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        黃河源區(qū)極端溫度與降水時空變化

        2023-04-29 00:00:00朱莎莎吳宇婧范霄寒等
        人民黃河 2023年5期

        關(guān)鍵詞:極端溫度指數(shù);極端降水指數(shù);生態(tài)保護(hù);黃河源區(qū)

        中圖分類號:TV125;P423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A doi:10.3969/ j.issn.1000-1379.2023.05.020

        引用格式:朱莎莎,吳宇婧,范霄寒,等.黃河源區(qū)極端溫度與降水時空變化[J].人民黃河,2023,45(5):99-102.

        極端氣候事件在全球變暖背景下頻繁發(fā)生,對全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定造成了一定影響[1] ,極端溫度與極端降水是主要的極端天氣形式,在高緯度、高海拔、高寒地區(qū)極端氣候?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響更為嚴(yán)重。極端降水可能導(dǎo)致洪澇災(zāi)害發(fā)生,科學(xué)預(yù)測極端降水趨勢、分析極端降水頻率,對減輕洪澇災(zāi)害損失,合理配置水資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義[2] 。張翠萍等[3] 基于雨量站降水量實測資料,采用百分位閾值方法確定極端降水,利用MK 趨勢檢驗法分析了黃河支流涇河合水川流域極端降水的時空變化特征;慎璐璐等[4] 利用黃河流域284 個氣象站點(diǎn)50 a 觀測數(shù)據(jù)分析了黃河流域極端氣溫與極端降水的時空變化特征。青藏高原地理與生態(tài)環(huán)境獨(dú)特,對氣候變化和極端氣候事件極其敏感,抵御自然災(zāi)害能力較差[5] ,探討青藏高原黃河源區(qū)極端氣候變化特征對生態(tài)環(huán)境保護(hù)和應(yīng)對極端氣候事件及其次生災(zāi)害具有重要意義。

        1極端氣候指數(shù)

        世界氣象組織(WMO)等確定了極端氣候事件的27 個核心氣候指數(shù),包括16 個極端溫度指數(shù)和11 個極端降水指數(shù),廣泛應(yīng)用于極端氣候事件研究,其中年最大日最高氣溫(TX,年內(nèi)日最高氣溫最大值)、年最大日最低氣溫(TN,年內(nèi)日最低氣溫最大值)、年最小日最高氣溫(TX,年內(nèi)日最高氣溫最小值)、年最小日最低氣溫(TN,年內(nèi)日最低氣溫最小值)、年降水總量(PRCPTOT,日降水量>1 mm 的年累計降水量)是27個核心氣候指數(shù)中的基本指數(shù),是其余12 個極端溫度指數(shù)與10 個極端降水指數(shù)獲取的基礎(chǔ)。選?。裕?sub>x、TN、TX、TN、PRCPTOT 5 個極端氣候指數(shù),對黃河源區(qū)極端溫度與降水時空變化進(jìn)行分析。

        2數(shù)據(jù)與處理

        2.1數(shù)據(jù)類型

        數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心中國地面氣溫逐日0.5°×0.5°格點(diǎn)數(shù)據(jù)集(V2.0)和國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心中國區(qū)域地面氣象要素驅(qū)動數(shù)據(jù)集,包含1988—2017 年近地面氣溫、近地面氣壓、降水等數(shù)據(jù)。相對站點(diǎn)數(shù)據(jù)而言,格點(diǎn)數(shù)據(jù)是有規(guī)律的空間排列數(shù)據(jù),是經(jīng)度-緯度-高度(或氣壓)-時間的格點(diǎn)。中國地面水平分辨率0.5°×0.5°氣溫格點(diǎn)數(shù)據(jù)為NETCDF格式。降水?dāng)?shù)據(jù)為NETCDF 格式,時間分辨率為3 h,水平空間分辨率為0.1°。

        2.2數(shù)據(jù)處理

        CDO 是一款強(qiáng)大的氣象數(shù)據(jù)處理軟件,能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)提取與合并、數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、各種氣候指數(shù)運(yùn)算等。應(yīng)用CDO 軟件對降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行合并,將1988—2017 年每一年的降水?dāng)?shù)據(jù)合并成一個NETCDF格式數(shù)據(jù)。利用CDO 對溫度、降水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,得到氣候指數(shù)TXx、TN、TX、TN、PRCPTOT,并利用Matlab 計算得到1988—2017 年黃河源區(qū)TX、TN、TX、TN、PRCPTOT 的空間分布。

        3結(jié)果分析

        3.1極端溫度指數(shù)空間變化

        (1)年內(nèi)日最高氣溫最大值(TXx )。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最高氣溫最大值(TX)30 a 平均空間分布見圖1??傮w上西部、中部、西北部TX 值較小,東北部、東部、東南部區(qū)域TX 較大。高海拔區(qū)域TX 值較小,1988—2017 年TX 年平均值為18.5 ℃;低海拔區(qū)域TX值較大,1988—2017 年TXx年平均值為25.0 ℃。

