1961—2019年大香格里拉地區(qū)極端氣候事件時(shí)空演變特征

伍 洋，金韓宇，程清平,2,3*

(1.西南林業(yè)大學(xué)地理與生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明 650224；2.國(guó)家林業(yè)和草原局西南生態(tài)文明研究中心，云南 昆明 650224；3.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境與資源研究院玉龍雪山冰凍圈與可持續(xù)發(fā)展國(guó)家(云南省)科學(xué)野外觀(guān)測(cè)研究站，甘肅 蘭州 730000)

全球地表溫度持續(xù)升高導(dǎo)致極端氣候事件發(fā)生頻率、強(qiáng)度發(fā)生顯著改變并存在明顯的空間異質(zhì)性，將對(duì)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生重大影響[1]。因此，充分認(rèn)識(shí)及量化不同區(qū)域尺度氣候變化趨勢(shì)及自然因素的影響對(duì)確定氣候高危地區(qū)、極端氣候風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、災(zāi)害預(yù)警具有重要科學(xué)意義[2]。為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者做出了大量研究。Gan等[3]基于全球日氣溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)北美38 a來(lái)日最低氣溫明顯下降并與北大西洋年代際震蕩(AMO)有顯著關(guān)系。Wang等[4]基于站點(diǎn)日降水觀(guān)測(cè)資料指出高緯西伯利亞永久凍土區(qū)對(duì)極端降水事件響應(yīng)顯著。Islam等[5]根據(jù)11個(gè)極端氣候指數(shù)，闡明恒河流域氣候變化遵循不同尺度周期性循環(huán)。中國(guó)西南地區(qū)是氣候脆弱性地區(qū)之一[6]，劉琳等[7]發(fā)現(xiàn)西南5省最大日降水量和強(qiáng)降水量均有顯著增加，氣溫整體有變暖的趨勢(shì)。馬振鋒等[8]指出20世紀(jì)中后期青藏高原、川西高原、云貴高原氣溫上升、降水增加、濕度增大趨勢(shì)顯著，尤其青藏高原地區(qū)于1966年最早開(kāi)始突變。Yu等[9]和Zhang等[10]探討了橫斷山區(qū)氣候變化與地形地勢(shì)和大氣環(huán)流的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)極端降水事件隨海拔升高而減少，南亞、東亞夏季風(fēng)是橫斷山區(qū)極端降水的重要影響因素。西南地區(qū)雅魯藏布江流域，金沙江流域以及怒江流域都表現(xiàn)出了增溫增濕的特征[11-13]。

綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，基于大地形單元的氣候研究頗多，且多側(cè)重于極端氣候與大氣環(huán)流的同步響應(yīng)，而針對(duì)大地形單元交匯處的極端氣候及其環(huán)流滯后響應(yīng)研究較少。大香格里拉連接云貴高原、青藏高原、橫斷山區(qū)三大地形單元，境內(nèi)生態(tài)環(huán)境脆弱、氣候響應(yīng)敏感，研究其極端氣候變化與響應(yīng)機(jī)制對(duì)境內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[14]。因此，本文基于1961—2019年大香格里拉56個(gè)站點(diǎn)的逐日氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)集，計(jì)算國(guó)際氣候診斷與指數(shù)小組(ETTCDI)發(fā)布的27個(gè)極端氣候指數(shù)以及年平均氣溫最高值(TXam)和年平均氣溫最低值(TNam)，圍繞以下2個(gè)問(wèn)題展開(kāi)研究：長(zhǎng)時(shí)間尺度下大香格里拉地區(qū)極端氣候指數(shù)呈現(xiàn)如何變化？與大尺度環(huán)流有何同步或滯后響應(yīng)？以期為大香格里拉地區(qū)應(yīng)對(duì)旱澇災(zāi)害、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與開(kāi)展生態(tài)旅游提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

