羅 靜，鄭國(guó)強(qiáng)，劉峰貴，周 強(qiáng)，陳 瓊

(1.青海師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，青海 西寧 810008； 2.青海省工程咨詢中心，青海 西寧 810001；3.高原科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院，青海 西寧 810008)

近百年來(lái)，全球氣候經(jīng)歷了顯著的變暖趨勢(shì)，IPCC第五次評(píng)估報(bào)告顯示，1880—2012年全球地表平均溫度升高了約0.85℃[1]。持續(xù)變暖的全球氣候?qū)е聵O端氣候事件頻發(fā)[2-3]，對(duì)人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的破壞[4-8]。在全球氣候變暖背景下，探索極端氣候事件的變化特征及形成機(jī)理將有助于人類正確應(yīng)對(duì)氣候變化[9-10]，越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外科學(xué)界的普遍關(guān)注。

越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，在全球變暖過程中，極端高溫和極端低溫的變化幅度呈明顯的不對(duì)稱性，并表現(xiàn)出日較差變小的趨勢(shì)[11-12]。中國(guó)受東亞季風(fēng)的影響，氣候變化程度劇烈。目前全國(guó)年均最高氣溫和最低氣溫都呈明顯的變暖趨勢(shì)，而大部分地區(qū)的年均最低氣溫的變暖幅度要大于最高氣溫的變暖幅度[13-14]。由此可見，極端氣溫在全球變暖過程中變化顯著。

Alexander等[15]研究發(fā)現(xiàn)近50年全球70%的地區(qū)都顯示冷夜明顯減少，暖夜明顯增加的趨勢(shì)；Scott等[16]研究分析了北美洲地區(qū)1980—2016年極端氣溫事件變化趨勢(shì)，研究表明極端高溫事件呈上升趨勢(shì)，極端低溫事件呈下降趨勢(shì)；張揚(yáng)等[17]采用克里金插值法研究分析了秦嶺山地陜西段南北坡極端氣溫空間變化特征，結(jié)果表明極端氣溫的頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)；王瓊等[18]研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)長(zhǎng)江流域的冷晝?nèi)諗?shù)、冷夜日數(shù)顯著減小，暖晝?nèi)諗?shù)、暖夜日數(shù)顯著增加；江曉菲等[19]基于第五次耦合模式比較計(jì)劃的23個(gè)全球氣候模式所提供的最高氣溫與最低氣溫在RCP4.5情景下的逐日格點(diǎn)資料，使用秩加權(quán)方法研究表明2046—2066年中國(guó)區(qū)域平均最高氣溫和平均最低氣溫的增加幅度相對(duì)于歷史時(shí)期(1986—2005年)可能超過2.0℃(概率>66%)。

位于歐亞大陸腹地的青藏高原是全球氣候變化和地球系統(tǒng)科學(xué)研究的天然實(shí)驗(yàn)室，已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)[20]。青海高原地處青藏高原東北部邊緣地區(qū)，隨著全球氣候變暖，出現(xiàn)了氣溫顯著升高、蒸發(fā)量增大以及降水增加的氣候暖濕化趨勢(shì)[21]。近年來(lái)，青海高原氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)牧業(yè)、生態(tài)環(huán)境等敏感領(lǐng)域帶來(lái)的損失愈發(fā)嚴(yán)重，極端氣溫的影響尤為顯著。盡管目前對(duì)青海高原氣溫方面的研究已有不少，但往往是側(cè)重于平均狀態(tài)，而針對(duì)整體以及不同區(qū)域極端氣溫事件比較全面的分析研究尚不多見，尤其是對(duì)整體及不同區(qū)域晝和夜極端氣溫日數(shù)比變化的研究尚未開展。故文中采用世界氣象組織(WMO)推薦使用的極端氣溫相對(duì)指數(shù)來(lái)探討青海高原晝夜極端氣溫日數(shù)比變化特征及其演變規(guī)律，力求能為本地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)提供參考，同時(shí)為開展災(zāi)害預(yù)警服務(wù)和制定應(yīng)急預(yù)案提供理論依據(jù)。

