1961-2010年藏北牧草生长季极端气温的变化特征

杜 军，周刊社，袁 雷，建 军

(1.中国气象局成都高原气象研究所，四川 成都 610071； 2.西藏自治区气候中心，西藏 拉萨 850001； 3.西藏自治区山南地区气象局，西藏 泽当 856000)

1961-2010年藏北牧草生长季极端气温的变化特征

杜 军1,2，周刊社2，袁 雷2，建 军3

(1.中国气象局成都高原气象研究所，四川 成都 610071； 2.西藏自治区气候中心，西藏 拉萨 850001； 3.西藏自治区山南地区气象局，西藏 泽当 856000)

基于西藏那曲地区6个地面气象站(台)1961-2010年逐日最高、最低气温数据，采用极端最高气温、暖(冷)昼(夜)天数和生长季长度等10个指标，运用线性回归、Mann-Kendall非参数检验等方法，分析了藏北牧草生长季极端气温的时空变化。结果表明，1961-2010年藏北牧草生长季的TXx(极端最高气温)、TXn(最高气温极小值)、TNn(极端最低气温)和TNx(最低气温极大值)都表现为升高趋势，其中TNn升幅最大，为0.40 ℃·10 a-1。DTR(气温日较差)以-0.17 ℃·10 a-1的速度显著变小(P<0.01)，GSL(生长季长度)以1.8 d·10 a-1的速度明显延长。牧草生长季的TX90p(暖昼天数)和TN90p(暖夜天数)显著增加，平均每10 a分别增加4.11和11.81 d，尤其是近30年TN90p升幅更明显，达23.03 d·10 a-1；而TX10p(冷昼天数)和TN10p(冷昼天数)呈显著减少趋势，分别为-3.33和-6.69 d·10 a-1。在10 a年际变化尺度上，极端气温暖指数(TNx、TX90p、TN90p和GSL)呈现增加趋势，极端气温冷指数(TX10p、TN10p)和DTR表现为下降趋势。在时间转折上，TXx突变时间较早，发生在1984年；其他指数的突变点出现在20世纪90年代以后。极端气温指数的变化趋势有利于藏北牧草的生长。

极端气温指数；时空变化；藏北牧区

20世纪以来，由于极端天气气候事件频发，极端值的变化引起了社会越来越多的关注。从观测分析到模拟研究，几乎都发现极端气温发生了显著变化，而且在全球变暖的大背景下，未来有些极端事件发生频数可能会更高或强度更强。过去几十年里，极端低温事件发生的频率呈减少的趋势[1-3]；欧洲地区冷夜和冷昼天数都减少，暖夜和暖昼天数增多，气温日较差减小[4]；非洲南部和西部极端冷昼和冷夜数减少，极端暖昼和暖夜数增加[5]。中国暖夜发生频率有增加趋势，冷昼数减少，冷夜数减少更明显[6]。1956-2008年，中国大陆地区夏季天数和炎热夜数明显增多[7]。1961-2005年，青藏高原中东部冷夜(昼)天数显著减少，霜冻天日数和结冰天数明显减少[8]。1961-2010年，雅鲁藏布江流域夜间和白天极端低温日数显著减少，夜间极端高温日数和白天极端高温天数显著增加[9]，杜军等[10]分析了西藏1961-2010年极端气温指数的变化趋势，也得到相同的结论。

那曲地区位于青藏高原腹地，有密集的高原湖泊和保存最完好的高寒生态系统，平均海拔4 500 m以上。整个地形呈西高东低倾斜，中西部地形辽阔平坦，多丘陵盆地，东部多高山峡谷。该地区也是西藏重要的畜产品生产基地。由于长期的气候变化和人类活动，藏北草地已经出现大范围的退化以及局部的沙化现象，导致草群中优良牧草比例降低，草丛高度变矮，覆盖度下降，产草量明显降低，严重制约了藏北畜牧业的可持续发展。作为环境演变敏感区域，该区对全球变化的“响应”极为明显[11]。近年来国内学者对藏北牧区气候变化的研究也不少[12-16]，而针对该区域牧草生长季(5-9月)极端气温变化的研究却鲜有报道。为此，本研究采用世界气象组织(WMO)推荐使用的极端气温指数[17]来探讨藏北牧区生长季极端气温的变化特征，这有助于弄清高原气候是否更加趋于极端化极端事件发生更为频繁等问题。