1.1 研究區(qū)域概況

大香格里拉地區(qū)地處西南地區(qū)四川(甘孜州、涼山州、攀枝花市)、云南(大理州、迪慶州、怒江州和麗江市)、西藏自治區(qū)(昌都和林芝地區(qū))三省區(qū)交匯處，區(qū)域內(nèi)眾多高山與峽谷相間排列，雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江五江并行流淌，且前三江為重要的國(guó)際河流(圖1)。2004年川、滇、藏三省(區(qū))發(fā)布《旅游合作宣言》正式劃定大香格里拉地區(qū)(94°～102°E，26°～34°N)。輻射范圍西至西藏林芝，東至四川瀘定，北至巴顏喀拉山東段與岷江上游之間，南至云南麗江一線(xiàn)。大香格里拉地區(qū)是橫斷山系的主體部分，位于中國(guó)第一、二級(jí)階梯的過(guò)渡帶，受冬夏季季風(fēng)環(huán)流控制，氣溫和降水的時(shí)空差異顯著。年平均降水量達(dá)835.6 mm。地勢(shì)呈西北向東南傾斜，最高與最低海拔相差將近6 600 m，垂直落差大，該地區(qū)的垂直下降和垂直氣候差異形成了顯著的三維氣候帶譜(北熱帶、亞熱帶、寒帶等)，年平均氣溫在13.8℃左右，冬天干冷，夏天潮濕[15]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究選擇了近59 a 56個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日最高氣溫與最低氣溫以及降水?dāng)?shù)據(jù)(其中林芝和西昌站點(diǎn)數(shù)據(jù)取到2016年，計(jì)算整體算數(shù)平均，未考慮2017—2019年)，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)，對(duì)每個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量篩選，剔除個(gè)別連續(xù)缺測(cè)一月及一月以上的站點(diǎn)，缺測(cè)一月以下的站點(diǎn)取前后兩年同一天平均值進(jìn)行插值補(bǔ)齊。選用北極濤動(dòng)(AO)、北大西洋濤動(dòng)(NAO)、厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(ENSO)、太平洋年代際震蕩(PDO)、以及東亞夏季風(fēng)(EASMI)，南亞夏季風(fēng)(SASMI)，南海夏季風(fēng)(SCSMI)7個(gè)環(huán)流指數(shù)的逐月數(shù)據(jù)資料。夏季風(fēng)指數(shù)EASMI、SASMI、SCSMI采用北京師范大學(xué)李建平教授個(gè)人科研主頁(yè)(http://lijianping.cn/dct/page/1)，其他環(huán)流指數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)國(guó)家氣象局國(guó)家氣候中心(http://cmdp.ncc-cma.net/Monitoring/cn_index_130.php)。極端指數(shù)和環(huán)流指數(shù)的季節(jié)界定為冬季從12月到翌年2月，春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月。

1.3 研究方法

本文采用RClimDex軟件計(jì)算大香格里拉地區(qū)27個(gè)極端氣候指數(shù)以及年平均氣溫最高值(TXam)和年平均氣溫最低值(TNam)(表1)[16]。利用ArcGIS10.2軟件采用克里金插值法(Kriging)對(duì)極端氣候指數(shù)的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析。

采用修訂的Mann-Kendall趨勢(shì)分析法分析氣溫的時(shí)間變化趨勢(shì)。修訂的Mann-Kendall檢驗(yàn)法廣泛適用于分析降雨、徑流和蒸發(fā)等要素時(shí)間序列的變化情況[17]，是世界氣象組織推薦的處理非參數(shù)檢驗(yàn)問(wèn)題的方法。它通過(guò)趨勢(shì)系數(shù)Z值判斷該序列數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。當(dāng)Z>0時(shí)表示呈上升趨勢(shì)，Z<0表示呈下降趨勢(shì)，Z的絕對(duì)值越大，說(shuō)明該序列的變化趨勢(shì)越顯著。|Z|>1.96，說(shuō)明通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)；|Z|>2.58，則通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)；|Z|>3.30則通過(guò)0.001顯著性檢驗(yàn)。

采用Sen’s斜率估計(jì)法分析序列數(shù)據(jù)的變化率。通過(guò)計(jì)算擬合直線(xiàn)的斜率α判斷序列數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，斜率α值的正負(fù)表示擬合直線(xiàn)的變化趨勢(shì)[18]。當(dāng)α>0時(shí)，呈上升變化趨勢(shì)；當(dāng)α=0時(shí)，變化趨勢(shì)不明顯；當(dāng)α<0時(shí)，呈下降變化趨勢(shì)。Sen’s斜率估計(jì)與Mann-Kendall檢驗(yàn)法皆無(wú)需假定數(shù)據(jù)特殊分布，且對(duì)兩方法判斷結(jié)果受序列異常值影響均較低。

采用Pettitt突變檢驗(yàn)方法對(duì)研究區(qū)域極端指數(shù)進(jìn)行時(shí)間序列的突變現(xiàn)象分析，該方法不僅能夠判斷出突變點(diǎn)的位置及數(shù)量，還能判斷突變點(diǎn)是否在統(tǒng)計(jì)意義上顯著。本文定義顯著性水平P為0.05，若P小于0.05，則認(rèn)為檢驗(yàn)出的突變點(diǎn)在統(tǒng)計(jì)意義上是顯著的[19]。

表1 極端氣溫與極端降水指數(shù)定義

2 結(jié)果分析

2.1 年平均最高氣溫、最低氣溫和氣溫日較差的時(shí)空變化

2.1.1時(shí)間變化趨勢(shì)

