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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
1.
1.1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3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11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，天气比较干旱，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，这表明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，这表明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）,这表明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，表明90年代以前低温日数较多；90年代至今普遍低于平均值，表明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较大，但90年代以后趋于缓和，且普遍高于平均值，表明近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，表明80年代前，气温普遍较低，80年以后则增温明显，结冰日数减少一PZO CO96cMm8-PZOC096999Z ZZZ888666OOOO66666666666660000_PZOr096CMLn8r-y ZO CO96999ZZZZ888666000066666666666660000一一一一一一一一一一一一一999ZZZZ888666000066666666666660000CMCMCMCM一l l lll—LCJCXJCMCJ年份夜间极端低温日数605040d302010一PZOCO96cdl08-PZOCC96999ZZZZ888666000066666666666660O O O999ZZZZ8886660000666666666666600O Ov-V-V-l V-CM一——V-T-C\J CMC\J CMC\J C\J CM125夏天日数116107d988980-PZOCO96cMs8-PZOC096999ZZZZC0886660000一—一一—一—一l—ll一CMCXjOUCXj666666666666600O O———―一一一―—――—―OJCXJCXJCM999ZZZZ000000666000066666666666660000—L—LLLL——――L—Z0JZZ年份999ZZZ Z888666OOOO6666666666666O OOO一一一一一一一一一一一一iCJC\JC\JC\J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表明近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60〜80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60〜80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-613-
5.25-962+446+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-527-
6.58-S55+05S+
17.54夜间极端低温II数d+8OS+
5.09+
1.54-
5.25-787史季天数d-
3.22-
3.64-692+419+
8.42结冰天数d+437+281+084■409-3IS高温II数d+
0.44-
0.45-321+
0.65+
2.38低温II数d+
5.08+369+
4.22-
2.6S-S92对夜间极端高温日数的研究发现，20世纪60〜80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60〜80年代偏多，但有逐年减少的趋势；90年代以后则偏少，特别是2000年以来，低于距平
7.87天夏季天数在20世纪60〜80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60〜80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，这表明这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天低温日数则在60~80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发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部分海洋的观测证据表明，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表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则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1983〜2005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 IdMeteorological Organization）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 Teamon Climate ChangeDetection andIndices）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 CM
4.0中RCP
4.5和RCP
8.52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发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.
541.1%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1955—2017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
506.54〜
829.75mm,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对比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
901.2mm;最小值出现在1995年，为
312.2mm;在19627963年波动比较大，降水量下降了
454.6mm华山站的年降水量最大值出现在1968年，为
1262.3mm,最小值出现在2001年，为
465.3mm华山站降水量整体波动范围比较大总体来说，关中地区的降水量大部分呈下降趋势，只有咸阳站呈上升趋势，但上升趋势不明显表
1.2表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20019571963196919751981198719931999200520112017年份
1.
1.3极端降雨事件对关中地区发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部分地区呈增加趋势，增幅在
0.03~
0.53d/10a之间，其中安康增幅最大；陕北大部分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-
32.77~
27.18mm/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-
9.29~T.94d/10a之间，其中关中大部分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）大部分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-
0.18~
0.34d/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，表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，并且关中大部分地区减少较明显，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）在全省大部分地区增加较明显，以
0.39~
1.84mni/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部分地区增加较明显，增幅为
0.33^
2.21d/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 b极武隆水量水日依极端耳东日数年际支化率极端修水量年斥变化率mm*I GaLI«a□-D.98-□-
32.77--
26.11-
0.81O
0.81-「i l».IS
0.64■-.61-■-
19.
1.
32.79-0,W■-
0.48-
0.31・1-.7M
6.13■-
0.31--
0.H■-
6.13-・
0.53■-
0.14-
0.
037.
190.53-・
7.19-・
0.03-
0.
1913.85■1185-■
20.51■
0.19-
0.
3620.51-・
0.36-
0.
5327.18c甬日日正d中雨日数偈HU依年尿支化率中的日敷麻殳化率dl»a□-
9.29-
8.47匚-
1.2i--
1.07■、
7.66-
1.07--
0.93-
0.93--
0.79■-
7.66-■--
6.84-
6.02-
0.79--
0.
656.84-・
6026.21-
0.65-.51~■-
5.21-■
4.39-
0.51--
0.37-139-■-157-
3.57-
0.37--
0.23-■-
2.76--
2.
760.
230.09-
1.91-
0.09-
0.05o6甬日蛇f持练得水日数基甫HI［年际变化率恃段降水日数年际变化事Alta LlOa□
0.18-
0.12□-
0.50--
0.44H-€.12--
0.16■-□-O.M--
0.39■-
0.06--
0.
010.39--
0.33■-
0.33■-
0.01-
0.05--
0.28■
0.05-
0.Il■-
0.28--
0.22・
0.11■-
0.22-
0.16■
0.17・■
0.16--
0.11■-
0.11■■
0.22-
0.
280.05■-
0.05-■
0.28-
0.
340.01g最大1日降水总量h持续干单日数III最大降水量年际变化率持续干早日数年际变化率mmlOa VlOa□-
3.92--
3.06□-
1.17--
0.79□-
3.06--
2.20-
0.79--
0.42■-
2.20--
1.
330.42-
0.
040.■-
1.33-■-
0.
470.
04330.47-
0.
390.33-
0.71・
0.39-・
1.
250.71-
1.0«
2.
111.25-■
2.II-
1.08-
1.
462.98■
2.9H-
1.46-
1.
833.M L83-
2.21图
1.7关中极端降水年标变化的空间分布
1.2关中地区极端气温特征分析
1.
3.1关中地区的气温概况1气温变化的空间分布a全年隼气温年际变化率C/lOa I I
0.
040.9□
0.09-
0.15II
0.15-
0.20□
0.2-
0.25-
0.
310.
360.41b春季存季气温年际变化率夏季气温年际变化率r/IOa
0.11-
0.19-
0.23--
0.
130.
190.28-
0.13--
0.
030.28-
0.37-
0.03-
0.
070.37-
0.
450.07-
0.
170.45-
0.
540.17-
0.
270.
540.
630.27-
0.
370.63-
0.
710.37-
0.
170.
710.
800.47-
0.
570.57-
0.
660.80-
0.89秋季气温年际变化率冬季气温年际变化率r/iou•c/iou
0.03-
0.
10.14-
0.
200.10-
0.
170.
200.
270.17-
0.
210.27-
0.
330.21-
0.
30.33-
0.
10.
400.
300.
370.
460.37-
0.
440.46-
0.
530.44-
0.
510.53-
0.
590.
59.51-
0.
570.
660.
570.
640.66-
0.72图
1.8气温倾向率的空间分布关中绝大部分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
0.11〜
0.89°C/10a之间，关中部分地区增温明显，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-
0.23〜
0.67℃/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
0.03〜
0.64C/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
0.14〜
0.721/10a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
0.04〜
0.52°C/10a之间，镇安增温幅度最大，陕北的北部及关中大部分地区增温明显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3〜4年的年际变化周期和
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。
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