2.1 极端气温时间变化特征
2.1.1 极值指数变化特征
由图1A可见,1955—2017年安康市的极端最高气温大致以0.016℃/10 a的速率波动下降,但变化趋势不显著(p>0.05)。20世纪50年代中期至60年代后期,极端最高气温呈小幅上升; 70年代开始下降,80年代后期出现了35.7℃的极端最高气温,为近63年最低; 20世纪90年代至21世纪初极端最高气温年际变化较大; 2010年后极端最高气温持续上升,2017年极端最高气温达41.9℃,为近63年最高。极端最高气温反序列UB曲线超过了显著性水平临界线,且在临界线内的1959年,1961年,1979年及2016年出现相交,但UB曲线仅在1979年后突破了显著性水平临界线,表明极端最高气温仅在1979年发生显著突变(图1A')。由图1B可见,近63年安康市的极端最低气温呈显著上升趋势(p<0.05),增加速率为0.295℃/10 a,且增加速率高于极端最高气温。20世纪50年代后期至60年代初迅速上升; 60年代末至70年代下降; 80年代至90年代持续上升,1991年出现了近63年最低气温,为-9.7℃; 90年代末至21世纪初,极端最低气温小幅下降; 2005年以来,波动上升,2017年极端最低气温高至-2.7℃,为近63年最高。极端最低气温的正序列UF曲线超出了显著性水平临界线,且UF和UB之间仅有一个交点,对应时间为1959年,表明安康市极端最低气温在1959年发生突变上升; 突变前年均极端最低气温为-8℃,突变后升至-5.9℃(图1B')。
2.1.2 绝对指数变化特征
从图2A可以看出,近63年安康市的夏日日数呈显著上升趋势(p<0.05),速率为1.754 d/10 a; 夏日日数波动幅度较大,最大值出现在2013年,为169 d,最小值出现在1964年,仅为119 d,两者差值达到50 d。夏日日数的UF曲线和UB曲线均超出了显著性水平0.05临界线,UF和UB之间都有6个交点,对应时间分别为1957年、1959年、1961年、2006年、2009年、2011年,其中,UF,UB曲线在1959年相交后均突破了显著性水平线、在1961年UF和UB曲线在显著性水平线之外相交,其余4年UF和UB曲线的交点均显著性水平线之间,说明夏日日数在1957年发生了突变,在1957年突变前为142 d,突变后升至162 d(图2A')。从图2B可以看出,近63年安康市的热夜日数呈显著上升趋势(p<0.05),速率为1.355 d/10 a; 除20世纪60年代、20世纪末及21世纪初热夜日数呈下降趋势外,其余年份热夜日数都呈上升趋势; 1993年热夜日数最少,仅有64 d,其次为1976年的66 d; 2007年热夜日数最多,出现了99 d,其次是2013年的97 d,2017年的95 d。热夜日数的正序列UF曲线和反序列UB曲线在0.05显著性水平临界线区间内相交,交点对应的时间为2012年,且UF曲线在和UB曲线相交后突破了0.05显著性水平线,表明近63年来安康市热夜日数在2012年发生了突变(图2B')。从图2C可以看出霜冻日数整体上呈大幅下降趋势(p<0.001),变化速率为-3.197 d/10 a。从年代际变化趋势看,霜冻日数呈先波动平稳变化而后下降趋势; 近63年霜冻日数最高值集中在20世纪50年代末和60年代中期,其中最多的1967年达到了62 d、其次为1956年的60 d。霜冻日数的正序列UF曲线和反序列UB曲线在0.05显著性水平临界线区间内相交,交点对应的时间为1989年,且UF曲线在和UB曲线相交后均突破了0.05显著性水平线,表明近63年来安康市霜冻日数在1989年发生了突变。此外,霜冻UF曲线在突变年份后甚至超过0.01显著性水平(U0.01=±2.56),UF曲线在1989年突变下降,表明霜冻日数下降趋势十分显著(图2C')。
图1 1955-2017年安康市极端气温变化趋势及突变特征
2.1.3 相对指数变化特征
安康市极端气温相对指数包括冷日、暖日、冷夜和暖夜日数4个基期阈值指标,本文选择1961—1990年作为基期。计算原理以暖日日数指标为例,选取1961—1990年每年同一日期最高气温进行升序排列,选取第90个百分点的值作为该日期的阈值,将1955—2017年每年同一日期最高气温与该阈值进行比较,若大于阈值,则算作暖日; 冷日计算方法类似,阈值为最高气温升序第10个百分点值; 冷夜、暖夜以此类推。
