遵义市极端气温指数的时空变化特征

邹德全， 邹承立， 田洪进， 吴心路， 邹 象

(1.贵州省遵义市气象局， 贵州 遵义 563000；2.生态环境部 核与辐射安全中心， 北京100082)

0 引言

【研究意义】全球气温升高不仅导致极端气温发生变化，而且引起极端气候事件频率和强度的变化，给农业生产及社会经济发展产生极大的不确定性。揭示区域长期极端气候变化规律及极端气候随空间位置的分布关系，对遵义市农业生产结构调整及社会经济发展等具有重要的指导意义。【前人研究进展】近100年全球地表温度升高0.85℃，近50年中国年平均地面温度以0.22℃/10a的速率上升1.1℃，增幅比同期全球高。近年来，中国群发性或区域性的极端气候事件频次和范围不断增大[1]。刘琳等[2]研究表明，西南5省市冷指数下降，暖指数上升，气候呈变暖趋势，并且昼夜温差变小；极端气温指数空间分布规律不明显，云南省发生极端气候事件的风险较大。然而，该文献引用资料密度较低，且得出的是较大区域的结论，如贵州省近90个站仅引用5个，遵义市13站只引用1个，显然，资料尺度分辨率尚有提升空间。遵义市(27°08′～29°12′N，105°36′～108°13′E)处于云贵高原的东北部向湖南丘陵和四川盆地过渡的斜坡地带，国土面积30 762 km2，生态环境脆弱，容易发生重旱和特旱[3]。21世纪以来，干旱事件频率和强度都在增加，如2009年和2010年“夏秋冬春”连旱，2006年、2011年和2013年夏旱等极端气候事件给农业生产及社会经济造成巨大损失[4]。【研究切入点】目前，国内及西南5省市极端气候指数时空分布规律已有研究报道，但未见较全面系统地研究遵义市特定区域极端气温变化规律的报道。为此，选择遵义市各县(市、区)近56年的逐日最高、最低气温数据资料，利用冰冻日数(ID)、霜冻日数(FD)和夏天日数(SU)等16种气温指数，采用线性倾向估计和偏相关分析方法，研究分析遵义市16种极端气温指数时空变化特征。【拟解决的关键问题】探明遵义市整体区域及其各县(市、区)16种极端气温指数长期变化趋势及其与海拔、经度和纬度间的关联性，为遵义市农业生产结构调整及防灾减灾提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料

逐日最高、最低气温数据：1960-2015年遵义市逐日最高、最低气温数据，来源于贵州省气象信息中心共享服务网。包括遵义市务川县、道真县、正安县、绥阳县、桐梓县、习水县、赤水市、仁怀市、播州区、湄潭县、凤冈县、余庆县和汇川区等13个县(市、区)。

1.2 方法

1.2.1 极端气温指数指标的确定 选择世界气象组织(WMO)气候学委员会(CCI)及气候变化和可预测性研究计划(CLIVAR)联合提出的气候变化检测指数(ETCCDI)中的16个气温指数(表1[1-2])为研究对象；遵义整体区域极端气温指数为所辖各县(市、区)站点的算术平均值，各县(市、区)平均极端气温指数为1960-2015年的时段平均值。

表1 极端气温指数的定义

1.2.2 线性倾向估计 线性倾向估计是建立因变量与时间序列之间的一元线性回归方程[5]。回归系数称为倾向值，当倾向值>0时，因变量随时间的增加呈上升趋势；相反，当倾向值<0时，因变量随时间的增加呈下降趋势；回归系数的大小反应上升或者下降的速率。其次，用因变量与时间之间的相关系数进行显著性检验来判断上升或者下降变化趋势的显著性。以遵义市整体及其各县(市、区)各年的16个极端气温指数为因变量，参照文献[5]的方法对因变量与相应年代序列进行线性倾向估计。

