胡曉英，曹言，王杰

(1.云南水利水電職業(yè)學(xué)院，云南昆明650400；2.云南省水利水電科學(xué)研究院，云南昆明650228)

近年來(lái)隨著極端暖事件和極端強(qiáng)降水事件發(fā)生頻率的不斷上升[1-2]，高溫、干旱和洪澇等災(zāi)害事件對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生活和生態(tài)環(huán)境等方面造成了嚴(yán)重的破壞和影響，其所造成的經(jīng)濟(jì)損失在過(guò)去40 a內(nèi)上升了近10倍[3]。而極端氣候事件變化相較于氣候平均變化對(duì)自然和社會(huì)的沖擊更大，因此成為研究氣候變化的熱點(diǎn)[4]。目前對(duì)極端氣候事件的研究主要集中在極端氣溫和降水事件的時(shí)空變化特征、演變規(guī)律及成因等方面[5-13]，如黃強(qiáng)等[5]、時(shí)光訓(xùn)等[6]和柏會(huì)子等[7]分別分析了近50、44、50 a來(lái)珠江流域、長(zhǎng)江流域和華北地區(qū)各極端氣候指數(shù)的時(shí)空變化特征，并分別探討了極端氣候指數(shù)變化的原因、極端降水指數(shù)的相關(guān)關(guān)系以及極端氣候指數(shù)與冬小麥農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的關(guān)系；韓會(huì)慶等[8]利用NCC/GU-WG Version2.0模型預(yù)測(cè)分析了貴州省2011—2050年12個(gè)極端氣候指數(shù)的變化特征；在云南省極端氣候事件方面，張萬(wàn)誠(chéng)等[9]和王曉等[10]利用云南省逐日最低和最高氣溫?cái)?shù)據(jù)，分析了不同時(shí)間尺度下各極端氣溫事件的時(shí)空變化特征；譚順萍等[11]、楊曉靜等[12]根據(jù)云南省逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，分別分析了不同時(shí)間尺度下各極端降水指數(shù)的周期特性和時(shí)空分布特征；申文斌等[13]單獨(dú)分析了大理地區(qū)12個(gè)極端氣候指數(shù)的長(zhǎng)期變化特征?？梢?jiàn)，針對(duì)云南省極端氣溫和降水綜合研究還相對(duì)較少，且鮮有針對(duì)云南省不同流域極端氣候事件的研究。

近年來(lái)，云南省極端氣候事件更是頻發(fā)，如2011年雨季干旱、2012年旱季干旱，及2013年冬春干旱，2016年曲靖、丘北等地暴雨洪災(zāi)，2018年昆明、曲靖、玉溪等地洪澇災(zāi)害等，多次洪澇干旱災(zāi)害均為歷史罕見(jiàn)，造成了巨大的損失，影響范圍極廣[14]。加之珠江流域(云南境內(nèi))多屬于雨養(yǎng)型農(nóng)業(yè)，對(duì)氣候極端變化敏感性較高[15]，因此本文基于1964—2013年珠江流域(云南境內(nèi))25個(gè)氣象站逐日最高、最低氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)，研究珠江流域(云南境內(nèi))主要極端氣候事件的時(shí)空分布規(guī)律，以期為流域水資源合理利用與優(yōu)化管理、災(zāi)害防治等提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

珠江流域(云南境內(nèi))地處云貴高原東南斜坡上，地理位置處于26°13′～26°43′N， 102°14′～106°12′E，主要包括曲靖市、昆明市、玉溪市、紅河州和文山州，屬于珠江流域上游，涉及南盤江水系、北盤江水系和右江水系，西部與長(zhǎng)江流域(云南境內(nèi))、西南部與紅河流域相接(圖1)。流域近54 a平均降水量為986.7 mm，平均氣溫介于13℃～20℃，水面蒸發(fā)量為890～1 725 mm，氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，干濕季節(jié)明顯，季節(jié)性干旱頻發(fā)，夏半年(5—10月)受西南暖濕氣團(tuán)控制，冬半年(11月至次年4月)受西部大陸干熱氣團(tuán)控制，雨熱同季[16-17]。

