某一区域的极端气候特征分析【报告】.docx

某一区域的极端气候特征分析报告1.1 关中地区极端降水特征分析关中地区的降水概况根据关中地区降水量的突变检验结果，自1980年后，关中地区的降水出现 了集中的突变情况，整体降水量逐渐下降。以华山、西安、宝鸡站为例，这3个 站点自1965年后降水量一直呈现下降趋势，且在20世纪90年代降水量下降比 较显著。铜川、咸阳站在20世纪90年代降水量增加与减少的情况交替出现， 降水过程多变；铜川站降水量在20世纪90年代后呈现降水减少的现象。大气 降水作为关中地区地表水和地下水的重要补给水源，大气降水量的逐渐减少，很 大程度上减少了关中地区的可利用水资源量。关中地区的降水随季节变化明显。根据关中地区的气候条件，春季为35 月，夏季为68月，秋季为911月，冬季为12月到来年2月。以西安站 为例，西安地区各月平均降水量和各季节降水比例分别如图1.1及表1.1所示， 西安站降水主要集中在夏季和秋季，约占全年降水的79. 3%,冬季降水最少。 由于关中地区降水时空分布不均，冬季、春季降水稀少，而夏季、秋季降水丰富， 不利于雨水的直接利用。关中地区其他站降水的季节变化情况与西安站有类似的 规律。由于关中地区降水随季节的这种显著变化，给雨水资源的充分利用带来了 极大的困难。往往是在人们需要水的时候，天气比拟干旱，没有降雨发生；而在 不需要水或需水不是那么迫切的时候，有大量降雨发生。通过对关中地区水文地 质条件的分析，关中地区的地下水有很好的储水条件，在盆地的南北两侧的洪积 扇地带及河流高阶地上，含水层包气带厚度大，颗粒粗，有很好的储水条件，应 充分利用这一条件，把丰水季节的雨水及盆地南北两侧沟谷中的洪水通过人工补 给的方式渗入地下，增加地下水的补给量，使丰水期的雨水和洪水能够储存在地 下，以备需要的时候开发出来供人们使用。关中白天极端高温日数在20世纪70中期到90年代初（图1.10）,普遍 低于平均值，90年代中期至今普遍高于平均值，这说明90年代中期以前，白 天极端高温日数偏少，90年代中期至今以后偏多。总体看，近50年白天极端 高温日数以5.64d/10a的日数在增加。白天极端低温日数90年代之前普遍高 于平均值，90年代之后普遍低于平均值，这说明90年代以前，白天极端低温 日数偏多，90年代至今以后偏少。总体看，近50年白天极端低温日数以 2.82d/10a的日数在减少。夜间极端高温日数在20世纪90后期以前，几乎全部低于平均值，90年 代后期至今均高于平均值（图1.10）,这说明90年代后期以前，夜晚极端高温 普遍较低，90年代后期至今，夜晚极端高温急剧升温，高温日数显著增加。总 体看，近50年夜间极端高温日数以5.75d/10a的日数在增加，特别是90年 代以来，增温更加剧烈，以15.8d/10a的日数在增加。夜间极端低温日数90年 代以前普遍高于平均值，90年代后期急剧减少，为21.71d/a低于50年平均 值28. 33d/a。总体看，近50年夜间极端低温日数以4. 05d/10a的日数在减少。对高温（235° ）日数研究发现，20世纪70年代中期到90年代中期普 遍低于平均值，60年代、90年代后期至今普遍高于平均值。研究还发现，近50 年235°日数增加较慢，以0.53d/10a的日数在增加。对低温（W0° ）日数研 究发现，20世纪90年代以前，普遍高于平均值，说明90年代以前低温日数 较多；90年代至今普遍低于平均值，说明90年代以后，低温日数显著较少。 研究还发现，近50年低温（/0° ）日数以1.48d/10a的日数在显著减少。对夏季日数的研究发现，90年代以前，夏季日数变化幅度比拟大，但90年 代以后趋于缓和，且普遍高于平均值，说明近10几年来，最高气温25的日 数显著增加。近50年来夏季日数以1.31d/10a的日数在增加。对结冰日数研 究发现，80年代以前结冰日数普遍高于平均值，而80年代以来普遍低于平均 值，说明80年代前，气温普遍较低，80年以后那么增温明显，结冰日数减少。