1961～2015年青藏高原极端气温事件的气候变化特征

次 央,次仁旺姆,德 吉,次旺扎西

（1.西藏那曲市申扎县气象局，那曲 853100；2.西藏日喀则市江孜县气象局，日喀则 857200；3.西藏阿里地区普兰县气象局，阿里 859500；4.西藏自治区气象台，拉萨 850000）

引言

自20世纪以来，气候变化已成为全球瞩目的焦点问题之一，也是在新世纪面临的最具挑战性的问题之一。因全球气候变化带来的干旱、低温冷冻、洪涝、雪灾等日益频发，极端气候事件造成的经济损失和社会不稳定也在加剧，其发生的强度、频率及影响已引起国内外众多学者的关注。众所周知，享有“全球气候变化的驱动机与放大器”[1]之称的青藏高原，其自身亦是变暖背景下的气候变化敏感区和脆弱区，高原及周边地区极端气候事件的规律、成因及影响也是当前气候变化研究的热点。

Alexander等[2]分析了全球陆地区域极端气温、降水指数后指出，全球陆地超过70%的冷夜（暖夜）显著减少（增加），与气候变暖相关的极端气温普遍显著变化，尤其是由日最低气温计算得到的指数。沈永平等[3]在第五次IPCC评估报告中指出：大多数陆地的冷日和冷夜呈减少趋势，而暖日和暖夜呈偏暖或较频繁趋势。而周雅清等[4]的研究指出，中国1961～2008年的霜冻指数、结冰指数、冷夜(日)日数、暖夜(日)日数的趋势同青海省一致，前三者明显减少，最后一个普遍升高。赵国永等[5]指出新疆地区极端气温指数呈显著暖化趋势，冷(夜)指数暖化幅度大于暖(昼)指数。任国玉等[6]表明在全球气候变暖过程中，其敏感区青藏高原的增温现象最为明显。李林等[7]利用EOF及累积距平法研究了青藏高原气温变化，发现其整体呈现一致性增暖，南北与东西分布存在一定的差异。王堰等[8]研究发现，青藏高原在20世纪50年代最高气温较高，60年代开始下降，之后稳定缓慢上升，最低气温在60年代为冷期，70年代开始持续上升。唐红玉等[9]发现青藏高原最低气温和最高气温的增暖趋势呈现不对称性，最低气温的升高速率大于最高气温。

总的说来，目前专门针对青藏高原极端气温事件的研究并不多见。因此，本文拟利用1961～2015年CN05.1高分辨率的逐日最高、最低气温格点资料，计算6个极端气温指数，通过趋势分析和Mann-Kendall（M-K）突变检验，进一步揭示青藏高原气温极端事件的时空变化规律及其对邻近区域产生的影响，以期为科学认识高原地区气候变化规律提供依据，也为高原地区气候防灾减灾科学决策提供参考。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据的选取

本文数据采用Xu等[10]、吴佳等[11]基于2400余个中国地面气象台站的观测资料，通过插值制作的一套0.25°×0.25°经纬度分辨率的格点化数据集(CN05.1)。CN05.1包括日平均、最高、最低气温以及降水4个变量。插值通过常用的“距平逼近”方法实现。从中选取1961～2015年的逐日最高气温、最低气温资料。

1.2 极端气温事件的定义

本文在ETCCDMI推荐的27项指数[2]中，选6个极端气温指数来定义极端气温事件（表1），指数的完整描述可从http://cccma.seos.uvic.ca/ETCCDMI/list_27_indices.html网站上获取。

表1 青藏高原极端气温指数的定义

1.3 分析方法

对气候趋势系数进行显著性检验（t检验[12]），分析极端气温指数的空间变化趋势；利用一次线性方程来分析极端气温指数的时间变化趋势；用Mann-Kendall(M-K)非参数统计检验法[13-14]来确定突变发生的时间。

2 结果分析

2.1 极端气温指数气候态的空间分布

由1961～2015年青藏高原极端气温指数气候态的空间分布（图1）可以看出：青藏高原年极端最高气温（图1a）由西藏和新疆交界区的昆仑山脉为中心向东递增，大值出现在四川中部，达21℃；次大值中心在青海省西北部的柴达木盆地，达12℃；低值中心位于昆仑山脉处，为0℃；对比青藏高原的两个主体区域西藏和青海，西藏的极端最高气温比青海低，反映出高原西冷东暖的特征。

从青藏高原年极端最低气温的空间分布（图1b）可以看出：年极端最低气温与极端最高气温的气候场基本一致，也呈西冷东暖分布，以西藏和新疆交界区的昆仑山为中心向东递增；除四川中部、西藏山南南部外，整个青藏高原的极端最低气温均在-3℃以下；西藏地区为极端最低气温的低值区，尤其在西藏北部、新疆南部和青海西部交界处的昆仑山脉，在-12℃以下；四川中部地区为极端最低气温的相对高值区，达12℃。

