楊 晨，董曉華，董立俊，秦興隔，王雅琳，馬耀明

（1.三峽大學水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443002；2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；3.水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430072；4.中國科學院青藏高原研究所青藏高原地球系統(tǒng)科學國家重點實驗室地氣作用與氣候效應團隊，北京 100101；5.中國科學院大學地球與行星科學學院，北京 100049；6.蘭州大學大氣科學學院，甘肅 蘭州 730000；7.西藏珠穆朗瑪特殊大氣過程與環(huán)境變化國家野外科學觀測研究站，西藏 定日 858200；8.中國科學院加德滿都科教中心，北京 100101；9.中國科學院中國-巴基斯坦地球科學研究中心，伊斯蘭堡 45320）

0 引 言

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）在第六次報告指出，自1950年以來，因溫室氣體排放而持續(xù)上升的全球氣溫引起極端氣候中的極端高溫持續(xù)增加、頻率加強，極端低溫持續(xù)下降、頻率減弱，極端降水也變得更強、更頻繁［1］。但極端氣溫、極端降水等極端氣候事件引起的災害也威脅著人類的生存，給人類生活、工業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境都造成了巨大的損失。極端氣候事件是在指定時間段內(nèi)嚴重偏離平均狀態(tài)，極少發(fā)生或不常發(fā)生的氣候要素值［2，3］，極端氣候指數(shù)是利用統(tǒng)計學的原理將極端氣候事件定量表示。為了更好的了解極端氣候的變化趨勢以及影響范圍，對極端氣候指數(shù)進行時空演變研究具有重要意義。

目前，極端氣候變化已成為國際熱點話題，國內(nèi)外學者對極端氣候變化也展開了深入研究。肖薇薇［4］以陜西省安康市為研究對象，對19 個極端氣候指數(shù)進行趨勢分析，發(fā)現(xiàn)陜西省安康市的極端氣溫趨于變暖，極端降水也顯著增加；劉玄［5］以山東省內(nèi)陸及沿海區(qū)為研究對象，對16個極端氣候指數(shù)進行時空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)山東省內(nèi)陸及沿海區(qū)的極端氣溫都趨于變暖，且內(nèi)陸與沿海的極端氣溫指數(shù)表現(xiàn)出較好的一致性，沿海區(qū)域極端降水上升趨勢大于內(nèi)陸區(qū)域；雅茹［6］以內(nèi)蒙古自治區(qū)為研究對象，對14 個極端氣候指數(shù)進行時空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古自治區(qū)的極端氣溫夜間增加幅度大于晝間，極端降水卻顯著下降；曹祥會［7］以河北省為研究對象，對12 個極端氣候指數(shù)進行時空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)河北省的極端氣溫溫度趨于上升，極端降水卻顯著下降，具有干暖化傾向；Kalyan［8］以印度北部戈馬蒂河流域為研究對象，對16個極端氣候指數(shù)進行時空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)印度北部戈馬蒂河流域的極端氣溫溫度趨于上升，極端降水卻顯著下降；Lucas［9］以巴西亞馬遜地區(qū)的辛古河流域為研究對象，對22個極端氣候指數(shù)進行時空變化規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)極端氣溫在流域中北部溫度趨于下降而在中南部趨于上升，極端降水在中部和南部呈下降趨勢，而北部增加。上述對少數(shù)極端氣候指數(shù)的研究表明，極端氣候在時空上存在顯著差異，不同的區(qū)域、不同的極端氣候指數(shù)的變化趨勢也存在差異性；較少學者對特定區(qū)域全部的極端氣候指數(shù)變化情況進行研究。

雅礱江流域是我國重要的水電能源基地之一。流域水量豐沛，水力資源豐富，擁有約3 000萬kW 的總裝機容量，年發(fā)電量約達到1 500 億kWh，是實施“西電東輸”、“西部大開發(fā)”等戰(zhàn)略的重要能源基地［10］。流域大部分位于青藏高原，其氣候受全球氣候變化影響顯著，流域極端降水變化極可能引起極端水文事件發(fā)生，影響水電工程的運行，流域極端氣溫變化也會同時影響生態(tài)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，但目前對該流域的研究集中于氣候變化以及土地利用等對水文生態(tài)的影響［11-13］，因此，研究對雅礱江流域26 個極端氣候指數(shù)的時間變化以及空間分布規(guī)律進行研究，以為后續(xù)雅礱江流域水資源開發(fā)、極端氣候引起的自然災害防治等提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

