黄河源区极端温度与降水时空变化分析

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摘要:适宜的气候是生态良性发展的必要条件，极端温度与降水是生态恶化的重要影响因素，尤其在高纬度、高海拔、高寒地区，极端气候对生态环境的影响更为严重。黄河源区是黄河流域生态保护的重要区域，利用1988—2017年中国地面气温逐日0．5°×0．5°格点数据集(V2．0)和区域地面气象要素驱动数据集，分析了黄河源区30a内极端温度和降水时空变化。结果表明:极端温度指数和极端降水指数时空变化具有明显规律性，30a内极端温度不断升高、极端降水指数不断增大;极端温度指数在黄河源区中部、西北部、西部较小，在东北部、东部、东南部较大;极端降水指数在黄河源区从东南向西北逐渐减小。

关键词:极端温度指数;极端降水指数;生态保护;黄河源区

极端气候事件在全球变暖背景下频繁发生，对全球经济发展和社会稳定造成了一定影响［1］，极端温度与极端降水是主要的极端天气形式，在高纬度、高海拔、高寒地区极端气候对生态环境的影响更为严重。极端降水可能导致洪涝灾害发生，科学预测极端降水趋势、分析极端降水频率，对减轻洪涝灾害损失，合理配置水资源和保护生态环境具有重要意义［2］。张翠萍等［3］基于雨量站降水量实测资料，采用百分位阈值方法确定极端降水，利用MK趋势检验法分析了黄河支流泾河合水川流域极端降水的时空变化特征;慎璐璐等［4］利用黄河流域284个气象站点50a观测数据分析了黄河流域极端气温与极端降水的时空变化特征。青藏高原地理与生态环境独特，对气候变化和极端气候事件极其敏感，抵御自然灾害能力较差［5］，探讨青藏高原黄河源区极端气候变化特征对生态环境保护和应对极端气候事件及其次生灾害具有重要意义。

1极端气候指数

世界气象组织(WMO)等确定了极端气候事件的27个核心气候指数，包括16个极端温度指数和11个极端降水指数，广泛应用于极端气候事件研究，其中年最大日最高气温(TXx，年内日最高气温最大值)、年最大日最低气温(TNx，年内日最低气温最大值)、年最小日最高气温(TXn，年内日最高气温最小值)、年最小日最低气温(TNn，年内日最低气温最小值)、年降水总量(PＲCPTOT，日降水量＞1mm的年累计降水量)是27个核心气候指数中的基本指数，是其余12个极端温度指数与10个极端降水指数获取的基础。选取TXx、TNx、TXn、TNn、PＲCPTOT5个极端气候指数，对黄河源区极端温度与降水时空变化进行分析。

2数据与处理

2．1数据类型数据来源于国家气象科学数据中心中国地面气温逐日0．5°×0．5°格点数据集(V2．0)和国家青藏高原科学数据中心中国区域地面气象要素驱动数据集，包含1988—2017年近地面气温、近地面气压、降水等数据。相对站点数据而言，格点数据是有规律的空间排列数据，是经度－纬度－高度(或气压)－时间的格点。中国地面水平分辨率0．5°×0．5°气温格点数据为NETCDF格式。降水数据为NETCDF格式，时间分辨率为3h，水平空间分辨率为0．1°。

2．2数据处理CDO是一款强大的气象数据处理软件，能够进行数据提取与合并、数据运算、数据格式转换、各种气候指数运算等。应用CDO软件对降水数据进行合并，将1988—2017年每一年的降水数据合并成一个NETCDF格式数据。利用CDO对温度、降水量等数据进行运算，得到气候指数TXx、TNx、TXn、TNn、PＲCPTOT，并利用Matlab计算得到1988—2017年黄河源区TXx、TNx、TXn、TNn、PＲCPTOT的空间分布。