从青藏高原年结冰日数的空间分布（图1c）可以看出：青藏高原年结冰日数从西藏北部与新疆交界区域的昆仑山脉向四周递减，而西藏阿里西北部、那曲北部以及新疆南部的日最高气温＜0℃的日数达180d，这与极端最高、最低气温气候态的分布相吻合；西藏南部及四川高原地区的结冰日数仅为20d，是青藏高原结冰日数最少的区域；柴达木盆地、青海东部也是结冰日数小值区，约为60d；在西藏，结冰日数呈由南向北递增的态势。

由青藏高原年霜冻日数的空间分布（图1d）可以看出：青藏高原年霜冻日数的分布与年结冰日数基本一致，也是从西藏北部与新疆南部的交界区域向四周递减；西藏阿里的北部、那曲北部以及新疆南部的日最低气温＜0℃的日数高达350d，西藏山南东南部、林芝南部和四川高原地区的霜冻日数最少，仅为50d；西藏霜冻日数与结冰日数的气候场分布一致，呈由南向北递增的态势；在青海省，柴达木盆地的霜冻日数较少，其分布与结冰日数的一致。

由青藏高原年暖日日数的空间分布（图1e）可以看出：整个青藏高原的年暖日日数较高，均在12d以上；其中，青海西北地区柴达木盆地的暖日日数最高，日最高气温＞90%分位值的最高天数达14.5d；暖日日数的次大值区在西藏西南部的日喀则地区至那曲北部，达14d；暖日日数的低值区位于西藏阿里北部与新疆交界的昆仑山、那曲东部、昌都中东部及四川西北部地区，在13d以下。

由青藏高原年冷夜日数的空间分布（图1f）可以看出：整个青藏高原的年冷夜日数均在6.6d以上；四川高原地区的冷夜日数最高，日最低气温＜10%分位值的天数在8～9d；西藏山南南部、青海南部是年冷夜日数的次大值区，约为8.1d；西藏西北到青海西北是冷夜日数低值区，中心位于西藏阿里和日喀则，仅有6.6d。

图1 青藏高原1961～2015年极端气温指数气候态的空间分布（a.极端最高气温，b.极端最低气温，c.结冰日数，d.霜冻日数，e.暖日日数，f.冷夜日数）

2.2 极端气温指数的时间变化特征

2.2.1 线性趋势的空间分布

由1961～2015年青藏高原极端气温指数趋势系数的空间分布（图2）可以看出：青藏高原极端最高气温（图2a）和极端最低气温（图2b）均呈上升趋势，且增温显著；从极端最高气温来看，青藏高原东北部极端最高气温的增温趋势大于西南部，以柴达木盆地为升温中心的青海省极端最高气温的增温趋势最为明显，四川地区的增温趋势最弱；从极端最低气温来看，除四川中部地区外，青藏高原区的趋势系数均在0.9，且与极端最高气温相比，极端最低气温的线性增温趋势更明显。上述结论与前人研究结果基本一致[6,15-17]。

由青藏高原结冰日数趋势系数的空间分布（图2c）可以看出：除四川西南部分地区外，青藏高原大范围的结冰日数呈减少趋势；除西藏昌都东部、四川西南部外的其他地区结冰日数减少显著，尤其青海柴达木盆地，趋势系数达到-0.7，减少最明显。对霜冻日数（图2d）来说，青藏高原霜冻日数也表现出显著减少趋势，特别是西藏西北、青海与新疆交界的昆仑山脉、新疆东南部的阿尔金山以及青海北部的霜冻日数减少最为显著。这与周雅清等[4]、杜军等[18]的已有研究结论一致。

从青藏高原暖日日数趋势系数的空间分布（图2e）可以看出：青藏高原暖日日数呈现出显著增加的趋势，特别在青海柴达木盆地、西藏阿里与日喀则西北部的交界处，暖日日数增长最显著。而冷夜日数(图2f)则呈现明显的下降趋势，尤其是青海西北部的柴达木盆地、青海东部、西藏阿里东北部、那曲北部及其西南部减少最为显著。这与沈永平等[3]在第五次IPCC评估报告中指出的“大多数陆地区的冷夜呈减少趋势，而暖日呈偏暖或较频繁趋势”的研究结果一致。

图2 青藏高原年极端气温指数趋势系数的空间分布（a.极端最高气温，b.极端最低气温，c.结冰日数，d.霜冻日数，e.暖日日数，f.冷夜日数，加点部分通过了0.05水平的显著性检验）

