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user: 3. 吉林冬季极端指数的空间分布和随时间的演变特征 3.1. 7个极端指数的空间分布 根据筛选出的吉林地区15个站点从1970年12月到2009年2月共49个冬季的平均气温、最高气温、最低气温等数据；计算出霜冻日数、结冰日数、冷昼日数、冷夜日数、最低气温极大值、最低气温极小值、霜冻日数等极端指数的多年平均，分别研究其个极端指数在冬季吉林地区的空间分布(见图2)。吉林省冬季冷昼日数变换范围在8.48~8.67 d，松原市与大安市一侧是低值区。吉林省冬季冷夜日数的变化取值范围在8.17~8.76 d大值区位于白山市、辉南、柳河一带，低值区位于德惠、扶余、农安一带。低值区在公主岭市、和龙市。吉林省寒潮持续日数变换范围在2.3~20.4 d，高值区在白山市柳河一带吉林省冬季霜冻日数的多年平均分布并不均匀，基本由南向北呈递增趋势，总体大值区位于白城市、松原市、长春市，变换范围为64.1～82.8 d。吉林冬季结冰日数变换范围为89.7~90.2 d，跨度较小，结冰日数由南向北依次递增，和霜冻日数相像，较大值区位于白城市、松原市、吉林市，占比面积较大，变换范围为89.7~90.2 d跨度较小。吉林省月最低气温极大值由西向东逐步递增，其取值范围为−0.6℃~3.2℃。吉林省月最低气温极小值的低值区位于白山市，几个高值区位于延边朝鲜族自治州龙井县，白山市、长岭等地区，取值范围在−43.6℃~−30.3℃。 图2. 吉林省冬季7个极端指数空间分布图 3.2. 7个极端指数随时间演变趋势 通过线性倾向估计，吉林地区冬季结冰日数、冷夜日数、冷昼日数、寒潮持续日数都有显著的下降(见图3)，其线性倾向率分别为：1.7 d/10a、1.9 d/10a、0.9 d/10a、0.2 d/10a。从累计距平来看，结冰日数、冷昼日数、冷夜日数在1987年前都有显著下降趋势，霜冻日数下降趋势不明显，其线性倾向0.046 d/10a，月最低气温极大值和月最低气温极小值有着显著上升趋势，线性倾向率分别是：0.6℃/10a、0.8℃/10a，可见月最低气温极小值比月最低气温极大值上升幅度更大。其中1976年、1980年和2000年的冷昼日数、冷夜日数和霜冻日数都明显增加，日最低气温极小值也有明显的下降，为异常低温年，主要是受下垫面海冰密集度的影响。巴伦支海和喀拉海下垫面海冰密集度小，导致北极吸收的太阳辐射与往年相比增多，冷空气不易堆积，而是会向中纬地区扩散，进而中纬地区经向环流增强，乌拉尔山脊增强，东亚大槽加深，近地面西伯利亚高压加强，冬季风明显增强，进而影响了东北吉林地区，造成异常低温 [ 20 ]。 总体而言，吉林地区1970年到2009年变暖特征明显，属于全球气候变暖的正响应地区。这一结果也与任景全等在1961~2015年吉林省极端气温指数时空变化特征的研究结果基本一致。 图3. 吉林省冬季7个极端指数年际变化趋势 3.3. 7个极端指数的突变检验 由图4可知，通过分析UF曲线和UB曲线，从UF曲线可以看出1970年至1976年霜冻指数基本呈上升趋势，但是曲线没有超过5%显著性检验区间，只能认为是缓慢上升，1976年至1981年呈缓慢下趋势。19世纪80年代到2004年吉林冬季霜冻指数基本成上升趋势，2004年至2008年又开始呈缓慢下降趋势。根据UF曲线和UB曲线的交点位置，2001年、2006年和2007年分别有三个突变点，2001年突变后，吉林冬季霜冻指数缓慢下降，由于2009年后我们数据较少，所以临近终止点的两个突变点检验结果不具有代表性，所以此处不认为发生突变。 图4. 