999ZZZZ 88866 60000 666666666666 60000605040 d302010_ PZOr096CMLn8 r- y Z O CO 9 6 999ZZZZ8886660000 66666666666660000 一一一 一一一 一一一 一一 一一 CMCMCMCM一 l l l l l lCJCXJCMCJ 年份夜间极端低温日数一 PZOCO 96cdl08 - PZOCC96 999ZZZZ8886660000 666666666 66 660 O O O一V- t- CJ CM CJ CM999ZZZZ88 86660 0 00 666666666 666 600 O O v-V- V- lV- CM CJ CJ CM125116107 d988980夏天日数一 PZO CO 96cMm 8 - PZOC096999Z ZZZ888666OOOO6 6 6 6 6666666660000一 一一 一一 lll 一 CMCXjOUCXj-PZOCO 96cMs 8 - PZOC096 999ZZZZC08866600006 6 6 6 6 66 6 6 666 6 00 O O一一一OJCXJCXJCM999ZZZ Z888666OOOO 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 O O O O 一一一 一一一 一一一 一一一 iCJCJCJCJ999ZZZZ0000006660000 66666666666660000 LLLLL LZ0JZZ 年份图1. 10 关中极端气温的年际变化研究还发现所有定义的极端高温指数，其日数都呈增加趋势；极端低温指数， 其日数均呈减少趋势。说明近50年来，陕西省日最高、低气温都在增温，并且 极端低温增温更为显著。(2)气温极端事件的年代际变化关中白天极端高温日数在20世纪6080年代偏少(表1.3), 90年代以 来偏多，特别在2000年以来，白天极端高温日数剧增，与90年代相比增加了 10天，这与气温在90年代后升高是一致的。白天极端低温日数在6080年代 偏多，特别是60年代，与70年代相比天数增加了 4. 32天,90年代之后偏 少，并且减幅有逐渐增大的趋势。表1.3 关中极端气温的距平极端气温指标60s70s80s90s2000-2010白天极端高温II数(d)-6 13-5.25-9 62+4 46+ 1447白天极端低温II数(d)+ 5.69+ 1.37+4,S1-5.33-5.43仅间极端高温II数(d)-5 27-6.58-S 55+0 5S+ 17.54夜间极端低温II数(d)+ 8 OS+5.09+ 1.54-5.25-7 87史季天数(d)-3.22-3.64-6 92+4 19+ 8.42结冰天数(d)+4 37+2 81+ 0 844 09-3 IS高温II数(d)+ 0.44-0.45-3 21+0.65+ 2.38低温II数(d)+ 5.08+3 69+4.22-2.6S-S 92对夜间极端高温日数的研究发现，20世纪6080年代，夜间极端高温日数 呈减少趋势，并且减幅逐渐增大，60、70、80年代分别低于距平5.27、6.58、 8. 55天；90年代以来偏多，特别是2000年以来，高于距平17. 54天。夜间 极端低温日数在6080年代偏多，但有逐年减少的趋势；90年代以后那么偏少， 特别是2000年以来，低于距平7.87天。夏季天数在20世纪6080年代偏少，60、70、80年代分别低于距平1.22、 1.64、6. 92天；90年代以来偏多，特别是2000年以来，高于距平8.42天。 结冰天数在20世纪6080年代均高于距平，但有减少的趋势，90年代以来， 结冰日数持续减少，并且低于距平，这说明这50年来日最高温度低于0的天 数在持续减少。对高温日数的研究发现，高温日数在20世纪70、80年代偏少，60年代 及90年代以后偏多，特别是2000年以来，高于距平2.38天。低温日数那么在 6080年代偏多，60、70、80年代分别低于距平5. 08、1.69、4. 22天；90年 代以来偏少，特别是2000年以来，偏少最为严重。