庫(kù)爾勒1961—2010年氣候變化特征

趙勇軍，吳新國(guó)

（庫(kù)爾勒市氣象局，新疆 庫(kù)爾勒841000）

全球氣候變暖已成為氣候研究的熱點(diǎn)之一[1-3]，而全球氣候與環(huán)境是長(zhǎng)期以來(lái)人與自然關(guān)系失調(diào)的結(jié)果。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展和城市化進(jìn)程，使得人類對(duì)自然的干擾和破壞越來(lái)越嚴(yán)重。長(zhǎng)期的累積過(guò)程導(dǎo)致了許多全球性的環(huán)境問(wèn)題，其中最直接的就是全球氣候變暖。氣候是人類賴以生存的自然環(huán)境的重要組成部分，它的任何變化都會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

IPCC第3次評(píng)估報(bào)告指出：全球平均地表溫度自1861年以來(lái)一直在增高，20世紀(jì)增加了（0.6±0.2）℃。中國(guó)氣候近百年來(lái)也在變暖，中國(guó)的氣候?qū)W家對(duì)中國(guó)氣候變化的研究取得了大量有價(jià)值的結(jié)果。丁一匯、戴曉蘇[4]對(duì)中國(guó)近百年來(lái)溫度變化的研究結(jié)果進(jìn)行了綜述，王紹武等[5]給出了中國(guó)近百年溫度序列。他們得到的較一致結(jié)論是：（1）近百年來(lái)中國(guó)氣候變化趨勢(shì)與全球總趨勢(shì)基本一致，全國(guó)氣溫上升了0.4～0.5℃，略低于全球平均的0.6℃；（2）中國(guó)20世紀(jì)初為冷期，其后逐步回升，到1940—1949年間達(dá)到最暖，之后又迅速變冷，且持續(xù)到70年代，然后再次出現(xiàn)回升。王紹武、陳隆勛、翟盤茂[6-8]的研究表明，近幾十年全國(guó)年降水量總體上呈減少趨勢(shì)，但西部降水量呈明顯的增多趨勢(shì)，尤以西北地區(qū)最為明顯，而西南一些地區(qū)有減少趨勢(shì)。左洪超等[9]對(duì)我國(guó)近50 a來(lái)的降水量的變化進(jìn)行了研究，得出新疆地區(qū)是降水量增加最快的地區(qū)；丁一匯等[10]指出我國(guó)西北地區(qū)的氣候變化與全球氣候變化基本一致，目前仍屬于暖期。同時(shí)，施雅風(fēng)等[11]的研究也表明，我國(guó)西北氣候可能從20世紀(jì)的暖干向暖濕轉(zhuǎn)型。何清等[12]研究指出，40 a來(lái)新疆氣溫呈明顯上升趨勢(shì)，后10 a（1991—2000年）比前30 a平均氣溫升高，降水變化的總趨勢(shì)是增濕明顯，后10 a與前30 a相比降水增加。

庫(kù)爾勒市位于新疆維吾爾自治區(qū)腹心地帶，天山南麓，塔里木盆地東北邊緣，孔雀河沖積、洪積平原上。地理坐標(biāo)為東 85°14′10″～86°34′21″E，41°10′48″～42°21′36″N。庫(kù)爾勒市北部為天山余脈霍拉山，東部為庫(kù)魯克山和博斯騰湖，中部為開闊的綠洲平原。源于博斯騰湖的孔雀河，流經(jīng)庫(kù)爾勒市中央，注入羅布泊（現(xiàn)注入卡拉水庫(kù)）。塔里木河流經(jīng)庫(kù)爾勒市西南部邊緣。庫(kù)爾勒市平原的南部、西部與塔里木盆地相連，形成一個(gè)廣闊的扇形綠洲。由于北面有霍拉山，東面有庫(kù)魯克山的阻擋，北方的冷空氣和焉耆盆地的濕潤(rùn)空氣侵入庫(kù)爾勒市境的勢(shì)力明顯減弱。該區(qū)光熱資源豐富，氣溫日較差和年較差大，大風(fēng)風(fēng)沙天氣多，降水少，蒸發(fā)大，空氣極端干燥。庫(kù)爾勒于1979年撤縣建市，經(jīng)過(guò)三十多年發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市建設(shè)用地規(guī)模迅速增長(zhǎng)[13]，因此要考慮城市化對(duì)地面氣象要素變化的影響。本文分析了中部平原區(qū)的庫(kù)爾勒市地面主要?dú)庀笠刈兓?guī)律。

