珠江流域(云南境内)1964—2013年极端气候事件的时空变化特征分析

胡晓英，曹言，王杰

(1.云南水利水电职业学院，云南昆明650400；2.云南省水利水电科学研究院，云南昆明650228)

近年来随着极端暖事件和极端强降水事件发生频率的不断上升[1-2]，高温、干旱和洪涝等灾害事件对区域经济发展、人类生活和生态环境等方面造成了严重的破坏和影响，其所造成的经济损失在过去40 a内上升了近10倍[3]。而极端气候事件变化相较于气候平均变化对自然和社会的冲击更大，因此成为研究气候变化的热点[4]。目前对极端气候事件的研究主要集中在极端气温和降水事件的时空变化特征、演变规律及成因等方面[5-13]，如黄强等[5]、时光训等[6]和柏会子等[7]分别分析了近50、44、50 a来珠江流域、长江流域和华北地区各极端气候指数的时空变化特征，并分别探讨了极端气候指数变化的原因、极端降水指数的相关关系以及极端气候指数与冬小麦农业气象灾害的关系；韩会庆等[8]利用NCC/GU-WG Version2.0模型预测分析了贵州省2011—2050年12个极端气候指数的变化特征；在云南省极端气候事件方面，张万诚等[9]和王晓等[10]利用云南省逐日最低和最高气温数据，分析了不同时间尺度下各极端气温事件的时空变化特征；谭顺萍等[11]、杨晓静等[12]根据云南省逐日降水数据，分别分析了不同时间尺度下各极端降水指数的周期特性和时空分布特征；申文斌等[13]单独分析了大理地区12个极端气候指数的长期变化特征。可见，针对云南省极端气温和降水综合研究还相对较少，且鲜有针对云南省不同流域极端气候事件的研究。

近年来，云南省极端气候事件更是频发，如2011年雨季干旱、2012年旱季干旱，及2013年冬春干旱，2016年曲靖、丘北等地暴雨洪灾，2018年昆明、曲靖、玉溪等地洪涝灾害等，多次洪涝干旱灾害均为历史罕见，造成了巨大的损失，影响范围极广[14]。加之珠江流域(云南境内)多属于雨养型农业，对气候极端变化敏感性较高[15]，因此本文基于1964—2013年珠江流域(云南境内)25个气象站逐日最高、最低气温和降水数据，研究珠江流域(云南境内)主要极端气候事件的时空分布规律，以期为流域水资源合理利用与优化管理、灾害防治等提供一定的科学依据。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

珠江流域(云南境内)地处云贵高原东南斜坡上，地理位置处于26°13′～26°43′N， 102°14′～106°12′E，主要包括曲靖市、昆明市、玉溪市、红河州和文山州，属于珠江流域上游，涉及南盘江水系、北盘江水系和右江水系，西部与长江流域(云南境内)、西南部与红河流域相接(图1)。流域近54 a平均降水量为986.7 mm，平均气温介于13℃～20℃，水面蒸发量为890～1 725 mm，气候为亚热带季风气候区，干湿季节明显，季节性干旱频发，夏半年(5—10月)受西南暖湿气团控制，冬半年(11月至次年4月)受西部大陆干热气团控制，雨热同季[16-17]。

图1 珠江流域(云南境内)气象站点分布

1.2 数据

采用1964—2013年珠江流域(云南境内)25个气象站点逐日最高、最低气温和降水数据，其气象站点具体分布见图1。在数据选择过程中，应尽量选择数据系列较长且完整性较好的站点，并对各站点的气象数据进行严格的质量控制处理，包括极值检验和时间一致性检验，其次基于RClimDex1.0软件再对获取的气象数据进行质量控制，如日最低气温是否大于日最高气温、日降水量是否小于0 mm、异常值与错误值的筛选等。

