中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫時(shí)空演變特征研究

王 鏡，柴世秀，安緒敏

（1.西寧市氣象局，青海 西寧 810001；2.大通回族土族自治縣氣象局，青海 西寧 810199；3.西寧市湟中區(qū)氣象局，青海 西寧 810000）

氣溫作為人類最直接、最容易感受到的氣象要素之一，不僅影響著人們正常的日常生活，還會(huì)對(duì)動(dòng)植物的生存和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生極大影響。IPCC 第5 次評(píng)估報(bào)告中指出全球氣候變暖[1]，到2012 年地表平均溫度升高0.85 ℃。隨著近年全球氣候的變化造成低溫、高溫[2]等極端氣溫事件頻發(fā)，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來(lái)越多，人們對(duì)極端天氣的變化更加關(guān)注[3-4]。20 世紀(jì)以來(lái)世界各個(gè)國(guó)家都增加了對(duì)于極端天氣的研究，而且都取得了不錯(cuò)的成果和進(jìn)展。中國(guó)西南喀斯特地區(qū)經(jīng)常發(fā)生巖溶現(xiàn)象，使得該地區(qū)造壤很低，植物幾乎難以生存，動(dòng)物也受到影響而大量減少[5]。

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)地質(zhì)背景特殊，巖溶作用強(qiáng)烈，石漠化越來(lái)越嚴(yán)重，石漠化面積增大的現(xiàn)象沒(méi)有得到有效的控制，但西南地區(qū)人口眾多，加重了該地區(qū)的生態(tài)壓力。天氣變化會(huì)對(duì)喀斯特地區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，尤其是極端的高溫變化。該地區(qū)多次出現(xiàn)極端高溫導(dǎo)致石漠化嚴(yán)重，不僅造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重制約了該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，間接影響到長(zhǎng)江、珠江流域的發(fā)展。了解西南喀斯特地區(qū)極端高溫的變化，對(duì)石漠化的治理、防范災(zāi)害和減少經(jīng)濟(jì)損失方面有重大意義。

1 研究指標(biāo)選取

極端高溫：選取某一個(gè)測(cè)站某一時(shí)間段逐日最高氣溫的最大值作為極端高溫。

高溫閾值：將某一個(gè)測(cè)站某一時(shí)間段每年逐日日最高氣溫進(jìn)行排序（升序），挑選第95 個(gè)百分位的日最高氣溫作為該站該年最高氣溫的第95 個(gè)百分位值，然后將該站逐年第95 個(gè)百分位最高氣溫求和再除以總年數(shù)得到一個(gè)平均值，這個(gè)平均值就稱為高溫閾值。

高溫強(qiáng)度：選取某個(gè)測(cè)站某一時(shí)間段的極端高溫和高溫閾值，用這個(gè)極端高溫減去高溫閾值得到一個(gè)差值，這個(gè)差值稱為高溫強(qiáng)度，這個(gè)差值越大代表高溫強(qiáng)度越強(qiáng)。

高溫事件：將某一觀測(cè)站某一時(shí)間段逐日日最高氣溫大于高溫閾值的日數(shù)稱為高溫事件。

氣候傾向率：分析某一站點(diǎn)某一段時(shí)間某一要素隨時(shí)間變化。將某一站點(diǎn)逐年（逐月）氣象要素和年份進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，使用SPSS19 軟件查看是否通過(guò)0.01 或者0.05 的顯著性檢驗(yàn)，如果通過(guò)檢驗(yàn)?zāi)敲葱甭实?0 倍就稱該要素的氣候傾向率。

2 資料概況與中國(guó)西南喀斯特地區(qū)地理概況

2.1 資料概況

數(shù)據(jù)資料來(lái)自于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://www.data.cma.cn），主要包括1951—2017 年中國(guó)西南喀斯特地區(qū)85個(gè)觀測(cè)站的地面氣象資料中的逐日平均氣溫、逐日最高氣溫和逐日最低氣溫資料。

根據(jù)巖溶石漠化等級(jí)評(píng)價(jià)表選取了中國(guó)西南喀斯特地區(qū)石漠化綜合評(píng)價(jià)系數(shù)大于0 的85 個(gè)站點(diǎn)的逐日平均氣溫、逐日最高氣溫和逐日最低氣溫資料。對(duì)缺測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理。