1 研究資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

青海高原位于青藏高原東北部邊緣地區(qū)，是黃河、長(zhǎng)江和瀾滄江的發(fā)源地，是“國(guó)家公園省”和“中華水塔”。青海高原遠(yuǎn)離海洋，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，輻射能力強(qiáng)，降水量地區(qū)差異大，是典型的高原大陸性氣候[22]。年平均降水量在100～550 mm之間，年平均氣溫在-5.0～9.0℃之間。境內(nèi)地形復(fù)雜多樣，全境87%以上的土地海拔在3 000 m以上。依據(jù)研究所需，將青海高原劃分為東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、柴達(dá)木地區(qū)和青南牧區(qū)。東部農(nóng)業(yè)區(qū)主要包括西寧市、海東市、海南州貴德縣、黃南州尖扎縣、同仁縣、海北州門源縣，總計(jì)14站；環(huán)湖地區(qū)包括海北州(除門源縣)、海西州天峻縣、海南州共和縣、貴南縣，總計(jì)8站；柴達(dá)木地區(qū)包括海西州(除天峻縣)、格爾木市(除沱沱河)，總計(jì)10站；青南牧區(qū)包括玉樹州、果洛州、黃南州澤庫(kù)縣、河南縣、海南州興?？h、同德縣，總計(jì)18站(圖1)。

圖1 青海高原氣象觀測(cè)站分布示意圖Fig.1 Distribution diagram of meteorological observation stations in Qinghai Plateau

1.2 數(shù)據(jù)與方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于青海省氣象信息中心CIMISS數(shù)據(jù)平臺(tái)，包括青海高原50個(gè)氣象觀測(cè)站1961—2019年逐日和逐年氣溫觀測(cè)資料，包括逐日最高氣溫、逐日最低氣溫、逐日平均氣溫、逐年平均最高氣溫、逐年平均最低氣溫。所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過了較為嚴(yán)格的質(zhì)量控制，包括極值檢驗(yàn)、時(shí)間一致性檢驗(yàn)。對(duì)個(gè)別臺(tái)站的資料數(shù)據(jù)利用RClimDex軟件進(jìn)行了質(zhì)量控制，包括數(shù)據(jù)記錄日期是否與現(xiàn)實(shí)一致、日最低氣溫是否大于日最高氣溫、錯(cuò)誤值與異常值的篩選等等。經(jīng)過訂正處理后的50個(gè)臺(tái)站的各要素資料具有較好的連續(xù)性。

1.2.2 研究方法

本研究對(duì)極端氣候指數(shù)的定義和計(jì)算采用的標(biāo)準(zhǔn)是基于世界氣象組織氣候委員會(huì)(WMO-CCI)、全球氣候研究計(jì)劃(WCRP)、氣候變化和可預(yù)測(cè)性計(jì)劃氣候變化專家組(CLIVAR)等確定的“氣候變化檢測(cè)和指標(biāo)”，該方法在極端氣候事件研究中被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用[23]。本研究重點(diǎn)探討青海高原晝夜不同極端氣溫變化比特征及其演變規(guī)律，因此選擇廣泛應(yīng)用的極端氣溫相對(duì)指數(shù)，分別為暖晝?nèi)諗?shù)、暖夜日數(shù)、冷晝?nèi)諗?shù)和冷夜日數(shù)。這些指數(shù)能夠反應(yīng)出晝和夜極端氣溫不同方面的變化，具有較弱的極端性、噪聲低、顯著性強(qiáng)的特點(diǎn)。

文中極端氣溫相對(duì)指數(shù)采用的是百分位閾值法，具體計(jì)算方法是：將某站1961—2019年中某日的最高氣溫或最低氣溫資料按升序排列，將第90個(gè)和第10個(gè)百分位值作為極端氣溫的閾值[24-25]。

