西藏工布江达县气象局 巴桑曲珍 860000
摘要： 本文利用西藏林芝地区1961-2010年最低、最高气温时间序列资料，采用最小二乘法、M-K突变检验等方法，首先研究了极端气温长时间尺度变化规律，以及在不同气温区间范围下年份频率，其次对最低、最高气温突变年进行分析，最后对突变年前后极端气温变化差异性进行分析。研究表明：最低、最高气温均呈逐年递增发展趋势，且每10年分别增温0.28 ℃、0.254 ℃，最低气温主要集中在3.5~4 ℃之间，最高气温主要集中在16~16.5 ℃之间；最低、最高气温开始突变的年份分别为：1997年、2002年，突变年之前最低、最高气温变化趋势相一致，突变年之后最高气温递增速率为最低气温的约4倍。
关键词： 极端气温；最小二乘；M-K；时间尺度；差异性
全球气候逐渐变暖的趋势越来越显著，导致我国乃至全球极端气候事件发生的概率逐渐增高，由极端气候所造成的经济损失、人员伤亡也呈逐年增多趋势[1-2]。而对多年极端气候时间序列分析研究，揭示其变化长期变化趋势、周期演变规律，对自然灾害防治、应急抢险具有重要意义。
西藏位于我国西南区域，由于其独特的高海拔特征，造成其气候变化较我国其余区域复杂，而藏区是我国气候变化最为敏感区域，对其气候变化趋势研究，有利于掌握我国气候整体变化情况。目前部分学者对藏区气候变化特征以及影响进行了研究，赵旺林等[3]利用气温、降水资料，考虑植被指数、畜牧存栏数两个关键指标，分别研究气候变化以及放牧活动对植被的影响，研究指出放牧活动对植被造成的影响较气候变化大。
总体而言，很多学者采用常规气候统计学方法对不同区域气候变化趋势进行了一定的研究，主要分为时间尺度、空间尺度两个方面，其中时间尺度主要对气候序列长时间变化趋势、突变年份以及不同周期演变规律进行研究；空间尺度主要对气候空间分布一致性进行分析。
本文利用1961-2010年西藏林芝地区极端高温、低温时间序列资料，首先分别对其长时间尺度演变趋势分析，其次采用M-K突变检验法分别计算其开始突变的年份，然后研究突变年前后气温递增或递减的幅度。
1理论模型介绍
本文在研究极端低温、高温长时间尺度演变趋势过程中，主要采用最小二乘法对其时间序列数据拟合，主要通过寻求预测值与实际值之间最小误差平方和的拟合方法，其核心原理为：假设气温时间序列数据为：，则采用最小二乘法计算最小误差平方和表达式为[6]：
.png)
.png)
在研究极端气温突变年工作中，主要采用M-K突变检验方法，该方法具有其一定的优势，即不要对时间序列数据按照特定的规律排序，同时能够忽略少数异常值的影响。本文设置著性水平为，因此所对应的临界值为，其核心原理为[7]：
.png)
.png)
2结果与分析
2.1极端气温长时间尺度趋势
本文利用1961-2010年逐年平均、最低、最高气温资料，对其进行统计分析指出，林芝地区多年平均气温为8.83 ℃，最低、最高气温平均值分别为：3.95 ℃、16.17 ℃，可以看出最低气温低于年平均气温4.88 ℃，而最高气温高于年平均气温7.34 ℃。图1为西藏林芝地区最低、最高气温经过最小二乘法拟合后的演变趋势，整体上看最低、最高气温均呈逐年递增发展趋势，根据拟合方程斜率可以看出最低、最高气温斜率分别为0.028、0.0254，结合气候倾向率定义[8]，说明了每10年最低、最高气温分别增高0.28 ℃、0.254 ℃，且最低气温增温幅度高于最低气温。
.png)
图1 西藏林芝地区最低、最高气温演变趋势
Fig.1 Evolution trend of minimum and maximum temperature in Linzhi, Tibet
图2为最低、最高气温不同区间范围频次及占比统计结果，对于最低气温可以看出，主要集中在3.5~4 ℃之间，占总年份数的38%，其次是3-3.5 ℃，占总年份数的24%，最低气温在4~4.5 ℃、4.5~5 ℃出现的年份相同，均占16%，而最低气温在5~5.5 ℃出现的年份最少仅为6%；对于最高气温可以看出，主要集中在16~16.5 ℃之间，占总年份数的40%，其次是15.5~16 ℃，占总年份数的30%，最高气温在15~15.5 ℃、16.5~17 ℃出现的年份数相接近，分别占10%、12%，而最高气温在17~17.5 ℃、17.5~18 ℃出现的年份最少均仅为4%。