如果某站點(diǎn)某日的平均氣溫（Tv）、最高氣溫（Tmax）和最低氣溫（Tmin），缺測(cè)只是其中一個(gè)，利用公式2Tv=Tmax+Tmin進(jìn)行補(bǔ)缺測(cè)。如果某站點(diǎn)某日的Tv、Tmax和Tmin這3 者有2 個(gè)及以上缺測(cè)，那么利用公式2Tvi=Tv（i-1）+Tv（i+1）、2Tmini=Tmin（i-1）+Tmin（i+1）、2Tmaxi=Tmax（i-1）+Tmax（i+1）進(jìn)行補(bǔ)缺測(cè)，如果出現(xiàn)連續(xù)幾天缺測(cè)的話就采用線性插值進(jìn)行補(bǔ)缺測(cè)。如果某站點(diǎn)某年的連續(xù)缺測(cè)的日數(shù)在一個(gè)月及以上或者該年缺測(cè)的天數(shù)大于等于2 個(gè)月，就將該站點(diǎn)該年的數(shù)據(jù)舍去。

2.2 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)地理概況

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)站點(diǎn)分布如圖1 所示，中國(guó)西南喀斯特地區(qū)的經(jīng)緯度大概是98°18'E—110°01'E，22°20'N—30°02'N，包括云南、貴州、廣西東部、重慶南部和四川南部，西邊與青藏高原接壤呈現(xiàn)西高東低的地形。該地區(qū)西部主要為高原，大部分為山地，東部主要以丘陵為主，以亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候?yàn)橹鳎匦螐?fù)雜多變，是世界上最大的喀斯特區(qū)之一。

圖1 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)站點(diǎn)分布

3 結(jié)果和分析

3.1 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫的空間分布

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫介于23.9 ～43.9 ℃，最低值23.9 ℃出現(xiàn)在喀斯特西北部的峨眉山（四川），最高值43.9 ℃則出現(xiàn)在喀斯特地區(qū)東北部的豐都（重慶）和敘永（四川）。極端高溫低于30.0 ℃的區(qū)域位于中國(guó)西南喀斯特地區(qū)西北，包括峨眉山（四川）、香格里拉（云南）等5 個(gè)地區(qū)；極端高溫高于40.0 ℃的地方主要分布在喀斯特地區(qū)東北和東南，包含豐都（重慶）、思南（貴州）、龍州（廣西）等14個(gè)地區(qū)。

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫空間分布大致為東高西低。但是由于地形作用，因?yàn)榕手ǎㄋ拇ǎ┖驮ㄔ颇希┖０屋^低使得它們的氣溫比周圍的高，對(duì)應(yīng)的極端高溫為42.2 ℃和42.5 ℃；由于咸寧（云南）海拔較高導(dǎo)致它的氣溫要比周圍低，極端高溫為28.2 ℃。

3.2 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫的年際變化

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)85 個(gè)觀測(cè)站中有49 個(gè)站點(diǎn)未通過(guò)0.05 的顯著性檢驗(yàn)。在通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的36個(gè)站點(diǎn)中有29 個(gè)站點(diǎn)通過(guò)了0.01 的顯著性檢驗(yàn)，這29 個(gè)地區(qū)的氣候傾向率在-0.38～0.7 之間，通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)的7 個(gè)站點(diǎn)的氣候傾向率在-0.22～0.19之間。另外通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)主要分布在喀斯特地區(qū)西北部、中部和東南部。極端高溫氣候傾向率的變化范圍在-0.38～0.70 之間，其中大部分地方的氣候傾向率在0.15～0.40 之間，最大值為德欽的0.70，最小值為仁懷的-0.38。

仁懷、盤(pán)縣、鹽源、耿馬4 個(gè)地區(qū)氣候傾向率為負(fù)表示極端高溫在降低，其中仁懷、盤(pán)縣的下降幅度最為明顯，下降速度分別為每10 年下降0.38 ℃、每10 年下降0.33 ℃。其他32 個(gè)地區(qū)的極端高溫均呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，其中仁懷的升高趨勢(shì)最為明顯，升高速度為每10 年升高0.70 ℃。結(jié)合極端高溫的顯著性空間分布和氣候傾向率可以得出，喀斯特地區(qū)的西北部、中部、東南部在變暖，西南部、東北部和東部局地?zé)o明顯變化趨勢(shì)。中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫氣候傾向率如表1 所示。

