1961—2015年贵州省气候破纪录事件时空变化

(贵州理工学院 建筑与城市规划学院，贵州 贵阳 550003)

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出，在温室气体排放以及其他人类活动影响下，1880—2012年全球平均气温上升约0.85 ℃[1]。随着全球变暖愈加明显，极端气候事件发生频次、强度增强[2]。破纪录事件作为极端气候事件的重要组成部分，对全球和区域农业生产、人民生活造成严重影响和损失[3]。在全球变暖背景下，区域气候破纪录事件将如何变化，成为气候变化研究的热点。

对于气候破纪录事件的研究，主要关注温度破纪录事件变化及预测，如熊开国等[4]分析了1976—2005年我国温度破纪录事件的时空分布特征，章大全等[5]对1957—2006年我国破温度纪录事件发生概率进行了分析，封国林等[6]探讨了温度破纪录事件预测理论。然而，这些研究鲜有关注降水破纪录事件。此外，从研究尺度看，对全国范围的研究较多，而对我国西南地区关注较少。贵州省是我国西南地区重要省份，近年来极端气候事件(包括气候破纪录事件)不断发生，影响范围不断扩大，势必对全省的社会经济快速发展产生负面影响[7]。鉴于此，本文中利用1961—2015年逐日观测数据，分析55 a间贵州省低温、高温、降水破纪录事件变化规律，以期为防灾减灾、农业生产、可持续发展战略制定提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

贵州省(东经103°36′—109°35′，北纬24°37′—29°13′)位于中国西南地区，土地总面积为17.61万km2(见图1)。地貌属于典型的喀斯特高原山地，地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔高度为1 100 m，素有“八山一水一分田”之说[8]。气候属亚热带季风性湿润气候，夏季高温多雨，冬季温和少雨，受大气环流、地形等影响，气候多样性特点突出。另外，全省气象灾害种类较多，干旱、洪涝、凝冻、秋风等灾害发生频繁。至2017年底，贵州省常住人口为3 580万，城镇化率为37.15%，全省国内生产总值(GDP)为13 540.83亿元，人均GDP为 37 956元。

图1 贵州省区位图

1.2 资料

资料来源于由中国气象数据网提供的1961—2015年贵州省19个气象观测站日值数据，包括日最高温、日最低温、日降水量。19个气象站点基本信息见表1。缺测数据多为单日或几日缺少观测，没有月或年等长时间缺少观测，数据质量整体较好，缺测部分利用插值法补齐，数据经过严格质量控制，可以满足本研究需要。

表1 贵州省气象站点基本信息

1.3 气候破纪录事件界定

根据文献[3]，将气候破纪录事件界定为：与历史时期同期观测值相比，打破历史记录的气候要素值，分为高温、低温、降水。具体界定过程：以1月份低温破纪录事件统计为例，基于逐日数据，假定1月份某一站点1961年1月25日发生观测历史以来第1个低温日，那么该日即为第0个低温破纪录事件，如1961年1月28日出现比第1个低温日更低的气温，即为第1个破纪录事件。依次类推，得到同一站点1月份不同年份发生低温破纪录事件发生次数，进而得到每个月份低温破纪录事件发生次数。

1.4 研究方法

1)气候破纪录事件发生平均频次。气候破纪录事件发生平均频次表示一定时期内破纪录事件发生频繁程度的平均值，计算公式为

(1)

式中：P为破纪录事件发生平均频次；n为所有站点破纪录事件发生频次之和；N为站点数量之和。

2)气候破纪录事件发生频次变化趋势。依据熊开国等[4]构建的实际检测气候破纪录事件发生频次与理论发生频次之间的比值来衡量气候破纪录事件发生频次变化趋势，如实际检测的发生频次高于理论发生频次，说明气候破纪录事件发生频次呈现增加趋势(大于0)；若低于理论发生频次，说明气候破纪录事件发生频次呈现下降趋势(小于0)。

3)气候破纪录事件空间插值法。利用Kring插值法得到气候破纪录事件发生频次及其变化趋势的空间格局。该插值法是利用待估点与已知点位置的相关性以及变量之间空间相关性进行插值，是数据格网化的方法之一，应用广泛。气候破纪录事件发生频次及变化趋势的划分，采用ArcGIS软件中的等间距分割法。

2 结果与分析

2.1 气候破纪录事件发生频次

从55 a间贵州省19个气象站点气候破纪录事件发生平均频次(表2)可知，全年、春季、夏季、冬季的气候破纪录事件发生频次由高到低的顺序为高温破纪录事件、降水破纪录事件、低温破纪录事件，秋季顺序为降水破纪录事件、高温破纪录事件、低温破纪录事件。

表2 1961—2015年贵州省气候破纪录事件发生平均频次

从55 a间贵州省全年气候破纪录事件发生频次空间格局(图2)可知，低温、高温破纪录事件发生频次空间格局基本呈现由东部向西部逐渐增加趋势。降水破纪录事件发生频次空间格局呈现东部、南部、北部、西部较高，中部、西南部较低的特点。