圖1 珠江流域(云南境內(nèi))氣象站點(diǎn)分布

1.2 數(shù)據(jù)

采用1964—2013年珠江流域(云南境內(nèi))25個(gè)氣象站點(diǎn)逐日最高、最低氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)，其氣象站點(diǎn)具體分布見(jiàn)圖1。在數(shù)據(jù)選擇過(guò)程中，應(yīng)盡量選擇數(shù)據(jù)系列較長(zhǎng)且完整性較好的站點(diǎn)，并對(duì)各站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制處理，包括極值檢驗(yàn)和時(shí)間一致性檢驗(yàn)，其次基于RClimDex1.0軟件再對(duì)獲取的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，如日最低氣溫是否大于日最高氣溫、日降水量是否小于0 mm、異常值與錯(cuò)誤值的篩選等。

1.3 研究方法

基于RClimDex1.0軟件分別計(jì)算珠江流域(云南境內(nèi))29個(gè)氣候極端指數(shù)，并從中選取8個(gè)主要的極端氣溫和降水指數(shù)，選取的指數(shù)具體定義[18]見(jiàn)表1。利用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)[5]，并結(jié)合線性趨勢(shì)法對(duì)珠江流域FD、SU、TXx、TNn4個(gè)極端氣溫指數(shù)和SDII、R10、CDD、CWD4個(gè)極端降水指數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，同時(shí)計(jì)算各極端氣候指數(shù)的變化傾斜度β，分析各極端降水指數(shù)在空間上的變化趨勢(shì)。

表1 極端氣候指數(shù)的定義

2 結(jié)果分析

2.1 極端氣候指數(shù)時(shí)間變化特征

由珠江流域(云南境內(nèi))各極端氣候指數(shù)的年際變化趨勢(shì)(圖2、3)可以看出，近50 a珠江流域(云南境內(nèi))各極端氣候指數(shù)分布極不平衡，且波動(dòng)較大。霜日日數(shù)FD、普通日降水強(qiáng)度SDII、強(qiáng)降水日數(shù)R10和最多連續(xù)雨日天數(shù)CWD均呈減小趨勢(shì)，其中FD多年平均值為1.6～24.7 d，SDII多年平均值為8.1～12.8 mm/d，R10多年平均值為19.0～40.4 d，CWD多年平均值為28.2～71.3 d，其線性變化趨勢(shì)分別為-2.578 d/10a、-0.199 (mm·d-1)/10a、-1.389 d/10a、-0.275 d/10a；夏日日數(shù)SU、極端最高氣溫TXx、極端最低氣溫TNn和最多連續(xù)無(wú)雨日天數(shù)CDD均呈上升趨勢(shì)，其中SU多年平均值為113.0～177.3 d，TXx多年平均值為30.4℃～33.9℃，TNn多年平均值為-6.4℃～0.6℃，CDD多年平均值為28.2～71.3 d，其線性變化趨勢(shì)分別為5.557 d/10a、0.139℃/10a、0.593℃/10a和1.187 d/10a?？梢?jiàn)，珠江流域(云南境內(nèi))極端氣溫指數(shù)基本上呈上升趨勢(shì)，極端降水指數(shù)基本上呈減少趨勢(shì)，呈現(xiàn)明顯的干暖化的趨勢(shì)。

從Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量(表2)可以看出，各極端氣候指數(shù)的變化趨勢(shì)與線性變化的趨勢(shì)一致，其中FD和R10均通過(guò)置信度為99%的顯著檢驗(yàn)，表現(xiàn)出極顯著減少趨勢(shì)；SDII和CWD均通過(guò)置信度為95%的顯著檢驗(yàn)，表現(xiàn)出顯著減少趨勢(shì)；而SU和TNn均通過(guò)置信度為99%的顯著檢驗(yàn)，表現(xiàn)出極顯著上升趨勢(shì)；CDD通過(guò)置信度為95%的顯著檢驗(yàn)，表現(xiàn)出顯著上升趨勢(shì)；TXx表現(xiàn)為弱上升趨勢(shì)。

