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user: 3. 结果与分析 3.1. 河南省极端气温指数时间变化特征分析 从图2极端高温指数变化趋势中可以看出，1958~2012年，河南省热持续指数线性倾向率呈下降趋势，变化倾向率为−0.3 d/10a；夏日日数线性倾向率呈上升趋势，变化倾向率为1.3 d/10a；暖昼日数线性倾向率呈下降趋势，变化倾向率为−0.16 d/10a；暖夜日数线性倾向率呈现明显地上升趋势，变化倾向率为2.9 d/10a。4个极端高温指数中，暖夜日数的上升趋势最为显著，热持续指数和暖昼日数虽然近年来呈现线性下降趋势，但变化倾向率很小。 图2. 1958~2012年河南省极端高温指数变化趋势 对比图2中5年滑动平均曲线和5阶多项式曲线可以发现，4个极端高温指数有较为一致的变化趋势，大致均为“两高一低”的波动变化。1960年前后和2000年前后是两个较为明显的高值区，多项式曲线在线性趋势线上方，极端高温指数数值偏大。而1980年前后是一个明显的低值区，多项式曲线在线性趋势线下方，极端高温指数数值偏小。1960~1980年，热持续指数、夏日日数、暖昼日数、暖夜日数均呈现下降趋势，1980~2000年则均呈现上升趋势，夏日日数、暖昼日数以及暖夜日数的上升趋势甚至持续至2010年左右，其中暖夜日数上升最为显著，在2009年达到了近50年的最高值。在2000年以后的高值区中，滑动平均曲线有多个频繁的小波动，说明2000年以后极端气温事件偏多。 分析图3极端低温指数变化趋势可知，河南省1958~2012年表征低温的四个指数线性倾向率均呈现下降趋势，冷持续指数、霜日日数、冷昼日数、冷夜日数的变化倾向率分别为−0.15 d/10a、−3.4 d/10a、−0.4 d/10a、−2.4 d/10a。4个极端低温指数中，霜日日数与冷夜日数线性下降趋势较为显著，冷持续指数和冷昼日数线性下降趋势较为平缓，其中霜日日数的下降趋势最为明显。 图3. 1958~2012年河南省极端低温指数变化趋势 结合图3中滑动平均曲线和多项式曲线可以发现：冷持续指数呈波动下降的趋势，1965年前后是一个较为明显地高值区，1980年前后是一个的低值区，2000年前后是一个不明显的高值区，但2000年前后高值区的波峰明显小于1965年前后的高值区波峰。而且观察发现，两个高值区期间，滑动曲线均有两到三个小波动，相较于低值区，高值区的波动更加频繁；霜日日数和冷夜日数相较于其他指数，变化幅度更为明显，且具有较为一致的变化趋势，1968~1998年是一个持续时间较长的高值区，但整体还是呈下降趋势，在1988年左右，两个指数的滑动平均曲线均有多个频繁的小波动，说明这一时期极端气温事件较多。但相较于冷夜日数，霜日日数的波动则更加明显，而在2002年以后其滑动平均曲线又出现了频繁的小波动；冷昼日数的下降趋势则较为平缓，1970年前后有一个较小的高值区，1980~2008年多项式曲线与线性趋势线基本重合，下降趋势较为平缓，2008年以后则进入一个低值区。 综合图2、图3可知，1958~2012年，极端高温指数整体上呈上升趋势，而极端低温指数整体呈下降趋势，说明在过去55年中，河南省的极端气温变暖特征十分显著，气温变化以变暖为主要趋势，符合当前全国乃至全球变暖的大趋势。除此之外，极端低温指数的下降幅度明显大于所对应的极端高温指数的上升幅度，说明两者在时间变化特征上是不对称的。 3.2. 河南省极端气温指数时间序列突变分析 气候突变，常见的定义为气候从一个平均值到另一个平均值的急剧变化，表现为气候变化的不连续性，即气候在时空上从一个统计特性到另一个统计特性的急剧变化。本文则通过UF、UB统计量曲线相交的突变点来体现气候突变。 