1.3 研究方法

基于RClimDex1.0软件分别计算珠江流域(云南境内)29个气候极端指数，并从中选取8个主要的极端气温和降水指数，选取的指数具体定义[18]见表1。利用Mann-Kendall非参数检验[5]，并结合线性趋势法对珠江流域FD、SU、TXx、TNn4个极端气温指数和SDII、R10、CDD、CWD4个极端降水指数进行趋势分析和突变检验，同时计算各极端气候指数的变化倾斜度β，分析各极端降水指数在空间上的变化趋势。

表1 极端气候指数的定义

2 结果分析

2.1 极端气候指数时间变化特征

由珠江流域(云南境内)各极端气候指数的年际变化趋势(图2、3)可以看出，近50 a珠江流域(云南境内)各极端气候指数分布极不平衡，且波动较大。霜日日数FD、普通日降水强度SDII、强降水日数R10和最多连续雨日天数CWD均呈减小趋势，其中FD多年平均值为1.6～24.7 d，SDII多年平均值为8.1～12.8 mm/d，R10多年平均值为19.0～40.4 d，CWD多年平均值为28.2～71.3 d，其线性变化趋势分别为-2.578 d/10a、-0.199 (mm·d-1)/10a、-1.389 d/10a、-0.275 d/10a；夏日日数SU、极端最高气温TXx、极端最低气温TNn和最多连续无雨日天数CDD均呈上升趋势，其中SU多年平均值为113.0～177.3 d，TXx多年平均值为30.4℃～33.9℃，TNn多年平均值为-6.4℃～0.6℃，CDD多年平均值为28.2～71.3 d，其线性变化趋势分别为5.557 d/10a、0.139℃/10a、0.593℃/10a和1.187 d/10a。可见，珠江流域(云南境内)极端气温指数基本上呈上升趋势，极端降水指数基本上呈减少趋势，呈现明显的干暖化的趋势。

从Mann-Kendall趋势检验统计量(表2)可以看出，各极端气候指数的变化趋势与线性变化的趋势一致，其中FD和R10均通过置信度为99%的显著检验，表现出极显著减少趋势；SDII和CWD均通过置信度为95%的显著检验，表现出显著减少趋势；而SU和TNn均通过置信度为99%的显著检验，表现出极显著上升趋势；CDD通过置信度为95%的显著检验，表现出显著上升趋势；TXx表现为弱上升趋势。

根据Mann-Kendall突变检验法得到各极端气候指数年平均值的检验统计量U的顺序、逆序变化曲线UBk和UFk，取显著水平0.05得到2条临界线y=±1.96(图4)，得到的交点即可能为突变点。SU、TNn、SDII和CWD在2条临界线内均只存在1个交点，其突变年份可能为2002、1997、1978、2007年，且SU和TNn分别在2006、2001年以后呈显著上升趋势，SDII和CWD分别在2009、2011年以后呈显著减少趋势；FD、TXx、R10和CDD在2条临界线内均存在多个交点，结合各极端气候指数年际变化趋势，FD、TXx和CDD突变年份可能为1993、2007和2007年，R10突变年份可能为1979、1987、1990年，FD和R10分别在1993、2009年呈显著减少趋势，CDD在2012年呈显著上升趋势，TXx在2007年上升趋势较为明显。综上所述，FD、TNn、SDII和R10突变年份多发生在1978—1993年间，SU、TXx、CDD和CWD突变年份多发生在2002—2007年间，且极端气温指数发生显著变化的年份基本上在2000年以后，各极端降水指数发生显著变化的年份均是在2009年以后，与2009年以后云南省降水量连续3 a偏少，造成较为罕见的全省性大范围旱灾的现状相符合[19]。

