1961—2012年西藏色林错流域极端气温事件变化趋势

杨志刚，杜 军,*，林志强

1 中国气象局成都高原气象研究所, 成都 610071 2 西藏自治区气候中心, 拉萨 850001 3 西藏自治区气象服务中心, 拉萨 850001

1961—2012年西藏色林错流域极端气温事件变化趋势

杨志刚1,2，杜 军1,2,*，林志强3

1 中国气象局成都高原气象研究所, 成都 610071 2 西藏自治区气候中心, 拉萨 850001 3 西藏自治区气象服务中心, 拉萨 850001

利用西藏色林错流域2个气象站1961—2012年逐日最高气温、最低气温和平均气温资料，分析了流域极端气温事件的变化规律。结果表明：近52年色林错流域TXx、TNn呈上升趋势，尤其是TNn升幅更大，达1.10 ℃/10a。极端气温暖指标(TNx、TX90p、TN90p)和生长季长度(GSL)呈明显的增加趋势，而极端气温冷指标(FD、ID、TX10p、TN10p)和DTR为显著的下降趋势。流域绝大部分极端气温指数的变化幅度均比全球、全国和青藏高原偏大，特别是TN90p的变幅最大。在10年际变化尺度上，TNn、TX90p、TN90p和DTR呈逐年代增加趋势，极端气温冷指数和GSL为下降趋势。从时间转折上看，各项极端气温指数均有突变发生，突变点主要出现在20世纪80年代中期以后。最低气温及与之相关的极端气温冷指数的显著上升与色林错湖泊面积的增加密切相关。

极端气温指数；年际和年代际变化；突变；色林错流域

青藏高原是中国最大的湖泊分布区，分布着地球上海拔最高、数量最多、面积最大且以盐湖和咸水湖集中为特色的高原湖泊群。由于青藏高原的湖泊面积巨大，湖水面积的改变以及湖水水化学的变化将极大地改变地表下垫面的条件，从而对大气环流产生影响[1- 2]。而温度、降水变化又通过影响地表水分循环和水的相变，进而影响湖泊水位的变化。如青海湖地区近40年来气温、地表蒸发等气象要素向暖干化过渡的趋势造成青海湖水位下降[2]。近来年降水量增加、平均气温升高导致那曲地区中东部4个湖泊水位上涨[3- 4]。1970—2000年纳木错湖面的加速扩张主要受冰川的加剧退缩(气温升高是其根本原因)及其引起的融水增加影响，与区域降水量略微增加和蒸发量显著减少也具有密切联系[5]。近45年西藏羊卓雍湖流域年平均气温以0.25 ℃/10a的速率显著升高，增温主要表现在秋、冬季；近25年，流域年降水量以54.2 mm/10a的速率明显增加[6]。

色林错地处西藏自治区申扎、班戈和尼玛3县交界处，位于岗底斯山北麓，申扎县以北，曾是西藏第二大咸水湖。湖面海拔4530 m，形状不规则，长轴呈东西向延伸，长77.7 km，最大宽45.5 km，平均宽约20.95 km，面积1628.0 km2。流域内有许多河、湖串通，组成了一个内陆湖群，流域面积45530 km2，居西藏内陆水系首位。主要入湖河流有扎加藏布、扎根藏布、波曲藏布等。扎加藏布全长409 km，是西藏最长的内流河，发源于唐古拉山，于色林错北岸入湖。近30年色林错及其周围的错鄂、雅根错的面积呈较显著的扩大趋势，1999—2008年湖面扩张速度为20%，湖面面积平均上涨率为41 km2/a，超过纳木错面积，已成为西藏第一大咸水湖[7]。杨日红等[8]认为很有可能是由于温室效应，使得气温上升，冰雪、冰川融化和冻土退化释放水注入色林错，进而引起湖面增长。边多等[7]分析认为冰雪融水量的增加是湖泊上涨的根本原因，其次与降水量的增加和蒸发量的减少、冻土退化等暖湿化的气候变化存在很大关系。但目前针对流域极端气候事件变化的研究尚不多见，本文采用世界气象组织(WMO)推荐使用的极端气温指数来探讨西藏色林错流域极端温度的变化特征及其演变规律，这有助于弄清高原湖泊地区气候是否更加趋于极端化、极端事件是否更为频繁等问题。