1 资料与分析方法

逐日最高气温和最低气温数据(1961-2010年)来源于西藏自治区那曲地区6个地面气象站(那曲、安多、班戈、申扎、索县和嘉黎)，指数指标结合藏北牧区气候特点，从世界气象组织气候委员会(CCL)及气候变率和可预报性研究计划(CLIVAR)推荐的27个极端气候指数中选取10个(表1)。

藏北牧区牧草生长季各站的极端气温指数运用RClimDex软件[18]计算，区域平均值为6个站的算术平均值。多年平均为基准期(1961-1990年)的平均值。

采用最小二乘法分析极端气温指数的趋势变化线性倾向[19]，Mann-Kendall(M-K)法[19]进行突变检测，反距离权重插值法(Inverse Distance Weighted，IDW)对极端气温指数变化趋势进行空间插值。

表1 极端气温指数定义[17]Table 1 The definitions of extreme air temperature indexes[17]

2 结果与分析

2.1牧草生长季极端气温指数的时间变化特征

就藏北牧区平均而言，牧草生长季的TXx、TXn、TNn和TNx都表现为升高趋势，升幅为0.15～0.40 ℃·10 a-1(P<0.01)，其中TNn升幅最大。DTR以-0.17℃·10a-1的速度显著变小，GSL以1.8 d·10 a-1的速度明显延长。TX90p和TN90p(图1)显著增加，平均每10 a分别增加4.11和11.81 d，尤其是近30年TN90p升幅更明显，达23.03 d·10 a-1；而TX10p和TN10p呈显著减少趋势，分别为-3.33 和-6.69 d·10 a-1。

从藏北牧草生长季各项极端气温指数距平的年代际变化来看(表2)，在10年际尺度上，1980年代至2000年代牧草生长季极端气温暖指数(TNx、TX90p、TN90p和GSL)表现为增加趋势，而极端气温冷指数(TX10p、TN10p)下降趋势明显。TXx 在1960年代至1990年代呈逐年代升高的趋势，进入2000年代有所下降，但仍高于0.4 ℃。牧草生长季的DTR在1961-2010年期间表现为逐年代减小的变化特征。2000年代是多数极端气温指数增减幅度最大的10年，尤其是极端气温相对指数(TX90p、TN90p、TX10p和TN10p)。

在30年际尺度上，牧草生长季极端气温暖指数表现为明显的增加趋势，而冷指数趋于下降。从1981-2010年与1961-1990年的平均值比较来看，TXx、TXn、TNn、TNx分别升高了0.52、0.26、0.86和0.41 ℃，DTR、TX10p和TN10p依次减少了0.23 ℃、8.62 d和14.35 d，而GSL、TX90p和TN90p分别增加了5.32、10.77和25.57 d。

图1 1961-2010年藏北牧草生长季暖夜天数(TN90p)的变化Fig.1 Regional annual series of TN90p at grass growing season in Northern Tibet during 1961-2010

表2 1961-2010年藏北牧草生长季各项极端气温指数距平的年代变化Table 2 The decade change of extreme air temperature indices anomaly at grassgrowing season in Northern Tibet during 1961-2010

2.2牧草生长季极端气温指数变化趋势的空间分布特征

从1961-2012年藏北牧草生长季极端气温指数变化趋势的空间分布来看，生长季TXx除在安多为下降趋势外(-0.07 ℃·10 a-1)，其他各站均呈现出上升趋势，平均每10年升高了0.02～0.47 ℃(图2a)，其中索县升幅最大(P<0.01)，其次是那曲，为0.34℃·10a-1(P<0.01)。TXn在嘉黎表现为下降，其余各站均表现为上升趋势(图2b)，升幅为0.12～0.26 ℃·10 a-1，但均未通过显著性检验。5-9月TNx和TNn在藏北牧区都呈现出升高趋势(图2c、图2d)，平均每10 a分别升高0.01～0.35 ℃(除嘉黎外，P<0.01)和0.23～0.72 ℃，其中TNn升幅较大，中西部牧区在0.35 ℃·10 a-1以上(P<0.01)。

近50年牧草生长季的DTR在申扎和索县表现出弱的增大趋势，而其他4个站都呈现出变小趋势，为-0.35～-0.14 ℃·10 a-1(P<0.05)，其中班戈减幅最大(图2e)。牧草生长季长度(GSL)除在嘉黎为缩短趋势(-1.06 d·10 a-1)外，其他各站都为延长趋势，平均每10 a延长2.20～3.99 d，其中安多最大，为3.99 d·10 a-1(P<0.01)，其次是索县，为3.94 d·10 a-1(P<0.01)(图2f)。