雅礱江發(fā)源于青海省巴顏喀拉山南部，是高山峽谷型河流。雅礱江流域地處青藏高原東部，四川西側(cè)，流域面積約13.6 萬km2，南北緯度跨度大，地勢復雜、高差起伏劇烈，南北地勢高差最大可達5 071 m，流域地形多為高山、高原和峽谷。流域氣候?qū)儆诟咴吆畾夂?，且受西南季風和高空西風大氣環(huán)流的影響，流域氣候由南向北的變化和差異較大。流域北部屬干冷的大陸氣候，日照強，冬季漫長，四季區(qū)分不明顯，但干濕期區(qū)分較為明顯，平均氣溫在0 ℃左右，極端低溫在-35 ℃以下，全年均可降雪，徑流補給多為冰雪融水；中南部為亞熱帶氣候，氣候垂直變化劇烈，氣溫隨地勢高度的升高而下降，降水強度大于西部和北部，且徑流補給多為降雨。雅礱江流域的流域概況如圖1所示。

圖1 雅礱江流域流域概況圖Fig.1 Overview of Yalong River Basin

1.2 數(shù)據(jù)來源

實測氣象數(shù)據(jù)采用中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：∕∕data.cma.cn∕）提供的1961-2018年雅礱江流域內(nèi)及周圍資料完整性較好的13個國家基本氣象站的日降水、日最高氣溫、日最低氣溫和日平均氣溫的觀測數(shù)據(jù)（缺測數(shù)據(jù)采用線性內(nèi)插法插補）。極端氣候指數(shù)選自世界氣象組織氣候變化監(jiān)測與極端氣候事件指標專家組（Expert Team on Climate Change Detection and Indices，ETCCDI）確定的極端氣候指標［14］。這些指數(shù)具有計算概念清晰、普適性強、弱極端性、噪聲低和顯著性強等特點，可以全方位描述極端氣溫和降水事件的強度、頻率和持續(xù)時間等屬性［15-18］。由于自定義雨級日數(shù)（Rnn）具有一定的主觀性，因此本文選擇16 個極端氣溫指數(shù)和10 個極端降水指數(shù)全方位的研究雅礱江流域極端氣候的變化情況，其中16個極端溫度指數(shù)如表1，10個極端降水指數(shù)如表2所示。

表1 極端氣溫指數(shù)定義Tab.1 Definition of extreme temperature index

表2 極端降水指數(shù)定義Tab.2 Definition of extreme precipitation index

1.3 研究方法

依據(jù)極端氣候指數(shù)定義，根據(jù)1961-2018年雅礱江流域13個站點的氣象數(shù)據(jù)計算得到26 個極端氣候指數(shù)。采用線性擬合［19］分析該流域極端氣候指數(shù)在58年間的持續(xù)變化趨勢，采用Sen’s斜率估計法［20］分析該流域極端氣候指數(shù)在58年間年際變化中值幅度的大小，兩者相結合也可以進一步驗證其變化趨勢；采用Mann-Kendall（MK）突變檢驗［21］和Pettitt 檢驗法［22］，結合兩種計算方法的優(yōu)點，將兩個檢驗都達到顯著性水平且相差不超過兩年的年份，確定為極端氣候指數(shù)序列發(fā)生顯著性突變的年份；對極端氣候指數(shù)進行空間插值時，先將氣象數(shù)據(jù)進行插值會減弱氣候指數(shù)的極端性，ArcGIS 軟件中的反距離權重空間插值法（Inverse Distance Weighted，IDW）［23］是依據(jù)各站點間距離的遠近，賦以不同的權重對流域數(shù)據(jù)進行插值，因此基于流域各個站點的極端氣候指數(shù)，對整個流域的極端氣候指數(shù)進行空間插值，不會影響各站點自身極端氣候指數(shù)的大小，在此基礎上研究極端氣候指數(shù)在全流域的空間變化情況，可以得到不同時間段極端氣候指數(shù)的變化情況，以及不同區(qū)域極端氣候指數(shù)的分布狀況。