近59 a大香格里拉地區(qū)TXam和TNam表現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì)，變化率分別為0.25、0.32℃/10a，兩者線(xiàn)性擬合均通過(guò)了0.001顯著水平檢驗(yàn)(圖2)。而DTR則呈不顯著的下降趨勢(shì)，變化率為0.06℃/10a。說(shuō)明大香格里拉地區(qū)年平均最高氣溫和最低氣溫不斷增加，氣溫日較差有所下降。

從季節(jié)變化來(lái)看(表2)，大香格里拉地區(qū)TXam在夏、秋、冬三季均呈顯著增長(zhǎng)(Z>2.58)，且冬季上升幅度最大，達(dá)0.36℃/10a，其次為秋季和夏季，變化率分別為0.29、0.23℃/10a，春季的變化率為0.19℃/10a；而TNam的季節(jié)差異相對(duì)較小，其中秋季增幅最大，以0.27℃/10a的變化率顯著增加，夏季增幅最小，變化率僅為0.17℃/10a；DTR在春、秋、冬季分別以-0.35、-0.18、-0.33℃/10a的變化率呈顯著下降趨勢(shì)(Z<-1.96)，夏季以-0.08℃/10a的幅度呈不顯著的減小趨勢(shì)。

2.1.2空間變化趨勢(shì)

從圖2可知，大香格里拉地區(qū)TXam除鹽源站外整體上升趨勢(shì)明顯。整個(gè)研究區(qū)域的TXam在6.46～27.77℃，其中有85.7%的站點(diǎn)(表3)通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)；TXam較高的站點(diǎn)主要分布在金沙江下游與瀾滄江中游的干旱河谷區(qū)，以及東部涼山州境內(nèi)低海拔處。相較于TXam，TNam的空間差異更大，共有89.29%的站點(diǎn)通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，僅8.93%的站點(diǎn)TNam呈下降趨勢(shì)，均分布于雅礱江以東，平均溫度為-3.23℃，TNam較高的站點(diǎn)同樣分布在南部和東部的干旱河谷區(qū)，溫度范圍介于0.33～14.84℃。DTR的空間差異最小，僅23.2%的站點(diǎn)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)(|Z|>1.96)，以青藏高原為界，以北氣溫日較差高于以南，氣溫日較差大的站點(diǎn)也多分布于此帶，其中以東北部站點(diǎn)增幅最為顯著，平均氣溫達(dá)14.31℃。

表2 部分極端指數(shù)的四季變化率及顯著性情況

注：*、**、***分別表示變化率通過(guò)了0.05、0.01、0.001的顯著性檢驗(yàn)。

表3 極端指數(shù)站點(diǎn)趨勢(shì)及顯著性水平統(tǒng)計(jì)

注：采用Mann-Kendall趨勢(shì)分析法，括號(hào)外為趨勢(shì)上升或下降的站點(diǎn)總數(shù)，括號(hào)內(nèi)非粗體字是趨勢(shì)上升或下降站點(diǎn)的總百分比，粗體字為通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)百分比。

2.2端氣溫暖指數(shù)的時(shí)空變化

2.2.1時(shí)間變化趨勢(shì)

從圖3可知59 a來(lái)，大香格里拉地區(qū)極端氣溫暖指數(shù)皆表現(xiàn)出顯著增加趨勢(shì)。具體來(lái)說(shuō)，除了WSDI以1.29℃/10a的變化率呈0.05顯著性水平增加外，其他7個(gè)暖指數(shù)均通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)；其中，TXx和TNx分別以0.28、0.25 d/10a的變化率顯著增加；SU和GSL的上升幅度高于前兩者，其變化率分別為4.06、3.01 d/10a；TN90p和TX90p增幅相差不大，分別以3.87、3.53 d/10a的變化率呈顯著上升趨勢(shì)；TR的上升趨勢(shì)也比較明顯，以1.35℃/10a的變化率呈顯著上升趨勢(shì)。變化過(guò)程上，WSDI、TN90p以及TX90p存在相似的變化趨勢(shì)，其變化峰值年皆出現(xiàn)在2010年前后，低谷年皆出現(xiàn)在1990年左右。TR、SU、TXx以及TNx皆呈“Z”字型走向，1980s到1990s中期維持低位波動(dòng)，1990s末到2000s初呈突變?cè)鲩L(zhǎng)趨勢(shì)，2010年后則維持高位穩(wěn)定波動(dòng)，這滯后于全球變暖停滯時(shí)間。對(duì)于GSL而言，線(xiàn)性變化趨勢(shì)更加明顯，也可以清晰看到，21世紀(jì)以來(lái)，GSL下降趨勢(shì)減弱并維持高位波動(dòng)。

