大宅科学学报■2020年第43卷第6期：1042-1055
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靳铮①，游庆龙①”，吴芳营②，孙博②，蔡子怡①
①复旦大学大气与海洋科学系，上海200438；
②南京信息工程大学大气科学学院，江苏南京210014
*联系人，E-mail：qlyou@fudancducn
2020-10-08收稿，2020-11-06接受
第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0105)
摘要青藏高原三江源地区正在面临着以“变暖变湿”为主的气候变化，是气候变化的显著区与敏感区。基于中国气象局位于三江源地区20个地面台站的气温、降水数据以及HadCRUT4(Climatic Research Unit iand-surface air temperature-4dataset and the Hadley Centre sea-surfacc temperature dataset，Hadle
y Centre，UK)气温、PREC(Precipitation Reconstruction，National Occanic and Atmospheric Administration，USA)降水资料，从气候要素空间格局、极端气候指标以及区域-全球平均多年变化对比等3个方面系统总结了三江源地区1961—2019年气候和极端气候变化的特征。结果显示，三江源区域在过去近60c里平均增暖速率为0.37P/(10a)，是全球平均水平(0.16P/(10a))的2倍以上，同时大幅高于全球同纬度(0.19P/(10a))及中国区域(0.28P/(10a))。在全球变暖背景下，三江源地区大部分极端气候指标上升，其中以夜间最低气温的上升(0.55P/(10a))最为显著，且极端高温事件的出现频率上升，区域日温差减小、气温变化极端性增强。三江源近60c温湿气候态的空间格局为沿西北-东南方向的正温湿梯度，其变化趋势存在自西向东速率上升的暖湿化空间分异特征。本文的研究结论进一步揭示了三江源地区近60a气候变化与极端气候的时空格局，为三江源地区气候系统和生态系统的脆弱性研究以及未来气候变化预估提供了科学依据，同时也为气候变化敏感的高寒地区对全球变暖的响应研究提供了对比案例。关键词
三江源地区；气候变化；
极端气候；
全球变暖
三江源位于青藏高原东部，是黄河、长江和澜沧江的发源地，也是中国乃至东亚地区重要的水资源保
护区，具有高寒生物资源丰富、生态环境脆弱以及对气候变化敏感的特征(董锁成等，2002；赵新全和周华坤，2005；游庆龙等，2008)，生态环境脆弱形势在其经济开发活跃区域更为严峻(韦晶等，2015)。三江源地区是世界上海拔最高、面积最大的高原湿地，但其湿地面积在1990—2007年间减少了11.18%，沙地面积增加了123.58%(陈永富等，2012)。上述研究表明三江源地区在国家生态安全方面有着特殊的重要战略地位，亟需开展更科学的保护策略研究(胡鞍钢，2012)。shake that brass
降水和气温是三江源地区气候变化的关键基本要素，它们对径流有显著的驱动作用(Zhang et al.，2011)，同时影响着降水-径流过程对三江源土壤的侵蚀(Wang et ai.，2017)，降水和气温是该地区水资源和生态环境的重要气候基础。由于高寒地区的人类活动相对其他宜居带较少，气候变化在三江源地区是目前影响降水-径流过程的主要角(Chu et ai.，2019)。1982—2015年三江源地区的增暖速率是全球变暖速率的4倍左右，这一变化加速了该区域的植被增长(Bai et al.，2020)。高原气候环境暖湿化有利于增加浅层土壤含水量，从而促进值被生长(蒋元春等，2020)。研究显示气候向暖向湿变化
引用格式：靳铮，游庆龙，吴芳营，等，2020.青藏高原三江源地区近60s气候与极端气候变化特征分析:J].大气科学学报，43(6)：1042-1055.
Jin Z，You Q L，Wu F Y，ei al.，2020.Changei of climate and climate extremei in the Three-Riveri Headwaters'Region over the Tibetan Plateau during the pair60yeari[ J].Trani Atmoi Sci，43(6):1042-1055.doi：10.13878/jcnki.dqkxxb.20201008001.(in Chinese).