表1 極端氣溫相對(duì)指數(shù)定義Table 1 Definition of extreme temperature relative index

2 暖冷晝(夜)臨界溫度劃分

文中選用青海高原50個(gè)國(guó)家氣象站1961—2019年氣象數(shù)據(jù)，嚴(yán)格按照暖冷晝(夜)指數(shù)定義規(guī)定，計(jì)算了所有氣象站點(diǎn)暖冷晝(夜)臨界溫度閾值(圖2)。暖晝臨界溫度值最高的是民和，達(dá)到了27.7℃，最低的是曲麻萊的3.1℃，整個(gè)高原暖晝臨界溫度值平均為20.7℃(圖2(a))。冷晝臨界溫度值最高的是貴德，達(dá)到了3.6℃，最低的是五道梁的-8.3℃，整個(gè)高原冷晝臨界溫度值平均為-1.7℃(圖2(b))。暖夜臨界溫度值最高的也是民和，達(dá)到了14.6℃，最低的是五道梁的0.6℃，整個(gè)高原暖夜臨界溫度值平均為7.8℃(圖2(c))。冷夜臨界溫度值最高的是循化，達(dá)到了-10.5℃，最低的是清水河的-27.2℃，整個(gè)高原暖晝臨界溫度值平均為-18.5℃(圖2(d))。由此可以看出，東部地區(qū)和青南地區(qū)溫度差異特征顯著。

圖2 青海高原暖冷晝(夜)臨界溫度閾值分布圖Fig.2 Critical temperature threshold distribution map of warm-cold day or night in Qinghai Plateau

3 暖冷晝(夜)日數(shù)比變化特征分析

3.1 暖冷晝(夜)日數(shù)比時(shí)間變化特征

3.1.1 青海高原暖冷晝(夜)日數(shù)比時(shí)間變化特征

圖3顯示的是青海高原1961—2019年暖冷晝(夜)日數(shù)比年際及年代際變化(圖3)。由圖看出，青海高原1961—2010年暖冷晝?nèi)諗?shù)比均呈顯著增大趨勢(shì)，2011—2019年略有下降(圖3(a))，表明1961—2019年青海高原暖晝?nèi)諗?shù)逐步多于冷晝?nèi)諗?shù)。暖冷晝?nèi)諗?shù)比最小的年份是1967年，僅為0.36，表明1967年冷晝?nèi)諗?shù)是暖晝?nèi)諗?shù)的2.8倍左右。暖冷晝?nèi)諗?shù)比最大的年份是2010年，達(dá)到了3.0，表明2010年暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的3.0倍。從年代際分布狀況來(lái)看，1961—1970、1971—1980、1981—1990年平均暖冷晝?nèi)諗?shù)比均小于1.0，分別為0.68、0.72、0.88，表明20世紀(jì)60年代—20世紀(jì)80年代暖晝?nèi)諗?shù)均明顯少于冷晝?nèi)諗?shù)(圖3(a))。1991—2000、2001—2010、2011—2019年平均暖冷晝?nèi)諗?shù)比均大于1.0，分別為1.12、1.86、1.51，表明20世紀(jì)90年代—21世紀(jì)10年代暖晝?nèi)諗?shù)均顯著多于冷晝?nèi)諗?shù)。其中21世紀(jì)00年代暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的1.9倍左右(圖3(a))。

青海高原1961—2019年暖冷夜日數(shù)比呈顯著增大趨勢(shì)(圖3(b))，表明1961—2019年青海高原暖夜日數(shù)逐步多于冷夜日數(shù)。暖冷夜日數(shù)比最小的年份是1968年，僅為0.4，表明1968年冷夜日數(shù)是暖夜日數(shù)的2.5倍。暖冷夜日數(shù)比最大的年份是2006年，達(dá)到了3.79，表明2006年暖夜日數(shù)是冷夜日數(shù)的3.8倍左右。從年代際分布狀況來(lái)看，1961—1970、1971—1980、1981—1990年平均暖冷夜日數(shù)比均小于1.0，分別為0.52、0.72、0.90，表明20世紀(jì)60年代—20世紀(jì)80年代暖夜日數(shù)均明顯少于冷夜日數(shù)。1991—2000、2001—2010、2011—2019年平均暖冷夜日數(shù)比均大于1.0，分別為1.10、2.17、2.44，表明20世紀(jì)90年代—21世紀(jì)10年代暖夜日數(shù)均明顯多于冷夜日數(shù)，其中21世紀(jì)10年代平均暖夜日數(shù)是冷夜日數(shù)的2.4倍左右。