從季節(jié)變化來(lái)看(表2)，大香格里拉地區(qū)TN90p季節(jié)變化差異較大，其中秋季增加最明顯，以1.94 d/10a的變化率通過(guò)了0.001的顯著性檢驗(yàn)，而春、夏和冬季的增加幅度僅為0.36、0.05、0.44 d/10a；TX90p在春季和冬季的增加幅度均通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，變化率分別為2.32、2.35 d/10a，秋季增加幅度最小，變化率為0.06 d/10a；TXx在春、夏、秋季和冬季均通過(guò)了0.05顯著性檢驗(yàn)，且冬季上升幅度最大，達(dá)0.44℃/10a，其次是春季和秋季，變化率分別為0.31、0.28℃/10a，夏季的變化率為0.26℃/10a；TNx夏季與秋季分別以0.08、0.14℃/10a的變化率的增幅通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，春季以-0.03℃/10a的幅度呈下降趨勢(shì)，冬季無(wú)明顯變化。

2.2.2空間變化趨勢(shì)

從空間尺度來(lái)看(圖3)，所有暖指數(shù)中，GSL的空間差異最大(圖3h)，整個(gè)大香格里拉地區(qū)GSL在115.44～366.10 d，南部幾乎全年為作物生長(zhǎng)季。WSDI中，5.36%的站點(diǎn)呈減小趨勢(shì)(表2)，均分布在雅礱江河谷區(qū)，僅30.36%的站點(diǎn)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)(|Z|>1.96)，WSDI平均日數(shù)達(dá)5.21 d。TR和SU的空間差異較大(圖3b、3c)，呈現(xiàn)出東南高西北低的特征，其中TR有35.71%位于青藏高原與高寒山區(qū)的站點(diǎn)為0日，另有32.14%的站點(diǎn)表現(xiàn)出為顯著的增加趨勢(shì)(Z>1.96)，多分布于河谷地帶，而SU有60.71%的站點(diǎn)呈顯著的增加趨勢(shì)(Z>1.96)，且集中分布于怒江、瀾滄江南部河谷，區(qū)域平均夏日日數(shù)為98.96 d。TN90p和TX90p的空間差異小，僅介于17.59～19.53 d，其中TN90p有87.50%的站點(diǎn)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，除寧南站呈不顯著的下降趨勢(shì)外，其他所有站點(diǎn)均呈增加趨勢(shì)；而TX90p有10.71%的站點(diǎn)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，幾乎全位于北部高原區(qū)，其中鹽源站呈不顯著的下降趨勢(shì)。TNx整體處于增加趨勢(shì)，其中96.43%的站點(diǎn)處于上升趨勢(shì)(圖3g)，且80.36%的站點(diǎn)通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)集中于東南部。

2.3 極端氣溫冷指數(shù)的時(shí)空變化

2.3.1時(shí)間變化趨勢(shì)

在年際變化上(圖4)，大香格里拉地區(qū)冷指數(shù)變化差異較大。TNn和TXn以0.45、0.19℃/10a的變化率呈顯著上升趨勢(shì)。其余5個(gè)冷指數(shù)皆呈現(xiàn)出不同幅度的下降趨勢(shì)；具體呈現(xiàn)為，CSDI以-1.14 d/10a的變化率呈顯著下降趨勢(shì)(Z<-3.30)；FD和ID的變化率分別為-4.29、-0.32 d/10a，且FD的減小幅度通過(guò)了0.001的顯著性檢驗(yàn)；TN10p也以0.001的顯著性水平呈現(xiàn)出-4.41 d/10a的下降趨勢(shì)，而TX10p的減小幅度僅為-1.49 d/10a。整體來(lái)看CSDI、FD以及TN10p呈穩(wěn)步下降趨勢(shì)，這是由于WSDI、TR的增加以及夜間溫度的快速上升，導(dǎo)致大香格里拉DTR持續(xù)下降所產(chǎn)生的必然結(jié)果。

在季節(jié)變化上(表2)，大香格里拉地區(qū)TN10p在春、夏、秋和冬季四季的減小幅度均通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，且季節(jié)差異較小，其中春季降幅最大，達(dá)-3.93 d/10a，其次是冬、夏和秋季；與TN10p相比，TX10p的季節(jié)差異較大，冬季以-4.77 d/10a的變化率顯著下降(P<0.001)，而春季變化率僅為-1.32 d/10a；TNn和TXn均表現(xiàn)為秋季和冬季變化幅度較大，春季和秋季變化幅度較小，TNn秋冬季變化率分別為0.27、0.31℃/10a，TXn秋冬季變化率分別為0.23、0.14℃/10a。

