| 标题 | 海河流域1961年—2010年极端气温与降水变化趋势分析 |
| 范文 | 王刚等 摘要：以海河流域30个气象基准站1956年-2010年气温和降水日值资料为基础，选取12个表征极端气候变化指标，分析了该流域极端气温与降水的变化趋势。结果表明：海河流域极端高温的强度、频度和持续时间均有较强的增加趋势；极端低温的强度、频度显著降低，反映出流域整体增温的气候变化背景；流域短历时极端降水强度有增大趋势，年极端降水的发生频次降低，连续湿日表现出一定的减少趋势，而连续干日在近几十年来有一定的增加趋势，区域呈现弱干化趋势。从年代际变化特征看，20世纪90年代以来，年极端高温事件和短历时强降水事件发生趋于频繁，而长持续性降水事件的降水量减少。海河流域整体的暖干趋势以及降水集中的趋势，将对农业生产、水资源开发利用造成不利影响，同时，短历时极端强降水事件的增加可能加剧局地的山洪灾害和城市内涝的风险。 关键词：极端气温；极端降水；趋势分析；海河流域；气候变化 中图分类号：P467；P426 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2014）01-0001-06 1 研究背景 随着气候变化影响的深入，天气系统和水循环系统的稳定性进一步降低，极端气候水文事件在全球范围内呈现广发频发态势[1]。相对平均气候变化情景，极端事件对经济社会发展、人民生产生活以及生态环境造成的影响更为严重[2-3]。一般认为气候变化主要包括气温和降水特性的改变。气温是决定蒸散发的重要因子，作物生长季气温升高对农业生产影响较大，尤其是在作物关键生长期发生极端气温事件，将会导致作物严重减产[4]。全球增温背景下水文循环加快，极端降水事件频发，增大了水源供水的随机性，将导致水资源配置与调度的难度加大，可利用水资源量减少。因此，从气候变化应对、灾害风险管理、水资源规划利用等角度分析极端气温、降水的变化趋势，受到国内外学者的广泛关注[3，5-8]。 海河流域是我国重要的粮食生产基地，集中了全国近10%的人口，也是我国七大流域中水资源最为紧缺、水资源供需矛盾最为突出的流域；同时，海河流域又是我国华北地区气候变化最为显著的区域之一。有关海河流域气温和降水变化研究的文献较多[9-10]，但极端气候变化的研究相对较少，现有研究[11-12]多选择单一要素指标，较难以全面反映区域极端气候变化特征。为此，本文选取12个指标因子，以长系列气温和降水日值资料为基础，从多角度分析极端气温与降水的长期变化趋势，以期更好地了解流域极端气候变化特征，为海河流域农业干旱风险评价、水资源规划管理等提供借鉴。 2 数据与方法 2.1 资料选取与处理 本文所使用的逐日最高、最低气温资料和逐日降水资料来自中国地面气候资料日值数据集，由中国气象局国家气象信息中心提供。数据集在发布前经过严格的质量评估，气温与降水要素资料的可疑率不超过1/1 000。综合考虑站点的系列长度、资料完整性与均一性，对站点进行了初步的筛选，剔除部分因迁站导致资料不连续的站点，最终选用30个基准基本站，资料长度从1961年1月1日至2010年12月31日。气象站点在流域的分布情况见图1。 对于极个别站点存在的资料缺失现象（原数据系列中用32766 或32744表示），通过与该站临近的、相关性较高的其它站点补齐。由于趋势性分析受资料均一性和一致性影响较大，除了站点明显迁移以外，还受观测技术、人为操作等因素影响[13]，所以采用MW检验方法[14]对每个站点长系列资料进行均一性检验，结果表明30个站点全部通过检验，符合使用要求。 2.2 指标选取 本文选取气候变化检测、监测和指标专家组 （Expert Team on Climate Change Detection Monitoring and Indices，ETCCDMI） 推荐、并在国内外极端气温和降水变化研究中广泛应用的12个指标[5，15]，进行海河流域极端气温与极端降水的变化趋势分析。其中，极端气温指标有年极端最高与最低气温、年热日及年冷夜的发生频次、年暖时段与冷时段等；极端降水指标包括年最大1日降水量、年最大5日降水量、年强降水日数、年极强降水日数、年最大连续干日天数、年最大连续湿日天数等6个指标。这些指标用于表征研究区的极端气温与降水的强度、频度及持续时间等方面的变化。各指标的符号、名称、定义及单位见表1。 3 结果与讨论 3.1 极端气温变化特征 [BT4][STHZ]3.1.1 年极端最高温与最低温变化 海河流域年极端最高气温和年极端最低气温的变化趋势及其年代际变化特征分析结果见图2。