1.2.3 偏相关性分析 偏相关系数是在对其他变量的影响进行控制或者扣除的条件下，衡量多个变量中某两个变量之间的线性相关程度的指标[6-7]。用偏相关系数描述两个变量之间的内在线性联系更合理、更可靠，更能揭示其本质规律，并且偏相关系数绝对值越大，相关程度就越高。参照文献[6]的方法，分别计算出遵义市各县(市、区)16个平均极端气温指数及其倾向值与经度(控制纬度和海拔高度)、纬度(控制经度和海拔高度)、海拔高度(控制经度和纬度)的2阶偏相关系数。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2010对数据进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 遵义市极端气温指数的时空变化

2.1.1 长期变化 研究结果表明，遵义市16个极端气温指数的变化中，冰冻日数(ID)、霜冻日数(FD)、冷日指数(TX10)、冷夜指数(TN10)、冷日持续日数(CSDI)、暖日持续日数(WSDI)和月平均日较差(DTR)的变化速率分别为-0.09 d/10a、-1.99 d/10a、-0.12%/10a、-1.26%/10a、-0.7 d/10a、-0.24 d/10a和-0.12℃/10a，均呈减少变化趋势；夏天日数(SU)、热夜日数(TR)、暖日指数(TX90)、暖夜指数(TN90)、生长期长度(GSL)、最高气温极大值(TXx)、最低气温极小值(TNn)、最低气温极大值(TNx)和最高气温极小值(TXn)的变化速率分别为0.64 d/10a、2.07 d/10a、0.41%/10a、1.11%/10a、0.13℃/10a、0.19℃/10a、0.17℃/10a、0.41℃/10a和1.72℃/10a，均呈增加变化趋势。16个极端气温指数中，FD、TR、TN10、TN90、CSDI、DTR、TNx、TXn、TXx和TXn等10个指数显著性水平小于0.05。其中，冷特征指数FD、CSDI、TN10和月平均日较差指数(DTR)呈显著减少趋势，暖特征指数TN90、TR和所有极值指数TXx、TNn、TNx、TXn呈显著增加趋势。除TR、TXx变化幅度大于西南地区或中国平均水平外，其余指数变化幅度均小于西南地区和(或)中国平均水平。

2.1.2 空间变化

1) 极端气温指数。从图1看出，遵义市各县(市、区)16个极端气温指数的空间分布：冰冻日数(ID)均<4 d，平均1.5 d。其中，赤水、正安和道真3个县(市)为0 d，几乎不出现冰冻现象，冰冻日数最多的是处于西北部海拔最高的习水县，除西北部的赤水市和西南部的余庆县外，分布趋势主体上从东北低海拔地区向西南高海拔地区递增。霜冻日数(FD)为0～26 d，平均14.7 d，各县(市、区)差异较大，以西北部的习水县出现最多，为26 d；同处西北部的赤水市无霜冻日数；主体上从东北低海拔地区向西南高海拔地区呈递增趋势。夏天日数(SU)为87～149 d，平均122.9 d，各县(市、区)差异较大，以东南部的余庆县出现最多，为149 d；西北部的习水县出现最少，为87 d；主体上从东部低海拔地区向西部高海拔地区呈递减趋势。热夜日数(TR)为26～108 d，平均69.7 d，各县(市、区)差异较大，以西北部的赤水市出现最多，为108 d；同处西北部的习水县出现最少，为26 d；主体上从东部低海拔地区向西部高海拔地区呈递减趋势。冷日指数(TX10)为9.90%～10.69%，平均10.31%，以西北部的习水县最高，为10.69%；同处西北部的赤水市最低，为9.90%，除西北部的赤水市、东北部的务川自治县和东南部的余庆县外，主体上从东北部低海拔地区向西南部高海拔地区呈递增趋势。冷夜指数(TN10)为10.15%～12.24%，平均11.5%，以东北部的务川县最高，为12.24%；东南部的余庆县最低，为10.15%；经纬向分布规律性不明显。暖日指数(TX90)为10.24%～11.24%，平均10.6%，以东部的凤冈县最高，为11.24%；西北部的习水县最低，为10.24%；经纬向分布规律性不明显。暖夜指数(TN90)为9.36%～11.06%，平均10.0%，以西北部的赤水市最高，为11.06%；南部的播州区最低，为9.36%；经纬向分布规律性不明显。