2.3.2空間變化趨勢(shì)

空間分布上(圖4)，整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)CSDI的下降幅度明顯，有96.43%的站點(diǎn)呈下降趨勢(shì)，但僅有26.79%的站點(diǎn)通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)(表2)，CSDI空間差異較小，平均日數(shù)僅3.37 d，日數(shù)較多的站點(diǎn)多分布于西南部高黎貢山、怒山等地。FD和ID的空間分布差異較大(圖4b、4c)，F(xiàn)D北部日數(shù)最高站點(diǎn)可達(dá)270.74 d，而南部最低站點(diǎn)卻不足一日，幾乎所有站點(diǎn)均處于下降趨勢(shì)，且有83.93%的站點(diǎn)通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，相對(duì)而言ID的空間差異更小，僅14.29%的站點(diǎn)通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)，且在南部60.71%的站點(diǎn)為0日。TN10p和TX10p的空間分布相似(圖4d、4e)，日數(shù)較多的站點(diǎn)均分布于東北至西南一帶，介于18.08～19.57 d，但TN10p整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)的所有站點(diǎn)皆呈下降趨勢(shì)，且通過(guò)0.05顯著性水平的站點(diǎn)達(dá)85.71%，而TX10p通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)僅35.71%，且在南部仍有部分站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)。TNn大部分站點(diǎn)均呈上升趨勢(shì)(圖4f)，85.71%的站點(diǎn)通過(guò)了0.05顯著性檢驗(yàn)，TNn平均溫度為-7.01℃/10a，與TNn相比，TXn的空間差異更小，只有32.14%的站點(diǎn)通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，除鹽源站外所有站點(diǎn)變化率均呈上升趨勢(shì)。

2.4 降水強(qiáng)度指數(shù)的時(shí)空變化

2.4.1時(shí)間變化趨勢(shì)

1961—2019年，大香格里拉地區(qū)各極端降水強(qiáng)度指數(shù)變化差異較小，均表現(xiàn)為不同程度的上升趨勢(shì)(圖5)。具體來(lái)說(shuō)，PRCPTOT以2.34 mm/10a的變化率呈不顯著的增加趨勢(shì)，Rx1day和Rx5days上升幅度明顯小于前者，分別以0.82、0.13 mm/10a的變化率呈上升趨勢(shì)，且Rx1day通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，R95p和R99p皆通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，分別以4.24、2.81 mm/10a的變化率呈較大的上升趨勢(shì)；SDII的增加幅度為降水強(qiáng)度指數(shù)中最低，其以0.1 (mm·d-1)/10a變化率顯著上升。變化過(guò)程中，1960—1969年各降水強(qiáng)度指數(shù)無(wú)明顯變化趨勢(shì)。1975年和2010年前后的各項(xiàng)降水強(qiáng)度極值基本偏低，是大香格里拉2個(gè)明顯的旱期，區(qū)域年降水量分別僅在720、710 mm左右。而1980s初到1990s末各降水強(qiáng)度指數(shù)普遍較高，呈“M”型增長(zhǎng)，基本維持高位波動(dòng)。

在季節(jié)變化上，大香格里拉地區(qū)RX1day在春、夏、秋、冬季分別以0.63、0.39、0.80、0.14 mm/10a的變化率呈上升趨勢(shì)，其中春季和秋季的變化率通過(guò)了0.001的顯著性檢驗(yàn)；而RX5day四季皆未通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)，且季節(jié)差異較大，夏季上升幅度最大，變化率達(dá)1.12 mm/10a，冬季卻以-0.02 mm/10a的變化率呈下降趨勢(shì)。

2.4.2空間變化趨勢(shì)

空間尺度上(圖5)，各降水強(qiáng)度指數(shù)呈現(xiàn)北低南高的空間分布特征，低值站點(diǎn)集中于北部青藏高原區(qū)，高值站點(diǎn)多分布于云貴高原西南部、雅魯藏布江河谷區(qū)以及四川盆地邊緣地帶。表明大香格里拉地區(qū)的降水強(qiáng)度受東南和西南兩大季風(fēng)的影響強(qiáng)烈。其中，PRCPTOT有60%的站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)(表2)，但僅有17.85%的站點(diǎn)通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，整個(gè)研究區(qū)域的年總降水量在551.16～1 192.89 mm，空間分異較大。RX1day與RX5day大部分站點(diǎn)都未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，少量通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)多分布于北部高原區(qū)。R95p和R99p皆有70%左右的站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，且10%左右的站點(diǎn)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，二者降水量最大的站點(diǎn)均為怒江流域的貢山站。SDII的變化范圍在5.32～13.00 mm/d，空間差異較小，其中有17.86%的站點(diǎn)呈下降趨勢(shì)。整體上北部青藏高原區(qū)發(fā)生極端降水較少，金沙江下游流域和橫斷山區(qū)西部與南部邊緣地區(qū)的降水量較高。