圖3 1961—2019年青海高原暖冷晝(夜)日數(shù)比年際及年代際變化Fig.3 Inter-annual and decadal variations of warm-cold day or night in Qinghai Plateau from 1961—2019

青海高原暖冷晝(夜)日數(shù)比均呈顯著增大趨勢(shì)，該結(jié)論與趙國(guó)永等[26]對(duì)新疆1961—2016年極端氣溫變化特征研究結(jié)果、魯同所等[27]對(duì)拉薩市近50年極端氣溫變化特征研究結(jié)果和趙安周等[28]對(duì)黃土高原1965—2013年極端氣溫變化特征研究結(jié)果一致，但增大趨勢(shì)在區(qū)域空間上表現(xiàn)出不一致性。此外，青海高原暖冷晝比從2011年開始呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，但暖冷夜比仍然呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，究其主要原因是從2011年開始，青海高原年平均最高氣溫較2001—2010年相比降低，四分區(qū)降低幅度為0.02—0.14℃(圖8(a))，而年平均最低氣溫較2001—2010年相比仍然升高，四分區(qū)升高幅度為0.13～0.59℃(圖8(b))。

3.1.2 青海高原各分區(qū)暖冷晝(夜)日數(shù)比時(shí)間變化特征

圖4顯示的是青海高原四分區(qū)1961—2019年暖冷晝?nèi)諗?shù)比年際及年代際變化情況(圖4)。由圖看出，青海高原各分區(qū)1961—2010年暖冷晝?nèi)諗?shù)比均呈顯著增大趨勢(shì)，2011—2019年略有下降(圖4)。青海高原東部農(nóng)業(yè)區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比最小的年份是1967年，僅為0.28，最大的年份是2010年，達(dá)到了2.59(圖4(a))。環(huán)湖地區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比最小的年份是1976年，僅為0.29，最大的年份是2010年，達(dá)到了3.17(圖4(b))。柴達(dá)木地區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比最小的年份是1967年，僅為0.27，最大的年份是2006年，達(dá)到了2.69(圖4(c))。青南牧區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比最小的年份是1965年，僅為0.36，最大的年份是2010年，達(dá)到了4.36(圖4(d))。

從年代際分布狀況來(lái)看，東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、柴達(dá)木地區(qū)1961—1970、1971—1980、1981—1990年平均暖冷晝?nèi)諗?shù)比均小于1.0，1991—2000、2001—2010、2011—2019年平均暖冷晝?nèi)諗?shù)比均大于1.0，表明東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、柴達(dá)木地區(qū)20世紀(jì)60年代—20世紀(jì)80年代暖晝?nèi)諗?shù)均明顯少于冷晝?nèi)諗?shù)，20世紀(jì)90年代—21世紀(jì)10年代暖晝?nèi)諗?shù)均明顯多于冷晝?nèi)諗?shù)(圖4(a)、(b)、(c))，與整個(gè)高原的年代際變化趨勢(shì)一致。青南牧區(qū)1961—1970、1971—1980、1981—1990、1991—2000年平均暖冷晝?nèi)諗?shù)比均小于1.0，2001—2010、2011—2019年平均暖冷晝?nèi)諗?shù)比均大于1.0(圖4(d))。青海高原各分區(qū)20世紀(jì)00年代平均暖冷晝?nèi)諗?shù)比均最大，分別達(dá)到了1.75、1.94、1.81、2.05(圖4)。

