1960—2012年陕西汉中地区极端气温指数变化特征

报告明确指出，近百年以来（1906—2005年）全球平均气温上升了0.74 ℃，并预测21 世纪末全球地表气温平均增温为1.10～6.40 ℃[3]。随着全球气候的进一步变暖，极端天气的发生将会更频繁[4-5]。在全球气温变暖的气候大背景下， 我国年平均气温增加了1.10 ℃，其增温速率大约为0.22 ℃/10 a[5]。我国许多学者对多个地区的气候变化进行了研究，认识到不同地区的气候变化趋势均存在着不同程度的差异性[5-7]。在我国西部地区，近50年气温以约0.18 ℃/10 a的幅度升高[8]，1961—2000年陕西省年平均气温的线性增长率约为0.50 ℃/10 a[5]，明显大于我国西部地区增温率。

随着全球气候的进一步变暖，超高强度的异常特大干旱灾害、强降雨等一些极端气象事件发生的频率也会有一定增高，造成的各类灾害越来越广泛。特别是在最近10年里，这些极端气象事件对农业生产的影响和危害较为突出[5]。气象灾害也影响到国民经济发展的其他各个部门，从而给国民经济与社会发展带来了不可忽视的不利影响。因此，全面认识极端天气的发展特点和变化，找出极端天气的发生特点与周期规律，不仅具有科学理论意义，而且對气象灾害预防及预测具有重要的现实意义。虽然许多学者对不同地区的极端气温指数变化进行了研讨[5-7]，但对汉中地区极端气温指数变化研究鲜见报道。笔者利用1960—2012年汉中地区每日气温资料，运用线性倾向估计方法、Mann-Kendall突变检验法、Morlet复数小波分析等方法，对汉中地区9种极端气温指数随时间的变化趋势、突变年份及周期性进行了研究，以期为该区气象灾害预防提供科学依据。

1资料与方法

1.1研究区概况汉中市位于陕西省西南部，在汉江流域上游，北倚秦岭，南屏大巴山，地势呈现南北高。地理位置在106°51′ ～ 107°10′E、33°02′～ 33°22′N。全市辖汉台区、南郑、洋县、城固、西乡、宁强、勉县、略阳、留坝、镇巴、佛坪11个县区，土地面积约为27 101 km2[9]。该市地处我国暖温带和亚热带气候的过渡地带内，属大陆性季风湿润气候，年均气温为14.3 ℃，年均雨量为871.8 mm。该区降水量分布各季节差异大，易形成大旱及洪涝[9]。该区地貌类型繁多，北部和南部分别是秦岭和巴山山地，海拔高且起伏大，在秦岭与巴山之间广泛分布

有大小不等的低山丘陵地貌类型。低山常以土石山为主，高山、深山多以石质山为主[9]。当发生持续性长时间的气候干旱时，較容易导致旱灾形成，而干旱灾害又严重制约着该区当地经济的发展，甚至影响到社会的稳定。

1.2资料选取与分析方法选用的汉中站1960—2012年逐日最高气温、逐日最低气温资料都来自于我国气象科学数据共享服务网。从WMO发布的极端天气指数中选择了具有重要性的9种极端气温指数（表1）进行分析。采用线性趋势方法，分析极端气温指数在不同年份及其不同年代的变化特征及趋势。

极端气温事件的定义是根据每个测站观测得到的日最高（低）气温分别确定其极端高（低）温阈值[10]，具体的获取方法如下：首先选取某站1960—2012年的日最高（低）气温作为基期进行分析，然后将该站1960—2012年中同日的最高（低）气温数据按升序进行排列，得到该日第90（10）个最高（低）气温的百分位数值，按照这一方法就获得了365个最高（低）气温的第90（10）个百分数值，将其作为极端最高（低）气温事件的上（下）阈值。假如某日的最高温度超过了该日极端气温事件的上阈值，则可以确定该日出现了极端高温事件；同样假如某日的最低温度低于该日极端气温事件的下阈值，则可以确定该日出现了极端低温事件。