1.2 . 3极端气温事件对关中地区开展的影响气候系统的变暖是毋庸置疑的，整个21世纪全球日温度极暖事件的出现频 率和幅度将会增加，而极冷事件将会减少，预估的干旱、热浪等及其产生的不利 影响也将会增加。所有大陆和大局部海洋的观测证据说明，许多自然系统正在受 到区域气候变化的影响，特别是温度升高的影响。根据20世纪80年代初以来 的卫星观测显示，在许多区域春季已出现植被返青提前的趋势，这与近期变暖而 使其生长季节延长有关。我国大陆地区也表现出了与全球极端温度事件一致的变 化特点，与此同时，我国近50年来因气象灾害导致的农业受灾面积不断扩大， 农业经济损失逐年升高，极端事件发生频率和强度的不断增加，也加大了农业生 产的风险。作为增暖显著的北方地区，极端气温增暖俨然成为不可争辩的事实，且随之 带来的农业生产的不稳定性和自然风险也是不言而喻的。刘颖杰等研究说明以温 度升高为主要特征的气候变化对我国东北地区粮食总产增加有明显的促进作用， 但对华北、西北和西南地区的增加那么有一定的抑制作用。姬兴杰等利用北方冬麦 区18个农业气象观测站19832005年气象资料和冬小麦生育期观测资料分 析得到，北方冬麦区冬小麦返青期、抽穗期和成熟期提前主要是由于气温增加所 致，且以最低气温的变暖影响最为明显。然而，对于我国北方地区极端增暖事件 的研究，目前主要基于气温极值和相对阈值的分析，对影响农业生产经济的极端 温度指标（即绝对阈值）的研究甚少。与此同时，对于分析和监测极端事件（包 括干旱、极端温度等）的变化来说，需要具有高时空分辨率和长时间的气候资料, 因此，随着气象观测序列的增长势必会迫使人们重新认识一个地区的农业气候资 源。所以，从长时间尺度考虑极端气候异常给农业经济带来的影响，更正以往仅 利用较少年数气候资料得到的农业气象灾害分析结果是非常必要和重要的。该研 究拟利用WM0（ Wor Id Meteorological Organizat ion）气候委员会等组织联合 成立的气候变化监测和指标专家组（ETCCDI, Ex-pert Team on Cl imate ChangeDetection and Indices）定义的温度绝对阈值来分析观测到的华北区域1961 2014年极端温度事件的变化特征及其对农业经济带来的影响；同时，研究利用 区域气候模式Reg CM4. 0中RCP4. 5和RCP8. 5 2种排放情景下的模拟结果， 对华北区域未来极端温度事件的变化趋势进行预估，以期通过观测事实和模式预 估的相互印证为该地区农业经济的可持续开展提供有利的科学保障。图1.1西安地区各月平均降水量表1.1西安地区各季节降水比例季节季降水量/mm占全年比例/%春128.5422.5%夏234. 5()41.1%秋184.0232.2%冬24. 174.2%1. 1.2极端降水事件的变化特征根据关中地区5个气象站19552017年的降水观测资料，对其变化趋势 进行了统计分析，结果见表1. 1并如图1.27.6所示。由表1.2可以看出，关中 地区的年降水量为506. 54829. 75 mm,与西北其他地区相比，处于较高水平, 说明关中地区的降水资源相对丰富。同时，由表1.2及图1.27.6还可看出，铜 川、西安、宝鸡、华山站的降水量基本呈现下降的趋势。其中华山站的降水量通 过了 99%的置信度检险，减少趋势最为明显；宝鸡、西安站的减少趋势略小，分 别通过了 90%和95%的置信度检；只有咸阳站呈上升趋势。比照西安站和华山 站的降水量，西安站年降水量最大值出现在1987年，为901.2 mm;最小值出 现在1995年，为312.2mm;在19627963年波动比拟大，降水量下降了 454.6 mm。华山站的年降水量最大值出现在1968年，为1262. 3 mm,最小值出现在2001 年，为465.3 mm：华山站降水量整体波动范围比拟大。总体来说，关中地区的 降水量大局部呈下降趋势，只有咸阳站呈上升趋势，但上升趋势不明显。表1.2 说明关中地区的降水分布基本与陕西省一致，呈现南多北少的现象。