圖5顯示的是青海高原四分區(qū)1961—2019年暖冷夜日數(shù)比年際及年代際變化情況(圖5)。由圖看出，青海高原各分區(qū)暖冷夜日數(shù)比除柴達(dá)木地區(qū)在2011—2019年略有下降外，其余地區(qū)1961—2019年均呈顯著增大趨勢(shì)(圖5)。青海高原東部農(nóng)業(yè)區(qū)暖冷夜日數(shù)比最小的年份是1969年，僅為0.34，最大的年份是2015年，達(dá)到了4.34(圖5(a))。環(huán)湖地區(qū)暖冷夜日數(shù)比最小的年份是1976年，僅為0.39，最大的年份是2006年，達(dá)到了3.25(圖5(b))。柴達(dá)木地區(qū)暖冷夜日數(shù)比最小的年份是1968年，僅為0.29，最大的年份是2006年，達(dá)到了4.9(圖5(c))。青南牧區(qū)暖冷夜日數(shù)比最小的年份是1963年，僅為0.44，最大的年份是2018年，達(dá)到了3.53(圖5(d))。

圖4 1961—2019年青海高原各分區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比年際及年代際變化Fig.4 Inter-annual and decadal variations of warm-cold day in each regions of Qinghai Plateau from 1961—2019

圖5 1961—2019年青海高原各分區(qū)暖冷夜日數(shù)比年際及年代際變化Fig.5 Inter-annual and decadal variations of warm-cold night in each regions of Qinghai Plateau from 1961—2019

從年代際分布狀況來(lái)看，東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、柴達(dá)木地區(qū)1961—1970、1971—1980、1981—1990年平均暖冷夜日數(shù)比均小于1.0，1991—2000、2001—2010、2011—2019年平均暖冷夜日數(shù)比均大于1.0，表明東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、柴達(dá)木地區(qū)20世紀(jì)60年代—20世紀(jì)80年代暖夜日數(shù)均明顯少于冷夜日數(shù)，20世紀(jì)90年代—21世紀(jì)10年代暖夜日數(shù)均明顯多于冷夜日數(shù)(圖5(a)、5(b)、5(c))，與整個(gè)高原的年代際變化趨勢(shì)一致。青南牧區(qū)1961—1970、1971—1980、1981—1990、1991—2000年平均暖冷夜日數(shù)比值小于1.0，2001—2010、2011—2019年平均暖冷夜日數(shù)比大于1.0(圖5(d))。青海高原東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、青南牧區(qū)20世紀(jì)10年代平均暖冷夜日數(shù)比值均最大，分別達(dá)到了2.89、2.17、2.48，柴達(dá)木地區(qū)20世紀(jì)00年代最大達(dá)到了2.42(圖5)。

青海高原北部海拔較低的東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、柴達(dá)木地區(qū)暖冷晝(夜)日數(shù)比大于1.0均發(fā)生在1991—2000年之間，該結(jié)論與趙國(guó)永等[26]對(duì)新疆1961—2016年極端氣溫變化特征研究結(jié)果較一致。青海高原南部海拔較高的青南牧區(qū)暖冷晝(夜)日數(shù)比大于1.0卻發(fā)生在2001—2010年之間，該結(jié)論與魯同所等[27]對(duì)拉薩市近50年極端氣溫變化特征研究結(jié)果較一致。由此表明，青海高原各分區(qū)暖冷晝(夜)日數(shù)比變化特征與海拔高度存在較密切的聯(lián)系。

3.2 暖冷晝(夜)日數(shù)比空間分布特征

3.2.1 青海高原暖冷晝?nèi)諗?shù)比空間分布

圖6顯示的是青海高原1961—2019年暖冷晝?nèi)諗?shù)比空間分布狀況(圖6)。由圖可以看出，20世紀(jì)60年代—70年代青海高原全境冷晝?nèi)諗?shù)顯著多于暖晝?nèi)諗?shù)(圖6)。其中，20世紀(jì)60年代柴達(dá)木中西部、青南牧區(qū)西部、東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)僅為冷晝?nèi)諗?shù)的70%(圖6(a))。20世紀(jì)70年代柴達(dá)木、青南牧區(qū)中部地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)僅為冷晝?nèi)諗?shù)的70%(圖6(b))。20世紀(jì)80年代青海高原全境暖晝?nèi)諗?shù)與冷晝?nèi)諗?shù)基本持平或略少 (圖6(c))。從20世紀(jì)90年代開始青海高原全境暖晝?nèi)諗?shù)顯著多于冷晝?nèi)諗?shù) (圖6)。 其中，20世紀(jì)90年代青南牧區(qū)中西部地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)與冷晝?nèi)諗?shù)基本持平，高原其余地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的1.2～1.4倍左右，柴達(dá)木地區(qū)的茫崖暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的2.0倍(圖6(d))。21世紀(jì)00年代是青海高原暖冷晝?nèi)諗?shù)比最大的時(shí)期，高原全境暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的1.5～3.0倍左右，青南牧區(qū)中西部、柴達(dá)木中西部地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的2.5倍以上，尤其是青南牧區(qū)中部的同德，達(dá)到了3.4倍左右(圖6(e))。21世紀(jì)10年代青海高原暖冷晝?nèi)諗?shù)比相較21世紀(jì)00年代有所減小，東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖北部、柴達(dá)木西部地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的1.1～1.5倍左右，青南牧區(qū)中部地區(qū)在1.8～2.2倍左右，高原其余地區(qū)在1.5～1.8倍左右(圖6(f))。

