個側(cè)面說明廣州地區(qū)近70 a極端氣溫發(fā)生頻率增加的事實。從月尺度來看，6月的TN10p的下降趨勢均達(dá)到顯著水平(P＜0.01)，下降速率為0.39 d/(10 a)，其它月份則有一定程度的下降趨勢，但是大部分未通過0.05的顯著性檢驗；大部分月份的TX10p有一定程度的下降趨勢，但是未通過0.05的顯著性檢驗；對于TN90p來說，6—11月均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，6月和7月的上升趨勢達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，上升速率分別為1.07 d/(10 a)和1.19 d/(10 a)；而在廣州地區(qū)氣候?qū)W意義的夏季(4—10月)TX90p的上升趨勢除了4月和5月以外均達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，季均的上升速率為6.92 d/(10 a)，占全年上升速率的78%，這表明廣州地區(qū)夏季相對暖(熱)晝的上升是導(dǎo)致全年相對暖(熱)晝上升的主要因素?？偟膩碚f廣州地區(qū)近70 a中6月的TN10p、TN90p和TX90p均呈現(xiàn)向暖化的極顯著變化趨勢，表明6月的極端偏暖(熱)事件發(fā)生的頻率出現(xiàn)顯著的上升，極端偏冷(涼)事件發(fā)生的頻率出現(xiàn)明顯的下降；并且整個夏季和秋季出現(xiàn)極端偏暖(熱)事件發(fā)生的頻率呈現(xiàn)顯著上升的情況。

表4 月尺度的不同基期的相對極端氣溫指數(shù)變化趨勢 單位：d/(10 a)。

(續(xù)表4)

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，年尺度上面的相對冷夜日數(shù)TN10p和相對冷晝?nèi)諗?shù)TX10p呈現(xiàn)下降趨勢，TN10p的下降趨勢均達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，下降速率為2.84 d/(10 a)，TX10p的下降趨勢通過0.05的顯著性檢驗，下降速率為1.18 d/(10 a)，這表明廣州地區(qū)的相對冷夜較相對冷晝下降更為顯著。相對暖夜TN90p和相對暖晝TX90p呈現(xiàn)上升趨勢，TN90p和TX90p的上升趨勢均達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，上升速率分別為6.33 d/(10 a)和8.89 d/(10 a)。TN10p、TX10p、TN90p和TX90p的歷年均值分別為39 d、37 d、40 d和45 d，注意到由于是相對指數(shù)，RClimDex程序計算中以5天的時間窗為計算周期，因此基于對應(yīng)基期歷年均值上下10%和90%分位數(shù)應(yīng)該為37±5 d，而TX90p明顯大于理論均值，表明在選取的基期1961—1990年以后相對暖晝發(fā)生的頻率明顯增加。從距平和累積距平來看，TN10p、TX10p、TN90p和TX90p的年際波動較大；TX10p、TN90p和TX90p大致以1985年為界，1985年之前累積距平TN90p和TX90p表現(xiàn)為下降趨勢，表明TN90p和TX90p較歷年均值呈現(xiàn)普遍偏低的態(tài)勢，1985年之后累積距平表現(xiàn)為上升趨勢，表明這段時間TN90p和TX90p出現(xiàn)了明顯的增加，因此相比較歷年均值呈現(xiàn)普遍偏高的態(tài)勢，TX10p的情況則剛好相反；TN10p以1980年為界，1980年之前累積距平TN10p表現(xiàn)為上升趨勢，表明TN10p較歷年均值呈現(xiàn)普遍偏高的態(tài)勢，1980年之后累積距平表現(xiàn)為下降趨勢，表明這段時間TN10p出現(xiàn)了明顯的減少，因此相比較歷年均值呈現(xiàn)普遍偏低的態(tài)勢。由此可以推斷1985年前后是極值極端氣溫指數(shù)變化的明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可能是突變發(fā)生的年份。

圖3 1951—2020年廣州地區(qū)相對極端氣溫指數(shù)(相對冷夜(a)、暖夜(b)日數(shù)，相對冷晝(c)、暖晝(d)日數(shù))時間變化趨勢