可以看出，年极端最高气温序列整体上呈现不显著的上升趋势，显著性未达到90%的置信水平（α=0.1），变化倾向率为0.17 ℃/（10 a）；年极端最低气温整体在α=0.01水平上呈现显著的上升趋势，变化倾向率为0.74 ℃/（10 a）。 进一步从年代际变化特征看，年极端最高气温呈现先下降后上升的趋势。20世纪70、80年代年极端最高气温平均值基本相当，约为35.6 ℃，且为研究序列的最低值，比60年代减少约0.8 ℃；90年代年极端最高气温回升，平均值与60年代的基本持平；21世纪以来年极端最高气温保持在较高水平，平均为37.1 ℃，2010年极端最高气温达到38.8 ℃，为分析序列的最大值。另一方面，年极端最低气温呈现阶梯型递增趋势，20世纪60年代TXx平均值最低约为-20.2 ℃；90年代达到研究序列的最高值为-16.6 ℃，较60年代上升36 ℃；21世纪以来年极端最低气温波动较大，个别年份也经历极端低温事件（如2001年、2010年），但总体上仍超过20世纪90年代以前的水平，平均值为-17.61 ℃。 对比年最大1日降水量和最大5日降水量的变化特征，可以看出海河流域短历时降水事件的降水量有显著的增加趋势，而长持续性降水事件的降水量有显著减少趋势。殷水清等[21]与李建等[22]的研究结果均表明，在近地表气温升高的同时，对流层中上层气温下降，从而加剧大气底层和高层间的热力差异，可能降低局地大气静力稳定度，易于激发对流活动，导致对流性短时极端降水增加，因此海河流域年最大1日降水量呈现显著增加趋势，与流域底层大气在全球变暖的气候背景下显著升温有关。另据Yu等人[23]的研究结果，近几十年来我国北方地区东亚夏季风有较显著的减弱趋势，使到达我国华北地区（包括海河流域）的水汽减少，不易达到发生持续性降水所需的水汽条件，因此，海河流域最大5日降水量的显著减少可能与东亚夏季风的减弱有关。由此可以推断，短历时强降水受局地气候影响较大，而较长历时强降水则受大尺度天气系统控制，但持续性降水事件的物理机制还有待深入研究。 [JP2]进一步分析海河流域极端降水变化特征，发现1961年-[JP+1]2010年降水量序列也呈现显著的减少趋势（95%显著水平）（图8），变化倾向率约为-18 mm/（10 a），这与流域年极端降水天数变化及干湿时段变化总体趋势一致。由于海河流域的地缘位置和气候特征，降水是地表径流性水资源的主要来源。在总降水量减少的情况下，短历时极端降水的比重相对增加，这对地表水资源有效利用是不利的。但由于长持续性降水事件减少，加之海河流域较为完善的地表水利工程体系和由于长期超采地下水形成的深厚包气带的强大调节能力，因此短历时极端降水事件不会对流域层面的防洪安全形成较大影响，但可能加剧局地山洪灾害和城市内涝风险。[JP] 4 结论 本文以海河流域30个气象基准站近50年序列逐日最高、最低气温和逐日降水资料为基础，选取ETCCDMI推荐使用的12个表征极端气候变化指标，分析了海河流域极端气温与降水的变化趋势，主要结论如下。 （1）极端高温的强度、频度和持续时间均有较强的增加趋势；极端低温的强度、频度显著降低。极端高温和极端低温的长期变化特征，反映出流域整体增温的气候变化背景，并且极端低温增幅明显高于极端高温，对平均气温上升的贡献较大。 （2）短历时极端降水强度有增大趋势，而长历时极端降水强度有显著减少趋势。年强降水天数呈现一定的减少趋势，极端降水的发生频次降低；年最大连续湿日呈现一定减少趋势，但不显著，最大连续干日整体变化不显著，但近几十年来有一定的增加趋势。干、湿时段变化可在一定程度上反映流域干旱风险加剧的态势。 [JP+2]（3）从极端气温与降水的年代际变化特征看，20世纪90年代以来的增温趋势尤为显著，也是极端高温事件频发多发的时期，年极端最高气温、年热日的发生频次以及年暖时段等极端气温指标较其它年代均有大幅的变化。同时，年短历时极端降水量在同期有较明显的增加趋势，主要与地表气温的上升有关，而长持续性降水事件的降水量减少可能与我国北方地区东亚夏季风减弱有关，但其影响机理还有待深入研究。[JP] （4）海河流域整体的暖干趋势，对农业生产影响较大。在降水总量减少的情况下，短历时强降水量有较明显的增加趋势，将不利于水资源的有效利用，并可能会在一定程度上增加山区洪水灾害和城市内涝的风险。 参考文献（References）： [1] IPCC.Climate Change 2007：Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M].Cambridge University Press，2007. 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