3.2.2 青海高原暖冷夜日數(shù)比空間分布

圖7顯示的是青海高原1961—2019年暖冷夜日數(shù)比空間分布狀況(圖7)。由圖可以看出，20世紀(jì)60年代—70年代青海高原全境冷夜日數(shù)顯著多于暖夜日數(shù)(圖7)。其中，20世紀(jì)60年代柴達(dá)木中西部地區(qū)暖夜日數(shù)僅為冷夜日數(shù)的40%，高原其余地區(qū)僅為60%～80%(圖7(a))。20世紀(jì)70年代除青南牧區(qū)東南部地區(qū)外，青海高原全境暖夜日數(shù)僅為冷晝?nèi)諗?shù)的70%～80%左右(圖7(b))。20世紀(jì)80年代青海高原全境暖夜日數(shù)與冷夜日數(shù)基本持平或略少(圖7(c))。從20世紀(jì)90年代開始青海高原全境暖夜日數(shù)顯著多于冷夜日數(shù)(圖7)。其中，20世紀(jì)90年代柴達(dá)木地區(qū)的茫崖暖夜日數(shù)是冷夜日數(shù)的1.7倍左右，高原其余地區(qū)暖夜日數(shù)是冷夜日數(shù)的1.2～1.6倍左右 (圖7(d))。21世紀(jì)00年代柴達(dá)木中西部、 青南牧區(qū)西部地區(qū)暖夜日數(shù)是冷夜日數(shù)的2.4～3.5倍左右，尤其是柴達(dá)木地區(qū)的格爾木達(dá)到了3.8倍左右，青南牧區(qū)中部、柴達(dá)木東部地區(qū)在2.0～2.4倍左右，高原其余地區(qū)在2.5-3.5倍之間(圖7(e))。21世紀(jì)10年代是青海高原暖冷夜日數(shù)比最大的時(shí)期，東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、青南牧區(qū)西部、柴達(dá)木中西部地區(qū)暖夜日數(shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的2.4～3.5倍左右，尤其是柴達(dá)木地區(qū)的格爾木(圖7(f))。

圖7 1961—2019年青海高原暖冷夜日數(shù)比空間分布圖Fig.7 Spatial distribution of warm-cold night ratio in Qinghai Plateau from 1961-2019

3.3 暖冷晝(夜)日數(shù)比與氣溫要素相關(guān)性分析

青海高原1961—2019年暖冷晝(夜)日數(shù)比均呈顯著增大趨勢(shì)，但是這種增大是由暖晝(夜)日數(shù)顯著增多造成的，還是冷晝(夜)日數(shù)顯著減少造成的，本文通過暖冷晝(夜)日數(shù)比與氣溫要素進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析進(jìn)行了探討(表2、表3、圖8)。

表2 青海高原暖冷晝?nèi)諗?shù)比與氣溫要素相關(guān)性分析Table 2 Analysis of the correlation between the ratio of warm-cold days and air temperature in Qinghai Plateau

表3 青海高原暖冷夜日數(shù)比與氣溫要素相關(guān)性分析Table 3 Analysis of the correlation between the ratio of warm-cold nights and air temperature in Qinghai Plateau

