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摘要:適宜的氣候是生態(tài)良性發(fā)展的必要條件，極端溫度與降水是生態(tài)惡化的重要影響因素，尤其在高緯度、高海拔、高寒地區(qū)，極端氣候?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響更為嚴重。黃河源區(qū)是黃河流域生態(tài)保護的重要區(qū)域，利用1988—2017年中國地面氣溫逐日0．5°×0．5°格點數(shù)據(jù)集(V2．0)和區(qū)域地面氣象要素驅(qū)動數(shù)據(jù)集，分析了黃河源區(qū)30a內(nèi)極端溫度和降水時空變化。結(jié)果表明:極端溫度指數(shù)和極端降水指數(shù)時空變化具有明顯規(guī)律性，30a內(nèi)極端溫度不斷升高、極端降水指數(shù)不斷增大;極端溫度指數(shù)在黃河源區(qū)中部、西北部、西部較小，在東北部、東部、東南部較大;極端降水指數(shù)在黃河源區(qū)從東南向西北逐漸減小。

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

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50a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(TXx，年內(nèi)日最高氣溫最大值)、年最大日最低氣溫(TNx，年內(nèi)日最低氣溫最大值)、年最小日最高氣溫(TXn，年內(nèi)日最高氣溫最小值)、年最小日最低氣溫(TNn，年內(nèi)日最低氣溫最小值)、年降水總量(PＲCPTOT，日降水量＞1mm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)。選取TXx、TNx、TXn、TNn、PＲCPTOT5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)。相對站點數(shù)據(jù)而言，格點數(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。中國地面水平分辨率0．5°×0．5°氣溫格點數(shù)據(jù)為NETCDF格式。降水數(shù)據(jù)為NETCDF格式，時間分辨率為3h，水平空間分辨率為0．1°。

2．2數(shù)據(jù)處理CDO是一款強大的氣象數(shù)據(jù)處理軟件，能夠進行數(shù)據(jù)提取與合并、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、各種氣候指數(shù)運算等。應(yīng)用CDO軟件對降水數(shù)據(jù)進行合并，將1988—2017年每一年的降水數(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)進行運算，得到氣候指數(shù)TXx、TNx、TXn、TNn、PＲCPTOT，并利用Matlab計算得到1988—2017年黃河源區(qū)TXx、TNx、TXn、TNn、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(TXx)30a平均空間分布見圖1?？傮w上西部、中部、西北部TXx值較小，東北部、東部、東南部區(qū)域TXx較大。高海拔區(qū)域TXx值較小，1988—2017年TXx年平均值為18．5℃;低海拔區(qū)域TXx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(TXn)。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最高氣溫最小值(TXn)30a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TXn值小，1988—2017年TXn年平均值為－15．0℃;東北部、東南部、東部區(qū)域海拔低，TXn值較其他區(qū)域大，研究的30a中TXn最大值為－7．3℃。(3)年內(nèi)日最低氣溫最大值(TNx)。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最低氣溫最大值(TNx)30a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TNx值較小，1988—2017年TNx年平均值為6．0℃;黃河源區(qū)東北部、東南部、東部TNx值較大，30a中TNx年平均值為11．0℃。(4)年內(nèi)日最低氣溫最小值(TNn)。黃河源區(qū)各像元年內(nèi)日最低氣溫最小值(TNn)30a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TNn較小，1988—2017年TNn年平均值為－33．0℃;東北部、東部、東南部區(qū)域TNn值較大，30a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)進行計算，其各像元30a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122．4mm，在東南部、東部區(qū)域極大值為404．4mm。

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TXx、TXn、TNx、TNn極端溫度指數(shù)進行時間變化分析，結(jié)果見圖6。從圖6可以看出，30a中TXx、TNx、TXn、TNn均呈波動上升趨勢，經(jīng)F檢驗，TXx、TNx、TXn、TNn均在0．01水平與時間顯著相關(guān)，確定系數(shù)Ｒ2分別為0．3010、0．2332、0．1932、0．3284;TXx、TNx、TXn、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℃/(10a);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TXx，4個極端溫度指數(shù)上升速率均高于全國［0．29℃/(10a)］和全球［0．13℃/(10a)］氣溫上升速率［4］。1988—2017年黃河源區(qū)TXx從19．2℃上升到20．9℃;TNx上升約1℃;TXn從－15．4℃上升到－11．2℃;TNn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進行時間變化分析，結(jié)果見圖7。30a中PＲCPTOT以1．781mm/(10a)的速率增大，并且在0．01水平與時間顯著相關(guān)，Ｒ2為0．2982;30a中PＲCPTOT最小值為1989年217．5mm，之后波動上升，到2017年達到最大值344．9mm，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，TXx、TNx、TXn、TNn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小;極端溫度指數(shù)隨時間變化趨勢較為明顯，1988—2017年TXx、TNx、TXn、TNn均不斷增大，其中TNn升溫速率為1．209℃/(10a)，升溫最為明顯;極端降水指數(shù)PＲCPTOT也不斷增大，增大速率為1．781mm/(10a)，黃河源區(qū)降水量增加。

參考文獻:

［1］聶寧．近年來雅魯藏布江流域氣候、冰川波動及河流水資源變化研究［D］．南京:南京大學(xué)，2012:10－69．

［2］魯東陽，閆磊，徐永新，等．基于多種趨勢分析方法的京津冀地區(qū)極端降水趨勢分析［J］．人民黃河，2022，44(1):26－32．

［3］張翠萍，李小平，陳真，等．涇河合水川流域極端降水時空演變特征［J］．人民黃河，2020，42(12):12－17，22．

［4］慎璐璐，楊艷芬，吳晶，等．黃河流域極端氣候事件時空變化規(guī)律［J］．水土保持研究，2022，29(2):231－242．

［5］趙金鵬．1961—2016年青藏高原極端氣候事件變化特征研究［D］．蘭州:蘭州大學(xué)，2019:9－20．

作者:朱莎莎 吳宇婧 范霄寒 李慶祥 胡瑜潔 吳卿 單位:華北水利水電大學(xué) 無錫市水利工程管理中心