吉林地区霜冻指数Mann-Kendall检验(直线为0.05显著性水平临界线) 由图5可知，从UF曲线上可以看出，19世纪70年代结冰日数波动较大，但是曲线没有超过5%显著性检验区间，所以是吉林地区冬季结冰日数缓慢上升或下降。1979年到1985年结冰日数呈缓慢下降趋势，1985年到1986年稍有上升，1986年后结冰日数不断下降，1997年到1999年和2001年至2004年都超过了5%显著检验区间，可以认为结冰日数呈快速下降趋势。根据UF曲线和UB曲线的交点位置，突变点在1986年，突变之后，吉林省冬季结冰日数呈下降趋势，且下降趋势不断加快，这可能全球气候变暖的大趋势有关。 图5. 吉林地区结冰日数Mann-Kendall检验(直线为0.05显著性水平临界线) 由图6可知，从UF曲线上可以看出，1970年至1975年吉林省冬季冷昼指数呈缓慢下降趋势，1975年至1994年，冷昼日数持续升高，1979年~1981年和1983年~1987年超过了5%显著性检验区间，说明这两个时间段的冷昼日数呈现快速上升趋势。1994年之后，冷昼日数呈缓慢下降趋势。通过分析UF曲线和UB曲线在1992的交点可已看出，在突变前，吉林地区冬季冷昼日数基本呈上升趋势，在突变后冷昼日数开始缓慢下降。 图6. 吉林地区冷昼日数Mann-Kendall检验(直线为0.05显著性水平临界线) 由图7可知，根据分析UF曲线可以看出，1970年~1975年间吉林地区冷夜日数呈下降趋势，1975年~1990年，冷夜日数基本呈现上升趋势，因为没有超过5%显著性检验区间，所以只能认为是缓慢上升，1990年后，冷夜数呈下降趋势，1995年之后，UF曲线基本都超过5%显著性检验区间，说明1995年后的吉林地区冷夜日数下降明显。根据UF曲线和UB曲线的交点位置，可以看出突变发生在1990年，突变之后，冷夜日数基本呈下降趋势。冷夜日数的变化趋势和冷昼日数变化趋势基本相似。 图7. 吉林地区冷夜日数Mann-Kendall检验(直线为0.05显著性水平临界线) 由图8可知，通过UF曲线可以看出，1991年~1976年寒潮持续日数呈缓慢下降趋势，1976年~1981年呈上升趋势，1986年之后吉林地区冬季寒潮持续日数基本长下降趋势，因为没有超过5%显著性检验区间，表明下降趋势不甚明显。根据UF曲线和UB曲线的交点位置，可以看出突变发生在1990年。与冷昼日数和冷夜日数趋势大致相同。 图8. 吉林地区寒潮持续日数Mann-Kendall检验(直线为0.05显著性水平临界线) 由图9可知，通过UF曲线可以看出，从1970到2008年，吉林地区最低气温极大值一直呈上升趋势，1990年后，UF曲线通过了5%显著区间检验，说明上升趋势明显。根据UF曲线和UB曲线的交点位置，可以看出突变发生在1989年，1989年后月底气温及最大值呈上升趋势更见明显。 由图10可知，从UF曲线可以看出1972年~1975年，最低气温极小值呈缓慢上升趋势，1975年到1991年吉林地区月最低气温极小值呈下降趋势，因为没有超过5%显著性检验区间，表明下降趋势不甚明显。根据UF曲线和UB曲线的交点位置可以看到，在1990年发生突变后，月最低气温极小值就一直呈上升趋势。除去个别存在异常低温的年份，总体来说1976年到2009年，吉林变暖趋势明显，与刘学华等人在中国近40年极端气温和降水的分布特征及年代际差异研究结果即1976年~2000年我国有变暖趋势这一结果完全符合 [ 21 ]。 图9. 吉林地区月最低气温极大值Mann-Kendall检验(直线为0.05显著性水平临界线) 图10. 吉林地区月最低气温极小值Mann-Kendall检验(直线为0.05显著性水平临界线) 3.4. 