1961—2012年塔城地區(qū)極端溫度事件變化特征

王飛，劉紅霞，黃玲，董海英

（1.塔城地區(qū)氣象局，新疆塔城 834700；2.呼圖壁縣氣象局，新疆昌吉 831200）

1961—2012年塔城地區(qū)極端溫度事件變化特征

王飛1，劉紅霞1，黃玲2，董海英1

（1.塔城地區(qū)氣象局，新疆塔城 834700；2.呼圖壁縣氣象局，新疆昌吉 831200）

選用世界氣象組織推薦的極端氣候指數(shù)方法，對1961—2012年塔城地區(qū)6個極端氣溫指數(shù)進(jìn)行分析，應(yīng)用百分位法定義極端溫度閾值，得出塔城地區(qū)極端溫度事件變化的基本事實(shí)。結(jié)果表明：塔城地區(qū)近52 a來冷晝、冷夜事件和嚴(yán)寒日數(shù)分別以3.5 d/10 a、9.3 d/10 a和4.3 d/10 a的速率下降，突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在1994、1988和1979年；暖晝、暖夜事件和高溫日數(shù)分別以3.6 d/10 a、8.6 d/10 a和0.6 d/10 a的速率在上升，突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在1989、1990和1973年；極端氣溫指標(biāo)多存在25～28 a和5～8 a的振蕩周期，在空間分布上，各指標(biāo)的減少（增加）速率與緯度、地形相關(guān)，隨緯度增加而多呈現(xiàn)出北部大，中部、南部小的特點(diǎn)。

塔城地區(qū)；極端溫度事件；變化特征

近年來，隨著全球氣候變暖，各類極端氣候事件（高溫、低溫、洪澇、干旱、暴雨、熱浪等）頻繁發(fā)生，全球范圍內(nèi)極端氣候事件及其衍生災(zāi)害已經(jīng)嚴(yán)重制約了人類社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，直接威脅到人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。國內(nèi)外學(xué)者對全球氣候變暖背景下極端氣候事件做了大量的研究工作[1-7]，翟盤茂等人[4]得出中國北方白天極端溫度偏高的日數(shù)以0.8 d/10 a的趨勢在增加，最低溫度以2.0 d/10 a的趨勢顯著減少。黃琰等人[5]認(rèn)為中國西北、北部地區(qū)的高、低溫事件出現(xiàn)概率低、但極端性高，危害大。陳曉光等人[7]對寧夏的極端氣溫進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)寧夏地區(qū)最高氣溫＜0℃的日數(shù)在減少，＞30℃的高溫日數(shù)在增加，最低氣溫在升溫頻數(shù)增加的同時，極端低溫的頻數(shù)也在增加，最高氣溫和最低氣溫的變化存在明顯的極端化趨勢。

新疆氣象工作者對區(qū)域內(nèi)極端氣候事件也開展了大量的工作，取得了很多成果，早在2000年，陳穎、江遠(yuǎn)安等人[8]引用異常氣候事件和極端氣候事件的判別標(biāo)準(zhǔn)，分析了北疆43個觀測站資料，總結(jié)出2009/2010年新疆北部冬季異常氣候特征；通過分析得出在全球氣候變暖的大背景下，新疆極端氣候事件凸顯多元性和復(fù)雜性。劉琳[9]等人利用新疆區(qū)域內(nèi)48個站逐日降水資料，引入表征降水時間分配特征的極端降水集中度和集中期，重點(diǎn)分析了新疆的極端降水年內(nèi)非均勻特性。張慧琴等人[10]對吐魯番區(qū)域1960—2011年溫度變化特征和突變進(jìn)行了分析，得出吐魯番區(qū)域氣溫在1996年發(fā)生了明顯的暖突變。李?；ǖ热薣11]采用氣候分析的方法對阿勒泰地區(qū)冬季極端最低氣溫進(jìn)行了研究。塔城地區(qū)位于新疆西北部，屬天氣系統(tǒng)上游，氣候變化的敏感區(qū)，是典型的大陸性干旱與半干旱氣候區(qū)，每年極端高溫、低溫事件頻繁發(fā)生，在地理緯度和地形等因素綜合影響下，塔城地區(qū)境內(nèi)各站氣候有明顯的區(qū)域特征。本文主要對塔城地區(qū)境內(nèi)各類極端溫度事件的時空變化特征進(jìn)行研究，揭示其演變規(guī)律，對開展氣象預(yù)報服務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要的參考價值。