图1 遵义市各县(市、区)16个极端气温指数的空间分布

最高气温极大值(TXx)为32.1～39.2℃，平均35.3℃，以西北部的赤水市最高，为39.2℃；同处西北部的习水县最低，为32.1℃；主体上从东部低海拔地区向西部高海拔地区呈递减趋势。最低气温极小值(TNn)为-4.7～0.9℃，平均-3.3℃，以西北部的赤水市最高，为0.9℃；同处西北部的习水县最低，为-4.7℃；主体上从东部低海拔地区向西部高海拔地区呈递减趋势。最低气温极大值(TNx)为23.3～29.0℃，平均25.0℃，以西北部的赤水市最高，为29.0℃；同处西北部的习水县最低，为23.3℃；主体上从东北向西南呈递减趋势。最高气温极小值(TXn)为-1.1～4.9℃，平均0.51℃，以西北部的赤水市最高，为4.9℃；同处西北部的习水县最低，为-1.1℃；主体上从东北向西南呈递减趋势。冷日持续日数(CSDI)为3～7 d，平均4.8 d，以播州区最多，为7 d；绥阳县最少，为3 d；经纬向分布规律性不明显。暖日持续日数(WSDI)为5～8 d，平均6.2 d，以绥阳县最多，为8 d；桐梓县最少，为5 d；经纬向分布规律性不明显。生长期长度(GSL)为318～362 d，平均342.8 d，各县(市、区)差异较大，以西北部的赤水市最长，为362 d；同处西北部的习水县最短，为318 d；主体上从东北向西南呈递减趋势。月平均日较差(DTR)为6.7～8.2℃，平均7.3℃，以西南部的余庆县最大，为8.2℃；西北部的习水县最小，为6.7℃；主体上从东向西呈递减趋势。

2) 极端气温指数倾向值。从图2可知，遵义市各县(市、区)16个极端气温指数倾向值的空间分布：冰冻日数(ID)倾向值为-0.64～-0.01 d/10a，均呈减少趋势(赤水市无冰冻纪录)，无县(市、区)显著性小于0.05，以西北部的习水县减小速率最大，为-0.64 d/10a；西南部的余庆县减小速率最小，为-0.01 d/10a；分布趋势主体上减小幅度从东向西递增。霜冻日数(FD)倾向值为-3.72～-0.12 d/10a，均呈减少趋势，13个县(市、区)显著性均小于0.05，以西北部的习水县减小速率最大，为-3.72 d/10a；西南部的余庆县减小速率最小，为-0.12 d/10a；分布趋势主体上减小幅度从东向西递增。霜冻日数(FD)倾向值为-3.72～-0.12 d/10a，均呈减少趋势，13个县(市、区)显著性均小于0.05，以西北部的习水县减小速率最大，为-3.72 d/10a；西南部的余庆县减小速率最小，为-0.12 d/10a；分布趋势主体上减小幅度从东向西递增。霜冻日数(FD)倾向值为-3.72～-0.12 d/10a，均呈减少趋势，13个县(市、区)显著性均小于0.05，以西北部的习水县减小速率最大，为-3.72 d/10a；西南部的余庆县减小速率最小，为-0.12 d/10a；分布趋势主体上减小幅度从东向西递增。夏天日数(SU)倾向值除西南部的余庆县以-0.45 d/10a减少外,其余12个县(市、区)为0.27～1.63 d/10a，均呈增加趋势，无县(市、区)显著性小于0.05，以西北部的习水县的增速最大，为1.63 d/10a；南部的播州区的增速最小，为0.27 d/10a；经纬向分布规律性不明显。热夜日数(TR)倾向值除西南部的余庆县以-0.11 d/10年减少外，其余12个县(市、区)均呈增加趋势，为0.77～4.48 d/10a，其中8个县(市、区)显著性小于0.05，以西北部的习水县的增速最大，为4.48 d/10a；东北部的正安县的增速最小，为0.77 d/10a，经纬向分布规律性不明显。冷日指数(TX10)倾向值，2个海拔较低的西南部余庆县和西北部赤水市呈增加趋势，分别为0.15%/10a和0.16%/10a；其余11个县(市、区)均呈减少趋势，为-0.76%～-0.05%/10a，减幅较小，有2个县(市、区)显著性小于0.05，以西北部海拔最大的习水县减速最大，为-0.76%/10a；中部的绥阳县减速最小，为-0.05%/10a；经纬向分布规律性不明显。冷夜指数(TN10)倾向值为-2.52%～-0.63%/10a均呈减少趋势，全部县(市、区)显著性均小于0.05，以东北部的务川县减速最大，为-2.52%/10a；西南部的余庆县减速最小，为-0.63%/10a；经纬向分布规律性不明显。