2 結果與分析

2.1 極端氣溫指數(shù)時空變化情況

2.1.1 時間變化分析

利用線性擬合、Sen’s 斜率估計法對雅礱江流域的極端氣溫指數(shù)進行趨勢分析，得到1961-2018年流域極端氣溫指數(shù)的線性斜率和Sen’s 斜率如圖2所示。圖2表明流域極端氣溫的變化趨勢不是很明顯。其中變化最顯著的是木里站的生長期長度（GSL）上升斜率超過1.5 d∕a，夏天日數(shù)（SU）上升斜率超過1 d∕a，霜凍日數(shù)（FD）下降斜率也超過1.5 d∕a，其余極端氣溫指數(shù)的變化斜率均低于1 d∕a或1 ℃∕a。整個流域的極端氣溫指數(shù)都趨于變暖，最高最低氣溫都在上升，高溫日數(shù)增多，低溫日數(shù)減少，暖日持續(xù)時間也處于上升狀態(tài)。

圖2 雅礱江流域極端氣溫指數(shù)年際斜率熱點圖Fig.2 Hot spot map of interannual slope of extreme temperature index in Yalong River basin

其中代表極端氣溫強度的指數(shù)除鹽源站的最高氣溫（TXx）、最高氣溫極小值（TXn）、越西和昭覺站最低氣溫極大值（TNx），越西站最低氣溫（TNn）呈下降趨勢外，這些指數(shù)在其他站點都呈現(xiàn)上升趨勢，但上升斜率均低于0.5 ℃∕a；平均溫差（DTR）在整個流域有7 個站點呈下降趨勢，上升和下降的幅度均低于0.5 ℃∕a。

代表極端氣溫頻率的指數(shù)中，結冰日數(shù)（ID）和霜凍日數(shù)（FD）以及夏天日數(shù)（SU）在單個站點不同指數(shù)間的差異最大，其中木里站的霜凍日數(shù)下降斜率最大，高達1.87 d∕a，同時木里站的夏天日數(shù)上升斜率最大，高達1.47 d∕a。

代表極端氣溫持續(xù)時長的指數(shù)中，暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）和冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）的變化趨勢不明顯，木里站的生長期長度（GSL）呈顯著上升趨勢，上升斜率為1.69 d∕a；木里和鹽源站的暖日持續(xù)日數(shù)呈下降趨勢，其他站點則呈現(xiàn)上升趨勢，道孚、康定、木里、九龍以及西昌站的冷日持續(xù)日數(shù)呈上升趨勢，其他站點則呈現(xiàn)下降趨勢，且斜率均低于0.5 d∕a。

利用Pettitt 檢驗和MK 檢驗法對雅礱江流域的極端氣溫指數(shù)進行突變檢驗，得到1961-2018年流域極端氣溫指數(shù)的突變年份如表3所示。研究表明雅礱江流域極端氣溫指數(shù)在1961-2018年間發(fā)生突變的現(xiàn)象存在顯著差異。代表極端氣溫強度的指數(shù)突變現(xiàn)象顯著；代表極端氣溫頻率的指數(shù)變化趨勢穩(wěn)定，突變現(xiàn)象不顯著且有些指數(shù)無突變現(xiàn)象發(fā)生；代表極端氣溫持續(xù)時間的指數(shù)只有生長期長度在全流域發(fā)生顯著突變。

表3 雅礱江流域極端氣溫指數(shù)Pettitt檢驗和MK突變檢驗結果Tab.3 Test results of Pettitt test and MK mutation test of extreme temperature index in Yalong River Basin

其中代表極端氣溫強度的指數(shù)最高氣溫（TXx）在全流域都發(fā)生了顯著性突變，且突變年份都在2008年以后；最低氣溫極大值（TNx）除昭覺、鹽源以及西昌站，其他站點顯著性突變年份都在2000年以后；最高氣溫極小值（TXn）除石渠、色達以及鹽源站，最低氣溫（TNn）除清水河、越西站，其他站點顯著性年份都在2000年左右；平均溫差（DTR）除清水河站，其他站點顯著性突變年份都在1970-1990年以及2005-2018年之間。

代表極端氣溫頻率的指數(shù)結冰日數(shù)（ID）在清水河、石渠、甘孜、色達、康定以及昭覺站的顯著性突變年份都在1996-2014年之間；霜凍日數(shù)（FD）在1997年和1985年的鹽源、西昌站發(fā)生顯著性突變，其他站點顯著性突變年份都在2004年以后；夏天日數(shù)（SU）除清水河、石渠以及越西站以外，在1977年鹽源站發(fā)生顯著性突變，其他站點顯著性突變年份都在2005年以后。