牧草生长季的TX90p在嘉黎呈减少趋势(-2.74 d·10 a-1)，班戈无变化，其他4个站以3.58～9.02 d·10 a-1的速度显著增加(P<0.01)，其中那曲增幅最为明显(图2g)。TX10p在嘉黎略有增加，其余站点都表现为减少趋势，平均每10 a减少2.52～5.77 d，以那曲减少最为突出(图2h)。牧草生长季的TN90p在藏北牧区都表现为增加趋势(图2i)，增幅为3.76～20.15 d·10 a-1，以中部的那曲和安多增幅最大，在18.0 d·10 a-1以上。而TX10p在各站点上都表现为一致的减少趋势(图2j)，为-11.21～-1.64 d·10 a-1，其中那曲减幅最大，其次是班戈，为-10.48 d·10 a-1，嘉黎最小。

2.3极端气温指数的突变分析

从极端气温指数M-K检测结果可以看出，1961-2010年除TXn和TX90p没有突变外，其他指数都有突变发生(图3)。TXx突变时间较早，发生在1984年，而TNn和TNx分别在1993年和2003年出现升温突变，升温变率急剧增加。2003年是TN90p增加的突变点，而TX10p和TN10p分别在2005年和1998年出现了减少的突变点。GSL在2003年发生了突变，由偏短期突变为偏长期；在1996年的突变点之后，DTR明显变小。总之，多数指数都在20世纪90年代以后有明显的突变。

2.4极端气温变化对藏北地区草地畜牧业的影响

2.4.1极端气温指数与平均气温的相关分析 为了解藏北牧区牧草生长季极端气温指数变化与平均气温的关系，计算了生长季、年平均气温与各种极端气温指数的相关系数(表3)，可以看出，除TXn和DTR外，极端气温指数与平均气温相关性很高，相关系数大于0.37(P<0.01)，这表明极端气温对气候变暖具有明显的响应。

2.4.2极端气温指数与畜牧业生产 青藏高原高寒气候的变化规律决定了植物生长发育的节律，而植被生长状况在很大程度上影响了牧业生产。那曲地区植被主要以草地为主，降水、温度与植被呈正相关，即降水增多、温度升高有利于牧草生长[20]。周刊社等[21]认为那曲地区草地气候生产潜力主要受温度条件制约，气温高，气候生产潜力也高，且近30年该区域草地气候生产潜力呈显著的增加趋势。此外，卓嘎等[20]还认为气象要素(最高气温除外)总体上与那曲地区畜牧业生产和经济效益存在密切联系。

图2 藏北牧草生长季极端气温暖指数变化趋势的空间分布(1961-2010年)Fig.2 Spatial distribution of linear trends for extreme temperature indices at grass growing season in Northern Tibet during 1961-2010

图3 1961-2010年藏北牧草生长季各项极端气温指数的突变Fig.3 Sharp change of the extreme temperature indices at grass growing season in Northern during 1961-2010

表3 藏北牧区平均气温与极端气温指数的相关系数Table 3 Correlation coefficients between annual mean air temperature and extreme air temperature indices in Northern Tibet

注:*和**分别表示在0.01和0.001水平上的相关显著。

Note:* and ** correlation is significant at 0.01 and 0.001 level, respctively.

因此,藏北牧区平均气温呈显著升高趋势，极端气温暖指数升高、冷指数下降，尤其是生长季长度的延长，有利于牧草的生长和畜牧业生产的发展。

3 讨论与结论

受全球气候变暖的影响，世界各地极端气温发生了显著变化[1-6]，在西藏极端气温也出现了明显的变化[8-10]。本研究利用西藏自治区那曲地区6个气象观测站，分析了近50年(1961-2010年)藏北牧区牧草生长季极端气温的时空变化，同样发现极端气温有明显的变化，如TXx、TXn在藏北绝大多数站点上表现为升高趋势，而TNx和TNn在藏北都呈现升高趋势。DTR以-0.17 ℃·10 a-1的速度显著变小，GSL以1.8 d·10 a-1的速度明显延长。牧草生长季的TX90p和TN90p显著增加，尤其是近30年TN90p升幅更明显，达23.03 d·10 a-1；而TX10p和TN10p呈显著减少趋势。