3.4 持續(xù)氣溫指數(shù)變化趨勢

由圖4可以發(fā)現(xiàn)，近70 a廣州地區(qū)顯著偏冷持續(xù)指數(shù)CSDI呈現(xiàn)下降趨勢，而顯著偏暖持續(xù)指數(shù)WSDI呈現(xiàn)上升趨勢，其中WSDI的上升趨勢均達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，上升速率分別為1.82 d/(10 a)，CSDI的下降速率為0.63 d/(10 a)。CSDI和WSDI的歷年均值分別為4 d和5 d。從距平和累積距平來看，CSDI和WSDI的年際波動較大，其中WSDI在其累積距平表現(xiàn)為上升趨勢以后波動更大；CSDI大致以1980年為界，1980年之前累積距平表現(xiàn)為上升趨勢，表明這段時間顯著偏冷持續(xù)日數(shù)較歷年均值普遍偏多，1980年之后累積距平表現(xiàn)為上升趨勢，表明這段時間顯著偏冷持續(xù)日數(shù)出現(xiàn)了某種程度的減少；WSDI大致以2000年為界，2000年之前累積距平表現(xiàn)為下降趨勢，表明顯著偏暖持續(xù)日數(shù)較歷年均值普遍偏少，2000年之后累積距平表現(xiàn)為上升趨勢，表明這段時間顯著偏暖持續(xù)日數(shù)出現(xiàn)了明顯的增加。

圖4 1951—2020年廣州地區(qū)極端氣溫持續(xù)指數(shù)(顯著偏冷(a)、偏暖(b))時間變化趨勢

3.5 極端氣溫指數(shù)突變分析

氣候的突變是指氣候從一種穩(wěn)定態(tài)(或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢)不連續(xù)地跳躍式地轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定態(tài)(或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢)的現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為氣候在時間和空間尺度上從一個統(tǒng)計特征到另一個統(tǒng)計特征的急劇變化[28]。對廣州地區(qū)近70 a的極端氣溫指數(shù)進(jìn)行Mann-Kendall突變檢驗后發(fā)現(xiàn)，TXn和CSDI的變化趨勢并不顯著(P＞0.05)，WSDI的變化趨勢雖然達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，但是統(tǒng)計量UF和UB在置信區(qū)間(顯著性水平α=0.05)內(nèi)沒有交點(diǎn)，因此上述的極端氣溫指數(shù)未發(fā)生突變，因此其突變統(tǒng)計分析圖略。從圖5l可以發(fā)現(xiàn)，TX10p的UF和UB曲線在1956年產(chǎn)生第一次相交以后，隨后的時間產(chǎn)生了多個交點(diǎn)，表明其突變點(diǎn)受到干擾點(diǎn)的影響，因此運(yùn)用累積距平法和滑動T檢驗對突變點(diǎn)進(jìn)行交互驗證，排除虛假的突變點(diǎn)，最終確定1997年為TX10p的突變點(diǎn)。因此，TMINmean、TNx和TN90p的突變發(fā)生 在1986年 前 后；SU25、SU35、TMAXmean、TX10p和TX90p的突變發(fā)生在1997年；TR20、TR26、TNn和TN10p的突變發(fā)生在1982年；TXx的突變發(fā)生在2000年。綜上所述，利用Mann-Kendall突變檢驗法分析的突變時間點(diǎn)和累積距平法分析的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是基本一致的。

圖5 1951—2020年廣州地區(qū)極端氣溫指數(shù)突變分析

由統(tǒng)計量曲線UF可知，SU25、SU35、TR20、TR26、TMAXmean、TMINmean、TXx、TNn、TNx、TN90p和TX90p呈現(xiàn)曲折上升趨勢，進(jìn)入1990年代以后上升速度加快。1990—2010年上述極端氣溫指數(shù)UF曲線都超過了顯著性水平臨界線，表明廣州地區(qū)的上述極端氣溫指數(shù)在這段時間內(nèi)的上升是非常顯著的。對應(yīng)的TN10p和TX10p在近70 a的時間序列內(nèi)整體表現(xiàn)出波動下降趨勢，而且TN10p其UF統(tǒng)計量曲線在1990年以后都達(dá)到了α=0.05顯著性水平，表明1990年以后廣州地區(qū)夜間偏冷(涼)事件發(fā)生的頻率是明顯下降的。