代表極端氣溫持續(xù)時長的指數(shù)生長期長度（GSL）除色達、康定站，在1998年和1984年的新龍、西昌站發(fā)生顯著性突變，其他站點顯著性突變年份都在2000年以后；暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）在石渠、新龍、康定以及鹽源站的顯著性突變年份都在1980年左右；冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）在九龍、越西以及西昌站的顯著性突變年份分別為2011、1994和2005。

2.1.2 空間分布特征

利用反距離權重空間插值法（IDW）對1961-2018年雅礱江流域的極端氣溫指數(shù)按20年為一個時間尺度進行空間插值，得到1961-1980年、1981-2000年和2001-2018年三個時間尺度的極端氣溫指數(shù)空間分布情況，如圖3所示。圖3表明雅礱江流域北部低溫達到極值，高溫在流域南部達到極值，整個流域氣溫由北向南升高，溫差也是北高南低，結冰和霜凍日數(shù)是北部最大，而夏天日數(shù)和生長期長度則南部最大。

在雅礱江流域代表極端氣溫強度的指數(shù)最高氣溫（TXx）由北向南、由西向東升高，清水河、石渠站的最高氣溫低于24 ℃［圖3（a）］，隨著時間推移高溫區(qū)域面積增大，西北部區(qū)域24 ℃以下的面積減少，中部、南部最高氣溫可達到32～36 ℃之間，西昌、越西站的最高氣溫可達到36 ℃以上。最高氣溫極小值（TXn）由北向南升高，越西站和南部最高氣溫極小值高于-2.4 ℃［圖3（b）］，隨著時間推移北部-21.6 ℃以下的面積增大，同時中部和南部超過-2.4 ℃的區(qū)域面積也增大。最低氣溫極大值（TNx）由北向中部、由南向中部升高，西昌站最低氣溫極大值高于23 ℃［圖3（c）］，隨著時間推移北部低溫區(qū)域面積減少，南部高溫區(qū)域面積增大。最低氣溫（TNn）由北向南，由西向東升高，越西、鹽源、西昌和木里站最低氣溫高于-11.6 ℃［圖3（d）］，隨著時間推移整個流域低溫面積都在減少，2000年后北部只有清水河站最低氣溫低于-37.4 ℃，中部以南最低氣溫不低于-20.2 ℃。平均溫差（DTR）由北向南、由西向東降低，新龍站的溫差高于16 ℃［圖3（e）］，隨著時間推移南部溫差減小，1980年前溫差分布在12～14 ℃，1981年后溫差減少到10～12 ℃，2000年后溫差在10～12 ℃和12～14 ℃的區(qū)域面積相等，其中新龍站的溫差一直處于最大。

代表極端氣溫頻率的指數(shù)結冰日數(shù)（ID）在北部最多，清水河站日數(shù)高達108 d 以上，中部和南部的日數(shù)都小于27 d［圖3（f）］，隨著時間推移只有北部呈現(xiàn)日數(shù)減小趨勢，2000年后只有清水河和石渠站的結冰日數(shù)處于54～108 d 之間。霜凍日數(shù)（FD）在北部最多，清水河、石渠和色達站日數(shù)高達245 d 以上，東南部日數(shù)最少，越西和西昌站日數(shù)都小于62 d［圖3（g）］，隨著時間推移鹽源和木里站減小至62 d 以下。熱夜日數(shù)（TR）只有西昌站高于6 d［圖3（h）］，且只有西昌站天數(shù)隨著時間在增加。冷晝?nèi)諗?shù)（TX10p）、冷夜日數(shù)（TN10p）、暖晝?nèi)諗?shù)（TX90p）和暖夜（TN90p）與其他指數(shù)不同［圖3（i）～（l）］，在整個流域天數(shù)只相差1 d，從而可以認為這4 個指數(shù)在時空上沒有顯著變化。夏天日數(shù)（SU）在北部小于34 d，中部和南部都大于34 d［圖3（m）］，隨著時間推移中南部夏天日數(shù)增多，2000年后夏天日數(shù)增加的區(qū)域面積更大，昭覺、鹽源和木里站夏天日數(shù)由平均51 d增加到平均85 d，且影響區(qū)域面積也有所增加。