图2 遵义市各县(市、区)16个极端气温指数倾向值的空间分布

暖日指数(TX90)倾向值为0.23%～0.91%/10a，均呈增加趋势，有5个县(市、区)显著性小于0.05，以西北部的务川县的增速最大，为0.91%/10a；西南部的余庆县的增速最小，为0.23%/10a；经纬向分布规律性不明显。暖夜指数(TN90)倾向值为0.34%～1.92%/10a，均呈增加趋势，有11个县(市、区)显著性小于0.05，东北部的务川县的增速最大，为1.92%/10a；西北部海拔较低的赤水市的增速最小，为0.34%/10a；经纬向分布规律性不明显。最高气温极大值(TXx)倾向值为0.01%～0.2℃/10a，均呈增加趋势，仅1个县(市、区)显著性小于0.05，以西北部的习水县的增速最大，为0.2℃/10a；南部的播州区的增速最小，为0.01℃/10a；经纬向分布规律性不明显。最高气温极小值(TXn)倾向值为0.16～0.31℃/10a，均呈增加趋势，有6个县(市、区)显著性小于0.05，以西北部的习水县的增速最大，为0.31℃/10a；西南部的余庆县的增速最小，为0.16℃/10a；经纬向分布规律性不明显。最低气温极大值(TNx)为0.01～0.26℃/10a，均呈增加趋势，有9个县(市、区)显著性小于0.05，以南部的汇川区的增速最大，为0.26℃/10a，西北部赤水市的增速最大，为0.01℃/10a，经纬向分布规律性不明显。最低气温极小值(TNn)为0.09～0.57℃/10a，均呈增加趋势，有12个县(市、区)显著性小于0.05，以南部的汇川区的增速最大，为0.57℃/10a；西北部的赤水市的增速最小，为0.09℃/10a；经纬向分布规律性不明显。冷日持续日数(CSDI)倾向值为-2.19～-0.14 d/10a，均呈减少趋势，有6个县(市、区)显著性小于0.05，以东北部的务川县的减速最大，为-2.19 d/10a；西南部的余庆县减速最小，为-0.14 d/10a。暖日持续日数(WSDI)倾向值有5个县(市、区)为增加趋势，为0.03～0.38 d/10a，以绥阳县的增速最大，为0.38 d/10a；汇川区的增速最小，为0.03 d/10a；无县(市、区)显著性小于0.05；有8个县(市、区)为减少趋势，为-0.91～-0.07 d/10a，以西南部的余庆县减速最大，为-0.91 d/10a；西部的仁怀市减速最小，为-0.07 d/10a；无县(市、区)显著性小于0.05，经纬向分布规律性不明显。生长期长度(GSL)倾向值10县(市、区)呈增加趋势，为0.65～2.53 d/10a，以东北部的务川县的增速最大，为2.53 d/10a；同为东北部的正安县增速最小，为0.65 d/10a；无县(市、区)显著性小于0.05；有3个县(市、区)呈减少趋势，为-0.62～-0.08 d/10a，显著性均小于0.05，以西南部余庆县的减速最大，为-0.62 d/10a；西北部赤水市的减速最小，为-0.08 d/10a；经纬向分布规律性不明显。月平均日较差(DTR)倾向值为-0.21～-0.05℃/10a，均呈减少趋势， 8个县(市、区)显著性小于0.05，以南部汇川区的减速最大，为-0.21℃/10a；最小增速是东部凤冈县的减速最小，为-0.05℃/10a。

