黃河源區(qū)極端溫度與降水時空變化

朱莎莎　吳宇婧　范霄寒等

關(guān)鍵詞：極端溫度指數(shù)；極端降水指數(shù)；生態(tài)保護(hù)；黃河源區(qū)

中圖分類號：ＴＶ１２５；Ｐ４２３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０２０

引用格式：朱莎莎，吳宇婧，范霄寒，等．黃河源區(qū)極端溫度與降水時空變化［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：９９－１０２．

極端氣候事件在全球變暖背景下頻繁發(fā)生，對全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定造成了一定影響［１］ ，極端溫度與極端降水是主要的極端天氣形式，在高緯度、高海拔、高寒地區(qū)極端氣候?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響更為嚴(yán)重。極端降水可能導(dǎo)致洪澇災(zāi)害發(fā)生，科學(xué)預(yù)測極端降水趨勢、分析極端降水頻率，對減輕洪澇災(zāi)害損失，合理配置水資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義［２］ 。張翠萍等［３］ 基于雨量站降水量實(shí)測資料，采用百分位閾值方法確定極端降水，利用ＭＫ 趨勢檢驗(yàn)法分析了黃河支流涇河合水川流域極端降水的時空變化特征；慎璐璐等［４］ 利用黃河流域２８４ 個氣象站點(diǎn)５０ ａ 觀測數(shù)據(jù)分析了黃河流域極端氣溫與極端降水的時空變化特征。青藏高原地理與生態(tài)環(huán)境獨(dú)特，對氣候變化和極端氣候事件極其敏感，抵御自然災(zāi)害能力較差［５］ ，探討青藏高原黃河源區(qū)極端氣候變化特征對生態(tài)環(huán)境保護(hù)和應(yīng)對極端氣候事件及其次生災(zāi)害具有重要意義。

１極端氣候指數(shù)

世界氣象組織（ＷＭＯ）等確定了極端氣候事件的２７ 個核心氣候指數(shù)，包括１６ 個極端溫度指數(shù)和１１ 個極端降水指數(shù)，廣泛應(yīng)用于極端氣候事件研究，其中年最大日最高氣溫（ＴＸ_ｘ，年內(nèi)日最高氣溫最大值）、年最大日最低氣溫（ＴＮ_ｘ，年內(nèi)日最低氣溫最大值）、年最小日最高氣溫（ＴＸ_ｎ，年內(nèi)日最高氣溫最小值）、年最小日最低氣溫（ＴＮ_ｎ，年內(nèi)日最低氣溫最小值）、年降水總量（ＰＲＣＰＴＯＴ，日降水量＞１ ｍｍ 的年累計降水量）是２７個核心氣候指數(shù)中的基本指數(shù)，是其余１２ 個極端溫度指數(shù)與１０ 個極端降水指數(shù)獲取的基礎(chǔ)。選?。裕?sub>ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ、ＰＲＣＰＴＯＴ ５ 個極端氣候指數(shù)，對黃河源區(qū)極端溫度與降水時空變化進(jìn)行分析。

２數(shù)據(jù)與處理

２．１數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心中國地面氣溫逐日０．５°×０．５°格點(diǎn)數(shù)據(jù)集（Ｖ２．０）和國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心中國區(qū)域地面氣象要素驅(qū)動數(shù)據(jù)集，包含１９８８—２０１７ 年近地面氣溫、近地面氣壓、降水等數(shù)據(jù)。相對站點(diǎn)數(shù)據(jù)而言，格點(diǎn)數(shù)據(jù)是有規(guī)律的空間排列數(shù)據(jù)，是經(jīng)度－緯度－高度（或氣壓）－時間的格點(diǎn)。中國地面水平分辨率０．５°×０．５°氣溫格點(diǎn)數(shù)據(jù)為ＮＥＴＣＤＦ格式。降水?dāng)?shù)據(jù)為ＮＥＴＣＤＦ 格式，時間分辨率為３ ｈ，水平空間分辨率為０．１°。

２．２數(shù)據(jù)處理

ＣＤＯ 是一款強(qiáng)大的氣象數(shù)據(jù)處理軟件，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)提取與合并、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、各種氣候指數(shù)運(yùn)算等。應(yīng)用ＣＤＯ 軟件對降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行合并，將１９８８—２０１７ 年每一年的降水?dāng)?shù)據(jù)合并成一個ＮＥＴＣＤＦ格式數(shù)據(jù)。利用ＣＤＯ 對溫度、降水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，得到氣候指數(shù)ＴＸｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ、ＰＲＣＰＴＯＴ，并利用Ｍａｔｌａｂ 計算得到１９８８—２０１７ 年黃河源區(qū)ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ、ＰＲＣＰＴＯＴ 的空間分布。

３結(jié)果分析

３．１極端溫度指數(shù)空間變化

（１）年內(nèi)日最高氣溫最大值（ＴＸｘ ）。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最高氣溫最大值（ＴＸ_ｘ）３０ ａ 平均空間分布見圖１。總體上西部、中部、西北部ＴＸ_ｘ值較小，東北部、東部、東南部區(qū)域ＴＸ_ｘ較大。高海拔區(qū)域ＴＸ_ｘ值較小，１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｘ年平均值為１８．５ ℃；低海拔區(qū)域ＴＸ_ｘ值較大，１９８８—２０１７ 年ＴＸｘ年平均值為２５．０ ℃。

（２）年內(nèi)日最高氣溫最小值（ＴＸ_ｎ）。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最高氣溫最小值（ＴＸ_ｎ）３０ ａ 平均空間分布見圖２。黃河源區(qū)西部、中部及北部部分區(qū)域較黃河源區(qū)其他區(qū)域ＴＸ_ｎ值小，１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｎ年平均值為－１５．０ ℃；東北部、東南部、東部區(qū)域海拔低，ＴＸ_ｎ值較其他區(qū)域大，研究的３０ ａ 中ＴＸｎ最大值為－７．３ ℃。