(a)低温破纪录(b)高温破纪录(c)降水破纪录图2 1961—2015年贵州省全年气候破纪录事件发生频次空间格局

从55 a间贵州省四季气候破纪录事件发生频次空间格局(图3)可知：春季低温破纪录事件发生频次空间格局为东部、北部和中部较低，南部、西部较高；夏季为北部较低，南部较高；秋季为北部、东南部较低，东部、西部和南部较高；冬季为东部、西南部较低，北部、中部和西部较高。春季高温破纪录事件发生频次空间格局为西部较低，东部、北部、南部较高；夏季为东部、南部较低，西部较高；秋季为中部、北部较低，西部、东部较高；冬季为东北部、西北部、西部较低，中部、南部较高。春季降水破纪录事件发生频次空间格局为中部、南部较低，北部、西部较高；夏季为西部较低，东部、北部较高；秋季为中部、东部、北部较低，西部、西南部较高；冬季为西部较低，东南部、东部、北部较高。

(a)春季,低温破纪录(b)春季,高温破纪录(c)春季,降水破纪录(d)夏季,低温破纪录(e)夏季,高温破纪录(f)夏季,降水破纪录(g)秋季,低温破纪录(h)秋季,高温破纪录(i)秋季,降水破纪录(j)冬季,低温破纪录(k)冬季,高温破纪录(l)冬季,降水破纪录图3 1961—2015年贵州省四季气候破纪录事件发生频次空间格局

2.2 气候破纪录事件发生频次变化趋势

从55 a间贵州省19个气象站点气候破纪录事件发生频次的平均变化趋势(表3)可知：全年及四季的低温破纪录事件发生频次均呈现下降趋势；全年、春季、夏季、秋季的高温破纪录事件发生频次呈现上升趋势，仅有冬季呈现下降趋势；全年、春季、冬季的降水破纪录事件发生频次呈现上升趋势，仅有夏季和秋季呈下降趋势。

从55 a间贵州省全年气候破纪录事件发生频次变化趋势的空间格局(图4)可以看出：全省绝大部分地区低温破纪录事件发生频次呈现下降趋势，仅有西南部极小部分地区呈现增加趋势，其中北部、南部、东部下降幅度较大，西部下降幅度较小。全省大部分地区高温破纪录事件发生频次呈现增加趋势，仅有中部以及东北部和西南部零星地区呈现下降趋势，其中东北部、东南部增加幅度较小，西部、西南部、东部增加幅度较大。全省大部分地区降水破纪录事件发生频次呈现增加趋势，仅有西北部地区呈现下降趋势，其中中部、西部、东北部增加幅度较小，南部、东南部增加幅度较大。

表3 1961—2015年贵州省气候破纪录事件发生频次的平均变化趋势

(a)低温破纪录(b)高温破纪录(c)降水破纪录图4 1961—2015年贵州省全年气候破纪录事件发生频次变化趋势的空间格局

从55 a间贵州省四季气候破纪录事件发生频次变化趋势的空间格局(图5)可以看出：全省全部地区春季和冬季低温破纪录事件发生频次呈现下降趋势，其中春季下降幅度高值区位于南部和西北部，冬季下降幅度高值区位于中北部和南部；大部分地区夏季和秋季低温破纪录事件发生频次呈现下降趋势，仅有小部分地区低温破纪录事件发生频次呈现上升趋势，其中夏季仅有中部和西南部零星地区呈上升趋势，秋季仅有西部呈上升趋势。全省大部分地区春季、夏季和秋季高温破纪录事件发生频次呈现增加趋势，其中春季增加高值区位于西部地区，夏季增加高值区位于东部、北部和西部，秋季增加高值区位于东部、南部和西部；大部分地区冬季高温破纪录事件发生频次呈现下降趋势，仅有西北部呈现增加趋势。全省大部分地区春季、冬季降水破纪录事件发生频次呈现增加趋势，其中春季增加高值区位于东部和北部，冬季增加高值区位于南部和西部；大部分地区夏季、秋季降水破纪录事件发生频次呈现下降趋势，其中夏季下降高值区位于东北部和南部，秋季下降高值区位于北部和南部。

3 讨论与结论

3.1 讨论

已有研究发现，贵州省气温呈升高趋势，降水呈波动上升趋势[9-10]，导致低温破纪录事件发生频次呈现减少趋势，高温和降水破纪录事件发生频次呈现增加趋势。此外，全年和四季之间气候破纪录事件发生频次变化趋势的空间格局存在差异，这与全省气温和降水变化趋势存在空间异质性有一定关系[11-13]。

(a)春季,低温破纪录(b)春季,高温破纪录(c)春季,降水破纪录(d)夏季,低温破纪录(e)夏季,高温破纪录(f)夏季,降水破纪录(g)秋季,低温破纪录(h)秋季,高温破纪录(i)秋季,降水破纪录(j)冬季,低温破纪录(k)冬季,高温破纪录(l)冬季,降水破纪录图5 1961—2015年贵州省四季气候破纪录事件发生频次变化趋势空间格局

依据研究结果，今后应重视极端高温和极端降水对全省农业生产及人民生活的影响，根据各区域气候破纪录事件发生特点及趋势，提出不同季节应对极端气候的对策，缓解极端气候的负面影响。如贵州西部地区春季、秋季的高温破纪录事件呈现增加趋势，且该地区干旱发生频率和强度较大[14]，势必加剧农业生产中的水资源短缺，进而影响粮食生产，因此应该重视该地区高温破纪录监测和评估。

3.2 结论

1961—2015年间贵州省高温破纪录事件发生频次较高，低温破纪录事件发生频次较低，降水破纪录事件发生频次居中。低温和高温破纪录事件发生频次空间格局接近，与降水破纪录事件发生频次空间格局存在差异。55 a间低温破纪录事件发生频次呈现下降趋势，高温和降水破纪录事件呈现增加趋势。全年和四季之间的气候破纪录事件发生频次变化趋势的空间格局存在差异。