2 資料與方法

2.1 資料選取

本研究所用資料來源于新疆氣象局信息中心，全部資料經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制和疑誤值訂正。選取塔城地區(qū)境內(nèi)（包括克拉瑪依站）8個國家級地面氣象觀測站1961—2012年逐日最高氣溫、最低氣溫、日平均氣溫和氣溫日較差等。

2.2 研究方法

采用百分位法對極端溫度閾值進(jìn)行定義，即將1961—2012年每個測站的逐日最高（低）氣溫按照升序排列，按Bonsal[12]等人研究方法得到該日第90（10）個百分位值定義為極端高（低）溫閾值，如果該日某個值超過了閾值，則認(rèn)為該日出現(xiàn)了一次極端溫度事件。本文所選取的6個極端溫度[13]指標(biāo)見表1,其中將冷夜、冷晝和嚴(yán)寒日數(shù)統(tǒng)稱為冷指標(biāo)，暖晝、暖夜和高溫日數(shù)統(tǒng)稱為暖指標(biāo)。同時根據(jù)計算方法不同，又分為相對指標(biāo)（冷夜、冷晝、暖夜、暖晝）和絕對指標(biāo)（高溫日數(shù)、嚴(yán)寒日數(shù)）。

在進(jìn)行時間變化特征分析時，只選用了塔城地區(qū)7個氣象觀測站資料；在進(jìn)行空間分析時，加入了塔城地區(qū)境內(nèi)克拉瑪依站的資料。

運(yùn)用線性趨勢法對極端溫度事件各指標(biāo)進(jìn)行一元線性回歸[14]，用F檢驗對線性趨勢方程進(jìn)行檢驗，來判斷線性趨勢是否顯著；采用Mann-Kendall方法和滑動t檢驗方法進(jìn)行突變分析；使用墨西哥帽小波（Mexican Hat）函數(shù)進(jìn)行周期分析；在進(jìn)行空間插值分析時，主要采用普通克里金方法。

3 結(jié)果與分析

3.1 年代（際）變化特征

從塔城地區(qū)極端溫度事件指標(biāo)的演變曲線來看（圖1），各指標(biāo)在年際變化中都存在較大的波動，其中冷晝事件在20世紀(jì)60年代為增加趨勢，20世紀(jì)70年代后呈現(xiàn)緩慢減少趨勢，在1990年達(dá)到歷史最低值為15 d，下降速率為3.5 d/10 a，波動幅度較大；冷夜事件在20世紀(jì)60年代為明顯的增加趨勢，70年代后開始迅速下降，進(jìn)入21世紀(jì)初，下降速率開始變緩，基本維持在28 d以下，在2007年達(dá)到歷史最低值為9 d，下降速率為9.3 d/10 a，波動幅度較??；暖晝事件從20世紀(jì)70年代后變化相對較平穩(wěn)，呈緩慢的增加趨勢，在1997年達(dá)歷史最大值為78 d，在2008年后又呈現(xiàn)出微弱下降趨勢，上升速率為3.6 d/10 a，在20世紀(jì)60年代波動幅度較大；暖夜事件年際變化趨勢與暖日事件較為相似，但其增加趨勢更為顯著，上升速率為8.6 d/10 a。