靳铮，等：青藏高原三江源地区近60a气候与极端气候变化特征分析
与生态恢复均对三江源的区域径流有正面贡献(Feng et al.,2017)，气温增加也在促进该区域的蒸散过程(Wang et aO,2016)，且气温对区域水文格局的影响难以忽视(Mao et cl.,2016)，这些结论表明气候与生态在增强区域水循环的作用中可能存在正反馈关系。土壤湿度的变化也与三江源地区的降水有显著的一致性，它们在1980-2015年期间都有增加的趋势(Deng et al.,2020)。气温变暖、土壤湿度和降水增加等变化正在改变三江源的区域水循环和生态环境。目前，三江源区域生态服务功能的格局已经产生了显著变化(Zheng etal.,2020)。研究表明1961—2015年三江源区域的气候趋势是整体变湿的(Ll et cl.,2020)，但是其未来气温升高将可能导致该地区的水分来源不足(许吟隆等,2007)，从而可能在未来由变湿转向变干，进而影响该区域生态环境。以三江源为代表的高原陆地表层格局要素变化可能会影响中国区域气候，就降水而言，高原的地表热量以及雪深分布都与长江以南乃至全国范围的夏季降水存在密切关联(丁峰等,2009；张超等, 2018)。
三江源地区的气候变化与全球气候系统变化有较强的关联性。降水方面，在厄尔尼诺影响下三江源自西南方向的水汽输送在过去近30a增强，从而引起更多的降水，表明三江源地区降水变化受控于全球气候变化(Sun and Wang,2018,2019)o不仅是降水，三江源地区极端气温与北大西洋涛动、西太平洋亚热带高压等大气环流因素也有着紧密的联系1965—2015年的高温极端事件频率上升而干旱极端事件频率下降(Xl et cO,2018)，且在1980—2013年间地表温度的上升趋势大于气温，其中最低温度的上升
趋势超过最高温度(Luo etal.,2016)，这些研究表明三江源地区的气候和极端气候特征是复杂且特殊的，并且与全球气候变化以及本地的生态环境状况息息相关。因此，有必要在目前的基础上进一步厘清三江源地区的气候和极端气候变化特征。
1资料和方法
三江源地区地面观测数据来自中国气象局(hs tp://a/)位于该区域的25个气象台站(图1)o剔除存在较长时间缺测的青海湖、沙珠玉、治多、甘德和班玛共5个站点数据后，保留20个地面气象站(表1)逐日最高/最低气温及日降水量在均一性、稳定性上相对更优。气象数据的时间跨度统一取为1961年1月1日一2019年12月31日，其中曲麻莱站、久治站1962年部分日期缺测。针对所有存在缺测的数据，本文选取其前后2a同期数据对其进行线性插补(取前后2a同期数据的平均值作为插补值)，一定程度上提升了资料数据序列的完整性和连续性。使用RCOmDex软件(htttps：// /softwam.shtml)对数据进行质量控制并计算极端气候指标，包含气温和降水等15个常用极端气候指标(Karl et cO,1999；表2)。逐月降水资料源于NOAA Precipitation Reconstruction(PREC)(分辨率:2.5°x2.5°)(Chen
图1三江源及气象台站位置基本地理信息概况
Fig.1Fundamental geographic information of weather stations in the Threc-Rivers,Headwaters Regio
n
1043
大宅斜学学报 2020 年 11 月 第 43 卷 第 6 期
的平均值得出，逐月气温资料为HadCRUT4 （ ht
tps ://crudata. uea. cc. uk/cru/data/temperature/）（分 辨率:5。15 Q （ Moricc et s U , 2012 ），采用时段为
夏天的浪花1961—2019年,CRU 气温和PREC 降水资料用于 全球、中国以及全球同纬度区域与三江源气温变化
的比较。以上数据在近60 /气候变化对比分析中 选取1961 —1990年作为参考时段,
表1三江源气象站点信息
Tabla 1 Information of weather stationi in She Three-Rivers'
Headwaters Region
注:1*表示该站点缺测时间较长，研究中不予采用.