1 资料和方法

本文选用西藏色林错流域仅有的2个气象站点(图1)1961—2012年逐日最高气温、最低气温、平均气温资料，采用WMO推荐的极端气温指数[9](表1)，通过RClimDex[10]软件计算了色林错流域的12个极端气温指数。基准期定义为1971—2000年，多年平均值采用此30a的平均值。全球极端气候指数数据来源于http://www.hadobs.org。

图1 西藏色林错流域气象站点分布图 Fig.1 Distribution of meteorological stations in Selin Co Basin of Tibet

在分析各极端气温指数变化趋势时，选用线性方程对序列变量进行拟合，对于变化趋势的显著性，采用时间t与原序列变量y之间的相关系数进行检验[11]。文中涉及的突变检验，采用Mann-Kendall(M-K)方法[11]。

2 结果分析

2.1 极端气温指数的变化趋势

2.1.1 极端气温暖指数

根据1961—2012年西藏色林错流域极端气温暖指数的10a滑动平均线和线性变化趋势(图2,表2)分析，TXx(Maximum daily maximum temperature)在20世纪60年代趋于下降，70年代至90年代中期缓慢上升，90年代中期至21世纪前5a呈下降，之后到2012年又呈上升趋势，近52年 TXx平均每10a仅上升0.10℃。TNx(Minimum daily maximum temperature)，20世纪60年代至70年代中期为下降趋势，之后至今呈快速上升的趋势，过去52年里以0.24 ℃/10a的速度显著上升。TX90p(Percentage of days when maximum temperature >90th percentile)、TN90p(Percentage of days when minimum temperature >90th percentile)在60年代至80年代中后期都在平均值以下，之后呈明显的上升趋势，52年来分别以5.63 d/10a 和10.02 d/10a的速度显著升高，特别是近30年 TN90p上升速率更大，达17.76 d/10a(P<0.001)。GSL(Growing season length)，60年代至70年代中期在平均值附近振荡，随后至80年代初趋于下降，之后呈缓慢上升趋势至今，近52年以2.31 d/10a的速度显著上升。总之，过去52年里流域各项极端暖指数都表现为上升趋势，除TXx未通过统计检验外，其他指数均通过0.05以上的显著性检验，甚至达到0.001显著性检验水平。

就地域分布来看，班戈TNx、TN90p和GSL的增幅要大于申扎，而TXx、TX90p的增幅比申扎的小。

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

图2 1961—2012年西藏色林错流域极端气温暖指数距平的变化趋势Fig.2 Regional annual anomalies series during 1961—2012 for extremes warm indices in Selin Co Basin of Tibet黄线为历年值，蓝线为10a滑动平均，绿线为线性趋势

表2 西藏色林错流域极端气温指数的变化趋势Table 2 Linear tendency rate for regional indices of temperature extremes in Selin Co Basin of Tibet during 1961—2012

*，**分别表示通过0.05和0.01显著性检验水平

2.1.2 极端气温冷指数

图3给出了1961—2010年西藏色林错流域极端气温冷指数的变化趋势，结果表明：近52年流域TXn在20世纪60年代呈快速上升，70年代至20世纪前6a呈波动上升趋势，之后至今略有下降，总体以0.38 ℃/10a(P<0.05)的速度显著上升。TNn，60年代急剧上升至70年代初，随后呈缓慢上升趋势，52年来平均每10a上升1.10℃(P<0.001)。过去52年，TX10p、TN10p、FD、ID虽有波动，总体都呈现为明显的下降趋势，平均每10a分别减少5.23 d、11.20 d、 4.47 d和5.63 d，尤其是近30年 TN10p、TX10p减幅分别达11.65 d/10a和12.62 d/10a，上述指数的减少趋势均通过0.001的显著性水平。从地域分布来看，ID、TX10p的减幅，班戈小于申扎；其他冷指数的变幅都是班戈大于申扎。

图3 1961—2012年西藏色林错流域极端气温冷指数距平的变化趋势Fig.3 Regional annual anomalies series during 1961—2012 for extremes cold indices s in Selin Co Basin of Tibet