2.5 降水頻率指數(shù)的時(shí)空變化

2.5.1時(shí)間變化趨勢(shì)

在年際變化上(圖6)，大香格里拉地區(qū)極端降水頻率指數(shù)CWD表現(xiàn)出了顯著的下降趨勢(shì)(Z<1.96),變化率為-0.17 d/10a，其他4個(gè)頻率指數(shù)皆表現(xiàn)為不顯著的上升趨勢(shì)，其中R10 mm、R20 mm以及R25 mm分別以0.01、0.04、0.07 d/10a的變化率呈現(xiàn)出微弱的上升趨勢(shì)。CDD的上升趨勢(shì)略大于前三者，變化率為0.3 d/10a。在變化過(guò)程上各極端降水頻率指數(shù)多年來(lái)變化不大，大香格里拉地區(qū)R10 mm、R20 mm和R25 mm變化趨勢(shì)一致，其變化低谷年皆出現(xiàn)在2010年前后，這是對(duì)降水強(qiáng)度減少的反映；CDD變化趨勢(shì)與前3個(gè)指數(shù)幾乎相反，其在2010年出現(xiàn)了峰值，以此為界前期穩(wěn)步下降，后期穩(wěn)步上升。CWD也受到2010年的旱期影響，整體呈微弱下降趨勢(shì)。

2.5.2空間變化趨勢(shì)

從空間分異來(lái)看(圖6)，極端降水頻率指數(shù)R10 mm、R20 mm和R25 mm的空間分布特征與降水強(qiáng)度指數(shù)一致，分別有48.21%、59.75%和59.93%的站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)(表2)，表明長(zhǎng)期以來(lái)大香格里拉地區(qū)強(qiáng)降水事件在不斷增加，三者通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)皆在22%以下，降雨日數(shù)較多的站點(diǎn)均分布于研究區(qū)域的西南和東南一帶。CDD和CWD在大香格里拉地區(qū)的中東部地區(qū)均存在高值中心，其中CDD有75%的站點(diǎn)常年呈上升趨勢(shì)，呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)多分布于北部地區(qū)，CWD中有76.8%的站點(diǎn)呈下降趨勢(shì)，是降水頻率指數(shù)中呈下降趨勢(shì)的站點(diǎn)最多的指數(shù)，二者通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)低于20%?？傮w而言，金沙江上游流域和北部雅礱江流域以及橫斷山區(qū)西部與南部降水持續(xù)性高，金沙江下游雖降水量高但持續(xù)性不強(qiáng)。而橫斷山區(qū)中西部地區(qū)持續(xù)干燥日數(shù)長(zhǎng)，較其他地區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)更大。

2.6 Pettitt突變性分析

圖7為大香格里拉地區(qū)各極端氣溫與降水序列Pettitt突變分析的結(jié)果，可以看出，極端氣溫指數(shù)突變年份集中于1980s和1990s，僅日最高氣溫極小值TXn未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，其余17個(gè)極端氣溫指數(shù)突變點(diǎn)皆通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平較高，暖指數(shù)多為突變?cè)黾于厔?shì)。這與劉曉冉等[20]對(duì)西南地區(qū)近40 a氣溫變化的時(shí)空特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)西南地區(qū)的平均氣溫在1980s后期開(kāi)始呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)一致。極端降水指數(shù)突變年份集中于1980s，其中降水強(qiáng)度指數(shù)多為不顯著的突變?cè)黾?，而降水頻率指數(shù)除持續(xù)干燥日數(shù)CDD外皆呈突變減少趨勢(shì)。這與Chen等[21]分析西南地區(qū)近40 a強(qiáng)降水變化格局時(shí)發(fā)現(xiàn)云南地區(qū)強(qiáng)降水在1980s之前為下降趨勢(shì)，之后則持續(xù)上升基本一致?？傊?，由于大香格里拉地勢(shì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和季風(fēng)影響的多變性，各極端指數(shù)的突變趨勢(shì)既與整個(gè)西南地區(qū)基本一致，又留有自身的區(qū)域性特征。