4 討 論

廣州國家基本氣象站發(fā)生過四次遷站，第一次遷站發(fā)生在1952年7月1日，新舊站址直線距離僅800 m左右，海拔高度變化不大，從10.4 m變化為18.9 m；第二次遷站發(fā)生在1957年7月1日，新舊站直線距離2.4 km左右，海拔高度變化為6.6 m；前兩次遷站對觀測記錄影響不大，距觀測站周邊觀測環(huán)境記錄資料顯示，當(dāng)時的氣象觀測環(huán)境均處于廣州城區(qū)的近郊，周圍樓房高度較低，觀測環(huán)境良好，下墊面連續(xù)性較好；第三次遷站發(fā)生在1996年1月1日，新舊站直線距離4.3 km左右，海拔高度變化為41.0 m，從廣州市天河區(qū)的平原地區(qū)遷往北部的低山丘陵片區(qū)，在當(dāng)時也屬于廣州的近郊；第四次遷站發(fā)生在2011年1月1日，新舊站直線距離16.2 km左右，海拔高度變化為70.7 m，由天河區(qū)中部近郊低山丘陵遷往黃埔區(qū)蘿崗長平村山前高地，屬于廣州市的遠(yuǎn)郊，周圍觀測環(huán)境發(fā)生了較大的變化。綜上所述，第四次遷站可能對廣州地區(qū)地面氣溫觀測數(shù)據(jù)的區(qū)域一致性和均一性造成一定的影響。因此對該站近70 a的最高和最低氣溫序列進(jìn)行了滑動T檢驗(子序列長度8)，結(jié)果顯示平均最高氣溫TMAXmean的突變時間與Mann-Kendall突變檢驗時間一致，均發(fā)生在1997年，而平均最低氣溫TMINmean的突變時間則發(fā)生在1986年和2011年，注意到該站在2011年發(fā)生遷站，因此遷站對該站TMAXmean的氣溫序列的均一性未造成影響，前三次遷站對該站的TMINmean氣溫序列均一性造成的影響不大，而第四次遷站對該站的TMINmean氣溫序列均一性產(chǎn)生一定的干擾。

為了探究這種遷站可能帶來的極端氣溫指數(shù)計算結(jié)果的影響，我們假設(shè)該站未發(fā)生遷站，繼續(xù)用舊站的2011—2020年數(shù)據(jù)計算廣州地區(qū)近70 a的極端氣溫指數(shù)，相關(guān)的結(jié)果對比如表5所示。在沿用舊站的氣溫觀測資料計算極端氣溫指數(shù)時，各極端氣溫指數(shù)的絕對變化趨勢均大于采用搬遷新站后氣溫觀測資料計算的極端氣溫指數(shù)變化趨勢，其中與日最低氣溫有關(guān)的冷系列極端氣溫指數(shù)最為明顯。例如，熱夜日數(shù)TR20與非常熱夜日數(shù)TR26，遷站使得其變化幅度分別減小了1.80 d/(10 a)和4.43 d/(10 a)，這種遷站導(dǎo)致的變化趨勢減弱的相對變化幅度達(dá)到了52.0%和56.5%。相對而言，遷站導(dǎo)致的暖系列極端氣溫指數(shù)的變化趨勢改變較小。因此在計算極端氣溫指數(shù)時，同時應(yīng)該考慮遷站前后環(huán)境改變過大導(dǎo)致的氣溫數(shù)據(jù)一致性和均一性發(fā)生的變化，如果繼續(xù)使用舊站的數(shù)據(jù)計算極端氣溫指數(shù)，如何科學(xué)的評估分析城市化[47-48]對于極端氣溫指數(shù)的變化影響程度，也是今后非常有意義的研究工作。

表5 新舊站極端氣溫指數(shù)變化趨勢對比

5 結(jié) 論

(1)從年尺度來看廣州地區(qū)近70 a的SU25、SU35、TR20、TR26、TXx、TNn、TNx、TN90p、TX90p、WSDI均呈現(xiàn)上升趨勢，上述極端氣溫指數(shù)除了TR20外上升趨勢達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)；TN10p、TX10p和CSDI呈現(xiàn)下降趨勢，TN10p的下降趨勢達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)；TXn和DTR的變化趨勢不明顯。