2.1.3 气温日较差

图4 1961—2012年西藏色林错流域DTR距平的变化趋势 Fig.4 Regional annual anomalies series during 1961—2012 for DTR in Selin Co Basin of Tibet

近52年西藏色林错流域年平均最高气温和最低气温均呈现出显著的上升趋势，平均每10a分别上升0.25 ℃和0.54 ℃，并通过0.001显著性检验水平。最低气温的升幅是最高气温的2.2倍，反映出该流域气温变化具有显著的非对称特征。分析表明，近52年流域气温日较差表现为显著的减小趋势(图4)，减幅为0.28 ℃/10a(P<0.001)，特别是20世纪60—80年代呈快速减小趋势，平均每10a减少0.64 ℃(P<0.001)；90年代至今气温日较差变小趋缓并有小幅增加。这也说明色林错流域气温日较差变小主要是由于最低气温的显著升高引起的。

2.1.4 与全球、全国等区域的对比分析

IPCC[12]在报告中指出在全球变暖使得多数大陆地区冷昼和冷夜偏暖并偏少，热昼和热夜偏暖并偏多。对比了西藏色林错流域与全球、全国[13]和青藏高原[14]相同时段的极端气温指数的变化趋势值(表3)，色林错流域绝大部分极端气温指数的变化幅度均比全球、全国和青藏高原偏大，尤其是TN90p的变幅最大。其中，TXx、TX90p和GSL的变化幅度要小于全球、青藏高原，而TX90p的增幅也比全国的偏小。同样，也比雅鲁藏布江流域极端气温指数[15]的变化趋势都大。这说明多数情况下，西藏色林错流域是气温极端事件变化的敏感区域。

表3 西藏色林错极端气温指数的变化趋势及与其他区域对比Table 3 Comparison between the linear trends in extremes temperature indices in Selin Co Basin of Tibet and other region

*,**分别表示通过0.05和0.01显著性检验水平；-表示无数据

2.2 极端气温指数的年代际变化

从色林错各项极端气温指数的年代际变化来看(表4)，在10年际尺度上，近52年 TNn、TX90p、TN90p和DTR呈逐年代增加趋势，极端气温冷指数(SD、ID、TX10p和TN10p)和GSL表现为下降的年代际变化特征；TXx 20世纪60至90年代呈逐年代上升趋势，而21世纪最初的10a呈下降趋势。其中，21世纪最初的10a是各项极端气温指数变化幅度最大的10a，特别是极端气温相对指数(TX90p、TN90p、TX10p和TN10p)。

从1981—2010年与1961—1990年的平均值比较来看，TXx、TNn分别升高了0.40 ℃和2.03 ℃，尤其是TNn升幅明显高于西藏(1.5℃)；SD、ID、TX10p和TN10p依次减少了9.37、9.10、9.66 d和20.54 d，而GSL、TX90 p和TN90p分别增加了5.26、10.74 d和19.69 d。这表明，在30年际尺度上，各项极端气温指数也都表现出明显的年代际变化特征，即极端气温暖指数呈增加趋势，而冷指数趋于下降。

表4 西藏色林错流域各项极端气温指数距平的年代际变化Table 4 The decade change of extreme air temperature indices anomaly in Selin Co Basin of Tibet

2.3 极端气温指数的突变分析

通过M-K检验结果表明，近52年西藏色林错流域10个极端气温指数均有突变发生(图5)，其中TXx、TNn分别在1976年和1982年有明显突变，由一个相对偏冷期跃变为一个相对偏暖期；FD、ID的突变点分别出现在1991年和1999年，从一个相对偏多期跃变为一个相对偏少期；GSL从1997年开始，由一个相对偏短期跃变为一个相对偏长期；DTR突变时间较早，在1967年从一个相对偏大期跃变为一个相对偏小期；TX90p、TN90p在1998年、1989年有明显突变，而TX10p、TN10p突变点发生在2001年和1987年，前者从一个相对偏少期跃变为一个相对偏多期，后者反之，由一个相对偏多期跃变为一个相对偏少期。以上指数这种增减趋势均超过显著性水平0.05临界线，甚至有些指数超过0.001显著性水平(u0.001=2.56[11])，表明西藏极端气温指数的变化趋势是十分显著的。