研究庫(kù)爾勒市氣候變化對(duì)于研究我國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)的氣候變化趨勢(shì)，深入探究新疆極端干旱區(qū)綠洲氣候變化規(guī)律具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義，可為氣候變化基礎(chǔ)研究及相關(guān)部門應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)參考。

1 資料與方法

資料來(lái)源于庫(kù)爾勒氣象站1961—2010年年平均氣溫、年總降水量、年平均地面風(fēng)速、年沙塵天氣、沙塵暴日數(shù)及年日照時(shí)數(shù)等資料，統(tǒng)計(jì)出了庫(kù)爾勒氣象站逐年年平均氣溫、年平均氣壓、年總降水量、年平均地面風(fēng)速、年沙塵天氣、年沙塵暴日數(shù)及年日照時(shí)數(shù)，運(yùn)用氣候趨勢(shì)分析及Mann-Kendall突變檢測(cè)[14]等方法分析各要素的變化。在Mann-Kendall突變檢測(cè)圖中，如果UF與UB在臨界值±1.96（α=0.05）之間有一個(gè)顯著的交點(diǎn)，且UF上升超過(guò)+1.96或下降<-1.96，則可以認(rèn)為序列產(chǎn)生了突變，前者表示從低向高突變，后者表示從高向低突變，并且這個(gè)交點(diǎn)就是突變的開端，反之，則認(rèn)為沒(méi)有突變產(chǎn)生。

2 年平均氣溫、年平均氣壓

根據(jù)庫(kù)爾勒逐年年平均氣溫作出趨勢(shì)線y=0.028 8x-11.025（圖1a），50 a的增溫率達(dá)到 0.29 ℃/10 a，說(shuō)明50 a來(lái)庫(kù)爾勒市氣溫明顯呈上升趨勢(shì)。20世紀(jì)60—90年代中期年平均氣溫負(fù)距平明顯，為相對(duì)偏冷期，90年代中期以后，年平均氣溫正距平顯著增加，為相對(duì)偏暖期。20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初與20世紀(jì)60年代相比距平值升高1.3℃，年平均氣溫也升高了1.3℃。庫(kù)爾勒氣溫變化趨勢(shì)與我國(guó)西北地區(qū)、新疆氣溫的變化趨勢(shì)相一致，尤以1995年以后的升溫最為明顯，這可能與庫(kù)爾勒近十幾年經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、城市建筑面積和水泥陸面增長(zhǎng)有關(guān)。為進(jìn)一步分析，本文選取一臨近庫(kù)爾勒的氣象站進(jìn)行對(duì)比。選取的標(biāo)準(zhǔn)是：（1）與庫(kù)爾勒緯度相近；（2）在塔克拉瑪干沙漠的方位與庫(kù)爾勒相近；（3）同樣少受博斯騰湖、天山山脈影響；（4）城市化程度很小。綜合考慮選取了輪臺(tái)氣象站，將同時(shí)期的多項(xiàng)資料進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比輪臺(tái)氣象站同時(shí)期氣溫資料，發(fā)現(xiàn)用輪臺(tái)近50a逐年年平均氣溫所作的趨勢(shì)線y=0.042 6x+10.094，50 a的增溫率達(dá)到0.43℃/10 a，比庫(kù)爾勒氣象站氣溫增長(zhǎng)還要快。輪臺(tái)氣象站周邊城市化程度小，可排除城市化對(duì)氣溫的影響。庫(kù)爾勒近幾十年大力改善人居環(huán)境，發(fā)展綠地，2011年庫(kù)爾勒市人均公共綠地面積達(dá)10.9 m2，可能在一定程度上減緩了氣溫上升的速度。

根據(jù)圖1b可知，庫(kù)爾勒逐年年平均氣壓呈波動(dòng)變化的趨勢(shì)，所做的線性趨勢(shì)擬合效果不佳，相關(guān)系數(shù)太小，因此在圖中未做趨勢(shì)線。但大致可看出，庫(kù)爾勒市在20世紀(jì)70年代中期前年平均氣壓稍低，在70年代至90年代中期年平均氣壓持續(xù)較高，進(jìn)入21世紀(jì)，呈下降趨勢(shì)。