总体看，遵义市各县(市、区) ID、FD、TX10、TN10和CSDI等5个冷特征指数中，除1个县TX10为增加趋势外，其余各县(市、区)均呈减少趋势；SU、TX90、TN90、TR、WSDI、GSL和DTR7个暖特征指数中，除1县(市、区)SU、TR和DTR，3县(市、区)GSL，8县(市、区)WSDI指数呈减少趋势外，其余各县(市、区)均呈增加趋势。

2.2 极端气温指数及其倾向值与海拔、经度和纬度的偏相关性

从表2可知，冰冻日数(ID)、霜冻日数(FD)、夏天日数(SU)、热夜日数(TR)、冷日指数(TX10)、冷夜指数(TN10)、暖日指数(TX90)、暖夜指数(TN90)、最高气温极大值(TXx)、最低气温极小值(TNn)、最低气温极大值(TNx)、最高气温极小值(TXn)、冷日持续日数(CSDI)、暖日持续日数(WSDI)、生长期长度(GSL)和月平均日较差(DTR)16个极端气温指数及其倾向值与海拔、经度和纬度相关性的变化。

2.2.1 极端气温指数 当控制经度和纬度时，海拔与ID、FD、TX10、TN10、CSDI和WSDI呈正相关，其中，与ID和FD相关性极显著，与TX10相关性显著；海拔与SU、TR、TX90、TN90、TXx、TNn、TNx、TXn、GSL和DTR呈负相关，其中，与SU、TR、TXx、TNn、TNx、TXn和GSL相关性极显著。当控制海拔和纬度时，经度与TX10、TN10、TXx、TNn、TNx、TXn、WSDI和GSL呈正相关，其中，与TNx和TXn相关性显著；经度与ID、FD、SU、TR、TX90、TN90、CSDI和DTR呈负相关，其中，与SU相关性显著。当控制海拔和经度时，纬度与FD、SU、TR、TX10、TN10、WSDI、GSL和DTR呈正相关，其中，与DTR相关性极显著，与SU相关性显著；纬度与ID、TX90、TN90、TXx、TNn、TNx、TXn和CSDI呈负相关，其中，与TNn、TNx和TXn相关性极显著。

2.2.2 指数倾向值 当控制经度和纬度时，海拔与SU、TR、TX90、TN90、TNn、TNx、TXn、WSDI和GSL呈正相关，其中，与TR、TN90、TNn、TNx、TXn和GSL相关性显著；海拔与ID、FD、TX10、TN10、TXx、CSDI和DTR呈负相关，其中，与ID、FD和TX10相关性极显著，与TN10相关性显著。当控制海拔和纬度时，经度与SU、TR、TX90、TN90、TXx、TNn、TNx、TXn、WSDI和GSL呈正相关，其中，与SU、TX90和TXx相关性显著；经度与ID、FD、TX10、TN10、CSDI和DTR呈负相关，其中，与TX10相关性显著。当控制海拔和经度时，纬度与ID、TX90、TN90、TNn、TNx、CSDI、WSDI和GSL呈正相关，其中，与ID相关性显著；纬度与FD、SU、TR、TX10、TN10、TXx、TXn和DTR呈负相关。