图5 西藏色林错极端气温指数的M-K检验Fig.5 M-K verifying of the extreme air temperature indices in Selin Co Basin of Tibet during 1961—2012

2.4 极端气温指数与色林错湖泊面积的相关分析

通过对1975—2008年色林错湖泊面积[7]与同期极端气温指数的相关分析(表5)，可以看出色林错湖泊面积与TX10p、TN90P和TN10p存在很高的相关性，湖泊面积与冷昼/夜日数(TX10p/TN10p)呈负相关，与暖夜日数(TN90p)呈正相关，即冷昼/夜日数减少、暖夜日数增加，湖泊面积随之增加。此外，湖泊面积与年平均气温也呈极显著的正相关(P<0.01)，相关系数达0.912，这也说明气候变暖、极端气温暖指数上升、冷指数下降是导致湖泊面积增加的主要原因之一。

表5 色林错湖泊面积与极端气温指数的相关系数Table 5 Correlation coefficients between lake area and extreme air temperature indices in Selin Co Basin of Tibet

*，**分别表示通过0.05和0.01显著性检验水平

1961—2012年，色林错流域年平均气温以0.40 ℃/10a(P<0.01)的速度显著升高，其中班戈升温率最大，达0.51 ℃/10a；申扎升温率为0.29 ℃/10a。申扎、班戈年降水量都表现为显著的增加趋势，平均每10年分别增加19.71 mm和19.56 mm(P<0.01)。近30年(1981—2012)流域年平均气温升温率为0.45 ℃/10a，年降水量增幅明显，为32.69 mm，尤其是申扎增幅更突出，达45.65 mm(P<0.001)。这表明，流域气温升高加速了冰川退缩，降水显著增加也使湖面扩张较为明显。

色林错流域有642 条冰川、面积593.09 km2、冰储量36.37 km3，冰川平均面积0.92 km2，同时色林错位于流域最低洼的地区，是水流汇集的中心，其最主要汇入河流—扎加藏布发育于唐古拉山主峰格拉丹东峰和唐古拉山吉热格帕峰。随着气温升高，冰川开始萎缩，融化的大部分雪水注入色林错。另外，色林错附近地区海拔超过4500 m，在这一高度高原冻土相当发育，气温升高，冻土势必开始解冻释放水，大部分将流向色林错流域，进而对色林错湖面水域变化产生影响[16]。

3 结论

利用西藏色林错流域2个气象观测站1961—2012年逐日最高气温、最低气温和平均气温资料，分析了近52年流域极端气温指数的年际和年代际变化、气候突变特征，得到一些有意义的气候变化事实。

(1)色林错流域TXx、TNn呈上升趋势，尤其是TNn升幅更大，达1.10 ℃/10a。极端冷指标(FD、ID、TX10p、TN10p)和DTR表现为显著的下降趋势，而极端暖指标(TNx、TX90p、TN90p)和生长季长度(GSL)呈明显的增加趋势。

(2)色林错流域绝大部分极端气温指数的变化幅度均比全球、全国和青藏高原偏大，尤其是TN90p的变幅最大。其中，TXx、TX90p和GSL的变化幅度要小于全球、青藏高原，TX90p的增幅也比全国的偏小，但比雅鲁藏布江流域极端气温指数的变化趋势都大。这说明多数情况下，西藏色林错流域是气温极端事件变化的敏感区域。

(3)在10年际尺度上，TNn、TX90p、TN90p和DTR呈逐年代增加趋势，极端气温冷指数(SD、ID、TX10p和TN10p)和GSL表现为下降的年代际变化特征；TXx 20世纪60—90年代呈逐年代上升趋势，而21世纪最初的10a呈下降趋势。其中，21世纪最初的10a是各项极端气温指数变化幅度最大的10a，特别是极端气温相对指数(TX90p、TN90p、TX10p和TN10p)。