圖8 1961—2019年青海高原年平均最高(a)和最低(b)氣溫變化趨勢(shì)Fig.8 Changes in the annual average maximum (a) and minimum (b) temperature of Qinghai Plateau from 1961-2019

表2顯示的是青海高原暖冷晝?nèi)諗?shù)比與氣溫要素相關(guān)性分析(表2)。由表分析可知，年平均最高氣溫與青海高原四分區(qū)的相關(guān)性系數(shù)分別為0.86、0.83、0.85和0.81，均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，平均相關(guān)性系數(shù)達(dá)到了0.84。年平均最低氣溫與青海高原四分區(qū)的相關(guān)性系數(shù)分別為0.71、0.72、0.74和0.66，均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，平均相關(guān)性系數(shù)達(dá)到了0.71。從圖8青海高原年平均最高氣溫變化趨勢(shì)看出，青海高原四分區(qū)年平均最高氣溫變化趨勢(shì)與暖冷晝?nèi)諗?shù)比變化趨勢(shì)高度一致(圖4、圖8(a))。由此表明，最高氣溫的顯著上升是造成青海高原四分區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比呈顯著增大趨勢(shì)的主要原因。從年平均最高最低氣溫差方面來(lái)看，東部農(nóng)業(yè)區(qū)和青南牧區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比與其呈不顯著的正相關(guān)，而在環(huán)湖地區(qū)和柴達(dá)木地區(qū)呈不顯著的負(fù)相關(guān)。

表3顯示的是青海高原暖冷夜日數(shù)比與氣溫要素相關(guān)性分析(表3)。由表分析可知，年平均最高氣溫與青海高原四分區(qū)的相關(guān)性系數(shù)分別為0.73、0.71、0.77和0.72，均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，平均相關(guān)性系數(shù)達(dá)到了0.73。年平均最低氣溫與青海高原四分區(qū)的相關(guān)性系數(shù)分別為0.92、0.92、0.89和0.93，均通過了0.01顯著性檢驗(yàn)，平均相關(guān)性系數(shù)達(dá)到了0.92。從圖8青海高原年平均最低氣溫變化趨勢(shì)看出，青海高原四分區(qū)年平均最低氣溫變化趨勢(shì)與暖冷夜日數(shù)比變化趨勢(shì)高度一致(圖5、圖8(b))。由此表明，最低氣溫的顯著上升是造成青海高原四分區(qū)暖冷夜日數(shù)比呈顯著增大趨勢(shì)的主要原因。從年平均最高最低氣溫差方面來(lái)看，青海高原四分區(qū)暖冷夜日數(shù)比與其呈顯著的負(fù)相關(guān)。由此表明，青海高原日平均最高最低氣溫差呈顯著減小趨勢(shì)，且日平均最低氣溫的上升幅度顯著大于日平均最高氣溫的上升幅度。

4 結(jié)論與討論

文中選用青海高原50個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)1961—2019年的逐日最高氣溫、逐日最低氣溫、逐日平均氣溫、逐年平均最高氣溫、逐年平均最低氣溫資料，采用極端氣溫相對(duì)指數(shù)來(lái)探討青海高原晝夜不同極端氣溫日數(shù)比變化特征及其演變規(guī)律，研究主要得到以下結(jié)論：

(1)青海高原整體平均暖晝、冷晝、暖夜、冷夜臨界溫度值分別為20.7、-1.7、7.8、-18.5℃。暖晝臨界溫度值最高的是民和的27.7℃，最低的是曲麻萊的3.1℃。冷晝臨界溫度值最高的是貴德的3.6℃，最低的是五道梁的-8.3℃。暖夜臨界溫度值最高的是民和的14.6℃，最低的是五道梁的0.6℃。冷夜臨界溫度值最高的是循化的-10.5℃，最低的是清水河的-27.2℃。由此可以看出，青海高原東部農(nóng)業(yè)區(qū)和青南牧區(qū)溫度差異特征顯著。