该研究中极端气温指数是在1998—2001年的气候变化监测会议[11]确定的，这些极端气温指数是从逐日最高、最低气温计算后得出的，能够展现极端天气不同方面的变化特点。所选择的极端气温指数可以分为2类：①能够指示某个季节或某年最大或最小值的绝对指数，包括日最高气温和日最低气温等；②气温超过某固定阈值的天数的阈值指数，其中包括冷日、暖日、冷夜及暖夜。由各指数的定义表明，上述极端气温指数综合考虑了气象灾害的强度与持续时间长短，这些气温指数已经成为欧盟将推荐用于描述与气象灾害有关的核心指标。

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2结果与分析

2.1极端气温指数的年变化

由图1可知，1960—2012年汉中地区极端最低气温、极端最高气温、暖夜、暖日、夏天日数和热夜日数均呈现升高趋势，而冷夜、冷日和霜日均呈现下降趋势。其中表现为上升趋势最显著的是暖夜、夏天日数和热夜日数，升幅分别为7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趋势表现最显著的是冷夜和霜日，降幅分别为5.83、5.14 d/10 a。表明汉中地区极端气温指数变化的特点是夜间表现出变暖、白天显示出变热，夏天日数增加、冷夜日数减少、暖日增多和冷日减少。其中每年的日最高、最低气温均呈上升趋势，对平均气温上升的影响起了较大推动作用。总体来讲，汉中地区极端气温升高趋势表现明显，容易导致极端天气及其灾害的发生。

汉中市极端气温指数的变化具有明显的年际变化特征，并表现有突变现象发生的特点。通过M-K突变检测、累积距平及滑动t检验方法检验发现，汉中地区极端气温突变年与历史最高、最低年的发生有一致性与阶段性特点，主要发生时间是在20世纪60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年（表2）。

2.2极端气温指数的年代际变化

从图1和表3可看出，近55年来汉中地区极端气温指数的变化具有明显的阶段性特征，且在不同时间段内的变化差异较大。

除了热夜指数之外，其他指数均呈现出年代际阶段性变化。其中2000—2012年极端最高和最低气温较20世纪60年代分别上升了0.19和1.16 ℃，暖夜、暖日及夏天日数较60年代分别增加了30、8、15 d，冷夜、冷日、霜日较60年代分别减少了24、7、24 d。

2.3极端气温指数的变化周期

2.3.1冷日。由图2a可见，近55年来汉中地区冷日存在5、17和30年左右的准周期。30年左右的振荡周期为其主要的变化周期，而且贯穿始终，冷日的变化过程显示为偏多—偏少—偏多的交替变化特征。17年左右的周期也很明显，并经历了偏多—偏少—偏多—偏少—偏多的交替变化过程。5年左右的周期振荡规律表现不是很明显。

2.3.2冷夜。由图2b可见，近55年来汉中地区冷夜存在4、10和28年左右的振荡周期变化。4年左右的周期振荡变化表现不明显，并且在20世纪90年代逐渐消失。10年左右的振荡变化周期自20世纪70年代中期一直持续到21世纪初期，28年左右的振荡周期变化贯穿整个时期，发生了偏多—偏少—偏多的交替变化过程。

2.3.3极端最高、最低气温。从图2c、f可以看出，近55年来，汉中地区极端最低气温和极端最高气温均存在30年左右的振荡变化周期，且这一个振荡变化周期为其主控周期，存在于整个时期。在27年左右的振荡周期上，极端最低气溫呈偏冷—偏暖—偏冷的交替变化特点，而极端最高气温表现出相反的变化。该区极端最低气温还存在13年左右的振荡变化周期，呈现出偏暖—偏冷—偏暖的交替变化过程。极端最高气温还存在17年左右的振荡周期规律，呈现出与极端最低气温相反的变化特点。

2.3.4暖日、暖夜。由图2d、e可知，近55年来汉中地区暖日和暖夜均存在30年左右的主控振荡变化周期，且两者均呈偏多—偏少—偏多的交替变化特点。此外，暖日存在不明显的8年左右的变化周期规律，暖夜存在不明显的3和15年左右的周期振荡规律。

3讨论

3.1极端气温发生变化的原因

根据上述分析可知，近55年汉中地区极端天气冷指标呈明显的下降态势，热指标呈明显的上升态势，汉中地区整体气温表现出明显的上升态势。尽管目前还没有足够的可续证据证实气候变暖与极端天气事件之间有哪些方面的直接关系，但不能否认两者之间可能存在的密切联系，可以推测汉中地区极端天气指数的增减变化与全球气候变暖有重要的关联。气候变暖通常是指以大气温度升高为主要变化特征的气温随时间不断升高的现象[12]。极端气温的升高很可能是气候变暖的具体表现形式之一，而如冷夜、冰日等冷指数的减少，以及夏日、热夜等热指数的增加就可能是气温上升的直接表现和结果。