代表極端氣溫持續(xù)時長的指數(shù)生長期長度（GSL）由北向南、由西向東升高［圖3（n）］，隨著時間推移北部區(qū)域日數(shù)和南部區(qū)域日數(shù)都增多，木里站日數(shù)增多到296 d 以上。暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）由北向中部、由南向中部升高［圖3（o）］，隨著時間推移北部增加幅度大于南部，北部12 d 以上暖日的面積增多，中部暖日日數(shù)可達到6 d以上，其中新龍和康定站在1981-2000年暖日日數(shù)增加最大。冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）由北向南升高［圖3（p）］，隨著時間推移整個流域日數(shù)減少，8～10 d 的區(qū)域面積增大，其中昭覺站日數(shù)減少最大。

圖3 雅礱江流域極端氣溫時空分布圖Fig.3 Temporal and spatial distribution of extreme temperature in the Yalong River basin

2.2 極端降水指數(shù)時空變化情況

2.2.1 時間變化分析

利用線性擬合、Sen’s 斜率估計法對雅礱江流域的極端降水指數(shù)進行趨勢分析，得到1961-2018年流域極端降水指數(shù)的線性斜率和Sen’s 斜率如圖4所示。圖4表明流域極端降水指數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢，其中年降水量（PRCPTOT）和強降水量（R95p）在整個流域上升幅度最大，清水河站的持續(xù)干期（CDD）下降幅度最大都達到了-2.69 mm∕a。

圖4 雅礱江流域極端降水指數(shù)年際斜率熱點圖Fig.4 Hot spot map of interannual slope of extreme precipitation index in Yalong River basin

其中代表極端降水強度的指數(shù)年降水量（PRCPTOT）除了在木里和鹽源站，其他站點呈上升趨勢，清水河站的上升幅度最大，上升斜率為6.54 mm∕a。強降水量（R95p）除了在鹽源站，其他站點也呈上升趨勢，西昌站的上升幅度最大，上升斜率為1.81 mm∕a。降水強度（SDII）、日最大降水量（Rx1day）、5日最大降水量（Rx5day）、極強降水量（R99p）在整個流域呈上升趨勢，但上升斜率均低于0.5 mm∕a和0.5 mm∕（d·a）。

代表極端降水頻率的指數(shù)中雨日數(shù)（R10）和大雨日數(shù)（R20）除了在石渠、木里、昭覺和越西站呈下降趨勢，其他站點的中雨日數(shù)和大雨日數(shù)都呈上升趨勢，但上升斜率均低于0.5 d∕a。

代表極端降水持續(xù)時長的指數(shù)持續(xù)干期（CDD）在清水河站發(fā)生顯著的下降趨勢，下降斜率為-2.7 d∕a，但其他站點的持續(xù)干期和全流域的持續(xù)濕期（CWD）變化斜率均低于0.5 d∕a，且上升和下降的站點數(shù)量相同。

利用Pettitt 檢驗和MK 檢驗法對雅礱江流域的極端降水指數(shù)進行突變檢驗，得到1961-2018年流域極端降水指數(shù)的突變年份如表4所示。研究表明雅礱江流域極端降水指數(shù)在1961-2018年代表極端降水強度的指數(shù)發(fā)生突變的現(xiàn)象較為顯著，其他指數(shù)發(fā)生突變的現(xiàn)象不顯著，在整個流域只有6～7 個站點的極端降水指數(shù)發(fā)生顯著性突變，其中清水河、新龍、康定和西昌站發(fā)生顯著性突變的極端降水指數(shù)較多，其他站點發(fā)生顯著性突變的極端降水指數(shù)只有兩三個。

表4是流域極端降水指數(shù)突變年份表，其中代表極端降水強度的指數(shù)年降水量（PRCPTOT）除了石渠、木里、越西、昭覺和鹽源站，在其他站點都發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1997年和2005年以后。降水強度（SDII）在清水河、石渠、甘孜、新龍、康定、九龍和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在2012年和1990年左右。日最大降水量（Rx1day）在清水河、新龍、康定、木里、昭覺、鹽源和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1978年和1990年以后。5日最大降水量（Rx5day）在清水河、甘孜、康定、越西和鹽源站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1969、1979年和1995年以后。強降水量（R95p）在清水河、甘孜、新龍、康定、昭覺和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1982年和1995年以后。極強降水量（R99p）在清水河、色達、新龍、康定、昭覺和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1990年以后。

表4 雅礱江流域極端降水指數(shù)Pettitt檢驗和MK突變檢驗結果Tab.4 T est results of Pettitt test and MK mutation test of extreme precipitation index in Yalong River Basin