2.7 極端氣候指數(shù)變化與大尺度環(huán)流變化的聯(lián)系

大氣環(huán)流指數(shù)是形成或制約區(qū)域氣候變化的重要因子，研究表明大氣環(huán)流對(duì)氣候影響具有一定滯后性[24]。本文進(jìn)一步通過(guò)Pearson相關(guān)性分析方法，分析極端氣候指數(shù)與大尺度環(huán)流指數(shù)滯后0、1、2年的相關(guān)性。分析表明(圖8)，滯后0年時(shí)各極端氣溫和降水指數(shù)與南海夏季風(fēng)SCSSMI的相關(guān)性最強(qiáng)，其與暖指數(shù)和極端降水指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與冷指數(shù)多呈正相關(guān)，TNam、TN90p、CSDI、TN10p、RX1day和R95p均與SCSSMI的相關(guān)性達(dá)到0.01以上的顯著性水平，DTR、TR和SDII也達(dá)到了0.05的顯著水平。南亞夏季風(fēng)SASMI與南海夏季風(fēng)SCSSMI同極端氣候指數(shù)相關(guān)情況基本一致，但與極端氣溫指數(shù)表現(xiàn)出更強(qiáng)相關(guān)性，且滯后1年相關(guān)性更強(qiáng)。ENSO與極端暖指數(shù)表現(xiàn)出一定正相關(guān)。極端降水指數(shù)與大氣環(huán)流指數(shù)存在滯后1年響應(yīng)，由圖8可知，滯后0年時(shí)，極端降水指數(shù)與PDO、NAO、AO等呈不顯著負(fù)相關(guān)，滯后1年時(shí)，PDO、NAO、AO與降水指數(shù)呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)，其中PRCPTOT與PDO、NAO、AO的相關(guān)系數(shù)分別為0.43、0.40、0.43，R10 mm，R20 mm，R30 mm與三者也表現(xiàn)出顯著相關(guān)性，這可能是由大氣遙相關(guān)造成。

3 討論

本文通過(guò)分析1961—2019年大香格里拉地區(qū)極端氣候事件，發(fā)現(xiàn)極端暖指數(shù)呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，極端冷指數(shù)中日最低氣溫極小值(TNn)和日最高氣溫極小值(TXn)在秋冬季呈現(xiàn)出較大增幅。這反映出研究區(qū)近56 a來(lái)“暖冬”事件發(fā)生的頻率和強(qiáng)度有增多趨勢(shì)，且大香格里拉南北地勢(shì)差異與境內(nèi)氣溫的分布有一定關(guān)聯(lián)，這與云南省和貴州省的變化趨勢(shì)一致[23-24]，同時(shí)，中國(guó)西南全境的平均溫度和最高溫度都有明顯的上升趨勢(shì)[25]，這表明大香格里拉地區(qū)極端氣溫的變化幅度總體上與西南地區(qū)一致。

全球變暖增加了大氣中的水汽含量，使得大部分地區(qū)的強(qiáng)降水事件增加[26]。大香格里拉地區(qū)除持續(xù)濕潤(rùn)指數(shù)CWD外，其余極端降水強(qiáng)度指數(shù)與頻率指數(shù)皆呈上升趨勢(shì)，這與馬偉東等[27]得出中國(guó)西南地區(qū)青藏高原東段極端降水量、極端降水日數(shù)均具有明顯的上升趨勢(shì)一致，同時(shí)也反映出青藏高原季風(fēng)對(duì)大香格里拉具有十分重要的影響。同時(shí)在西南區(qū)域，陳星任等[28]發(fā)現(xiàn)西南地區(qū)持續(xù)極端降水事件總降水量減少，程清平等[29]發(fā)現(xiàn)云南的降水總量在減少，大于10 mm的降水量日數(shù)呈減少趨勢(shì)，這與本文研究結(jié)論不一致，說(shuō)明西南地區(qū)的極端降水事件受到縱向山嶺阻隔，南部山脈焚風(fēng)效應(yīng)等非地帶因素的影響較大。但以上研究結(jié)論也共同得出無(wú)論是全國(guó)尺度還是區(qū)域尺度持續(xù)極端降水的頻率和強(qiáng)度均有上升，因此按目前的氣候變化趨勢(shì)，未來(lái)大香格里拉地區(qū)因極端降水事件影響產(chǎn)生的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)事件將持續(xù)增大。

此外，極端降水事件導(dǎo)致的大氣濕度增加也會(huì)加劇極端高溫的強(qiáng)度和影響[30]。在任何大氣條件下，空氣濕度都會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生直接或間接的不同程度影響，濕度增加能使體感溫度峰值變高并增大熱浪強(qiáng)度[31]。中國(guó)南部季風(fēng)區(qū)夏季大氣濕度較高，而在高濕度狀態(tài)下，人體感到不適所需的溫度更低，且微小的溫度升高都可能會(huì)導(dǎo)致極端熱脅迫的顯著增加[32]。因此，大香格里拉地區(qū)氣候的暖濕化趨勢(shì)將很有可能加劇未來(lái)極端高溫對(duì)居民健康的影響，并影響到當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