從絕對指標(biāo)的年際變化（圖1）可以看出，高溫日數(shù)上升速率為0.6 d/10 a，波動幅度較大，呈現(xiàn)微弱的上升趨勢，在20世紀(jì)60年代呈現(xiàn)減少趨勢，70年代為增加趨勢，在1971—1986年期間又表現(xiàn)為減少趨勢，之后在波動中緩慢上升，在1997年達(dá)到最高值，為20 d；比趙軍等人[15]得出的烏魯木齊高溫日數(shù)下降速率（-2.4 d/10 a）要小很多，這也反映了塔城地區(qū)極端最高氣溫變化的敏感性較弱。嚴(yán)寒日數(shù)下降速率為4.3 d/10 a，波動幅度較小，在20世紀(jì)60年代呈現(xiàn)增加趨勢，70年代初到80年代末，呈明顯的減少趨勢，在1992年達(dá)到最低值,僅為3 d，從90年代開始變化趨勢不明顯，在波動中略有上升。

申紅艷和張明軍等人[16-18]研究結(jié)果顯示，西北各省冷晝、暖晝、冷夜和暖夜變幅分別在-2.9～-4.0 d/10 a、4.8～5.2 d/10 a、-5.1～-7.8 d/10 a、6.1～6.8 d/ 10 a之間。根據(jù)前面分析可知，塔城地區(qū)增暖趨勢與西北各區(qū)域、全國是一致的，但增暖趨勢更為明顯，特別是冷夜的減幅和暖夜的增幅，這說明塔城地區(qū)比西北其它地區(qū)增暖趨勢顯著，主要貢獻(xiàn)來自于夜間最低氣溫。

3.2 突變檢驗

由圖2a、2b中可以看出，塔城地區(qū)冷晝事件在±1.96臨界線之間有3個交叉點(diǎn)，分別為1990年、1991年和1994年，為進(jìn)一步確定突變點(diǎn)，對冷晝事件的三個交叉點(diǎn)作不同時間的滑動t檢驗，結(jié)果表明1994年通過了n1=n2=3，13，14，16時的信度（a= 0.05）檢驗，確定1994年為突變點(diǎn)，冷晝事件在2003年以后下降趨勢超過了a=0.05顯著性水平的臨界線，說明從2003年以后塔城地區(qū)冷晝事件下降趨勢非常顯著；冷夜事件的下降趨勢在1983年以后變得極為顯著，超過了負(fù)的臨界線，UFK和UBK曲線在臨界線以外相交于1988年，不能確定是否突變，所以對冷夜事件的突變點(diǎn)1988年作不同時間的滑動t檢驗，發(fā)現(xiàn)在n1=n2=3，4，12，14時,通過了a=0.05的信度檢驗，該突變點(diǎn)是可信的。暖晝事件在1989年發(fā)生了突變，1998年后上升趨勢變得非常顯著；暖夜事件的上升趨勢在1987年后表現(xiàn)的非常顯著，在1990年發(fā)生了突變現(xiàn)象。由圖2可知，高溫日數(shù)在1972年以前呈波動下降趨勢，之后表現(xiàn)為明顯的上升趨勢，2000年后這種趨勢超過了0.05顯著性水平的臨界線，變得非常顯著，高溫日數(shù)在±1.96臨界線之間有5個交叉點(diǎn)，分別出現(xiàn)在1962年、1963年、1965年、1966年和1973年,從圖中看出1962年、1963年、1965年和1966年顯然不是突變點(diǎn)，對1973年進(jìn)行滑動t檢驗，發(fā)現(xiàn)在n1=n2=5，6，10時,通過了a=0.05的信度檢驗，故突變點(diǎn)出現(xiàn)在1973年；嚴(yán)寒日數(shù)在1972年以前呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，之后大幅下降，1987年后下降趨勢特別顯著，突變點(diǎn)出現(xiàn)在1979年。

從整體來說，塔城地區(qū)極端溫度事件均出現(xiàn)了突變，但各指標(biāo)的突變年份略有不同，突變點(diǎn)大多集中在1990年附近。

3.3 周期分析

塔城地區(qū)1961—2012年冷晝事件和冷夜事件存在2個周期，一個是25 a左右的顯著周期,通過了0.05的信度檢驗；一個是5～6 a的周期,未通過0.05的信度檢驗。從圖3c、圖3d可看出暖晝、暖夜事件存在26～28 a、5～7 a左右的周期，26～28 a振幅一直較強(qiáng),通過了0.05的信度檢驗，其中暖晝事件在20世紀(jì)60—80年代初還存在10 a左右的短周期；暖夜事件在60—90年代末存在15 a左右的短周期。從圖3e可知高溫日數(shù)存在25～27 a、8～10 a的顯著周期，均通過了0.05的信度檢驗。從圖3f可知嚴(yán)寒日數(shù)存在27 a左右的顯著周期，通過了0.05的信度檢驗；另外還存在一個4～5 a的弱振蕩周期。