從庫(kù)爾勒市年平均氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線（圖1c）可以看出，20世紀(jì)70年代中期以前氣溫呈小幅度震蕩，此后氣溫開始緩慢上升，而從1984年開始呈明顯的增加趨勢(shì)，自1997年開始上升的趨勢(shì)更加顯著，并且在該年發(fā)生了增溫突變?？梢哉f(shuō)，近50 a來(lái)庫(kù)爾勒市年平均氣溫上升趨勢(shì)明顯。這與我國(guó)整個(gè)西北地區(qū)年平均氣溫上升并在20世紀(jì)90年代存在突變的大背景相一致[15]。庫(kù)爾勒年平均氣壓無(wú)突變，因此不列出相應(yīng)突變檢驗(yàn)圖。

3 年降水量

庫(kù)爾勒市近50 a來(lái)的降水量變化趨勢(shì)不明顯（圖2）。年降水量在各個(gè)年代、年際的情況不同。大致可以分為以下幾個(gè)階段：

（1）1961—1980年的降水相對(duì)偏少，為相對(duì)干旱期。

（2）1981—1990年，年降水量增加顯著。這一時(shí)期為相對(duì)濕潤(rùn)期。主要是1987—1990年連續(xù)4 a降水相對(duì)較多。

（3）1991—2010年，年降水量年際震蕩頻繁，但總降水量不多，也為相對(duì)干旱期。

（4）年降水量在1966年、1981年、1987—1990年有顯著增加。尤其是1981年7、8月降水總量達(dá)到86.3 mm，對(duì)當(dāng)年降水總量影響突出。

（5）降水量主要集中在夏季。這與新疆大部分地區(qū)的降水都集中在夏季相一致。

經(jīng)分析，庫(kù)爾勒年降水量不存在突變。

4 年平均地面風(fēng)速

4.1 趨勢(shì)分析

庫(kù)爾勒市地面風(fēng)速呈減小趨勢(shì)，但這種趨勢(shì)不太明顯，擬合趨勢(shì)線為y=-0.025 3x+3.096，其減小率為0.25（m/s）/10 a（圖3）。而同期相鄰的輪臺(tái)氣象站地面風(fēng)速數(shù)據(jù)顯示，地面風(fēng)速變化趨勢(shì)線為y=-0.019 3x+1.793 4，也呈減少趨勢(shì)，但減小速率只有0.19（m/s）/10 a，小于庫(kù)爾勒市的減小速率，這與上文中氣溫變化的影響因素是一致的。

庫(kù)爾勒市地面風(fēng)速減小的趨勢(shì)，明顯可分為以下幾個(gè)階段：

（1）1961—1996年為第一個(gè)增減過(guò)程。1965年以前年平均地面風(fēng)速呈增加趨勢(shì)，1966、1967年連續(xù)下降，其后1967年躍升，自1969年又開始呈總體下降趨勢(shì)。并于1991年降到50 a來(lái)的最低值，比平均值低0.9 m/s。

（2）1996—2010年為第二個(gè)增減過(guò)程。1996—2000年年平均地面風(fēng)速呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，增長(zhǎng)幅度較大。2000年之后風(fēng)速又開始呈明顯的減少趨勢(shì)。

總的看來(lái)，這50 a來(lái)庫(kù)爾勒市地面風(fēng)速呈顯著減少趨勢(shì)，且表現(xiàn)為以上兩個(gè)略呈階梯狀的“增長(zhǎng)—減少”的階段。

4.2 突變檢測(cè)

圖3為庫(kù)爾勒市年地面風(fēng)速M(fèi)ann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線，從圖中可以看出，1970年以前年平均地面風(fēng)速存在小幅波動(dòng)，但趨勢(shì)不明顯。從1970年開始到2010年，年地面風(fēng)速呈減小趨勢(shì)，但沒(méi)有明顯的突變。這與整個(gè)西北地區(qū)年平均地面風(fēng)速減小的大背景相一致[12]。

5 年沙塵日數(shù)和年沙塵暴日數(shù)