(2)新的極端氣溫指數(shù)SU35和TR26的上升速率分別為3.56 d/(10 a)和3.41 d/(10 a)，明顯大于SU25(2.76 d/(10 a))和TR20(1.66 d/(10 a))的上升速率，新的極端氣溫指數(shù)能更好地反映近70 a晝夜體感炎熱日數(shù)呈現(xiàn)極顯著的上升趨勢，更加符合評估氣候變化對當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活的影響；TXx和TNn的增溫幅度分別為0.20℃/(10 a)和0.22℃/(10 a)，均 明顯大于TMAXmean和TMINmean的增加幅度，表明廣州地區(qū)過去的近70 a的極端氣溫變化幅度大于平均極值的變化幅度；廣州地區(qū)氣溫上升的非對稱性并不明顯，這點(diǎn)與我國北方大部分地區(qū)平均最低氣溫較平均最高氣溫上升幅度更大有很大的不同，因此導(dǎo)致平均氣溫日較差DTR變化不明顯。年尺度上相對極端氣溫指數(shù)變化最大的TX90p上升速率達(dá)到了8.89 d/(10 a)。

(3)從月尺度來看廣州地區(qū)近70 a的TXx在夏季(6—8月)出現(xiàn)了極其顯著的上升(P＜0.001)，季均達(dá)到了0.31℃/(10 a)，2月、4月、5月、9月和10月也有較明顯的上升趨勢(P＜0.01)，表明近70 a廣州地區(qū)氣候?qū)W意義上的整個夏季(4—10月)月TXx較其它季節(jié)上升更明顯，夏季的極端高溫上升更劇烈；TNx在2—6月和11月上升較明顯(P＜0.01)，其它月份變化不明顯；廣州地區(qū)的暖系列極值氣溫指數(shù)TXx和TNx在夏季出現(xiàn)了明顯的上升，其中6月和7月最為顯著，表明廣州地區(qū)夏季極端氣溫指數(shù)變化較其它季節(jié)更大；TN90p在6—7月呈現(xiàn)顯著的上升趨勢(P＜0.001)；TX90p在廣州地區(qū)氣候?qū)W意義的夏季(4—10月)的上升趨勢均達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，季均的上升速率為6.92 d/(10 a)，占全年上升速率的78%，其中6月的極端氣溫指數(shù)變暖的趨勢最顯著，廣州地區(qū)夏季相對暖(熱)晝的上升是導(dǎo)致全年相對暖(熱)晝上升的主要因素。

(4)以三個不同基期(1961—1990年/1971—2000年/1981—2010年)的選擇對相對極端氣溫指數(shù)的結(jié)果影響發(fā)現(xiàn)基期的不同選擇對相對氣溫指數(shù)的計算結(jié)果有一定影響，但不影響相對氣溫指數(shù)的變化趨勢，選擇長時間序列的前期1961—1990年為基期的計算結(jié)果的變化趨勢較為顯著；結(jié)果也間接說明了廣州地區(qū)近70 a變暖的事實。

(5)突變分析顯示廣州地區(qū)近70 a的SU25、SU35、TMAXmean、TXx、TX10p和TX90p的突變發(fā)生在1997年前后；TR20、TR26、TMINmean、TNx、TN10p和TN90p的突變發(fā)生在1986年前后；TXn、CSDI、WSDI沒有發(fā)生明顯的突變。綜上所述，暖系列極端氣溫指數(shù)的突變時間與TMAXmean的突變時間基本一致，冷系列極端氣溫指數(shù)的突變時間與TMINmean的突變時間基本一致，利用Mann-Kendall突變檢驗法分析的突變時間點(diǎn)和累積距平法分析的轉(zhuǎn)折點(diǎn)基本一致。

本研究的結(jié)論更精細(xì)，與前人對于包括廣州地區(qū)的大尺度的研究范圍的結(jié)果有一定的差異[11-12,18]，但是極端氣溫指數(shù)的變化規(guī)律符合全球氣候變化的大趨勢，本研究可以為廣州地區(qū)應(yīng)對氣候變化和預(yù)防極端天氣災(zāi)害，保障穩(wěn)定的安全生產(chǎn)生活提供科學(xué)的理論依據(jù)和參考。