由图3A所示,近63年安康市冷日日数呈显著下降趋势(p<0.05),速率为-0.961 d/10 a,年代际平均值在20世纪80年代最高,21世纪以来冷日日数持续下降。冷日日数的UF,UB曲线在显著性水平0.05临界线之间只有一个交点,对应时间分别为2012年,且冷日日数的UF曲线在2012年后突破了0.05显著性临界线,表明近63年安康市冷日日数在2012年发生突变(图3A')。由图3B可见,暖日日数总体上呈小幅上升趋势,但变化趋势不显著(p>0.05),变化率为0.32 d/10 a。由年代际平均值变化看,暖日日数呈现先上升后下降再上升的变化特征,20世纪50年代中期至70年代初,暖日日数持续上升; 70年代末至80年代暖日日数持续下降,其中1983年暖日日数年均值为4.78 d,为近63年最低值; 90年代以后,暖日日数开始波动上升,至21世纪初叶达到最大值。暖日日数的UF,UB曲线在显著性水平0.05临界线之间有6个交点,对应时间分别为1962年、1974年、1997年、2012年、2013年、2016年,其中只有1974年UF,UB曲线相交后UB曲线突破了0.05显著性水平线,表明近63年安康市暖日日数在1974年发生突变(图3B')。由图3C可见,冷夜日数总体呈大幅下降趋势(p<0.001),变化速率为-1.885 d/10 a。冷夜日数年代际平均值除60年代有所上升外呈持续下降,最高值是1973年的12.76 d,最低值是2017年的1.64 d。冷夜日数的UF和UB曲线只有一个交点,但交点位于显著性水平临界线区间之外,说明近63年安康市冷夜日数未发生突变(图3C')。由图3D可见,暖夜日数总体呈显著上升趋势(p<0.05),每10 a增加1.118 d。由年代际平均值变化看,20世纪50年代中期起,暖夜日数缓慢上升,70年代变化幅度较小,80年代初有所下降,90年代起波动上升,并且增速较快,2006年达29.45 d,为近63年最高。暖夜日数的UF,UB曲线在显著性水平0.05临界线之间有7个交点,对应时间分别为1959年、1960年、1961年、1971年、1997年、2011年、2013年,其中1959年、1960年、1997年的交点位于显著性水平临界线区间之间,1971年、2011年交点位于显著性水平临界线区间之外,1961年和2013年UF,UB曲线相交后UF曲线突破了0.05显著性水平线,表明近63年安康市暖夜日数在1961年、2013年发生突变(图3D')。总体上看,近63年安康市的冷日日数下降速度慢于冷夜日数,暖日日数上升速度慢于暖夜日数。
图2 1955-2017年安康市极端气温绝对指数变化趋势及突变特征
2.1.4 持续指数变化特征
为探究安康市极端气温持续时间的变化特征,选取作物生长季和气温日较差两个指标进行分析。图4A为1955—2017年安康市作物生长期的变化趋势,近63年作物生长期呈大幅增加趋势(p<0.001),变化率为4.64 d/10 a。作物生长期的正序列UF曲线和反序列UB曲线均超出了显著性水平临界线,且在临界线区间内相交,交点分别为2002年、2004年、2006年,且UF曲线在2006年后均突破了0.05显著性水平,表明近63年来安康市作物生长期在2006年发生了突变(图4A')。由图4B可看出1955—2017年安康市气温日较差总体呈波动下降趋势,但变化趋势不显著(p>0.05),速率为-0.074℃/10 a。从年代际平均值变化情况看,20世纪50年代中后期气温日较差为近63年最高值,60年代末至70年代初较为平缓,70年代末逐渐下降,80年代小幅度增加后趋于平稳。气温日较差的正序列UF曲线和反序列UB曲线有5个交点,对应的时间分别是1958年、2004年、2005年、2007年、2015年,但仅在1958年后UF曲线在突破了0.05显著性水平,表明近63年安康市气温日较差在1958年发生了突变(图4B')。
2.2 极端降水时间变化特征
2.2.1 绝对指数变化特征