3.4 空間分布特征

對塔城地區(qū)極端溫度事件研究發(fā)現(xiàn)，極端溫度事件各指標(biāo)變化在趨勢上不僅表現(xiàn)出了較大的年際間變化，而且在地理分布上還表現(xiàn)出比較明顯的地域性差異。

3.4.1 相對指標(biāo)的空間分布

1961—2012年塔城地區(qū)各站冷晝和冷夜事件均在減少，冷晝事件除烏蘇和克拉瑪依站外,其它各站均通過了0.05的顯著性檢驗，各站減少幅度在-0.94～4.76 d/10 a之間，減少幅度較大的地區(qū)主要集中在塔城北部四縣（市），減幅最大為塔城站，減幅最小的為克拉瑪依和烏蘇，減少幅度分別為0.94 d/ 10 a和1.84 d/10 a。冷夜事件各站表現(xiàn)為顯著的減少趨勢，均通過了0.05的顯著性檢驗，減幅在-6.38～11.96 d/10 a之間，減少幅度最大為托里和額敏，減幅均超過了11 d/10 a；減幅最小出現(xiàn)在克拉瑪依，其次是烏蘇（圖4）。

對暖晝和暖夜事件的線性趨勢研究發(fā)現(xiàn)，暖晝、暖夜事件表現(xiàn)為一致的增加趨勢，與時間序列的相關(guān)性較好，均通過了0.05的顯著性水平檢驗。暖晝事件各站增幅在0.01～5.37 d/10 a之間,增加幅度最大出現(xiàn)在塔城站達(dá)5.37 d/10 a，增加幅度最小的出現(xiàn)在克拉瑪依，增幅為0.01 d/10 a，其次是和布克賽爾，增幅為2.52 d/10a。暖夜事件各站變幅在3.89～11.01 d/10 a之間，增加幅度較大的地區(qū)主要集中在塔城北部，增加幅度較小的地區(qū)出現(xiàn)在烏蘇和克拉瑪依。

3.4.2 高溫日數(shù)和嚴(yán)寒日數(shù)的空間分布特征

在對高溫日數(shù)進(jìn)行分析時，和布克賽爾站近52 a只出現(xiàn)了2次，故在作線性傾向值的空間分析時，將該站進(jìn)行了剔除。

塔城地區(qū)高溫日數(shù)總體呈現(xiàn)出南多北少，中間多，四周少的特點(diǎn)，最多出現(xiàn)在克拉瑪依和烏蘇，分別為26.5 d和17.6 d，最少出現(xiàn)在和布克賽爾和托里，不足1 d。塔城地區(qū)高溫日數(shù)大部分地區(qū)均呈現(xiàn)為增加趨勢，但增加幅度較小，只有塔城站通過了0.05的顯著性檢驗，說明塔城站高溫日數(shù)與時間的相關(guān)性最好，增加速率最顯著；高溫日數(shù)線性變幅在-0.84～1.35 d/10 a之間，增幅最小值為0.22 d/10 a（沙灣站），最大值為1.35 d/10 a（塔城站）。只有托里和克拉瑪依呈現(xiàn)出微弱的減少趨勢，減少幅度分別為0.1 d/10 a、-0.84 d/10 a之間（圖5）。

在對嚴(yán)寒日數(shù)的空間分布特征進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn),塔城地區(qū)嚴(yán)寒日數(shù)表現(xiàn)出盆地多、山區(qū)少的特征（圖6a）,全地區(qū)平均為24.5 d，最多為額敏站，為32.7 d，最少為裕民站，為14.5 d。嚴(yán)寒日數(shù)線性傾向率表現(xiàn)為一致的減少趨勢,線性傾向率在-2.94～-6.49 d/10 a之間，均通過了顯著性檢驗。減少速率最顯著的地區(qū)在托里，為6.49 d/10 a，克拉瑪依減幅最小，為2.94 d/10 a。