图4给出了1958~2012年河南省4个极端高温指数时空变化的突变曲线，由UF统计量曲线可知：热持续指数UF统计量曲线变化趋势不是十分显著，没有明显的突变点；夏日日数UF统计量曲线在2000年之后则有较明显的上升，但在55年间，夏日日数UF统计量曲线均未超过0.05显著性水平临界线，说明在此期间夏日日数变化趋势并不明显，其UF与UB曲线有多个交点，通过对比分析以及其他检验方法的验证，认为1997年为夏日日数的突变点；暖昼日数UF统计量曲线在1980~1998年间，UF统计量曲线超过了0.05显著性水平临界线，下降趋势较显著，2000年以后有所上升，但幅度十分不明显，无明显突变点；暖夜日数UF统计量曲线在1958~1975年呈下降趋势，在1975~2012年均呈上升趋势，在1998年以后暖夜日数UF统计量曲线突然急剧上升，UF和UB统计量曲线在2001年出现交点，2001年则为河南省暖夜日数的突变点，而在2005年以后，暖夜日数UF统计量曲线超过了0.05显著性水平临界线，说明河南省暖夜日数在2005年以后的上升趋势十分显著。 图4. 1958~2012年河南省极端高温指数突变分析 图5是1958~2012年河南省4个极端低温指数时空变化的突变曲线，分析UF统计量曲线可以发现：冷持续指数的UF统计量曲线没有较为明显的变化趋势；霜日日数的UF统计量曲线在1958~1995年没有较为明显地变化趋势，但在1994年左右，霜日日数的UF统计量曲线突然剧烈下降，同时在1994年霜日日数的UF和UB统计量曲线出现了交点，说明霜日日数的突变发生在1994年，在2001年以后，UF统计量曲线超过了0.05显著性水平临界线，说明河南省霜日日数在2005年以后的下降趋势十分显著；冷昼日数的UF统计量曲线没有较为一致的变化趋势，没有明显地突变；冷夜日数UF统计量曲线在1966~1974年之间超过了0.05显著性水平临界线，说明河南省冷夜日数在此区间的上升趋势比较显著。但在1994年之后，冷夜日数的UF统计量曲线突然下降，并且在1998年与UB统计量曲线相交，说明在1998年冷夜日数发生了突变，在2000年以后UF统计量曲线更是超过了0.05显著性水平临界线，说明在2000年以后河南省冷夜日数呈现显著的下降趋势。 图5. 1958~2012年河南省极端低温指数突变分析 综合图4和图5的分析结果，可以发现：在2000年以后4个极端高温指数均加速上升，尤其是2005年以后，暖夜日数的上升趋势十分显著；而表征低温的极端气温指数中，霜日日数和冷夜日数两个变化较为明显的指数在90年代以后下降速度明显变快，说明近20年极端气低温事件发生频率显著降低。在8个极端气温指数中，热持续指数、暖昼日数、冷持续指数和冷昼日数4个指数在研究范围内没有发现明显地突变，夏日日数通过多种方法验证认为其在1997年有一突变点，而变化较明显的暖夜日数、霜日日数和冷夜日数的突变点分别为2001年、1994年、1998年。综合分析，河南省极端气温指数的突变主要发生在2000年前后。 3.3. 河南省极端气温指数空间变化特征分析 观察图6、图7可知，在不同的地区，极端气温指数之间变化倾向率有明显的差异，而不同类型的极端气温指数的变化倾向率也有很大的差异。热持续指数变化倾向率在(−0.8~0.7) d/10a之间，夏日日数变化倾向率在(0.3~2.8) d/10a之间，暖昼日数变化倾向率在(−0.4~2.5) d/10a之间，暖夜日数变化倾向率在(1.2~6.2) d/10a之间，冷持续指数变化倾向率在(−1.8~0.3) d/10a之间，霜日日数变化倾向率在(−7.0~−0.6) d/10a之间，冷昼日数变化倾向率在(−1.4~1.1) d/10a之间，冷夜日数变化倾向率在(−4.3~0.0) d/10a之间.。