(4)在时间转折上，各项极端气温指数均有突变发生，突变点主要出现在20世纪80年代中期以后。

(5)色林错湖泊面积与TX10p、TN90P和TN10p存在很高的相关性，湖泊面积与冷昼/夜日数(TX10p/TN10p)呈负相关，与暖夜日数(TN90p)呈正相关，与年平均气温也呈极显著的正相关。极端气温暖指数上升、冷指数下降，表明流域气候变暖明显，这就加速了流域内冰川的退缩，融化的大部分雪水注入湖泊，导致湖泊面积增加。此外，流域降水增加明显也与湖面的扩张有着密切关系。

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Extreme air temperature changes in Selin Co basin, Tibet (1961—2012)

YANG Zhigang1,2, DU Jun1,2,*, LIN Zhiqiang3

1InstituteofPlateauMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,Chengdu610071,China2TibetClimateCenter,Lhasa850001,China3TibetMeteorologicalServiceCentre,Lhasa850001,China

Selin Co Lake is expanding at a rate of 20% or an average of 420 km2per decade. Thus, it has become the largest inland salty lake in Tibet, exceeding the area of Nam Co Lake during 1999—2008. The main reasons for the lake′s expansion are the increase in snow/ice meltwater under the backdrop of global warming, an increase in precipitation, decrease of evaporation, and degradation of the permafrost. However, variations and trends in extreme climate events are more sensitive to climate change than are mean values and thus, they have received greater attention. In this study, a trend analysis was performed to identify the change regulation of extreme weather conditions in the Selin Co basin, based on a meteorological data set of daily maximum, minimum, and average temperatures from 1961—2012 obtained at two weather stations. The methods of a 10-year smoothing average, linear regression, correlation analysis, and a Mann-Kendall test were employed to delineate the rate of change, abrupt change points, statistical significance of the trends, and periodicities of extreme temperature indices. The results show both the maximum daily maximum temperature and the minimum daily minimum temperature (TNn) exhibit an increasing trend over the study period, especially for TNn, which has the higher value of 1.10 ℃/10a. Extreme warm indices such as the minimum daily maximum temperature, percentage of days when the maximum temperature >90th percentile (TX90p), and percentage of days when the minimum temperature >90th percentile (TN90p), together with the growing season length (GSL), showed marked rates of increase of 0.24 ℃/10a, and 5.63, 10.0, 2.31 d/10a, respectively. However, the extreme cold indices such as the number of frost days, ice days, percentage of days when the maximum temperature <10th percentile (TX10p), percentage of days when the minimum temperature <10th percentile (TN10p), and diurnal temperature range (DTR) showed significant rates of decrease of -4.47, -5.63, -5.23, -11.20 d/10a, and -0.28 ℃/10a. Most of the range in the variation of extreme cold temperature indices in the basin is higher than that on a global, national, and Tibetan scale, especially for TN90p, which has the maximum magnitude of variation. On a decadal scale, the indices of TNn, TX90p, TN90p, and DTR increased, whereas the extreme cold indices and GSL decreased. Abrupt change analysis indicates that abrupt points can be found in each extreme cold index, occurring mainly after the mid—1980s. Expansion of the Selin Co Lake area is assumed to be related to the significant increase of minimum temperature. The corresponding extreme cold indices, TX10p and TN10p, are correlated negatively with the change in the Selin Co Lake area, whereas the TN90p and the annual mean temperature are correlated positively. The rise of the extreme warm indices and fall of the cold indices illustrate clearly that the climate is warming, which accelerates the retreat of valley glaciers, and the snow meltwater feeds the lake′s expansion.

extreme temperature indices; interannual and interdecadal variations; abrupt change; Selin Co (lake)

中国气象局气候变化专项(CCSF201333); 西藏自治区气象局科技创新团队基金

2013- 04- 18;

日期:2014- 04- 03

10.5846/stxb201304180737

*通讯作者Corresponding author.E-mail: dujun0891@163.com

杨志刚，杜军，林志强.1961—2012年西藏色林错流域极端气温事件变化趋势.生态学报,2015,35(3):613- 621.

Yang Z G, Du J, Lin Z Q.Extreme air temperature changes in Selin Co basin, Tibet (1961—2012).Acta Ecologica Sinica,2015,35(3):613- 621.