代表極端降水頻率的指數(shù)中雨日數(shù)（R10）在清水河、石渠、甘孜、道孚、新龍、康定和九龍站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1975 和1985年以后。大雨日數(shù)（R20）在康定、越西和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在2014、1982和1992年。

代表極端降水持續(xù)時長的指數(shù)持續(xù)干期（CDD）在清水河、石渠、道孚和新龍站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1993、2007、1989 和1996年。持續(xù)濕期（CWD）在清水河、道孚、新龍、木里、越西和西昌站發(fā)生了顯著性突變，且突變年份在1970、1980、1984、1993和2007年。

2.2.2 空間分布特征

利用反距離權重空間插值法（IDW）對1961-2018年雅礱江流域的極端降水指數(shù)按20年為一個時間尺度進行空間插值，得到1961-1980年、1981-2000年和2001-2018年3 個時間尺度的極端降水指數(shù)空間分布情況，如圖5所示。圖5表明雅礱江流域極端降水指數(shù)中除了持續(xù)干期，極端降水量、降水強度以及極端降水持續(xù)時間都是南部大于北部，且在東南部達到最大值。

在雅礱江流域代表極端降水強度的指數(shù)年降水量（PRCPTOT）由北部向中南部增多，清水河站的年降水量低于407 mm［圖5（a）］，隨著時間推移北部年降水量增多，在2000年后除清水河站年降水量都高于584 mm。降水強度（SDII）由北部向中南部增多，清水河、石渠站的降水強度最低，低于5.6 mm∕d［圖5（b）］，隨著時間推移清水河和石渠站降水強度由7.2 mm∕d 減弱至5.6 mm∕d，中南部則逐漸增強，其中西昌站降水強度最大，大于10.4 mm∕d。日最大降水量（Rx1day）由北向南，由西向東增多，1980年前日最大降水量不高于108 mm［圖5（c）］，隨著時間推移北部降水量增加，在2000年后只有清水河和甘孜站日最大降水量低于56 mm。5日最大降水量（Rx5day）由北向中南，由西向東增多，西昌站的5日最大降水量高于194 mm［圖5（d）］，隨著時間推移北部的5日最大降水量持續(xù)增加，而南部則持續(xù)減少，2000年后昭覺站達到194 mm 以上。極強降水量（R99p）由北向南，由西向東增多［圖5（e）］，1981年色達站極強降水量增加到96 mm 以上，九龍站則增加到127 mm 以上，2001年新龍和道孚站極強降水量增加到96 mm 以上，而越西站極強降水量卻由189 mm 以上下降到158～189 mm 之間，鹽源站極強降水量下降到158 mm以下。

圖5 雅礱江流域極端降水時空分布圖Fig.5 Temporal and spatial distribution of extreme precipitation in the Yalong River basin

代表極端降水頻率的指數(shù)中雨日數(shù)（R10）由北部、南部向中部增多，越西和昭覺站的中雨日數(shù)高達33 d 以上［圖5（f）］，1981年后色達、新龍站的中雨日數(shù)增加到19 d 以上，而昭覺站中雨日數(shù)卻在2001年后減少。

代表極端降水持續(xù)時長的指數(shù)持續(xù)干期（CDD）由北向南減少，清水河站高達159 d以上［圖5（g）］，但1980年前持續(xù)干期都大于81 d，在1981年后干期日數(shù)大范圍減少，北部和中部的干期日數(shù)都小于81 d。持續(xù)濕期（CWD）由北向南增加［圖5（h）］，1961-2018年呈現(xiàn)持續(xù)濕期先增加后減少的趨勢，1981-2000年北部、中部和九龍站持續(xù)濕期增加，南部減少，其中九龍站持續(xù)濕期大于26 d，而昭覺、鹽源和西昌站則低于14 d，2000年后石渠、道孚、越西、西昌和九龍站的持續(xù)濕期減少4 d，只有新龍站增多。

3 討 論

3.1 極端氣候指數(shù)的流域適應性分析

通過對26 個極端氣候指數(shù)進行時空變化分析發(fā)現(xiàn)，26 個極端氣候指數(shù)在表述雅礱江流域氣候的極端性時，有較為明顯的適用差異，不同的指數(shù)在不同區(qū)域的適應程度不用。