總之，對本文所定義的6個極端溫度事件指標(biāo)分析后發(fā)現(xiàn)，近52 a來塔城地區(qū)各站極端暖指標(biāo)多呈增加趨勢，極端冷指標(biāo)均呈減少趨勢，極端最高氣溫變化最敏感的是塔城站，極端最低氣溫變化最敏感的是托里和額敏站，而克拉瑪依站對兩者變化均不敏感。再對數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，塔城地區(qū)各站極端最低氣溫指標(biāo)的線性變幅都大于最高氣溫指標(biāo)的線性變幅，這也說明兩種指標(biāo)的線性變化存在不對稱性。

4 結(jié)論

（1）塔城地區(qū)1961—2012年冷晝、冷夜事件和嚴(yán)寒日數(shù)呈下降趨勢，20世紀(jì)60年代為微弱增加趨勢，70年代后在波動中迅速減少，下降速率分別為3.5 d/10 a、9.3 d/10 a、4.3 d/10 a；暖晝、暖夜事件則總體呈上升趨勢，20世紀(jì)60年代呈下降趨勢，進(jìn)入70年代后開始顯著增加，2008年后上升速率變緩略呈下降趨勢，上升速率分別為3.6 d/10 a、8.6 d/ 10 a；高溫日數(shù)總體呈緩慢上升趨勢，上升速率為0.6 d/10 a。這反映出塔城地區(qū)增暖趨勢非常顯著，明顯高于西北地區(qū)和全國的增暖趨勢。

（2）塔城地區(qū)各極端溫度指標(biāo)均發(fā)生了顯著的突變，但各指標(biāo)的突變年份略有不同，冷晝、冷夜、暖晝、暖夜、高溫日數(shù)和嚴(yán)寒日數(shù)的突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在1994、1988、1989、1990、1973、1979年。

（3）塔城地區(qū)極端溫度各指標(biāo)存在25～28 a和5～8 a的振蕩周期。25～28為主振蕩周期，較顯著，通過了0.05的信度檢驗。

（4）近52 a來塔城地區(qū)各站冷指標(biāo)均在減少，暖指標(biāo)大多均在增加，減少（增加）速率多呈現(xiàn)出北部大，中部、南部小的特點(diǎn)，各站極端最低氣溫指標(biāo)的線性變幅都大于最高氣溫指標(biāo)的線性變幅，這說明兩種指標(biāo)的線性變化存在不對稱性。

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Characteristics of Extreme Temperature Events During 1961-2012 in Tacheng Area

WANG Fei1，LIU Hongxia1，HUANG Ling2，DONG Haiying1
（1.Tacheng Meteorological Bureau，Tacheng 834700，China；2.Hutubi Meteorological Bureau，Changji 831200，China）

With extreme climate index method recommended by the World Meteorological Organization,the regional index of six extreme temperatures from 1961 to 2012 were analyzed in order to understand the region changes of extreme temperature events.Results show that in the area during recent 52 years cold days,cold night event and frost days had 3.5，9.3，and 4.3 d/10 a drop rate,and the mutation happened in 1994，1988 and 1979；warm day,warm evening events and high temperature days had a rise rate of 3.6,8.6,and 0.6 d10 a,and the mutation happened in 1989, 1990 and 1973；Extreme temperatures were about 25～28 a and oscillation period,about 5～8 a,in the spatial distribution of each index rate of decrease（increase）presented small changes in northern,central and southern parts.

Tacheng area;extreme temperature events;variation characteristics

P468

A

1002-0799（2015）02-0044-08

王飛，劉紅霞，黃玲，等.1961—2012年塔城地區(qū)極端溫度事件變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（2）：44-51.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.02. 007

2014-06-17；

2014-07-02

塔城地區(qū)氣象局科研課題（201201）。

王飛（1973-），男，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象研究工作。E-mail：593374659@qq.com