暖夜日数、霜日日数和冷夜日数变化倾向率的范围和数值(绝对值)明显大于其他极端指数，说明相对于其他极端气温指数，区域变化对这三个极端气温指数的影响更大。 分析图6可以发现：热持续指数变化十分不显著，没有站点通过P < 0.05显著性检验，中东部地区热持续指数有不明显的下降趋势，相对而言西部地区则有较为明显的上升趋势；夏日日数河南省整体呈上升趋势，但只有三门峡站、西峡站和栾川站通过了显著性检验，说明该指数的变化不是十分显著，而通过显著性检验的三个站点均分布在西部地区，说明夏日日数变化较为显著的站点主要分布在西部；暖昼日数的变化也不是十分显著，上升趋势较为显著的站点主要分布在西部地区，其中卢氏站和栾川站通过了显著性检验；暖夜日数只有卢氏站和栾川站没有通过显著性检验，其他13个站点均通过了显著性检验，说明暖夜日数的上升趋势十分显著。暖夜日数上升幅度大而且分布范围十分广泛，除了没有通过显著性检验的两个站点所在的区域，基本涵盖整个河南省区域范围。 图6. 1958~2012年河南省极端高温指数变化倾向率空间分布 分析图7可知：冷持续指数的变化不是十分显著，没有站点通过显著性检验，中部地区西华站附近的区域下降趋势最为明显；霜日日数变化倾向率的区域变化很大，而且除了卢氏站和栾川站，其他站点均通过了显著性检验，说明霜日日数的下降趋势十分明显，分析其空间分布特征，发现中部地区下降趋势最为显著；冷昼日数没有站点通过显著性检验，说明该指数变化并不显著，整体呈现不显著的下降趋势，相对而言东部和西部地区较明显，中部地区则更不明显；冷夜日数安丰站、安阳站、信阳站、栾川站、卢氏站和许昌站6个站没有通过显著性检验，其他9个站通过了显著性检验，15个站点均呈下降趋势，其中孟津站下降趋势最为显著。 图7. 1958~2012年河南省极端低温指数变化倾向率空间分布 图6和图7中，分析极端高温指数的空间分布，发现热持续指数、夏日日数和暖昼日数的变化倾向率(绝对值)均呈现西高东低的趋势，而暖夜日数则呈现东高西低的趋势，暖夜日数也是4个表征高温的极端气温指数中上升趋势最为显著的指数。分析极端低温指数的空间分布，发现东南地区下降趋势较为显著，尤其是西华站，在4个指数中均有较为明显地下降趋势。霜日日数的变化倾向率在(−7.0~−0.6) d/10a之间，在所有极端气温指数中霜日日数的变化显著性最为突出。 海拔高度对极端气温指数也有一定的影响，因此，将研究所用站点因不同海拔高度分为5个范围，分别统计分析河南省不同海拔高度范围极端气温指数的变化(表2)，以此来分析不同海拔与极端气温指数之间的关系。 表2的统计显示，夏日日数随着海拔的升高而逐渐减少，霜日日数随着海拔的升高有明显的上升，而其它几个极端气温指数的变化与海拔高度的变化并没有较为明显地联系，可能是因为虽然河南省整体地势呈西高东低，但此次研究所选取的站点海拔范围较小，导致了其他极端气温指数的海拔梯度变化不明显。 Table 2 Mean trends of extreme temperature in categorized latitude ranks in Henan from 1958 to 201 海拔范围/m 热持续指数/d 夏日日数/d 暖昼日数/d 暖夜日数/d 冷持续指数/d 霜日日数/d 冷昼日数/d 冷夜日数/d 50~100 2 143 20 18 2 78 20 20 100~150 3 142 19 18 2 70 20 20 150~350 3 140 19 18 3 67 21 21 350~600 3 132 19 19 2 92 21 21 600~700 3 115 19 19 3 98 21 21 表2. 1958~2012年河南省不同海拔极端气温指数均值变化