7个极端指数的周期分析 为更进一步研究吉林地区冬季7个极端指数的周期变化特征，我们采用Morlet小波对冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数、结冰日数、月最低气温极大值、月最低气温极小值、寒潮持续日数7个极端指数进行小波分析。下图分别给出了7个极端指数的小波方差图和Morlet小波实部时频分布等高线。 根据吉林地区霜冻指数小波分析图(见图11)，可以看出有三个峰值，分别对应7a、21a、34a。最高峰值位于21a的时间尺度，说明吉林地区冬季霜冻日数在21a震荡最强，为主要周期，且21a周期峰值较高存在于整个事件序列。 根据吉林地区结冰日数小波分析图可知(见图12)，存在21a (第一主周期)，34a (第二主周期)，9a (第三主周期)的显著周期。小波指数>0表示吉林地区冬季结冰日数多的年份，小波指数<0表示吉林地区冬季结冰日数少的年份。其中结冰日数在21a的震荡最强为主要周期。且9a出现在于1970~1980年和2000年~2009年间。 图11. 霜冻日数小波分析 图12. 结冰日数小波分析 图13. 冷昼日数小波分析 根据吉林地区冷昼日数小波分析图可知(见图13)，存在22a (第一主周期)、13a (第二主周期)、34a (第三主周期)的显著周期。在19~22a振荡周期里，20世纪80年代初期、20世纪90年代初期小波实部为负值区，表明这段期间属于吉林地区冬季冷昼日数偏少期；20世纪70年代末期、20世纪80年代初期、21世纪00年代初期小波实部为正值区，表明这段期间属于吉林地区冬季冷昼日数偏多期。 根据吉林地区冬季冷夜日数小波分析图可知(见图14)，存在21a (第一主周期)、34a (第二主周期)、12a (第三主周期)、6a (第四主周期)的显著周期。在19~22a振荡周期里，20世纪80年代初期小波实部为负值区，表明这段时间属于吉林地区冷夜日数偏少期；20世纪70年代末、21世纪00年代初期小波实部为正值区，表明这段时间属于冷夜日数偏多期。 图14. 冷夜日数小波分析 根据吉林地区寒潮持续日数小波分析图可知(见图15)，存在20a (第一主周期)，34a (第二主周期)、5a (第三主周期)、13a (第四主周期)的显著周期。由小波实部时频分布等高线图可以看出，在20~25a振荡周期里，20世纪70年代后期、21世纪00年代初期小波实部为正值区，表明这段时间吉林冬季寒潮持续日数偏多；在20世纪80年代初期小波实部为负值区，表明这段时间吉林冬季寒潮持续日数较少。 图15. 寒潮持续日数小波分析 根据吉林地区月最低气温极大值小波分析图可知(见图16)，存在28a (第一主周期)、21a (第二主周期)、10a (第三主周期)、15a (第四主周期)的显著周期。在小波实部时频分布等高线图上可以看出在10~12a振荡区间里，20世纪70年代初期、20世纪80年代中期、20世纪90年代后期小波实部为负值区，表明这段时间月最低气温极大值较小；20世纪70年代后期、20世纪80年代后期、21世纪00年代中期小波实部为正值区，表明这段时间月最低气温极大值较大。 图16. 月最低气极大值小波分析 根据吉林地区月最低气温极小值小波分析图可知(见图17)，存在21a (第一主周期)、34a (第二主周期)的显著周期。在21~22a振荡区间里，20世纪70年代末期、21世纪00年代中期小波实部为负值区，表明这段时间月最低气温极小值偏小；20世纪80年代末期、90年代初期小波实部为正值区，表明此时吉林冬季月最低气温极小值偏大。 图17. 最低气温极小值小波分析