到目前为止，虽然关于气候变暖的原因还存在不同认识和假说[13]，但较为普遍受到学术界认可的观点是气候变暖由人类活动和自然因素变化共同作用的结果。人类活动主要指的是生产与生活过程中释放了大量温室性气体，特别是排放了大量具有温室效应作用的CO2气体，以及人为对自然植被的破坏、人口激增等表现。此外，来自太阳辐射量变化、地球内部物质能量变化也可能是引发气候变暖的部分相关原因，但近几十年人类活动特别是生产活动引起的变化更为明显，人类活动对全球气候变暖所起到的作用不可忽视。

3.2极端气温变化可能造成的气象灾害

极端气温指数的变化在我国具有共同性[14]，引起的多种灾害也较为普遍。苏俊辉等[15]研究发现，极端气温的变化使汉中地区的气象灾害增加，主要气象灾害有涝灾和旱灾等多种；1956—2005年汉中地区共发生暴雨859次，发生频率达1.7次/a；多年来该区因暴雨造成伤亡总人数2 700余人。近年来随着气候的变暖，特別是在2000 年之后，汉中地区各类气象灾害和极端气象事件呈增多的态势，该区日降水量≥50 mm 区域性暴雨几乎每年发生1次，给汉中当地经济和人民生命财产造成了重大的损失。

旱灾也是造成汉中地区较大损失的自然气象灾害。1956—2005年全区各县干旱多达203次，其中发生的重旱达77 县次，占干旱灾害总次数的37.9%[15]。在1994、1995、2000、2002、2004 年出现了全地区性的大面积干旱灾害，造成了该区农业生产和人畜饮水发生困难，当地国民经济受到了严重不利影响。1994、1995 年该区出现了少见的夏秋连旱加伏旱的特大干旱灾害[15]，这次干旱持续过程长、影响地区范围广，并且均超过了汉中地区1959—1960 年的大旱和1928—1929 年的特大干旱灾害；持续2 年的特大干旱给人们的正常生活造成了严重不利影响，并且给汉中当地经济造成了高达23.4 亿元的巨大损失。从20世纪90年代开始，汉中地区旱灾变得更为频繁，表明极端气温暖指数的增加导致了该地区旱灾的频繁发生。

汉中地区风灾也多，1956—2005年共计发生了1 887 次大风，进入20 世纪80 年代以来大风出现的频率和破坏的程度也表现出增加态势[15]。

综上所述，极端气温的变化导致了汉中地区旱涝灾害以及风灾的增加。为了减少极端气温变化引发的气象灾害，汉中地区需要做好预防涝灾、旱灾以及风灾的准备。

4结论

（1）1960—2012年汉中地区极端最低气温、极端最高气温、暖夜、暖日、夏天日数和热夜日数均呈升高趋势，而冷夜、冷日和霜日均呈下降趋势。其中近55年来升高趋势最显著的是暖夜、夏天和热夜指数，升幅分别为7.94、3.54、3.06 d/10 a；下降趋势最显著的是冷夜和霜日，降幅分别为5.83、5.14 d/10 a。除了热夜数之外，其余各指数都表现出明显的年代际阶段性变化特征。2000—2012年汉中地区极端气温增减变化更明显。

（2）1960—2012年汉中地区极端气温的变化存在突变现象。极端气温突变主要发生在20世纪60年代、80年代中期、90年代后期、2000—2010年。综合分析可知，目前正处于气温突变易于发生的时间段。

（3）1960—2012年汉中地区极端气温指数变化显著，极端气温的上升对平均气温上升所起的作用较大，易于造成该区涝灾和旱灾的发生，需要加强对这些灾害的预防。

（4）小波分析表明，汉中地区极端气温事件普遍表现出30年左右的主控周期，冷日和极端最高气温显示出17年左右的振荡变化周期，冷日、冷夜、暖日和暖夜均存在更小尺度的振荡变化周期。

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