5.1 趨勢(shì)分析

圖4為庫(kù)爾勒市年總沙塵日數(shù)和年總沙塵暴日數(shù)變化趨勢(shì)，擬合趨勢(shì)線方程分別為y=-1.433x+2 890，y=-0.076 6x+3.253 1，兩者都呈明顯減少趨勢(shì)，減小速率分別為14.3 d/10 a和0.77 d/10 a。1984年之前年沙塵天氣日數(shù)大部分在50 d以上，1984年以后年沙塵日數(shù)迅速減少，降低到50 d以下。年沙塵暴日數(shù)變化趨勢(shì)與年沙塵日數(shù)變化相似，1978年之前年沙塵暴日數(shù)波動(dòng)性較大，總體較多，自1978年開始迅速減少，進(jìn)入21世紀(jì)基本上沒(méi)有沙塵暴發(fā)生。比較近50 a來(lái)沙塵天氣和沙塵暴年日數(shù)不同年代的差異，可以得出，兩者都是在20世紀(jì)60年代最多，其中沙塵天氣日數(shù)在80年代不斷減少，90年代以后沙塵日數(shù)在50 d/a以下。但沙塵暴日數(shù)70年代中后期迅速減少，之后趨近于無(wú)。同期相鄰的輪臺(tái)氣象站，近50 a年沙塵日數(shù)變化不大，沒(méi)有減小的趨勢(shì)；而年沙塵暴日數(shù)存在波動(dòng)性，但也沒(méi)有減小的趨勢(shì)。兩站的這種差異，也是與城市化率、綠化率有關(guān)。

5.2 突變檢測(cè)

圖4c和4d為庫(kù)爾勒市年沙塵天氣日數(shù)和年沙塵暴日數(shù)Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線。從圖中可知，1961—1972年年沙塵日數(shù)成波動(dòng)狀態(tài)，還略有增加，1972—2006年年沙塵日數(shù)呈下減少趨勢(shì)。2007年之后，年沙塵日數(shù)呈微小增加趨勢(shì)，突變年為1984年。年沙塵暴日數(shù)變化與年沙塵日數(shù)變化規(guī)律相似，1961—1976年年沙塵暴日數(shù)呈波動(dòng)狀態(tài)，但日數(shù)較多，1977年以后沙塵暴日數(shù)迅速減小，經(jīng)Mann-Kendall方法檢驗(yàn)不存在明顯的突變。

6 年日照時(shí)數(shù)

圖5為庫(kù)爾勒市年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)，擬合趨勢(shì)線方程為y=-5.587x+302 4.6，呈減少趨勢(shì)，減小速率為55.9 d/10 a。1982年之前年日照時(shí)數(shù)大部分在3 000 h/a以上，之后直到 1988年，基本上在3 000 h上下小幅波動(dòng)，波動(dòng)頻率較大，但都在2 600 h以上。1989年以后，庫(kù)爾勒年日照時(shí)數(shù)波動(dòng)性增大，且在1990年和1998年前后一度降到2 600 h以下。20世紀(jì)90年代中后期到2001年，庫(kù)爾勒年日照時(shí)數(shù)基本處于一個(gè)低谷。

7 結(jié)論與討論

由上述分析可以得到下列主要結(jié)論：

（1）在全球變暖的大背景下近50 a來(lái)庫(kù)爾勒市氣候變化的總趨勢(shì)是氣溫升高，年降水量不穩(wěn)定、地面風(fēng)速減小、沙塵日數(shù)減少、沙塵暴日數(shù)減少，日照時(shí)數(shù)略呈下降趨勢(shì)。其中氣溫升高速率為0.29℃/10 a，地面風(fēng)速減小速率為 0.25（m/s）/10 a，沙塵日數(shù)減少速率為14.3 d/10 a，沙塵暴日數(shù)減少速率為0.77 d/10 a。這與同期相鄰輪臺(tái)站的數(shù)據(jù)變化明顯不同。這可能與庫(kù)爾勒快速的城市化、地面建筑增高和綠化面積的增加有關(guān)。

（2）50 a來(lái)庫(kù)爾勒市的年平均氣溫呈現(xiàn)出明顯的突變，出現(xiàn)在1997年；年平均地面風(fēng)速?zèng)]有突變；年沙塵日數(shù)突變發(fā)生在1983年；年沙塵暴日數(shù)沒(méi)有突變。可見，庫(kù)爾勒市年平均氣溫和年沙塵日數(shù)突變均發(fā)生在20世紀(jì)90年代。這與新疆氣候變化趨勢(shì)相一致，也同當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)的發(fā)展有關(guān)。

（3）50 a來(lái)庫(kù)爾勒市氣候變化趨勢(shì)與全國(guó)氣溫升高的變化趨勢(shì)大體一致，尤其與北疆綠洲的石河子地區(qū)氣候變化趨勢(shì)相一致[18-19]。氣溫、地面風(fēng)速等氣候要素的變化還受天文、地理等因素影響，但人為因素的影響越來(lái)越突出[20]。隨著人口迅速增加，工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展等等，都對(duì)各地區(qū)的大氣條件、環(huán)境要素產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響各地區(qū)氣候。因此，如何在城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)合理地改善、利用氣候資源是擺在我們面前的重要課題，應(yīng)該引起全社會(huì)的重視。

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