.png)
图2 最低、最高气温不同区间范围频次及占比统计结果
Fig.2 Statistical results of frequency and proportion of minimum and maximum temperature in different intervals
2.2极端气温突变检验
图3为最低、最高气温采用M-K突变检验计算结果分布情况，可以看出该地区最低、最高气温存在不同的突变年份，且在突变年前后气温变化趋势也不相一致，对于最低气温在1975年之前顺序统计结果小于0，表明最低气温在1961-1975年之间主要为降温趋势，而后从1975年开始呈增温变化趋势，且在1997年顺序、逆序统计值存在交点，说明1997年为最低气温变化趋势开始突变的年份，同时在1997年之后最低气温顺序统计值开始超出临界值，说明1997-2010年之间最低气温增温幅度最大；对于最高气温顺序统计值主要以大于0为主，0值以下相对较少，表明最高气温变化趋势与最低气温存在很大差异性，即从1961年开始总体上呈增温趋势，在2002年顺序、逆序统计值存在交点，说明2002年为最高气温变化趋势开始突变的年份，最高气温突变年份要晚于最低气温，同时在2002年之后最高气温顺序统计值开始超出临界值，说明2002-2010年之间最高气温增温幅度最大。
.png)
图3 最低、最高气温突变检验趋势
Fig. 3 Trend of abrupt change test of minimum and maximum temperature
2.3 极端气温突变年前后差异性分析
通过上文分析得出西藏林芝地区年最低、最高气温开始突变的年份分别为：1997年、2002年，且在突变年前后变化趋势存在较大差异性，尤其在突变年之前。图4为最低气温突变年前后变化趋势，其中1961-1997年为突变年之前、1998-2010年为突变年之后，可以看出，在突变年前后计算出的最低气温最小二乘法拟合出的斜率分别为：0.012、0.044，说明了每10年突变年前后最低气温分别增加0.12 ℃、0.44 ℃，突变年之后最低气温增温幅度远远高于突变前。
.png)
图4 最低气温突变年前后变化趋势
Fig. 4 Variation trend of minimum gas temperature before and after abrupt change year
3结论
本文利用西藏林芝地区1961-2010年极端气温资料，包括：年平均、最高、最低气温资料，首先采用最小二乘法研究最低、最高气温时间演变规律，并统计不同气温区间范围出现的年份概率；其次采用M-K突变年检验计算最低、最高气温开始突变的年份；最后研究最低、最高气温突变年前后变化趋势。主要得出：每10年最低、最高气温分别增高0.28 ℃、0.254 ℃；最低气温主要集中在3.5~4 ℃之间，占总年份数的38%，最高气温主要集中在16~16.5℃之间，占总年份数的40%；最低、最高气温开始突变的年份分别为：1997年、2002年，且在突变年后变化趋势存在较大差异性。
参考文献
[1]王政琪, 高学杰, 童尧,等. 新疆地区未来气候变化的区域气候模式集合预估[J]. 大气科学, 2021, 45(2):407-423.
[2]曹晴, 郝振纯, 傅晓洁,等. 1960—2017年中国极端气候要素时空变化分析[J]. 人民黄河, 2020, 42(2):11-17.
[3]赵旺林, 罗天祥, 张林. 气候变化与放牧对西藏典型高寒荒漠草地植被指数变化的相对影响[J]. 生态学报, 2019, 39(22):298-307.
[4]贾洋,崔鹏. 西藏冰湖溃决灾害事件极端气候特征[J]. 气候变化研究进展, 2020, 16 (4):5-14. 作者简介:巴桑曲珍（1994.04）女，藏族，西藏工布江达人，本科学历，职称：助理工程师，从事研究方向或职业：西藏工布江达县气象局综合业务管理科综合业务岗位。