从图5A可见,1955—2017年安康市的1日最大降水量大致以0.885 mm/10 a的速率波动上升,但变化趋势不显著(p>0.05)。1日最大降水量在20世纪50年代中期至60年代初缓慢下降,1965年仅有32.2 mm,为近63年最低; 20世纪60年代末至70年代迅速上升,1978年达161.9 mm,为近63年最高; 80年代出现大幅度的下降; 进入90年代后,最大降水量趋于平稳。1日最大降水量的正序列UF曲线和反序列UB曲线在0.05显著性水平临界线区间内相交,对应的时间为1972年,且UF曲线在1972年后均突破了0.05显著性水平线,表明近63年来安康市1日最大降水量在1972年发生了突变,1日最大降水量突变前为37.9 mm,突变后增至60.2 mm(图5A')。从图5B可见,1955—2017年安康市5日最大降水量大致以1.476 mm/10 a的速率波动下降,但变化趋势不显著(p>0.05)。5日最大降水量在20世纪50年代末波动明显,1960年达270.3 mm,为近63年最高; 20世纪60年代末至70年代迅速上升; 80年代至90年代初出现大幅度的下降,1993年5日最大降水量低至56.9 mm,为近63年最低; 90年代后期开始,5日最大降水量趋于平稳(与1日最大降水量相似)。5日最大降水量的正序列UF曲线和反序列UB曲线有7个交点,对应的时间分别是1955年、1956年、1960年、1961年、1964年、2012年、2015年,但仅在1964年后UF曲线在突破了0.05显著性水平,表明近63年来安康市5日最大降水量在1964年发生了突变(图5B')。
图3 1955-2017年安康市极端气温相对指数变化趋势及突变特征
图4 1955-2017年安康市极端气温持续指数变化趋势及突变特征
图5 1955-2017年安康市极端降水绝对指数变化趋势及突变特征
2.2.2 门限指数变化特征
从图6A可见,1955—2017年安康市中雨日数大致以0.079 d/10 a的速率波动上升,但变化趋势不显著(p>0.05)。中雨日数在20世纪50年代末至60年代迅速上升,1967年中雨日数为37 d,是近63年最高值; 20世纪70年代中雨日数变化较为平稳; 20世纪80年代至90年代中雨日数持续下降,1999年低至14 d,为近63年最低值; 中雨日数在21世纪初迅速上升至25 d左右后变化平稳。中雨日数的正序列UF曲线和反序列UB曲线在0.05显著性水平临界线区间内相交,交点有6个,对应的时间分别是1986年、2008年、2013年、2014年、2016年、2017年,但UF和UB曲线均未突破0.05显著性水平线,表明近63年来安康市中雨日数未出现突变(图6A')。从图6B可见,1955—2017年安康市的大雨日数大致以0.438 d/10 a的速率显著上升(p<0.05)。大雨日数在50年代末60年代初变化剧烈,1957年大雨日数为3 d,是近63年的最低值; 20世纪60年代后期至70年代缓慢上升; 20世纪80年代至90年代中雨日数持续下降(与中雨日数一致); 进入21世纪后大雨日数迅速上升,2010年大雨日数达17 d,为近63年最高; 2010—2017年,大雨日数持续下降。大雨日数的正序列UF曲线和反序列UB曲线有个交点,对应的时间分别是1964年、1965年、1968年,但仅在1968年后UF曲线在突破了0.05显著性水平,表明近63年安康市大雨日数在1968年发生了突变(图6B')。
图6 1955-2017年安康市极端降水门限指数变化趋势及突变特征
2.2.3 相对指数变化特征
由图7A所示,1955—2017年安康市强降水量大致以11.617 mm/10 a的速率波动上升,但变化趋势不显著(p>0.05)。强降水量在20世纪50年代中后期至60年代前期小幅下降,其中1961年的37.6 mm是近63年的最小值; 20世纪60年代末至80年代初大幅上升; 80年代初出现小幅下降; 从20世纪90年代起,强降水量的年际变化变大,总趋势为上升。2010—2014年间强降水量连年下降,其中2010年强降水量达613.5 mm,为近63年最高,2014年仅96 mm,4年下降了517.5 mm; 2014—2017年强降水量逐年上升。2010—2017年这一时期为强降水量年际变化最大的一个时期。强降水量的正序列UF曲线和反序列UB曲线有5个交点,对应的时间分别是1960年、1961年、1969年、2015年、2016年,但仅在1969年后UF曲线在突破了0.05显著性水平,表明近63年安康市强降水量在1964年发生了突变,强降水量突变前为126 mm,突变后为198.1 mm(图7B)。
图7 1955-2017年安康市极端降水相对指数变化趋势和突变特点
2.2.4 持续指数