编号站号
站名纬度/°N 经度/°E 海拔/m
1528541)青海湖
周杰伦2016新专辑36.58
100.48
3 200.82
52856
共和36.27100.622 835.0352868贵德36.02101.37
2 273.0
4
52908
五道梁35.2293.084 612.25529411)沙珠玉36.27100.27
2 872.0
652943兴海
35.5899.983 323.2752955贵南35.58100.73
3 120.08
52957
同德35.25100.603 148.2952963尖扎35.93102.022 085.7
10
52968泽库
35.03
101.473 662.81152974同仁35.52102.02
2 491.4
12
56004
沱沱河34.2292.434 533.113560161)治多33.8595.62
4 179.114
56018
杂多32.88
95.284 066.41556021曲麻莱
34.1295.804 175.01656029
玉树33.0096.973 716.9
17
56033玛多
34.9298.22
4 272.31856034
清水河33.8097.134 415.419
56043
玛沁34.48
100.23
3 719.0
20
560451)甘德33.9799.904 050.02156046
达日33.7599.653 967.52256065河南
34.73101.603 500.023
56067
久治33.43
101.48
3 628.52456125囊谦
32.2096.473 643.725
561511)
班玛
32.93
100.75
3 530.0
2结果分析
2.1区域气候与极端气候变化的空间格局
三江源地区的气温、干湿气候态均呈现出沿西
北-东南方向的空间梯度，在此方向上，平均气温升
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高、降水强度增强。其中，年最高气温在东北侧和南 侧边缘地带最高，年最低气温在西部地区最低，年降 水强度峰值出现在最东南侧的台站，与CRU 气温资
料相比，台站气温的空间分布与其相似，但空间差异 更明显，而PREC 降水量则整体比台站降水偏高，特
表2气温和降水极端气候指标
Tabla 2 Climate exUeme indicci of temperature and precipita
tion
指标名称缩写说明
单位
白天最高温TXx 年日 最高温的最大值P 白天最低温
TXn 年日 最高温的最小值
P 夜间最高温TNx 年日最低温的最大值P 夜间最低温
TNn
年日最低温的最小值P 白天极端高温TX90P
年日最高温＞1961 —1990年90%分位值日数的百分比
%
白天极端低温TX10P
年日最高温＜1961 —1990年
10%分位值日数的百分比%
夜间极端高温TN90P 年日 最低温＞1961—1990 年90%分位值日数的百分比
%
夜间极端低温TN10P
年日 最低温＜1961—1990 年
jax10%分位值日数的百分比%
作物生长期GSL
首次气温连续6 d ＞5 P 与
首次连续6 d ＜5 P 间隔日数
d
日温差
DTR
年内日最高温与
最低温的差值
P
降水强度SDI I 年总降水量除以1 a 中的雨 季天数（降水量% 1- 0 mm ）mm/d
中雨日数R10mm
日降水%10 mm 的日数
d 极端强降水量R95p
日降水量＞95%分位 值的年总降水
mm
特强降水量
R99p
日 降水量＞99%分位 值的年总降水
mm
年总湿 日降水量
PRCPTOT
湿日（日降水%1 mm ）
的年总降水量
mm
别是西部地区的两个站点（图2）。在趋势上，最高、 最低、平均气温均展现出一定程度的上升，其中最低
气温的上升速率整体显著强于最高气温。同样地,
降水强度也整体呈现出上升趋势，而北部地区的增 强幅度相对更大。在变暖和变湿的趋势上，CRU 和
PREC 资料与台站资料保持了较好的一致性（图
3 ）。极端气温指标方面，白天和夜间的极端高温频 率整体显著高于极端低温， 且东北部 边缘地 区的 是
极端高温的峰值地带（图4a — d ）。从白天和夜间的
最高/低温度分布来看，西北-东南方向的气温空间 梯度在此区域内依然明显（图4e —h ）。作物生长期 的长度与气温、降水在空间分布上相似度较高（图