熱力學(xué)因素和動(dòng)力學(xué)因素(大氣環(huán)流)是驅(qū)動(dòng)極端氣候的變化的主要因素[28]，相關(guān)研究表明，ENSO、PDO、AO和NAO是整個(gè)中國(guó)及其不同地區(qū)氣候平均值和極端值變化的主要驅(qū)動(dòng)力[33]。在大香格里拉地區(qū)，通過(guò)Pearson相關(guān)性分析方法發(fā)現(xiàn)AO、PDO、NAO以及夏季風(fēng)指數(shù)與大香格里拉地區(qū)極端氣溫和降水指數(shù)呈現(xiàn)較強(qiáng)相關(guān)性，說(shuō)明大香格里拉地區(qū)受環(huán)流因素影響的特征與全國(guó)基本一致。

本研究也有一些局限。考慮到大香格里拉地區(qū)復(fù)雜的地形和北部稀少的臺(tái)站，極端溫度和降水指數(shù)的插值結(jié)果可能在一定程度上不能反映實(shí)際的分布和趨勢(shì)，因此在未來(lái)研究中考慮基于協(xié)變量的插值[34]。且橫斷山脈是大香格里拉地區(qū)的主體部分，其高差懸殊、嶺谷相間的復(fù)雜地形加劇了問(wèn)題的復(fù)雜性，同時(shí)，研究區(qū)域受本身多變的青藏高原季風(fēng)、南亞季風(fēng)、東南季風(fēng)等環(huán)流系統(tǒng)影響，僅考慮自然系統(tǒng)的研究已非常困難。因此，未來(lái)仍需進(jìn)一步探討大香格里拉極端氣溫與降水時(shí)空分布、熱力和動(dòng)力影響機(jī)制及人類(lèi)活動(dòng)活動(dòng)的影響及響應(yīng)。

4 結(jié)論

通過(guò)分析大香格里拉地區(qū)極端氣候指數(shù)時(shí)空變化特征及其與大尺度環(huán)流指數(shù)的關(guān)系可以得如下結(jié)論。

a)近59 a來(lái)，大香格里拉地區(qū)氣溫日較差DTR逐漸減小，極端暖指數(shù)、降水強(qiáng)度指數(shù)(RX1day、R95p、R99p、SDII)呈顯著上升趨勢(shì)，冷指數(shù)(CSDI、FD、ID、TN10p、TX10p)和持續(xù)濕潤(rùn)日數(shù)(CWD)呈顯著下降趨勢(shì)；季節(jié)變化上極端氣溫指數(shù)整體呈秋冬季節(jié)變暖幅度高于春夏季節(jié)的特點(diǎn)；降水強(qiáng)度表現(xiàn)出夏秋季節(jié)逐漸增大，冬季微弱減小的趨勢(shì)。

b)空間分布上青藏高原以北氣溫日較差高于南部，區(qū)域極端高溫發(fā)生頻率增大并多發(fā)生于金沙江、瀾滄江以及怒江的干旱河谷地帶；北部雅礱江流域和金沙江上游降水持續(xù)性強(qiáng)，橫斷山區(qū)南部與西部地區(qū)降水強(qiáng)度大且持續(xù)性強(qiáng)。

c)極端氣溫指數(shù)表現(xiàn)出不對(duì)稱(chēng)性變化，TNam的增溫大于TXam的增溫幅度，極端暖指數(shù)中白晝指數(shù)變暖幅度顯著大于夜間指數(shù)，極端冷指數(shù)中夜間指數(shù)的變暖幅度顯著大于白晝指數(shù)；SU、TN90p、TX90p、GSL、FD和TN10p的顯著暖化是大香格里拉地區(qū)近59 a來(lái)氣候變暖的直觀(guān)體現(xiàn)；極端降水強(qiáng)度指數(shù)的變化幅度也明顯大于極端降水頻率指數(shù)。

d)Pettitt突變檢驗(yàn)結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)各極端氣候指數(shù)序列突變年份集中于1980s、1990s，除TXn和CDD外，極端氣溫指數(shù)和降水頻率指數(shù)皆為顯著性突變。

e)極端氣候指數(shù)與南海夏季風(fēng)指數(shù)SCSSMI的表現(xiàn)出同年顯著相關(guān)，極端降水指數(shù)與大尺度環(huán)流指數(shù)PDO、NAO、AO存在滯后1 a響應(yīng)。