藏北牧草生长季极端气温暖指数升高、冷指数下降，尤其是生长季长度的延长，有利于牧草的生长和畜牧业生产的发展。但近年来藏北西部草畜不平衡，草地退化严重[22]，张核真等[23]研究发现近年来藏北牲畜存栏总数显著增多，特别是山羊数量，以每10 a近1.5×105只的数量激增。山羊是对草地破坏最严重的畜种，在秋冬季节刨食草根，对草地植被造成破坏。因此，在气候变暖背景下，合理调整畜种结构，有效控制牲畜数量，尤其是山羊数量，对遏制藏北西部草地退化具有十分重要的意义。

王琼等[24]全面讨论了影响极端气温变化的原因，认为除了与海拔高度、地形状况和热岛效应有密切关系外，大尺度的大气环流对极端气温的变化也会产生至关重要的作用。另外，地表覆盖的变化、人类温室气体的排放以及云量的变化都与极端气温有着密切的关系。由于藏北牧区人类活动很少，无工业，热岛效应、温室气体排放对极端气温变化的影响甚微，主要还是与海拔高度、地形状况以及大气环流等有密切关系，但这些因素是如何影响极端气温的变化还需进一步研究。

[1]Karl T R,Kulda G,Razuvayev V N,Changery M J,Quayle R G,Heim JrR R,Easterling D R,Fu C B.Global warming:Evidence for asymmetric diurnal temperature change[J].Geophysical Research Letters,1991,18(12):2253-2256.

[2]Easterling D R,Evans J L,Groisman P Y,Karl T R,Kunkel K,Ambenje P.Observed variability and trends in extreme climate events:A brief review[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2000,81(3):417-425.

[3]Bonsal B R,Zhang X B,Vincent L A.Characteristics of daily and extreme temperature over Canada[J].Journal of Climate,2001,14(5):1959-1976.

[4]Tank A,Können G P.Trends in indices of daily temperature and precipitation extremes in Europe,1946-1999[J].Journal of Climate,2003,16(22):3665-3680.

[5]New M,Hewitson B,Stephenson D B,Tsiga A,Kruger A,Manhique A,Gomez B,Coelho C A S,Masisi D N,Kululanga E,Mbambalala E,Adesina F,Saleh H,Kanyanga J,Adosi J,Bulane L,Fortunata L,Mdoka M L,Lajoie R.Evidence of trends in daily climate extremes over southern and west Africa[J].Journal of Geophysical Research,2006,111(D14):D14102.

[6]Zhai P M,Pan X H.Trends in temperature extremes during 1951-1999 in China[J].Geophysical Research Letters,2003,30(17):1913-1916.

[7]Zhou Y Q,Ren G Y.Change in extreme temperature event frequency over mainland China during 1961-2008[J].Climate Research,2011,50:125-139.

[8]You Q L,Kang S C,Aguilar E,Yan Y P.Changes in daily climate extremes in the eastern and central Tibetan Plateau during 1961-2005[J].Journal of Geophysical Research,2008,113:D07101,doi:10.1029/2007JD009389.

[9]游庆龙,康世昌,闫宇平,徐彦伟,张拥军,黄杰.近45年雅鲁藏布江流域极端气候事件趋势分析[J].地理学报,2009,64(5):592-600.

[10]杜军,路红亚,建军.1961-2010年西藏极端气温事件的时空变化[J].地理学报,2013,68(9):1269-1280.

[11]孙鸿烈.青藏高原的形成演化[M].上海:上海科技出版社,1996.

[12]杨秀海,卓嘎,罗布.藏北高原气候变化与植被生长状况[J].草业科学,2011,28(4):626-630.

[13]盛文萍,高清竹,李玉娥,万运帆,杨凯.藏北地区气候变化特征及其影响分析[J].高原气象,2008,27(3):509-516.

[14]杜军.藏北牧草青草期的气候变化特征分析[J].应用气象学报,2006,17(1):29-36.

[15]杜军,胡军,边多,拉巴,周刊社.藏北牧区地表湿润状况对气候变化的响应[J].生态学报,2009,29(5):2437-2444.

[16]王景升,张宪洲,赵玉萍,沈振西,石培礼,余成群.藏北羌塘高原气候变化的时空格局[J].资源科学,2008,30(12):1852-1859.