表1.2关中各站点降水量及Z值统计表站点年平均降水量/mm年降水量Z值西安站571.38-1.67宝鸡站674.41-1.46华山站829.75-3.61铜川站588.97-0.65咸阳站506.540.37年份图1.2铜川站历年平均降水量年份图1.3 西安站历年平均降水量年份图1.4宝鸡站历年平均降水量I4M 华山站 拟介线2001957 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999 2005 2011 2017年份1. 1.3极端降雨事件对关中地区开展的影响对关中极端降水研究发现，各极端降水指标变化在趋势上不仅表现出较大的 年际变化，而且也表现出明显的地域性差异（图1.7）o从空间分布来看，极端 降水日数（a）在陕南及关中南部大局部地区呈增加趋势，增幅在0. 030. 53d/10a 之间，其中安康增幅最大；陕北大局部地区呈略微减少趋势，减幅在 -0.98-0.14d/10a之间，其中绥德增减幅最大。极端降水量（b）变幅较大，大 致呈现从北到南“减一增”的趋势，其变幅在-32. 7727. 18mm/10a之间，增幅 最大的是安康，减幅最大的是绥德，与极端降水日数一致。对雨日天数（c）研究方发现，全省雨日天数呈减少趋势，并且减幅在 -9.29T.94d/10a之间，其中关中大局部地区及陕南南部地区雨日天数减少较 明显。中雨天数（d）除洛川以0.05d/10a的速度在增加外，其余地区都呈减少 趋势，减幅在-1.2广-0.09d/10a之间，并且陕北南部减幅较小，最小减幅出现 在延安，以0. 05d/10a速度在减少，陕南地区减少较明显。暴雨天数（e）大局部地区呈略微增加的趋势，以略阳、安康增加最明显， 暴雨天数变幅在-0. 180. 34d/10a之间，以汉中减少最明显。最大增幅、减幅都 出现在陕南地区，说明陕南地区暴雨天数空间差异明显。而持续降水天数（f） 也基本上呈减少趋势，并且关中大局部地区减少较明显，平均减少速率为 0. 31d/10a。榆林是唯一持续降水天数增加的地区，以0. 01d/10a的速度在增加。最大1日降水总量（g）在全省大局部地区增加较明显，以0. 391.84mni/10a 的速度在增加，以安康为代表的陕南地区增加较多，陕北北部减少较明显。对持 续干旱天数（h）研究发现，持续干旱天数在全省大局部地区增加较明显，增幅 为0. 332. 21d/10a,并且横山增幅最大：在少数地区呈微弱减少趋势，以汉中 减少最多，为0.85d/10a。(a)极聊I水日依(b)极武隆水量极端耳东日数年际支化率<LI«a极端修水量年斥变化率 mm* I Ga -D.98 -O 0.81 - -.61 - -0.48 -0.810.64-0, W0.31-32.77 - -26.11'il'».IS-19.1.3)2.791-'.7m6.13 -0.31 - -0. H -0.14 - 0.03 - 0.19 - 0.36 -0.030.190.360.53 - 6.13 - 0.53 - 7.19 - 1185 - 20.51 -0.537.1913.8520.5127.18(c)甬日日正<d)中雨日数偈HU依年尿支化率(f)持练得水日数Alta0. 280.34 0.18 -0.12H -.12 - -0.(16 -0.06 - -0.01中的日敷。麻殳化率 dl»a -9.29、 -7.66 - -6.84 - 602 -5.21 - -139 - -157 - -2.76 -8.477.66-6.84-6.026.214.39-3.57-2.76-1.91匚-1.2i - -1.07-1.07 - -0.93-0.93 - -0.79-0.79 - -0.65-0.65 - ().51-0.51 - -0.37-0.37 - -0.230.230.09-0.09 - 0.05(o)6甬日蛇基甫HI年际变化率恃段降水日数年际变化事 -0.01 - 0.05 - 0.11 0.17 0.22 - 0.28 -0.050. Il(LlOa -0.50 - -0.44 -O.M - -0.39 -0.39 - -0.33 -0.33 - -0.28 -0.28 - -0.22 -' 0.16- -0.11 -0.05 -0.220.16-0.110.050.01(g)最大1日降水总量III最大降水量年际变化率 mmlOa -3.92 - -3.06 -3.06 - -2.20 -2.20 - -1.33 -1.33 - -0.47 - 0.39 - 1.25 - 2. II - 2.9H -0.470.391.252.112.983.M(h)持续干单日数持续干早日数年际变化率(VlOa -1.17 - -0.79-0. 79 -0.42 -0.040.33 -0.71 -1.08 -1.46 -L83 -0.42 0.04 0. 33 0.71 1.0« 1.46 1.83 2.21图1.7关中极端降水年标变化的空间分布关中地区极端气温特征分析1.2 . 1关中地区的气温概况(1)气温变化的空间分布(b)春季<a)全年隼气温年际变化率 "C/lOaI I 0.040. ()9 0.09 - 0. 15 I I 0. 15 - 0. 20 0. 2() - 0.25-0.310. 360.41存季气温年际变化率0. 80 - 0. 890. 11 - 0. 190. 190. 280.28 - 0. 370. 37 - 0. 450. 45 - 0. 540. 540. 630. 63 - 0.710. 710. 80夏季气温年际变化率r/IOa- 0. 23 - -0. 130. 13 - -0. 03- 0.03 - 0. 070. 07 - 0. 170. 17 - 0. 270. 27 - 0. 370. 37 - 0. 170. 47 - 0. 570. 57 - 0. 66秋季气温年际变化率r/iou0. 03 - 0. 1()0. 10 - 0. 170. 17 - 0. 210. 21 - 0. 3()0. 300. 370.37 - 0. 440. 44 - 0.51().51 - 0. 570. 570. 64冬季气温年际变化率c/iou0. 14 - 0. 200.200.270. 27 - 0. 330. 33 - 0. 1() 0.400. 460.46 - 0. 530. 53 - 0. 59 0. 590. 660.66 - 0. 72图1.8气温倾向率的空间分布关中绝大局部地区的气温呈上升趋势，在不同季节表现出不同的空间差异 (图1.8):春季气温的变化倾向率在0.110.89° C/10a之间，关中局部地区增 温明显，其中铜川地区上升的最快。夏季关中及陕南某些站点出现降温趋势，气 温的变化倾向率在-0.230.67/10a之间，其中商州降温最严重，铜川增温最 显著，同时，夏季是全年及各季中唯一出现降温的季节。秋季气温的变化倾向率 在0.030.64"C/10a之间，其中铜川、定边地区上升的最快,商州上升的最慢。 冬季气温的变化倾向率普遍较高，在0.140.721/10a之间，其中陕北地区及关 中北部增温显著，榆林地区上升的最快，陕南地区增温相对缓慢。全年气温的变 化倾向率在0.040.52°C/10a之间，镇安增温幅度最大，陕北的北部及关中大 局部地区增温明显。(2)气温的周期变化从图1.9年平均气温序列的复值Mor let小波变换图和方差图对应可以看出， 年平均气温序列在15a左右的振荡最为显著，而且沿着时间序列振荡越来越强 烈，其次是6a左右的周期。气温年际振荡周期主要受东亚冬季风强度变化34 年的年际变化周期和6. 5年周期及915年的年代际变化周期影响。'隼豆 周身图1.9 近50年来关中年均温变化小波分析15a左右尺度上的气温变化可分为5个偏冷时段和偏暖时段，这种冷暖交 替的变化在一定程度上受北极涛动和西伯利亚高压的影响。从图1.9还可以推断 未来的气温演变趋势，目前陕西省处于暖期，存在15a的振荡周期，并且暖期 还将持续一段时间。1.2. 2极端气温事件的时空分布特征(1)极端气温事件的年际变化