全球變暖背景下江蘇地區冬季極端溫度指數特征

張夢?王藝橙?王蓓元

摘 要：利用1979—2021年江蘇地區69個臺站逐日最低和最高氣溫觀測資料，分析全球變暖背景下江蘇地區冬季極端溫度指數的時空變化特征。結果表明，江蘇極端最低（高）溫度閾值呈現北低南高的分布形勢，全球變暖之后冬季冷日（夜）日數呈下降趨勢，暖日（夜）日數呈上升趨勢。其中，較冷（暖）日而言，冷（暖）夜日數的變化趨勢更為顯著。此外，冷（暖）日（夜）日數均具有一定的年際變化特征，但年代際變化方面具有明顯差異。江蘇冷日日數前4波累計方差貢獻率達30%的顯著站點主要分布在淮河以南地區，暖日日數前4波累計方差貢獻率均未通過顯著性檢驗，對應暖日日數無明顯年代際變化特征。冷夜和暖夜日數變化均具有顯著的年代際變化特征，且冷夜日數年代際變化特征最為明顯。

關鍵詞：江蘇??；極端溫度；冷（暖）日（夜）；時空變化特征

中圖分類號：P458 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

江蘇地處中國大陸東部沿海中部地區，有長江、淮河穿省而過，南北跨度大，屬于典型的季風氣候區，因此，各類天氣氣候災害頻繁發生?，F今，隨著全球變暖現象的不斷加劇，特大暴雨、超強寒潮等極端天氣事件日益頻發，嚴重危害了人民的生命財產安全[1]。作為極端天氣事件的一種，冬季極端溫度伴隨的低溫凍害或熱害在變暖背景下的發生發展趨勢對江蘇地區糧食產量、經濟發展等各行各業均有較大影響。因此，進一步研究江蘇地區冬季極端溫度指數的時空變化特征，對深刻認識變暖背景下冬季氣候特點、預測氣候異常具有重要意義。

以往大多是關于整個中國或其他子區域極端溫度事件的探究，然而由于地理位置、氣候類型等方面的巨大差異，不同區域或省份的天氣氣候特點也不盡相同[2-5]。目前，涉及江蘇冬季極端溫度指數變化趨勢方面的分析已有部分，但對江蘇年際或年代際方面的研究還鮮有涉及?；谇叭说难芯?，將利用1979—2021年江蘇臺站氣溫觀測資料，再次分析驗證江蘇地區冬季極端溫度指數的變化趨勢，同時，對其年際和年代際方面的特征進行簡要探究。

1 數據與方法

為了保證數據的連續性，剔除含有缺測數據的站點，最終使用1979—2021年江蘇地區共69個臺站的日最高和最低氣溫資料進行分析，文中提到的冬季均指的是當年12月至翌年2月，例如，1979年冬季表示1979年12月—1980年2月的平均值，以此類推。根據世界氣象組織氣候委員會（WMO）關于極端溫度指數的定義，規定極端最高（低）溫度為每月日最高（低）氣溫的最大（?。┲?，冷（暖）日日數為日最高氣溫小于（大于）10%（90%）分位值的日數，冷（暖）夜日數為日最低氣溫小于（大于）10%（90%）分位值的日數。

分析使用到的統計方法包括線性趨勢、諧波分析及Lanczos低通濾波等方法。其中，線性趨勢的檢驗方法為t-檢驗法，諧波分析的基本思想即將任何隨時間變化的波分解為許多個波長不同的正弦波或余弦波。由于文中涉及的研究時段長度為42年，而3波對應長度為14年的波動周期，因此主要提取序列變化中的前4波，用以表征序列的年代際變化分量，并將年代際分量在整個序列變化中的累計方差貢獻率大于30%作為發生明顯年代際變化的度量。

2 江蘇地區冬季極端溫度指數的時空變化特征

2.1 極端溫度指數閾值的空間分布特征

考慮到江蘇地理位置的特殊性及其經向跨度較大等特點，便于后續進一步分析，首先，對江蘇冬季極端最高（低）溫度閾值的空間分布情況進行探究。圖1顯示日極端最低（高）溫度閾值呈現北低南高的分布形態，這與北冷南暖的氣候特征對應。除個別站點外，圖1a所示冬季沿淮淮北地區日最高氣溫10%分位值（冷日閾值）為2～3 ℃，江淮之間大部地區為3～4 ℃，蘇南東部地區閾值達4 ℃以上，由此可見，江蘇冷日閾值大致分為3個區間，且南北最大相差2 ℃左右。