（３）年內(nèi)日最低氣溫最大值（ＴＮ_ｘ）。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最低氣溫最大值（ＴＮ_ｘ）３０ ａ 平均空間分布見圖３。黃河源區(qū)西部、中部、北部小部分區(qū)域ＴＮ_ｘ值較小，１９８８—２０１７ 年ＴＮ_ｘ年平均值為６．０ ℃；黃河源區(qū)東北部、東南部、東部ＴＮ_ｘ值較大，３０ ａ 中ＴＮｘ年平均值為１１．０ ℃。

（４）年內(nèi)日最低氣溫最小值（ＴＮ_ｎ ）。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最低氣溫最小值（ＴＮ_ｎ）３０ ａ 平均空間分布見圖４。黃河源區(qū)西北部、中部與西部區(qū)域ＴＮ_ｎ較小，１９８８—２０１７ 年ＴＮ_ｎ年平均值為－３３．０ ℃；東北部、東部、東南部區(qū)域ＴＮ_ｎ值較大，３０ ａ 中ＴＮｎ 年平均值為－２５．０ ℃。

３．２極端降水指數(shù)空間變化

利用ＣＤＯ 和Ｍａｔｌａｂ 對黃河源區(qū)１９８８—２０１７ 年極端降水指數(shù)年降水總量（ＰＲＣＰＴＯＴ）進(jìn)行計算，其各像元３０ ａ 平均空間分布見圖５。ＰＲＣＰＴＯＴ 分布與極端溫度指數(shù)的分布存在差異，極端溫度指數(shù)的分布與海拔負(fù)相關(guān)，ＰＲＣＰＴＯＴ 與海拔無明顯相關(guān)性。黃河源區(qū)ＰＲＣＰＴＯＴ 在空間分布上從東南向西北逐漸減小，在北部、西北部區(qū)域極小值為１２２．４ ｍｍ，在東南部、東部區(qū)域極大值為４０４．４ ｍｍ。

３．３極端溫度指數(shù)時間變化

利用ＣＤＯ 和Ｍａｔｌａｂ 對黃河源區(qū)１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｘ、ＴＮ_ｎ極端溫度指數(shù)進(jìn)行時間變化分析，結(jié)果見圖６。從圖６ 可以看出，３０ ａ 中ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ均呈波動上升趨勢，經(jīng)Ｆ 檢驗(yàn)，ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮｎ均在０．０１ 水平與時間顯著相關(guān)，確定系數(shù)Ｒ２ 分別為０．３０１ ０、０．２３３ ２、０．１９３ ２、０．３２８ ４；ＴＸｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮｎ指數(shù)變化速率存在差異， 其升溫速率分別為０． ８７１、０．３５１、０．８２２、１．２０９ ℃ ／ （１０ ａ）；在全球變暖大環(huán)境下，黃河源區(qū)ＴＮｎ上升速率最高，其次為ＴＸ_ｘ，４ 個極端溫度指數(shù)上升速率均高于全國［０．２９ ℃ ／ （１０ ａ）］和全球［０．１３ ℃ ／ （１０ ａ）］氣溫上升速率［４］ 。１９８８—２０１７ 年黃河源區(qū)ＴＸ_ｘ從１９．２ ℃上升到２０．９ ℃；ＴＮ_ｘ上升約１ ℃；ＴＸ_ｎ從－１５．４ ℃上升到－１１．２ ℃；ＴＮ_ｎ 升溫最為明顯，從－３２．０ ℃上升到－２７．３ ℃，升溫近５ ℃。

３．４極端降水指數(shù)時間變化

利用ＣＤＯ 和Ｍａｔｌａｂ 對黃河源區(qū)１９８８—２０１７ 年極端降水指數(shù)年降水總量ＰＲＣＰＴＯＴ 進(jìn)行時間變化分析，結(jié)果見圖７。３０ ａ 中ＰＲＣＰＴＯＴ 以１．７８１ ｍｍ／ （１０ａ）的速率增大，并且在０．０１ 水平與時間顯著相關(guān)，Ｒ^２為０．２９８ ２；３０ ａ 中ＰＲＣＰＴＯＴ 最小值為１９８９ 年２１７．５ ｍｍ，之后波動上升，到２０１７ 年達(dá)到最大值３４４．９ ｍｍ，黃河源區(qū)降水量增加。

４結(jié)語

通過對黃河源區(qū)１９８８—２０１７ 年極端溫度與降水指數(shù)進(jìn)行時空變化分析，得到以下結(jié)論：極端溫度指數(shù)空間分布具有明顯規(guī)律性，ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ總體上在黃河源區(qū)中部、西北部、西部區(qū)域數(shù)值較小，在東北部、東部、東南部區(qū)域數(shù)值較大； 極端降水指數(shù)ＰＲＣＰＴＯＴ 空間分布從東南向西北逐漸減小；極端溫度指數(shù)隨時間變化趨勢較為明顯，１９８８—２０１７ 年ＴＸ_ｘ、ＴＮ_ｘ、ＴＸ_ｎ、ＴＮ_ｎ均不斷增大，其中ＴＮ_ｎ 升溫速率為１．２０９℃ ／ （１０ ａ），升溫最為明顯；極端降水指數(shù)ＰＲＣＰＴＯＴ也不斷增大，增大速率為１．７８１ ｍｍ／ （１０ ａ），黃河源區(qū)降水量增加。

【責(zé)任編輯 呂艷梅】