根據(jù)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法得到各極端氣候指數(shù)年平均值的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量U的順序、逆序變化曲線UBk和UFk，取顯著水平0.05得到2條臨界線y=±1.96(圖4)，得到的交點(diǎn)即可能為突變點(diǎn)。SU、TNn、SDII和CWD在2條臨界線內(nèi)均只存在1個(gè)交點(diǎn)，其突變年份可能為2002、1997、1978、2007年，且SU和TNn分別在2006、2001年以后呈顯著上升趨勢(shì)，SDII和CWD分別在2009、2011年以后呈顯著減少趨勢(shì)；FD、TXx、R10和CDD在2條臨界線內(nèi)均存在多個(gè)交點(diǎn)，結(jié)合各極端氣候指數(shù)年際變化趨勢(shì)，F(xiàn)D、TXx和CDD突變年份可能為1993、2007和2007年，R10突變年份可能為1979、1987、1990年，F(xiàn)D和R10分別在1993、2009年呈顯著減少趨勢(shì)，CDD在2012年呈顯著上升趨勢(shì)，TXx在2007年上升趨勢(shì)較為明顯。綜上所述，F(xiàn)D、TNn、SDII和R10突變年份多發(fā)生在1978—1993年間，SU、TXx、CDD和CWD突變年份多發(fā)生在2002—2007年間，且極端氣溫指數(shù)發(fā)生顯著變化的年份基本上在2000年以后，各極端降水指數(shù)發(fā)生顯著變化的年份均是在2009年以后，與2009年以后云南省降水量連續(xù)3 a偏少，造成較為罕見(jiàn)的全省性大范圍旱災(zāi)的現(xiàn)狀相符合[19]。

表2 珠江流域(云南境內(nèi))極端氣候指數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量

注：“*”表示通過(guò)置信度為95%的顯著檢驗(yàn)；“**”表示通過(guò)置信度為99%的顯著檢驗(yàn)

a) FD

b) SU

c) TXx

d) TNn圖2 1964—2013年珠江流域(云南境內(nèi))極端氣溫指數(shù)年際變化趨勢(shì)

a) SDII

b) R10圖3 1964—2013年珠江流域(云南境內(nèi))極端降水指數(shù)年際變化趨勢(shì)

c) CDD

d) CWD續(xù)圖3 1964—2013年珠江流域(云南境內(nèi))極端降水指數(shù)年際變化趨勢(shì)

a)FD

b)SU

c)TXx

d)TNn

e)SDII

f)R10圖4 珠江流域(云南境內(nèi))極端氣候事件Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

g)CDD

h)CWD續(xù)圖4 珠江流域(云南境內(nèi))極端氣候事件Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

2.2 極端氣候指數(shù)空間變化特征

從珠江流域(云南境內(nèi))各極端氣候指數(shù)多年平均值的空間分布特征(圖5)可以看出，極端氣候指數(shù)的空間分布具有明顯地域差異性。在極端氣溫指數(shù)方面，F(xiàn)D整體上呈現(xiàn)出北高南低的分布特征，高值區(qū)主要集中在宣威、富源和師宗站，其中宣威站FD值達(dá)到31.8 d，低值區(qū)主要集中在開(kāi)遠(yuǎn)、建水、石屏和蒙自站等，開(kāi)遠(yuǎn)站FD值僅為0.4 d；SU和TNn整體上呈現(xiàn)出北低南高的分布特征，高值區(qū)主要集中在開(kāi)遠(yuǎn)、富寧、建水和蒙自站，其中開(kāi)遠(yuǎn)站SU和TNn值最大，分別為245.9 d和2.0℃，SU和TNn低值區(qū)主要集中在師宗、曲靖、沾益和宣威站等，其中師宗站SU值僅為73.4 d，宣威站TNn值僅為-6.7℃；TXx整體上呈現(xiàn)出東南高西北低，高值區(qū)主要集中在富寧、開(kāi)遠(yuǎn)、廣南、蒙自和建水等站，其中富寧站TXx最大，達(dá)到36.7℃，低值區(qū)主要集中在通海、陸良、曲靖和沾益站等，其中通海站TXx最小，為29.7℃。在極端降水指數(shù)方面，SDII、R10和CWD整體上呈現(xiàn)出東高西低的分布特征，其中SDII、R10和CWD高值區(qū)主要集中在羅平、富寧和丘北站等，其中羅平站SDII、R10和CWD值最大，分別為12.7 mm/d、48.3 d和10.2 d，建水站SDII和R10值最小，分別為9.2 mm/d和24.9 d，開(kāi)遠(yuǎn)站CWD值最小，僅為6.5 d；CDD整體上呈現(xiàn)出西高東低的分布特征，其中CDD高值區(qū)主要集中在彌勒、澄江、開(kāi)遠(yuǎn)和蒙自站等，其中彌勒站CDD值最大，達(dá)到59.5 d，低值區(qū)主要集中在羅平、師宗、富寧和宣威站等，其中羅平站CDD值最小，僅為23.4 d。