2.2.2 时间演变特征

由1961～2015年青藏高原极端气温指数的时间变化趋势（图3）可以看出：极端最高气温（图3a）和极端最低气温（图3b）整体呈上升趋势，其变化幅度分别在-1.18～1.19℃、-1.3～1.35℃，倾向率分别为0.25℃/10a、0.42℃/10a；比较而言，极端最低气温比极端最高气温的增温趋势更明显。这与韩国军等[16]对青藏高原近50年的最高、最低气温的研究结果一致。从九点平滑变化趋势来看，极端最高气温呈现波动上升趋势；20世纪60年代为较冷期，1967年是近55年以来最冷的一年；1990年开始，极端最高气温呈持续上升趋势，1997年是个明显的突变年，到2009年达到了历史的最高值，之后出现小幅度下降趋势；极端最低气温在小波动中持续升高，到1997年之后极端最低气温明显波动升高且增长趋势显著，到2006年达到了历史的最高值，之后出现小幅下降趋势。这与赵军等[19]对中国大陆极端最高气温及极端最低气温的研究成果相符。

青藏高原结冰日数（图3c）和霜冻日数（图3d）均呈下降趋势，其变化幅度分别是-14～19.5d、-17～15d，倾向率分别是-3.09d/10a、-4.75d/10a；比较而言，霜冻日数比结冰日数的减少趋势更明显。从九点平滑趋势看出，结冰日数在波动下降，1967年是结冰日数最多的一年，1983年之后在小波动中持续下降，1997年以后明显减少，2010年达到了历史最低值，之后呈小幅增加趋势；霜冻日数也在波动中呈现下降的趋势，1997年以后显著减少，2010年达到了历史最低值，而后呈小幅增加趋势。

青藏高原暖日日数（图3e）整体呈升高趋势，变化幅度为-7～11.9d，倾向率为2.14d/10a；冷夜日数（图3f）总体呈下降趋势，变化幅度为-5.8～9.7d，倾向率为-2.31d/10a。从九点平滑趋势看出，暖日日数在1997年之后显著增加，2006年达到了历史最大值，之后出现小幅下降趋势；冷夜日数在1997年之后明显减少，至2014年达到历史最低值。

图3 青藏高原年极端气温指数距平值的时间变化趋势（a.极端最高气温，b.极端最低气温，c.结冰日数，d.霜冻日数，e.暖日日数，f.冷夜日数，红色直线为线性趋势，蓝色曲线为九点平滑）

2.3 极端气温指数的突变分析

自1961年以来，极端最高气温（图4a）和极端最低气温（图4b）（正序列UF曲线）均呈波动增长趋势。极端最高气温在2000年以后上升趋势十分显著，在1997年发生了明显的突变，突变前后极端最高气温的距平值分别为-0.22℃和0.86℃，突变后比突变前上升了1.08℃，从一个相对偏冷阶段跃变到一个相对偏暖阶段；极端最低气温在1972年之后上升趋势非常显著，1998年前后的距平值分别为0.08℃和0.9℃，同样从一个相对偏冷阶段跃变到一个相对偏暖阶段，但没有通过M-K突变检验。

结冰日数（图4c）自1961年以来呈波动下降趋势，1998年之后减少趋势非常明显，在1997年发生了由多到少的突变。霜冻日数（图4d）自1970年以来呈弱下降趋势，1988年之后减少趋势明显，但没有通过MK突变检验。

暖日日数自1961年以来呈波动上升趋势（图4e），1999年以后增加趋势愈发显著，在1997年发生了由少到多的突变。冷夜日数（图4f）从1968年开始呈下降趋势，1972年之后的下降趋势非常显著，但没有通过M-K突变检验。

图4 青藏高原年极端气温指数的M-K统计检验（a.极端最高气温，b.极端最低气温，c.结冰日数，d.霜冻日数，e.暖日日数，f.冷夜日数，实线为UF，虚线为UB，红线是0.05水平的信度检验线）

3 结论

本文利用1961～2015年CN05.1高分辨率的逐日最高、最低气温格点资料，选取6个极端气温指数，揭示全球变暖背景下青藏高原极端气温指数的时空演变特征。结果如下：

（1）青藏高原极端最高气温、极端最低气温的总体分布呈现出西冷东暖的特征，与地形西高东低一致。极端最高气温、极端最低气温及暖日日数呈上升趋势，气候倾向率分别为0.25℃/10a、0.42℃/10a、2.14d/10a，霜冻日数、结冰日数及冷夜日数均呈下降趋势，倾向率分别为-4.75d/10a、-3.09d/10a、-2.31d/10a。从线性趋势来看，极端最低气温的增温趋势比极端最高气温更明显。

（2）从空间分布看，青海地区极端最高气温的增温趋势最为显著，柴达木盆地是明显的升温中心。在时间变化上，极端最高气温、结冰日数、暖日日数均在1997年发生突变；发生突变后，极端最高气温显著升高，结冰日数显著减少，暖日日数显著增加。