(2)從年際和年代際分布情況看，青海高原整體和各分區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比均在1961—2010年呈顯著增大趨勢(shì)，2011—2019年略有下降，暖冷夜日數(shù)比均在1961—2019年呈顯著增大趨勢(shì)。青海高原整體和各分區(qū)暖冷晝(夜)日數(shù)比最小年份主要集中在20世紀(jì)60年代，最大年份主要集中在21世紀(jì)00年代。東部農(nóng)業(yè)區(qū)、環(huán)湖地區(qū)、柴達(dá)木地區(qū)20世紀(jì)60年代—80年代平均暖冷晝(夜)日數(shù)比均小于1.0，20世紀(jì)90年代—21世紀(jì)10年代均大于1.0，而青南牧區(qū)暖冷晝(夜)日數(shù)比突變是20世紀(jì)90年代。

(3)20世紀(jì)60年代—70年代東部農(nóng)業(yè)區(qū)、柴達(dá)木中西部、青南牧區(qū)中西部地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)顯著少于冷晝?nèi)諗?shù)，暖夜日數(shù)顯著少于冷夜日數(shù)，暖冷晝(夜)日數(shù)比均不到0.7～0.8。20世紀(jì)80年代青海高原全境和各分區(qū)暖冷晝?nèi)諗?shù)比和暖冷夜日數(shù)比基本持平或略少。20世紀(jì)90年代—21世紀(jì)10年代青海高原全境和各分區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)顯著多于冷晝?nèi)諗?shù)，暖夜日數(shù)顯著多于冷夜日數(shù)，青南牧區(qū)中西部、柴達(dá)木中西部地區(qū)暖晝?nèi)諗?shù)是冷晝?nèi)諗?shù)的2.5倍以上，青南牧區(qū)西部、東部農(nóng)業(yè)區(qū)、柴達(dá)木中西部地區(qū)暖夜日數(shù)是冷夜日數(shù)的2.8倍以上。

(4)最高氣溫的顯著上升是造成青海高原暖冷晝?nèi)諗?shù)比呈顯著增大趨勢(shì)的主要原因，最低氣溫的顯著上升是造成青海高原暖冷夜日數(shù)比呈顯著增大趨勢(shì)的主要原因，且青海高原日平均最低氣溫的上升幅度顯著大于日平均最高氣溫的上升幅度。

近年來(lái)，隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)上升為國(guó)家重大戰(zhàn)略目標(biāo)，青海高原迎來(lái)了重大發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，如何保護(hù)好三江源國(guó)家公園、祁連山國(guó)家公園，如何確保“中華水塔”一江清水向東流，極端氣候變化所產(chǎn)生的影響定要關(guān)注。戴廣婷等[29]研究發(fā)現(xiàn)1961—2010年青海省年平均氣溫升高0.65℃，年平均最高、最低氣溫變化存在著明顯的不對(duì)稱性。申紅艷等[30]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)青海省年平均氣溫與極端氣溫相對(duì)指數(shù)具有很高的相關(guān)性，氣候變暖突變前后極端氣溫指數(shù)表現(xiàn)出明顯差異。這些研究結(jié)論與本文研究結(jié)論高度一致。暖晝、暖夜日數(shù)持續(xù)增加，冷晝、冷夜日數(shù)持續(xù)減少，所產(chǎn)生的直接后果是導(dǎo)致局地光熱水氣候要素的匹配發(fā)生變化，導(dǎo)致氣候資源和相對(duì)應(yīng)的氣候生產(chǎn)潛力發(fā)生變化[31]。一方面，低溫事件減少有利于高原冬小麥的播種，高溫事件增加有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)期延長(zhǎng)。另一方面，低溫事件較少可能導(dǎo)致病蟲害增多，高溫事件增加可能加劇土壤水分無(wú)效蒸發(fā)、冰川凍土快速消融、極端干旱頻發(fā)、草地退化等。因此，隨著全球氣候變暖，青海高原極端氣溫事件發(fā)生的頻率和變率將繼續(xù)增大，積極應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的情況，積極開展災(zāi)害預(yù)警服務(wù)，積極制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，積極為青海高原生態(tài)環(huán)境保護(hù)持續(xù)健康發(fā)展提供參考將十分必要。