根據(jù)雅礱江流域極端氣溫時空分布圖可以看出，暖日持續(xù)日數(shù)（WSDI）和冷日持續(xù)日數(shù)（CSDI）較少且變化幅度不大，暖夜日數(shù)（TN90P）、冷夜日數(shù)（TN10P）、暖晝?nèi)諗?shù)（TX90P）和冷晝?nèi)諗?shù)（TX10P）都趨于穩(wěn)定，基本維持在36 d左右，從而在該流域以上指數(shù)在表述流域極端氣溫變化情況時適應性不佳。根據(jù)雅礱江流域極端氣溫指數(shù)Pettitt 檢驗和MK 突變檢驗結果可以看出，由于雅礱江流域位于青藏高原地區(qū)，流域氣溫整體偏低，南北區(qū)域的高差較大，使得地勢較高的北部，極端低溫情況較為顯著，存在結冰日數(shù)（ID）和霜凍日數(shù)（FD），并且一年中有半年以上的日數(shù)是霜凍日數(shù)，卻沒有夏天日數(shù)（SU）和熱夜日數(shù)（TR）；中部地區(qū)極端低溫現(xiàn)象依舊存在，但是極端高溫現(xiàn)象開始顯現(xiàn)，存在結冰日數(shù)、霜凍日數(shù)和夏天日數(shù)，卻沒有熱夜日數(shù)；而地勢較低的南部，極端低溫和極端高溫現(xiàn)象都趨于平均，開始存在霜凍日數(shù)和夏天日數(shù)，卻沒有結冰日數(shù)和熱夜日數(shù)；從而結冰日數(shù)、霜凍日數(shù)和夏天日數(shù)能夠較好的表述該流域極端氣溫的變化情況。

根據(jù)雅礱江流域極端降水時空分布圖可以看出，由于高原地區(qū)降水強度、降水頻率和降水持續(xù)時間都相對較低，且隨氣溫變化幅度較大，雅礱江流域日最大降水量（Rx1day）和5日最大降水量（Rx5day）能夠較好的體現(xiàn)流域降水量的區(qū)域差異，降水量由北向南依次增加；整個流域大雨日數(shù)（R20）基本不超過17 d，且存在區(qū)域較少，而中雨日數(shù)（R10）中下游基本維持20 d以上，且存在區(qū)域較廣，且根據(jù)雅礱江流域極端降水指數(shù)年際斜率熱點圖發(fā)現(xiàn)二者在時間上的變化趨勢都不劇烈，因此相較之下，中雨日數(shù)相較于大雨日數(shù)存在較強的適應性；整個流域持續(xù)濕期（CWD）基本不超過半個月，且根據(jù)雅礱江流域極端降水指數(shù)年際斜率熱點圖發(fā)現(xiàn)其變化幅度沒有持續(xù)干期（CDD）變化幅度劇烈，因此持續(xù)干期相較于持續(xù)濕期存在較強的適應性；

3.2 極端氣候變化歸因分析

根據(jù)極端氣候指數(shù)時空演變分析得出雅礱江流域極端氣候指數(shù)在時間和空間上都發(fā)生了變化，在時間尺度上由于大氣環(huán)流因子是影響區(qū)域氣候變化的主要影響因素，故而其對流域極端氣候指數(shù)的變化會造成影響［24］，同時在空間尺度上由于雅礱江流域南北緯度跨度大、地勢高差大，不同區(qū)域的極端氣候指數(shù)大小不同，且存在較大差異，由于大氣環(huán)流因子與極端氣候指數(shù)間的相關性分析顯著性不高，達不到99%的顯著性，因此在給定顯著性水平標準的情況下，對極端氣候指數(shù)與大氣環(huán)流因子和位勢高度進行Pearson 相關性分析，分析結果如表5，根據(jù)分析結果可以發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)流因子會對極端氣候指數(shù)的變化造成影響，其中達到90%顯著性水平，并且影響極端氣候指數(shù)較多的因子是北太平洋年代際濤動因子（Pacific Decadel Oscillations，PDO），且與極端氣溫指數(shù)存在較強的負相關，而其與極端降水指數(shù)則呈現(xiàn)正相關；北極濤動（The Arctic Oscillation，AO）與霜凍日數(shù)（FD）、降水強度（SDII）和持續(xù)濕期（CWD）產(chǎn)生達到顯著性水平的負相關；南方濤動（Southern Oscillation，SOI）對最低氣溫極大值（TNx）的影響達到顯著性水平并存在正相關；但大氣環(huán)流因子與極端氣候指數(shù)的相關性不高，最高只有平均溫差（DTR）與北太平洋年代際濤動（PDO）相關性達到0.38。但是該流域的位勢高度卻與極端氣候指數(shù)有著較高的相關性，相關性基本維持在0.71～0.99 之間，因此影響雅礱江流域極端氣候變化的主要因素是該流域的位勢高度。