[17]Peterson T C,Folland C,Gruza G,Hogg W,Mokssit A,Plummer N.Report on the activities of the working group on climate change detection and related rapporteurs(1998-2001)[EB/OL].(2006-5-10)[2013-9-5].http://eprints.soton.ac.uk/30144/1/048_wgccd.pdf

[18]Alexander L V,Zhang X,Peterson T C,Caesar J,Gleason B,Klein Tank A M G,Haylock M,Collins D,Trewin B,Rahimzadeh F,Tagipour A,Rupa kumar K,Revadekar J,Griffiths G,Vincent L,Stephenson D B,Burn J,Aguilar E,Brunet M,Taylor M,Mew M,Zhai P,Rusticucci M,Vazquez-Aguirre J L.Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation[J].Journal of Geophysical Research-Atmosphere,2006,111(D5),D05109:1-22.doi:10.1029/2005JD006290.

[19]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京:气象出版社,1999.

[20]卓嘎,杨秀海,罗文红.西藏那曲地区气候变化与牧业生产的关系[J].资源科学,2009,31(3):485-492.

[21]周刊社,杜军,袁雷,马鹏飞,刘依兰.西藏怒江流域高寒草甸气候生产潜力对气候变化的响应[J].草业学报,2010,19(5):17-24.

[22]高清竹,李玉娥.藏北地区草地退化的时空分布特征[J].地理学报,2005,60(6):955-973.

[23]张核真,路红亚,洪健昌,马鹏飞.藏西北地区气候变化及其对草地畜牧业的影响[J].干旱区研究,2013,30(2):308-314.

[24]王琼,张明军,王圣杰,骆书飞,汪宝龙,朱小凡.1962-2011年长江流域极端气温事件分析[J].地理学报,2013,68(5):611-625.

(责任编辑 武艳培)

VariationcharacteristicsofextremetemperatureeventsatgrassgrowingseasoninNorthernTibetfrom1961to2010

DU Jun1,2, ZHOU Kan-she2, YUAN Lei2, JIAN Jun3

(1.Institute of Plateau Meteorology, China Meteorological Administration, Chengdu 610071, China;2.Tibet Climatic Center, Lhasa 850001, China;3.Shannan Meteorological Service of Tibet, Tesdang 856000, China)

Based on the daily maximum and minimum temperature data from 6 meteorological stations in Northern Tibet from 1961 to 2010, the temporal and spatial variation characteristics of extreme temperature events at grass growing season were analyzed using the ten indices of extreme temperature.The methods of a 10-year smoothing average, linear regression, correlation analysis, and a Mann-Kendall model test were employed to reveal the rate of change, statistical significance of the trends, and mutation points of extreme temperature indices.The analysis showed that maximum value of daily maximum temperature (TXx), minimum value of daily maximum temperature (TXn), minimum value of daily minimum temperature (TNn) and maximum value of daily minimum temperature (TNx) significantly increased at grass growing season during recent 50 years with the maximum TNn increasing rate at 0.40 ℃·10 a-1.Diurnal temperature range (DTR) significantly decreased at a rate of -0.17 ℃·10 a-1whereas the length of growing season (GSL) significantly increased with a rate of 1.81 d·10 a-1.The numbers of warm days (TX90p) and warm nights (TN90p) significantly increased with a rate of 4.11 and 11.81 d·10 a-1, respectively(P<0.01).Furthermore, the number of TN90p significantly increased with a rate of 23.03 d·10 a-1during 1981-2010.The numbers of cool days (TX10p) and cold nights (TN10p) significantly decreased with a rate of -3.33 and -6.69 d·10 a-1, respectively(P<0.01).In terms of decadal variations, the warm indices (TNx, TX90p,TN90p and GSL) increased while the cold indices(TX10p and TN10p)and DTR decreased.It was also found that the mutation of the TXx was in 1984, the other extreme temperature indices (TNn, TNx, TX10p, TN90p, TN10p, DTR and GSL) occurred after the 1900s, but no mutation occurred for TXn and TX90p.Extreme temperature indices suggested that the climate change was beneficial for grass growing in Northern Tibet．

extreme temperature indices; temporal and spatial variation; Northern Tibet

DU Jun E-mail:dujun0891@163.com

2014-01-29 接受日期：2014-05-20

国家自然科学基金项目(41165011)；西藏自治区气象局科技创新团队基金(XZQX201302)

杜军(1969-),男,贵州绥阳人,正研高工,学士,主要从事青藏高原气候变化和农业气候研究。 E-mail:dujun0891@163.com

S812.1

：A

：1001-0629(2014)11-2026-08

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0054