由图8A可见,1955—2017年安康市年总降水量大致以11.05 mm/10 a的速率波动上升,但变化趋势不显著(p>0.05)。年降水量在20世纪50年代末至70年代波动上升; 20世纪80年代至90年代持续下降,1999年年降水量仅509.5 mm,为近63年最低值; 21世纪初迅速上升,2010年年降水量达1221.6 mm,为近63年的最高值; 进入21世纪10年代,年降水量开始持续的下降。年降水量的正序列UF曲线和反序列UB曲线在0.05显著性水平临界线区间内相交,交点有8个,对应的时间为1973年、1988年、2004年、2005年、2013年、2014年、2016年、2017年,但UF和UB曲线均未突破了0.05显著性水平线,表明近63年来安康市年降水量未出现突变(图8A')。图8B可见,1955—2017年安康市连续干旱日数日数大致以1.495 d/10 a的速率波动上升,但变化趋势不显著(p>0.05)。连续干旱日数在20世纪50年代末至60年代初平稳变化; 20世纪60年代末至70年代出现小幅下降; 20世纪80年代中期出现大幅下降,1987年连续干旱日数仅22 d,为近63年最低; 20世纪90年代出现大幅度的增长,2000年连续干旱日数达85 d,为近63年最高; 21世纪前17年,连续干旱日数呈“N”字形变化,即先减再增再减。连续干旱日数的正序列UF曲线和反序列UB曲线在0.05显著性水平临界线区间内相交,交点有5个,对应的时间分别是1956年、1957年、1958年、1959年、1995年,但UF和UB曲线均未突破了0.05显著性水平线,表明近63年安康市连续干旱日数未出现突变(图8B')。从图8C可见,1955—2017年安康市连续湿润日数大致以0.001 d/10 a的速率波动下降,但变化趋势不显著(p>0.05)。连续湿润日数在20世纪50年代末至80年代的变化幅度极大,50年代末下降至4 d,60年代上升至9 d,70年代下降至4 d,80年代初迅速上升,1981年达11d,为近63年最高,80年代中后期大幅下降至4 d; 20世纪90年代至21世纪初持续稳定上升; 2005年后趋于稳定。连续湿润日数的正序列UF曲线和反序列UB曲线在0.05显著性水平临界线区间内相交,对应的时间为1985年、2002年,但UF曲线在这两次相交后均未突破了0.05显著性水平线,表明近63年安康市连续湿润日数未出现突变(图8C')。
图8 1955-2017年安康市极端降水持续指数变化趋势及突变特征
3 结 论
(1)1955—2017年安康市极端暖事件呈增加趋势。极端最低气温以0.295℃/10 a速率显著上升,但极端最高气温以0.016℃/10 a速率不显著下降; 夏日日数、热夜日数、暖夜日数均呈显著增加趋势(p<0.05),速率分别为1.754 d/10 a,1.355 d/10 a,1.118 d/10 a,作物生长期以4.64 d/10 a的速率极显著增加(p<0.001); 暖日日数以0.32 d/10 a速率上升; 霜冻日数、冷夜日数分别为以-3.197 d/10 a,-1.885 d/10 a速率极显著下降(p<0.001),冷日日数以-0.961 d/10 a速率显著下降(p<0.05),和气温日较差以-0.074℃/10 a速率下降。
(2)1955—2017年安康市极端降水呈增长趋势,1日最大降水量、中雨日数和大雨日数分别以0.885 mm/10 a,0.079 d/10 a和0.438 d/10 a的速率增长,其中大雨日数呈显著增加; 强降水量和年降水量均呈上升趋势,速率分别为11.617 mm/10 a和11.05 mm/10 a; 暖日日数以0.32 d/10 a速率上升; 5日最大降水量以-1.476 mm/10 a的速率下降; 连续干旱日数显著上升,连续湿润日数略微下降,速率分别为1.495 d/10 a和-0.001 d/10 a,说明了极端降水事件频发。
(3)1955—2017年安康市各极端气温指数和极端降水指数突变年不一,主要集中在20世纪60至70年代、90年代至21世纪初。极端高温、极端低温、气温日较差指数在20世纪60至70年代发生突变,热夜日数、霜冻日数、夏日日数、冷日日数和作物生长期在90年代至21世纪初发生突变,暖日日数、冷夜日数和暖夜日数未发生突变; 1日最大降水量、5日最大降水量、大雨日数和强降水量在20世纪60至70年代发生突变,连续干旱指数在20世纪90年代发生突变,中雨日数、年降水量和连续湿润日数未发生突变。
(4)总体来看,近63年安康市气候整体向暖干化趋势发展,尤其以20世纪90年代之后增温最为显著。极端气温的变化会使得该区旱灾、高温灾害、农业病虫害增加,同时,在年总降水量增加且极端强降水等灾害事件发生频率增加的背景下,一方面极易引发洪灾及此生地质灾害,另一方面导致旱灾的风险进一步增大,因此相关部门应该提前部署减灾防灾工作,以最大程度降低灾损。