與之不同的是，暖日（圖1b）、冷（暖）夜（圖1c、d）閾值空間分布均呈現多區間型，其中，暖日閾值在淮北北部為11～12 ℃，淮北南部至江淮之間北部為12～13 ℃，沿江地區附近為13～14 ℃，蘇南大部地區達14 ℃以上，暖日閾值南北最大相差3 ℃以上。同樣，淮北地區冷夜閾值均小于-5 ℃，江淮之間為-5～4 ℃，沿江地區為-4～3 ℃，蘇南部分地區為-3～2 ℃；暖夜最小閾值分布在淮北北部，為3 ℃以下，最大分布在蘇南地區，可達6 ℃以上，冷（暖）夜南北閾值最大相差均為3 ℃以上。

2.2 極端溫度指數的線性變化趨勢

為了進一步掌握江蘇地區冬季極端溫度指數的變化規律，著重對冷（暖）日、冷（暖）夜日數在變暖背景下的特征變化進行研究。從圖2可以明顯看出，全省冷日和冷夜日數呈現出一致的顯著減少趨勢，其中，冷日日數平均減少速率約為1.5 d/10年（圖2a），冷夜約為2 d/10年（圖2c），而暖日和暖夜日數表現為一致的顯著增加趨勢，其中，暖日日數平均增加速率為1～2 d/10年（圖2b），暖夜為2～3 d/10年（圖2d），這一結論與極端最高和最低氣溫在全球變暖背景下均呈顯著的增加趨勢相對應。此外，江蘇這四類極端溫度指數的線性趨勢的極值空間分布并無地理特殊性。

2.3 極端溫度指數的年際和年代際變化特征

為了更全面地探究變暖背景下江蘇冬季極端溫度指數的變化特征，后續分析中將扣除各指數的長期線性趨勢，進一步分析其年際和年代際變化規律。圖3表示全省69個站點區域平均后的極端溫度指數序列，由此可見，4類極端溫度指數均具有顯著的年際變化特征，其中，暖日日數年際變化周期最短且最明顯，約為3年，冷日和冷夜日數年際變化特征相對較弱。9年滑動平均后的序列表明，冷日和冷夜日數均具有明顯的年代際變化特征，且兩者均在20世紀80年代后期和21世紀初發生年代際轉變，1988年之前為偏冷階段，1988—2005年期間為偏暖階段，2005年之后又進入偏冷階段。暖夜日數也具有一定的年代際變化特征，但振幅較小，暖日日數的年代際變化特征最不明顯。

依據9年滑動平均之后的年代際變化特征結果，進一步利用諧波分析方法，對江蘇69個站點冬季極端溫度指數的前4波（變化周期約為10年以上的波動分量）累計方差百分率空間分布進行分析。其中，黑色實心圓圈表示具有明顯的年代際變化特征站點（圖4）。

由圖4可知，冷日、冷夜及暖夜日數均具有明顯的年代際變化特征，冷日和暖夜日數具有明顯年代際變化的站點數均為41個，占站點總數的59%，冷夜日數對應站點數為50個，占站點總數的72%，暖日日數對應站點數為0。因此，相較而言，冷夜日數的年代際變化特征最為顯著，暖日年代際變化分量最小，這也與前文9年滑動平均的分析結論相一致。

此外，江蘇冷日日數前4波累計方差貢獻率達30%的顯著站點主要分布在淮河以南地區，冷夜和暖夜日數對應的顯著站點在全省分布較為均勻，并具有全省一致的特點。

3 結論與討論

利用1979—2021年江蘇69個臺站逐日最低和最高氣溫觀測資料，對全球變暖背景下江蘇地區冬季極端溫度指數長期線性趨勢、年際及其年代際方面的時空變化特征進行分析，主要得出以下結論：

（1）江蘇冬季日極端最低（高）溫度閾值呈現北低南高的分布形態，冷日閾值大致分為三大區間，南北最大相差2 ℃左右，暖日、冷（暖）夜閾值空間分布均呈現多區間型，南北閾值最大相差均為3 ℃以上。

（2）全球變暖背景下，全省冷日和冷夜日數表現為一致的顯著減少趨勢，其中，冷日日數平均減少速率約為1.5 d/10年，冷夜約為2 d/10年，暖日和暖夜日數為顯著的增加趨勢，暖日日數平均增加速率為1～

2 d/10年，暖夜為2～3 d/10年。

（3）冷（暖）日（夜）日數均具有一定的年際變化特征，暖日日數年際變化最為顯著。年代際變化方面，冷日和冷夜日數都具有明顯的年代際變化特征，且均在1988年之前為偏冷階段，1988—2005年期間為偏暖階段，2005年之后又進入偏冷階段，冷夜日數年代際變化特征最為顯著，暖日日數的年代際變化分量最小。

（4）冷日和冷夜的年代際突變點較為一致，可在此基礎之上進一步探究未來冷日（夜）年代際變化的環流特征，據此對其顯著的年代際變化特征進行歸因。

參考文獻

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