摘要
文章基于1961—2020年宁夏19个气象站点的逐日平均气温、最高气温、最低气温和降水量等数据,采用国际气候诊断与指数小组(ETCDD-MI)定义的极端气候指数,运用线性趋势法、克里金插值法、小波分析等方法,明确宁夏极端气候变化趋势,并探讨人类活动与极端气温变化的关系。
(1)宁夏的极端气温指数中,暖夜、夏日日数、持续暖期日数和年最大日最高气温均呈现上升趋势;霜冻日数、冷昼、持续冷日日数均呈现下降趋势,年最大日最低气温呈上升趋势。(2)在空间分布上,暖夜、夏日日数、连续暖期日数和年最大日最高气温的变化率在引黄灌区变化率较大,指数均呈现上升趋势,霜冻日数、冷昼、连续冷期日数在全区均呈现下降趋势,引黄灌区和中部干旱区下降趋势变动较为明显。(3)极端高温指数的变化率在北部引黄灌区较高,全区呈现出升温态势。(4)宁夏4个极端降水指标变化并不显著,但区域间年际变化差异较大,南部山区大部分地区极端降水指数变化率较高且呈正向变化,而北部引黄灌区降水年际变化率远低于南部山区且降水趋于减少。(5)1987—1992年极端高温指数和极端低温指数存在显著共振周期,极端高温指数上升领先极端低温指数。(6)极端气温影响因素分析发现,人口的增长、能源消费碳排放量的增加、城市化率的上升和建筑面积的增加,与月最高温日值都存在线性相关关系,反映出随着人类活动的增加,极端高温指数也存在一定程度的正向关系。
IPCC发布了《全球升温1.5℃特别报告》,与工业化之前相比,由于人类活动已经上升了1.0℃,并且到2035年全球平均地表温度会上升0.3~0.48
很多学者针对不同区域开展一系列研究,其中,基于国际气候诊断与指数小组(ETCDD-MI)所定义的极端气候指数,并结合各种分析方法对极端气候进行分析成为研究极端气候的重要方式。自1960年以来,我国总体极端气温指数呈上升趋势,极端高温事件的频率和持续性不断增大,气候变暖的同时总体降水增加滞后且缓
近年来针对宁夏地区,许多学者分别从气温、降水及干旱等角度分析该地区极端气候情况。在对1962—2015年宁夏平均气温和极端气温变化特征进行研究时,发现宁夏极端暖指标均呈现上升趋势,且极端高温事件发生频率、增幅明显高于极端低温事
综上所述,在目前已有的研究中大多是基于西北、陕甘宁等较大的地理分区进行极端气候的分
宁夏回族自治区位于中国西北部东部地区的黄河中上游地区,地处北纬35°14′~39°23′,东经104°17′~107°39′,总面积为6.64万k
该文采用由中国气象局国家气象中心提供的1961—2020年宁夏回族自治区19个站点的逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量数据。通过对数据进行质量控制,消除数据记录缺失的影响,共筛选出19个站点的有效数据(

图1 宁夏气象站点分布
根据研究目的,在ETCCDMI所提供极端气候指标体系的27项极端气候指数中,选取12个主要指数(
符号 | 气候指数 | 定义 | |
---|---|---|---|
与气温相关的极端气 候指数(ET) | FD(d) | 霜冻日数 | 年内最低气温<0℃的日数 |
SU(d) | 夏日日数 | 年内日最高气温>25℃的日数 | |
TNn(℃) | 年最小日最低气温 | 年内日最低气温的最小值 | |
TXx(℃) | 年最大日最高气温 | 年内日最高气温的最大值 | |
TN90p(d) | 暖夜 | TN>90%累积频率对应值的日数 | |
TX10p(d) | 冷昼 | TX<10%累积频率对应值的日数 | |
WSDI(d) | 连续暖期日数 | 在TN90p基础上,连续6日的暖昼数的历时日数 | |
CSDI(d) | 连续冷期日数 | 在TX10p基础上,连续6日的冷昼数的历时日数 | |
与降水相关的极端气 候指数(EP) | RX1day(mm) | 最大1日降水量 | 年最大日降水量 |
CDD(d) | 连续干旱指数 | 日降水量<1mm的最长连续日数 | |
CWD(d) | 连续湿润指数 | 日降水量>1mm的最长连续日数 | |
PRCPTOT(mm) | 年降水总量 | 日降水量>1mm的年累积降水量 |
该文采用国际气候诊断与指数小组(ETCDD-MI)提供的极端降水和气温事件的相关指标,运用NewCppClimDex V1.0对宁夏回族自治区的极端气候指数进行计算。根据宁夏的地形,将宁夏分为引黄灌区、中部干旱区和南部山区(
(1) |
碳排放系数 | 原煤 | 焦炭 | 原油 | 汽油 | 煤油 | 柴油 | 燃料油 | 天然气 | 热力 | 电力 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
换算成标准煤(t标准煤/t) | 0.714 3 | 0.971 4 | 1.428 6 | 1.471 4 | 1.471 4 | 1.457 1 | 1.428 6 | 1.33 |
34.1 | 0.345 |
碳排放系数(万t碳/万t标准煤) | 0.755 9 | 0.855 0 | 0.585 7 | 0.553 8 | 0.571 4 | 0.592 1 | 0.618 5 | 0.448 3 | 0.670 0 |
0.27 |
*表明热力换算成标准煤单位为kg标煤/百万kJ,电力的换算系数单位为kg/kWh
年份 | 碳排放量(万t) | 年份 | 碳排放量(万t) |
---|---|---|---|
2004 | 2 845.193 456 | 2012 | 11 583.450 41 |
2005 | 3 745.615 746 | 2013 | 11 783.456 51 |
2006 | 4 415.275 868 | 2014 | 11 768.072 22 |
2007 | 5 451.397 395 | 2015 | 12 599.663 04 |
2008 | 6 763.642 848 | 2016 | 13 976.119 77 |
2009 | 7 591.228 739 | 2017 | 15 884.475 67 |
2010 | 9 071.995 881 | 2018 | 17 641.700 71 |
2011 | 11 247.695 940 | 2019 | 19 519.383 83 |
对1961—2020年宁夏的极端气候指数计算并进行线性回归分析,结果均通过0.05显著性检验。由极端气温变化趋势图可以看出(