3结果分析

3．1极端温度指数空间变化(1)年内日最高气温最大值(TXx)。黄河源区各像元年内日最高气温最大值(TXx)30a平均空间分布见图1。总体上西部、中部、西北部TXx值较小，东北部、东部、东南部区域TXx较大。高海拔区域TXx值较小，1988—2017年TXx年平均值为18．5℃;低海拔区域TXx值较大，1988—2017年TXx年平均值为25．0℃。(2)年内日最高气温最小值(TXn)。黄河源区各像元年内日最高气温最小值(TXn)30a平均空间分布见图2。黄河源区西部、中部及北部部分区域较黄河源区其他区域TXn值小，1988—2017年TXn年平均值为－15．0℃;东北部、东南部、东部区域海拔低，TXn值较其他区域大，研究的30a中TXn最大值为－7．3℃。(3)年内日最低气温最大值(TNx)。黄河源区各像元年内日最低气温最大值(TNx)30a平均空间分布见图3。黄河源区西部、中部、北部小部分区域TNx值较小，1988—2017年TNx年平均值为6．0℃;黄河源区东北部、东南部、东部TNx值较大，30a中TNx年平均值为11．0℃。(4)年内日最低气温最小值(TNn)。黄河源区各像元年内日最低气温最小值(TNn)30a平均空间分布见图4。黄河源区西北部、中部与西部区域TNn较小，1988—2017年TNn年平均值为－33．0℃;东北部、东部、东南部区域TNn值较大，30a中TNn年平均值为－25．0℃。

3．2极端降水指数空间变化利用CDO和Matlab对黄河源区1988—2017年极端降水指数年降水总量(PＲCPTOT)进行计算，其各像元30a平均空间分布见图5。PＲCPTOT分布与极端温度指数的分布存在差异，极端温度指数的分布与海拔负相关，PＲCPTOT与海拔无明显相关性。黄河源区PＲCPTOT在空间分布上从东南向西北逐渐减小，在北部、西北部区域极小值为122．4mm，在东南部、东部区域极大值为404．4mm。

3．3极端温度指数时间变化利用CDO和Matlab对黄河源区1988—2017年TXx、TXn、TNx、TNn极端温度指数进行时间变化分析，结果见图6。从图6可以看出，30a中TXx、TNx、TXn、TNn均呈波动上升趋势，经F检验，TXx、TNx、TXn、TNn均在0．01水平与时间显著相关，确定系数Ｒ2分别为0．3010、0．2332、0．1932、0．3284;TXx、TNx、TXn、TNn指数变化速率存在差异，其升温速率分别为0．871、0．351、0．822、1．209℃/(10a);在全球变暖大环境下，黄河源区TNn上升速率最高，其次为TXx，4个极端温度指数上升速率均高于全国［0．29℃/(10a)］和全球［0．13℃/(10a)］气温上升速率［4］。1988—2017年黄河源区TXx从19．2℃上升到20．9℃;TNx上升约1℃;TXn从－15．4℃上升到－11．2℃;TNn升温最为明显，从－32．0℃上升到－27．3℃，升温近5℃。3．4极端降水指数时间变化利用CDO和Matlab对黄河源区1988—2017年极端降水指数年降水总量PＲCPTOT进行时间变化分析，结果见图7。30a中PＲCPTOT以1．781mm/(10a)的速率增大，并且在0．01水平与时间显著相关，Ｒ2为0．2982;30a中PＲCPTOT最小值为1989年217．5mm，之后波动上升，到2017年达到最大值344．9mm，黄河源区降水量增加。

4结语

通过对黄河源区1988—2017年极端温度与降水指数进行时空变化分析，得到以下结论:极端温度指数空间分布具有明显规律性，TXx、TNx、TXn、TNn总体上在黄河源区中部、西北部、西部区域数值较小，在东北部、东部、东南部区域数值较大;极端降水指数PＲCPTOT空间分布从东南向西北逐渐减小;极端温度指数随时间变化趋势较为明显，1988—2017年TXx、TNx、TXn、TNn均不断增大，其中TNn升温速率为1．209℃/(10a)，升温最为明显;极端降水指数PＲCPTOT也不断增大，增大速率为1．781mm/(10a)，黄河源区降水量增加。

参考文献:

［1］聂宁．近年来雅鲁藏布江流域气候、冰川波动及河流水资源变化研究［D］．南京:南京大学，2012:10－69．

［2］鲁东阳，闫磊，徐永新，等．基于多种趋势分析方法的京津冀地区极端降水趋势分析［J］．人民黄河，2022，44(1):26－32．

［3］张翠萍，李小平，陈真，等．泾河合水川流域极端降水时空演变特征［J］．人民黄河，2020，42(12):12－17，22．

［4］慎璐璐，杨艳芬，吴晶，等．黄河流域极端气候事件时空变化规律［J］．水土保持研究，2022，29(2):231－242．

［5］赵金鹏．1961—2016年青藏高原极端气候事件变化特征研究［D］．兰州:兰州大学，2019:9－20．

作者:朱莎莎 吴宇婧 范霄寒 李庆祥 胡瑜洁 吴卿 单位:华北水利水电大学 无锡市水利工程管理中心