表2 珠江流域(云南境内)极端气候指数Mann-Kendall检验统计量

注：“*”表示通过置信度为95%的显著检验；“**”表示通过置信度为99%的显著检验

a) FD

b) SU

c) TXx

d) TNn图2 1964—2013年珠江流域(云南境内)极端气温指数年际变化趋势

a) SDII

b) R10图3 1964—2013年珠江流域(云南境内)极端降水指数年际变化趋势

c) CDD

d) CWD续图3 1964—2013年珠江流域(云南境内)极端降水指数年际变化趋势

a)FD

b)SU

c)TXx

d)TNn

e)SDII

f)R10图4 珠江流域(云南境内)极端气候事件Mann-Kendall突变检验

g)CDD

h)CWD续图4 珠江流域(云南境内)极端气候事件Mann-Kendall突变检验

2.2 极端气候指数空间变化特征

从珠江流域(云南境内)各极端气候指数多年平均值的空间分布特征(图5)可以看出，极端气候指数的空间分布具有明显地域差异性。在极端气温指数方面，FD整体上呈现出北高南低的分布特征，高值区主要集中在宣威、富源和师宗站，其中宣威站FD值达到31.8 d，低值区主要集中在开远、建水、石屏和蒙自站等，开远站FD值仅为0.4 d；SU和TNn整体上呈现出北低南高的分布特征，高值区主要集中在开远、富宁、建水和蒙自站，其中开远站SU和TNn值最大，分别为245.9 d和2.0℃，SU和TNn低值区主要集中在师宗、曲靖、沾益和宣威站等，其中师宗站SU值仅为73.4 d，宣威站TNn值仅为-6.7℃；TXx整体上呈现出东南高西北低，高值区主要集中在富宁、开远、广南、蒙自和建水等站，其中富宁站TXx最大，达到36.7℃，低值区主要集中在通海、陆良、曲靖和沾益站等，其中通海站TXx最小，为29.7℃。在极端降水指数方面，SDII、R10和CWD整体上呈现出东高西低的分布特征，其中SDII、R10和CWD高值区主要集中在罗平、富宁和丘北站等，其中罗平站SDII、R10和CWD值最大，分别为12.7 mm/d、48.3 d和10.2 d，建水站SDII和R10值最小，分别为9.2 mm/d和24.9 d，开远站CWD值最小，仅为6.5 d；CDD整体上呈现出西高东低的分布特征，其中CDD高值区主要集中在弥勒、澄江、开远和蒙自站等，其中弥勒站CDD值最大，达到59.5 d，低值区主要集中在罗平、师宗、富宁和宣威站等，其中罗平站CDD值最小，仅为23.4 d。

a) FD b) SU c) TXx d) TNn

e) SDII f) R10 g) CDD h) CWD图5 珠江流域(云南境内)极端气候指数多年平均值的空间分布

由珠江流域(云南境内)极端气候指数的空间变化趋势(图6)可以看出，在极端气温指数方面，所有站点FD均呈减小趋势，减小幅度由东南向西北越来越大，弥勒、宣威、华宁、石林和宜良等20个站FD呈极显著(显著水平为0.01)减小趋势，沾益站FD呈显著(显著水平为0.05)减小趋势，其中弥勒站FD减小幅度最大，为5.82 d/10a，石屏站FD减小幅度最小，仅为0.09 d/10a；SU、TXx和TNn整体呈上升趋势，SU上升幅度由东南向西北越来越大，其中江川、澄江、通海、富源和沾益等16个站SU呈极显著上升趋势，玉溪、弥勒、峨山和建水站SU呈显著上升趋势，江川站SU上升幅度最大，为7.63 d/10a，富宁站SU上升幅度最小，仅为0.21 d/10a；88%站点的TXx呈上升趋势，其中曲靖、江川、石屏、开远和富宁站TXx呈极显著上升趋势，沾益、弥勒和建水站TXx呈显著上升趋势，上升幅度由中部向东南和西南越来越大，富宁站TXx上升幅度最大，为0.29℃/10a，陆良站TXx上升幅度最小，为0.02℃/10a，师宗、罗平和蒙自站TXx呈减小趋势，师宗站TXx减小幅度最大，为0.09℃/10a；TNn上升幅度由中部向西南和东北越来越小，石林、弥勒、华宁和富宁等19个站点TNn呈极显著上升趋势，陆良、泸西、峨山、石屏和开远站TNn呈显著上升趋势，沾益站TNn呈弱上升趋势，其中石林和弥勒站TNn值最大，均为1.00℃/10a，沾益站TNn值最小，仅为0.30℃/10a。