4i ），同时，对作物生长影响较大的日温差（图4j ）在
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靳铮，等：青藏高原三江源地区近60a气候与极端气候变化特征分析
经度经度
■mm/a
300350400450500550600650700750800850900
图2三江源20个台站1961—2019年期间年最高(a)、最低(b)、平均气温(c)、年降水量(e)的平均气候态以及CRU资料的平均气温(d)、PREC资料的年降水量(f)
Fig.2Average c limatological annual(a)maximum temperature,(b)minimum temperature,(e)average temperature and(e)precipitation of the20weather stations,(d)average temperature of CRU datasets and(f)precipitation of PREC datasets in the Three-Rivers Headwaters5Region from1961to2019
西部相对更高寒区域与作物生长期长度的分布也十分一致。极端降水指标方面，自西北-东南方向的降水强度梯度空间态势显著。降水强度峰值主要集中于东部和南部边缘地带，而极端强降水量和特强降水量则在东部区域相对更大。用于表征降水频率的中雨日数和年总湿日降水量也与前述指标的空间梯度模态一致（图5）,
从极端气候趋势的空间格局来看，三江源地区整体呈现出自西向东幅度增大的变暖变湿态势。气温方面，白天/夜间极端高温和白天/夜间最高/低温全部呈现出上升趋势，其中夜间极端高温和夜间最低温的上升最为显著。而白天/夜间极端低温则呈现出一定的下降趋势（图6a—h）o但从变化幅度来看，极端气温的上升幅度总体明显大于下降幅度o 在物候方面，几乎所有的站点都显示出作物生长期延长的趋势（图6i），然而由于白天最高温的上升幅度小于夜间最低温，日温差的变化趋势基本都是下降的（图6j）°降水方面，降水强度变化趋势的空
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大免科学常扌艮2020年11月第43卷第6期
31°N-------
88°E93°E98°E103°E88°E93°E98°E103°E
你说是我们相见恨晚经度经度
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图3三江源20个台站1961—2019年期间年最高(/)、最低(b)、平均气温(c)、年降水量(e)变化趋势以及CRUPREC资料的平均气温(d)、PREC资料的年降水量(f)的变化趋势
Fig.3Changing trends of annual(a)maximum temperature,(b)minimum temperature,(c)average temperature and( e)pmcipitation of the20weather stations,(d)average tempemtum of CRU datasets and(f)pmcipitc-
Uon of PREC datasets in the Three-Rivers5Headwaters Region from1961to2019
间格局并不显著，位于北部和东部的站点增长趋势相对其他区域更大（图7/），中雨日数的空间格局是降水指标中最为清晰的，呈现出南少北多的显著分异（图7b），极端强降水趋势则出现了自西南向东北幅度增强的形势（图7c）。特强降水量和年总湿日降水量的趋势同时呈现出北高南低的空间形势（图7d、e）。总体来说，三江源地区的极端降水指标变化趋势在北部、东部地区增长幅度相对较大，峰值地带位于东北部次边缘地区，与物候、极端气温指标大幅度变化的区域相一致。
总体而言，三江源地区的温湿气候态空间格局为沿西北-东南方向的温湿空间正梯度。极端气候趋势的空间格局为自西向东幅度增大的变暖变湿。极端高温的频率在增长而极端低温的频率在下降，其中，以夜间最低温的上升幅度最为显著。极端降水则在东部相对更强，而北部增长趋势更快。但是，温湿的空间分异格局并未给物候带来空间上差异化，三江源物候在生长期整体延长的形势下并未呈
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