表5 雅礱江流域極端氣候指數(shù)時空變化歸因分析結果Tab.5 Test results of spatio-temporal variation of extreme climate index in Yalong River Basin

4 結 論

使用線性擬合、Sen’s斜率估計、Pettitt檢驗和MK 檢驗法對雅礱江流域極端氣候指數(shù)進行時間尺度上的趨勢分析和突變檢驗，利用反距離權重空間插值法對全流域極端氣候指數(shù)進行空間插值，分析極端氣候指數(shù)空間尺度上的分布特征，結果發(fā)現(xiàn)：

（1）極端氣候指數(shù)在表述雅礱江流域極端氣候情況時存在較大的適用性差異，其中代表極端氣溫強度的指數(shù)，以及結冰日數(shù)、霜凍日數(shù)、夏天日數(shù)和生長期長度等極端氣溫指數(shù)和代表極端降水強度的指數(shù)，以及中雨日數(shù)和持續(xù)干期等極端降水指數(shù)能夠較好的體現(xiàn)該流域氣候的極端性。

（2）雅礱江流域極端高溫、低溫以及溫差指數(shù)都是南高北低，流域北部氣溫偏寒，結冰和霜凍日數(shù)偏多，而南部氣溫偏暖，夏天日數(shù)和生長期長度南部最大。在全球氣候變暖的趨勢下極端氣溫指數(shù)中最高和最低氣溫極值呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，在流域西南部增加幅度最大，但最高氣溫的增長幅度小于最低氣溫的增長幅度，從而使溫差逐漸縮小，整體都在1980年后發(fā)生顯著突變。結冰和霜凍日數(shù)減少，在流域東北部減小幅度最大，夏天日數(shù)增多，在流域中南部增大區(qū)域最廣，使得整個流域冬季變短夏季變長。生長期長度和暖日持續(xù)日數(shù)增加，使得適合植物生長的溫度持續(xù)時間增長。

（3）雅礱江流域極端降水指數(shù)除了持續(xù)干期，其他指數(shù)都是南部大于北部，且在東南部達到最大。在全球變暖的大背景下雅礱江流域極端降水指數(shù)持續(xù)干期在整個流域呈現(xiàn)下降趨勢，并在清水河站下降趨勢最大，其余指數(shù)都呈現(xiàn)上升趨勢，其中年降水量在整個流域增加幅度最大，其余指數(shù)的增加幅度較緩，相較于整個流域東北部地區(qū)的指數(shù)上升趨勢更明顯，同時極端降水指數(shù)的突變現(xiàn)象也不顯著，所有指數(shù)發(fā)生顯著性突變的站點不超過8 個，大雨日數(shù)只有3 個站點發(fā)生顯著性突變，并且整體都在1980年后發(fā)生顯著突變。說明1961-2018年間雅礱江流域極端降水指數(shù)在相鄰年間的增減頻率不大，極端降水指數(shù)整體上升，隨時間變化該流域降水增加，降水持續(xù)時間加長。

（4）大氣環(huán)流因子會對雅礱江流域的極端氣候指數(shù)產(chǎn)生影響，其中影響較大的因子是北太平洋年代際濤動指數(shù)（PDO），但是影響該流域極端氣候指數(shù)的主要因子還是當?shù)氐奈粍莞叨取?/p>

自工業(yè)化時代以來，全球氣候變化導致的極端氣候事件頻繁發(fā)生，雅礱江流域是全國第三大水電能源基地，大部分位于青藏高原，其氣候受全球氣候變化影響顯著。以上研究表明雅礱江流域極端氣候向著變暖變濕潤的趨勢變化。高寒地區(qū)的氣溫變暖，適合動植物生存的區(qū)域增多；全流域的降水強度和持續(xù)時間增加，使得流域內(nèi)水資源利用的方案需要進行調(diào)整，以便于為該流域水資源的安全高效利用提供有效依據(jù)；在汛期加大水電站的調(diào)蓄、防洪演練防止極端降水帶來的洪水威脅到水電站的運行以及下游居民的生命財產(chǎn)安全。