表1 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫氣候傾向率

3.3 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)高溫閾值的空間分布

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)高溫閾值為17.5～38.1 ℃，最低值（17.5 ℃）出現(xiàn)在喀斯特地區(qū)西北部的峨眉山（四川），最高值（38.1 ℃）出現(xiàn)在云南元江。大多數(shù)地方高溫閾值的范圍為27.0～35.0 ℃。高溫閾值低于27.0 ℃的地方出現(xiàn)在喀斯特地區(qū)西北側(cè)，包括峨眉山（四川）、麗江（云南）等9 個(gè)地區(qū)；高溫閾值高于35.0 ℃的地方主要分布在喀斯特地區(qū)東南和東北側(cè)，其中包含豐都（重慶）、思南（貴州）、平果（廣西）等13 個(gè)地區(qū)。

高溫閾值的空間分布主體為東高西低，如圖2 所示。由于地形作用，元江和華坪海拔高度較低導(dǎo)致它們的高溫閾值比周圍高，中心值分別為38.1 ℃、35.2 ℃，由于峨眉山和水城海拔較高使得這2 個(gè)地區(qū)的高溫閾值要比周圍的低，中心值分別為17.5 ℃和27.2 ℃。

圖2 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)高溫閾值空間分布

3.4 中國(guó)西南喀斯特地區(qū)高溫強(qiáng)度的空間分布

高溫強(qiáng)度的變化范圍在2.8～8.1 ℃，最大值（8.1 ℃）出現(xiàn)在云南的屏邊，最小值（2.8 ℃）出現(xiàn)在云南的咸寧。中國(guó)西南喀斯特地區(qū)絕大多數(shù)地方的的高溫強(qiáng)度處在4.5～7.0 ℃之間。高溫強(qiáng)度低于4.5 ℃的地區(qū)分布在喀斯特地區(qū)的東南和西南側(cè)，其中包括昭通（云南）、柳州（廣西）等9 個(gè)地區(qū)；高溫強(qiáng)度高于7.0 ℃的地區(qū)分布在喀斯特地區(qū)北部，包括康定（四川）、興義（貴州）等8 個(gè)地區(qū)。

高溫強(qiáng)度空間分布主要呈現(xiàn)為北高南低特點(diǎn)，如圖3 所示，緯向分布大致特征為隨著緯度的增加有顯著的升高趨勢(shì)。但是由于屏邊、盤(pán)縣、興義的極端高溫較高，并且高溫閾值較低，從而使得這3 個(gè)地區(qū)的高溫強(qiáng)度要比周圍的高；另一方面因?yàn)橄虒幒驼淹ǖ母邷亻撝递^低并且極端高溫較低，使得這2 個(gè)地區(qū)的高溫強(qiáng)度比周圍的低。

圖3 中國(guó)西南喀斯特氣度高溫強(qiáng)度空間分布

4 結(jié)論

中國(guó)西南喀斯特地區(qū)極端高溫處于23.9 ～43.9 ℃，大值（＞40.0 ℃）區(qū)主要位于喀斯特地區(qū)東部，小值（＜30.0 ℃）區(qū)主要位于喀斯特地區(qū)西部。極端高溫空間分布大致為東高西低。由于地形原因，在攀枝花出現(xiàn)了高值中心，在咸寧出現(xiàn)了低值中心。1951—2017 年，只有極少數(shù)地方的極端高溫在降低，大部分極端高溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，升高速度為每10 年上升-0.38～0.7 ℃，其中貴州仁懷（每10 年上升0.7 ℃）最為突出。高溫閾值范圍為17.5～38.1 ℃，最大值出現(xiàn)在云南元江，最小值出現(xiàn)在四川峨眉山。大值（＞35.0 ℃）區(qū)位于喀斯特地區(qū)西南和東南側(cè)，小值（＜27.0 ℃）區(qū)位于喀斯特地區(qū)西北側(cè)。高溫閾值空間分布與極端高溫基本一致，東高西低。