a) FD b) SU c) TXx d) TNn

e) SDII f) R10 g) CDD h) CWD圖5 珠江流域(云南境內(nèi))極端氣候指數(shù)多年平均值的空間分布

由珠江流域(云南境內(nèi))極端氣候指數(shù)的空間變化趨勢(shì)(圖6)可以看出，在極端氣溫指數(shù)方面，所有站點(diǎn)FD均呈減小趨勢(shì)，減小幅度由東南向西北越來(lái)越大，彌勒、宣威、華寧、石林和宜良等20個(gè)站FD呈極顯著(顯著水平為0.01)減小趨勢(shì)，沾益站FD呈顯著(顯著水平為0.05)減小趨勢(shì)，其中彌勒站FD減小幅度最大，為5.82 d/10a，石屏站FD減小幅度最小，僅為0.09 d/10a；SU、TXx和TNn整體呈上升趨勢(shì)，SU上升幅度由東南向西北越來(lái)越大，其中江川、澄江、通海、富源和沾益等16個(gè)站SU呈極顯著上升趨勢(shì)，玉溪、彌勒、峨山和建水站SU呈顯著上升趨勢(shì)，江川站SU上升幅度最大，為7.63 d/10a，富寧站SU上升幅度最小，僅為0.21 d/10a；88%站點(diǎn)的TXx呈上升趨勢(shì)，其中曲靖、江川、石屏、開(kāi)遠(yuǎn)和富寧站TXx呈極顯著上升趨勢(shì)，沾益、彌勒和建水站TXx呈顯著上升趨勢(shì)，上升幅度由中部向東南和西南越來(lái)越大，富寧站TXx上升幅度最大，為0.29℃/10a，陸良站TXx上升幅度最小，為0.02℃/10a，師宗、羅平和蒙自站TXx呈減小趨勢(shì)，師宗站TXx減小幅度最大，為0.09℃/10a；TNn上升幅度由中部向西南和東北越來(lái)越小，石林、彌勒、華寧和富寧等19個(gè)站點(diǎn)TNn呈極顯著上升趨勢(shì)，陸良、瀘西、峨山、石屏和開(kāi)遠(yuǎn)站TNn呈顯著上升趨勢(shì)，沾益站TNn呈弱上升趨勢(shì)，其中石林和彌勒站TNn值最大，均為1.00℃/10a，沾益站TNn值最小，僅為0.30℃/10a。