        (2)年內(nèi)日最高氣溫最小值(TX )。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最高氣溫最小值(TX)30 a 平均空間分布見圖2。黃河源區(qū)西部、中部及北部部分區(qū)域較黃河源區(qū)其他區(qū)域TX 值小,1988—2017 年TX 年平均值為-15.0 ℃;東北部、東南部、東部區(qū)域海拔低,TX 值較其他區(qū)域大,研究的30 a 中TXn最大值為-7.3 ℃。

        (3)年內(nèi)日最低氣溫最大值(TN )。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最低氣溫最大值(TN)30 a 平均空間分布見圖3。黃河源區(qū)西部、中部、北部小部分區(qū)域TN 值較小,1988—2017 年TN年平均值為6.0 ℃;黃河源區(qū)東北部、東南部、東部TN值較大,30 a 中TNx年平均值為11.0 ℃。

        (4)年內(nèi)日最低氣溫最小值(TN)。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最低氣溫最小值(TN)30 a 平均空間分布見圖4。黃河源區(qū)西北部、中部與西部區(qū)域TN 較小,1988—2017 年TN 年平均值為-33.0 ℃;東北部、東部、東南部區(qū)域TN 值較大,30 a 中TNn 年平均值為-25.0 ℃。

        3.2極端降水指數(shù)空間變化

        利用CDO 和Matlab 對黃河源區(qū)1988—2017 年極端降水指數(shù)年降水總量(PRCPTOT)進(jìn)行計算,其各像元30 a 平均空間分布見圖5。PRCPTOT 分布與極端溫度指數(shù)的分布存在差異,極端溫度指數(shù)的分布與海拔負(fù)相關(guān),PRCPTOT 與海拔無明顯相關(guān)性。黃河源區(qū)PRCPTOT 在空間分布上從東南向西北逐漸減小,在北部、西北部區(qū)域極小值為122.4 mm,在東南部、東部區(qū)域極大值為404.4 mm。

        3.3極端溫度指數(shù)時間變化

        利用CDO 和Matlab 對黃河源區(qū)1988—2017 年TX、TX、TN、TN極端溫度指數(shù)進(jìn)行時間變化分析,結(jié)果見圖6。從圖6 可以看出,30 a 中TX、TN、TX、TN均呈波動上升趨勢,經(jīng)F 檢驗,TX、TN、TX、TNn均在0.01 水平與時間顯著相關(guān),確定系數(shù)R2 分別為0.301 0、0.233 2、0.193 2、0.328 4;TXx、TN、TX、TNn指數(shù)變化速率存在差異, 其升溫速率分別為0. 871、0.351、0.822、1.209 ℃ / (10 a);在全球變暖大環(huán)境下,黃河源區(qū)TNn上升速率最高,其次為TX,4 個極端溫度指數(shù)上升速率均高于全國[0.29 ℃ / (10 a)]和全球[0.13 ℃ / (10 a)]氣溫上升速率[4] 。1988—2017 年黃河源區(qū)TX從19.2 ℃上升到20.9 ℃;TN上升約1 ℃;TX從-15.4 ℃上升到-11.2 ℃;TN升溫最為明顯,從-32.0 ℃上升到-27.3 ℃,升溫近5 ℃。

        3.4極端降水指數(shù)時間變化

        利用CDO 和Matlab 對黃河源區(qū)1988—2017 年極端降水指數(shù)年降水總量PRCPTOT 進(jìn)行時間變化分析,結(jié)果見圖7。30 a 中PRCPTOT 以1.781 mm/ (10a)的速率增大,并且在0.01 水平與時間顯著相關(guān),R 為0.298 2;30 a 中PRCPTOT 最小值為1989 年217.5 mm,之后波動上升,到2017 年達(dá)到最大值344.9 mm,黃河源區(qū)降水量增加。

        4結(jié)語

        通過對黃河源區(qū)1988—2017 年極端溫度與降水指數(shù)進(jìn)行時空變化分析,得到以下結(jié)論:極端溫度指數(shù)空間分布具有明顯規(guī)律性,TX、TN、TX、TN 總體上在黃河源區(qū)中部、西北部、西部區(qū)域數(shù)值較小,在東北部、東部、東南部區(qū)域數(shù)值較大; 極端降水指數(shù)PRCPTOT 空間分布從東南向西北逐漸減??;極端溫度指數(shù)隨時間變化趨勢較為明顯,1988—2017 年TX、TN、TX、TN均不斷增大,其中TN升溫速率為1.209℃ / (10 a),升溫最為明顯;極端降水指數(shù)PRCPTOT也不斷增大,增大速率為1.781 mm/ (10 a),黃河源區(qū)降水量增加。

        【責(zé)任編輯 呂艷梅】

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