3 讨论

近年来，中国群发性或区域性的极端气候事件频次和范围不断增大[1]。刘琳等[2]研究表明，西南5省市冷指数下降，暖指数上升，气候呈变暖趋势，并且昼夜温差变小；极端气温指数空间分布规律不明显，云南省发生极端气候事件的风险较大。遵义市(27°08'～29°12'N，105°36'～108°13'E)处于云贵高原的东北部向湖南丘陵和四川盆地过渡的斜坡地带，国土面积30762 km2，生态环境脆弱，容易发生重旱和特旱[3]。21世纪以来，干旱事件频率和强度都在增加，如2009年和2010年“夏秋冬春”连旱，2006年、2011年和2013年夏旱等极端气候事件给农业生产及社会经济造成巨大损失[4]。研究结果表明，遵义市各县(市、区)冰冻日数(ID)、霜冻日数(FD)、夏天日数(SU)、热夜日数(TR)、冷日指数(TX10)、冷夜指数(TN10)、暖日指数(TX90)、暖夜指数(TN90)、最高气温极大值(TXx)、最低气温极小值(TNn)、最低气温极大值(TNx)、最高气温极小值(TXn)、冷日持续日数(CSDI)、暖日持续日数(WSDI)、生长期长度(GSL)、月平均日较差(DTR)16个极端气温指数的长期变化中，ID、FD、TX10、TN10、CSDI、WSDI和DTR的变化速率分别为-0.09 d/10a、-1.99 d/10a、-0.12%/10a、-1.26%/10a、-0.7 d/10a、-0.24 d/10a和-0.12℃/10a，均呈减少变化趋势；SU、TR、TX90、TN90、GSL、TXx、TNn、TNx和TXn的变化速率分别为0.64 d/10a、2.07 d/10a、0.41%/10a、1.11%/10a、0.13℃/10a、0.19℃/10a、0.17℃/10a、0.41℃/10a和1.72℃/10a，均呈增加变化趋势；FD、CSDI、TN10和DTR呈显著减少趋势，暖特征指数中的TN90和TR以及所有极值指数TXx、TNn、TNx、TXn均呈显著增加趋势，其可缓解高海拔地区成熟不充分问题，还可引种生育期更长的品种以提高产量，但病虫害会加重[8]，极端冷特征指数中的FD、TN10和冷日持续日数CSDI的显著减少，对近几年遵义着力发展的多年生经济作物(茶树、花椒、中药材等)有减轻低温、冻害作用，对烤烟育苗也有利；DTR显著减少对作物的利与弊，与季节有关[9]。

各县(市、区) 16个极端气温指数的空间变化中，5个冷特征指数指数ID、FD、TX10、TN10和CSDI，除1个县TX10呈增加趋势外，其余各县(市、区)均呈减少趋势；7个暖特征指数SU、TX90、TN90、TR、WSDI、GSL和DTR，除1个县的SU、TR和DTR，3个县(市、区)的GSL，8县(市、区)的WSDI呈减少趋势外，其余各县(市、区)均呈增加趋势。ID、FD和TX10等冷特征指数分布与海拔呈显著正相关，其变化趋势与海拔呈显著负相关，表明高、低海拔带低温事件差别在缩小；TR、TNn、TNx、TXn和 GSL等指数与海拔高度呈显著负相关，其变化趋势与海拔呈显著正相关，表明GSL高海拔地区趋于低海拔地区，有利于高山农业可持续发展；海拔是ID、FD、SU、TR、TX10、TXx、TNn、TNx、TXn和GSL等指数空间分布的主要影响因素，经、纬向分布规律不强，进行产业结构布局调整和防灾减灾规划时，海拔是首要考虑的因素。

4 结论

遵义市16个极端气温指数的长期变化中，ID、FD、TX10、TN10、CSDI、WSDI和DTR均呈减少变化趋势；SU、TR、TX90、TN90、GSL、TXx、TNn、TNx和TXn均呈增加变化趋势；冷特征指数的FD、CSDI、TN10和DTR呈显著减少趋势，暖特征指数的TN90和TR以及所有极值指数TXx、TNn、TNx和 TXn均呈显著增加趋势；海拔是ID、FD、SU、TR、TX10、TXx、TNn、TNx、TXn和GSL等指数空间分布的主要影响因素；遵义气候呈变暖趋势，气候变暖和立体气候差异缩小，有利于高山农业可持续发展；产业结构布局调整和防灾减灾规划时，海拔是首要考虑的因素。