在極端降水指數(shù)方面，SDII和R10減小幅度整體上呈現(xiàn)出由西南向東北越來(lái)越大，其中76%站點(diǎn)SDII呈減小趨勢(shì)，沾益、師宗、丘北和羅平站SDII呈極顯著減小趨勢(shì)，宣威和曲靖站SDII呈顯著減小趨勢(shì)，丘北站SDII減小幅度最大，為0.66 (mm·d-1)/10a，廣南站SDII減小幅度最小，為0.03 (mm·d-1)/10a，通海、華寧、建水、開(kāi)遠(yuǎn)、蒙自和富寧站SDII呈上升趨勢(shì)，開(kāi)遠(yuǎn)站SDII上升幅度最大，為0.12 (mm·d-1)/10a；曲靖、沾益、陸良、師宗、瀘西和羅平站R10呈極顯著減小趨勢(shì)，宣威、富源、玉溪和江川等10個(gè)站點(diǎn)R10呈顯著減小趨勢(shì)，其中羅平站R10減小幅度最大，為3.00 d/10a，蒙自站R10減小幅度最小，為0.40 d/10a；84%站點(diǎn)CDD呈減小趨勢(shì)，減小幅度由中部向西北和東南越來(lái)越大，其中瀘西和羅平站CDD呈極顯著減小趨勢(shì)，開(kāi)遠(yuǎn)和富寧站CDD呈顯著減小趨勢(shì)，羅平站CDD減小幅度最大，為6.28 d/10a，宣威站CDD減小幅度最小，為0.29 d/10a，澄江、華寧、硯山和丘北站CDD呈上升趨勢(shì)，澄江站CDD上升幅度最大，為0.92 d/10a；92%站點(diǎn)CWD呈減小趨勢(shì)，減小幅度高值區(qū)主要集中在西北部和南部，低值區(qū)主要集中在西部，其中陸良和宜良CWD呈極顯著減小趨勢(shì)，丘北、澄江、開(kāi)遠(yuǎn)、沾益、江川和師宗站CWD呈顯著減小趨勢(shì)，丘北站CWD減小幅度最大，為0.61 d/10a，廣南站CWD減小幅度最小，為0.05 d/10a，澄江和峨山CWD呈上升趨勢(shì)，峨山站CWD上升幅度最大，為0.23 d/10a。

a) FD b) SU c) TXx d) TNn

e) SDII f) R10 g) CDD h) CWD圖6 1964—2013年珠江流域(云南境內(nèi))極端氣候指數(shù)變化趨勢(shì)空間格局

3 結(jié)論

a) 1964—2013年珠江流域(云南境內(nèi))FD、R10、SDII和CWD呈極顯著或顯著減小趨勢(shì)，減小幅度分別為-2.673 9 d/10a、-1.472 5 d/10a、-0.163 8 (mm·d-1)/10a和-0.320 0 d/10a；SU、TNn和CDD呈極顯著或顯著上升趨勢(shì)，TXx表現(xiàn)為弱上升趨勢(shì)，上升幅度分別為5.164 6 d/10a、0.662 8 ℃/10a、1.648 7 d/10a和0.120 7℃/10a。FD、TNn、SDII和R10突變年份多發(fā)生在1978—1993年間，SU、TXx、CDD和CWD突變年份多發(fā)生在2002—2007年間。

b) 在空間分布上，珠江流域(云南境內(nèi))SU、TXx和TNn整體上呈現(xiàn)出北低南高的分布特征，F(xiàn)D則呈現(xiàn)出相反的分布特征；SDII、R10和CWD整體上呈現(xiàn)出東高西低的分布特征，CDD則呈現(xiàn)出相反的分布特征。在空間變化趨勢(shì)上，F(xiàn)D減小幅度由東南向西北越來(lái)越大，SU上升幅度由東南向西北越來(lái)越大，TXx上升幅度由中部向東南和西南越來(lái)越大，TNn上升幅度由中部向西南和東北越來(lái)越?。籗DII和R10減小幅度整體上呈現(xiàn)出由西南向東北越來(lái)越大，CDD減小幅度由中部向西北和東南越來(lái)越大，CWD減小幅度高值區(qū)主要集中在西北部和南部，低值區(qū)主要集中在西部。

研究結(jié)果與云南省干暖化趨勢(shì)基本一致[20-21]，各極端氣溫指數(shù)均表明珠江流域(云南境內(nèi))域呈暖化趨勢(shì)，各極端降水指數(shù)表明珠江流域(云南境內(nèi))呈干旱化趨勢(shì)。珠江流域(云南境內(nèi))中西部極端氣溫指數(shù)暖化趨勢(shì)較為明顯，中東部干旱趨勢(shì)較為明顯，綜合來(lái)看珠江流域(云南境內(nèi))中部干暖化趨勢(shì)最為明顯。珠江流域作為中國(guó)南方水循環(huán)最活躍的流域之一[22]，其上游地區(qū)極端氣候事件的變化必將對(duì)整個(gè)珠江流域水循環(huán)、生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生重要影響。