在极端降水指数方面，SDII和R10减小幅度整体上呈现出由西南向东北越来越大，其中76%站点SDII呈减小趋势，沾益、师宗、丘北和罗平站SDII呈极显著减小趋势，宣威和曲靖站SDII呈显著减小趋势，丘北站SDII减小幅度最大，为0.66 (mm·d-1)/10a，广南站SDII减小幅度最小，为0.03 (mm·d-1)/10a，通海、华宁、建水、开远、蒙自和富宁站SDII呈上升趋势，开远站SDII上升幅度最大，为0.12 (mm·d-1)/10a；曲靖、沾益、陆良、师宗、泸西和罗平站R10呈极显著减小趋势，宣威、富源、玉溪和江川等10个站点R10呈显著减小趋势，其中罗平站R10减小幅度最大，为3.00 d/10a，蒙自站R10减小幅度最小，为0.40 d/10a；84%站点CDD呈减小趋势，减小幅度由中部向西北和东南越来越大，其中泸西和罗平站CDD呈极显著减小趋势，开远和富宁站CDD呈显著减小趋势，罗平站CDD减小幅度最大，为6.28 d/10a，宣威站CDD减小幅度最小，为0.29 d/10a，澄江、华宁、砚山和丘北站CDD呈上升趋势，澄江站CDD上升幅度最大，为0.92 d/10a；92%站点CWD呈减小趋势，减小幅度高值区主要集中在西北部和南部，低值区主要集中在西部，其中陆良和宜良CWD呈极显著减小趋势，丘北、澄江、开远、沾益、江川和师宗站CWD呈显著减小趋势，丘北站CWD减小幅度最大，为0.61 d/10a，广南站CWD减小幅度最小，为0.05 d/10a，澄江和峨山CWD呈上升趋势，峨山站CWD上升幅度最大，为0.23 d/10a。

a) FD b) SU c) TXx d) TNn

e) SDII f) R10 g) CDD h) CWD图6 1964—2013年珠江流域(云南境内)极端气候指数变化趋势空间格局

3 结论

a) 1964—2013年珠江流域(云南境内)FD、R10、SDII和CWD呈极显著或显著减小趋势，减小幅度分别为-2.673 9 d/10a、-1.472 5 d/10a、-0.163 8 (mm·d-1)/10a和-0.320 0 d/10a；SU、TNn和CDD呈极显著或显著上升趋势，TXx表现为弱上升趋势，上升幅度分别为5.164 6 d/10a、0.662 8 ℃/10a、1.648 7 d/10a和0.120 7℃/10a。FD、TNn、SDII和R10突变年份多发生在1978—1993年间，SU、TXx、CDD和CWD突变年份多发生在2002—2007年间。

b) 在空间分布上，珠江流域(云南境内)SU、TXx和TNn整体上呈现出北低南高的分布特征，FD则呈现出相反的分布特征；SDII、R10和CWD整体上呈现出东高西低的分布特征，CDD则呈现出相反的分布特征。在空间变化趋势上，FD减小幅度由东南向西北越来越大，SU上升幅度由东南向西北越来越大，TXx上升幅度由中部向东南和西南越来越大，TNn上升幅度由中部向西南和东北越来越小；SDII和R10减小幅度整体上呈现出由西南向东北越来越大，CDD减小幅度由中部向西北和东南越来越大，CWD减小幅度高值区主要集中在西北部和南部，低值区主要集中在西部。

研究结果与云南省干暖化趋势基本一致[20-21]，各极端气温指数均表明珠江流域(云南境内)域呈暖化趋势，各极端降水指数表明珠江流域(云南境内)呈干旱化趋势。珠江流域(云南境内)中西部极端气温指数暖化趋势较为明显，中东部干旱趋势较为明显，综合来看珠江流域(云南境内)中部干暖化趋势最为明显。珠江流域作为中国南方水循环最活跃的流域之一[22]，其上游地区极端气候事件的变化必将对整个珠江流域水循环、生态环境等产生重要影响。