图2 1961—2017年宁夏极端气温指数的年际变化趋势
宁夏地区极端气温指数的变化率存在明显的地区差异(

图3 宁夏极端气温指数的空间变化趋势
相较于宁夏极端气温指数,极端降水指数年际波动幅度较大,但是总体变化趋势并不明显(

图4 1961—2017年宁夏极端降水指数的年际变化趋势
宁夏降水指数的空间差异较为明显(

图5 宁夏极端降水指数的空间变化趋势
对连续暖期日数和暖夜指数进行小波分析,分析极端高温事件出现的共振周期(

图6 1970—2020年宁夏极端高温指数的周期演变
XWT: Cross-wavelet spectrum; WTC: Wavelet coherency; WSDI: Warm speel duration indexXWT:交叉小波;WTC:小波变换;WSDI:持续暖期日数;TN90p:暖夜
对连续冷期日数和冷昼指数进行小波分析,分析极端低温事件出现的共振周期(

图7 1970—2020年宁夏极端低温指数的周期演变
XWT: Cross-wavelet spectrum ; WTC: Wavelet coherency ;CSDI: Cold speel duration indexXWT:交叉小波;WTC:小波变换;CSDI:持续冷期日数;TX10p:冷昼
对极端高温指标和极端低温指标进行小波分析(

图8 1970—2020年宁夏极端气温的周期演变
XWT: Cross-wavelet spectrum ; WTC: Wavelet coherency ;TNn: Monthly minimum value of daily minimum temperatureXWT:交叉小波;WTC:小波变换;TNn:月最低温日值
根据收集整理的社会经济发展资料,选取月最高温日值(TXx)和月最低温日值(TNn)指标,分析极端气温与人类活动之间的关系(

图9 极端气温影响因素分析(P为统计显著性计量值)
TXx:年最大日最高气温;TNn:年最小日最低气温
(1)在全球变暖的大背景下,我国各地区普遍升温,《2017年中国气候公报显示》指出全国平均温较常年偏高0.84℃,最强的暖事件增强,最强的冷事件减
(2)1961—2020年宁夏地区气温普遍升高,与此前学者研究宁夏地区总体增温趋势一
(3)通过极端气候指数分析宁夏极端气候变化,了解宁夏极端气候发展趋势,对合理安排农业生产生活具有重要作用,也通过影响因素的分析发现与极端气候变化更为敏感的要素,从而进行合理改善。但是该文从人类活动的角度分析时,由于宁夏部分年份发展数据的缺失,宁夏能源消费的数据获取的有限性,因此在计算宁夏能源消费碳排放总量与实际能源消费碳排放存在出入。导致不能做更长期的相关性研究,另一方面人类活动受多种因素的影响,该研究还存在一定的不确定性;在方法选取方面,没有采用具体的归因方法,只对影响因素量化后与极端气候指数进行相关分析,并且气候变化的影响程度也难以确定,这也是在后续研究中需要重点关注的。
基于对宁夏极端气候指数进行计算,开展宁夏极端气候的时空分布特征研究,主要结论如下。
(1)宁夏的极端气温指数中,暖夜日数(TN90p)、夏季日数(SU)等极端高温指数呈上升趋势;霜冻日数(FD)、冷昼日数(TX10p)等极端低温指数呈下降趋势,其中,日月最低温日值(TNn)趋于上升。月最高温日值(TXx)、暖夜日数(TN10p)、夏季日数(SU)和暖日爬升数(WSDI)均在20世纪90年代后期出现突变。极端高温指数的变化率由南到北逐渐增加;极端低温指数变化率在宁夏全区总体呈现降低趋势,低温事件呈现减少态势。
(2)宁夏的4个极端降水指数年际变化微弱,但年际变化波动较大,连续湿润指数降低,连续干旱日数上升,日最大降水量下降,而年总降水量上升。极端降水指标通过Mann-Kendall检验发现最大日降雨量(RX1day)和年降水总量(PRCPTOT)的突变年份出现在2017年左右。南部山区大部分地区极端降水指数较高且呈正向变化,而北部引黄灌区连续干旱日数上升趋势显著。
(3)小波分析得出极端高温指数和低温指数变化存在周期性,从1961—2020年极端高温指数存在1~7年的共振周期,极端低温指数存在2~15年的共振周期。极端高温和极端低温二者在1990年和2010年左右出现约3年的共振周期,极端高温指数领先于极端低温指数,1987—1992年存在一个2年时间尺度的显著共振周期,二者呈现显著的负相关。
(4)极端气温影响因素分析发现,人口的增长、能源消费碳排放量的增加、城市化率的上升和建筑面积的增加,与月最高温日值都存在线性相关关系,表明随着人类活动的增加,极端高温指数也逐渐增加。
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