西安地區(qū)溫度時空變化特征

薛 榮，翟 園，楊曉春 (陜西省西安市氣象臺，陜西西安710016)

2013年全球氣溫雖未創(chuàng)出高溫紀錄，但氣溫已超過了長期以來的平均值。近100年來(1906～2005年)全球平均地表溫度上升了0.74℃，過去50年的升溫速率幾乎是過去100年的2倍，其中以北半球中高緯度大陸增溫最為明顯［1］。據(jù)最新氣候變化國家評估報告顯示，我國增溫與北半球基本一致［2］，各地區(qū)對變暖的響應(yīng)不盡相同［3］;時空分布上北方總體變暖速率比南方明顯，冬季比夏、秋、春季明顯［4］。近10年來，全球平均表面溫度上升趨勢有所減緩，但這種短期減緩并不意味著氣候變化大趨勢有所轉(zhuǎn)變。從長期看，全球變暖趨勢依然十分明顯，到21世紀末全球升溫幅度可能為2.6～4.8℃［5］。筆者在此利用1970～2013年西安市各區(qū)縣觀測站地面溫度資料，從西安地區(qū)氣溫的年變化、季變化、月變化以及突變檢驗等方面分析近44年來西安地區(qū)溫度的時空變化特征。

1 資料和方法

1.1 資料選取 西安市氣象局下屬7個氣象基本站、1個氣象基準站，在此選取具有代表性的7個區(qū)縣基本站(周至、戶縣、長安、高陵、臨潼、藍田、城區(qū))氣象數(shù)據(jù)進行分析。在全市7個基本氣象站中，其中周至縣氣象局于1956年建站，戶縣、長安、藍田氣象局于1959年建站，高陵氣象局于1970年建站，臨潼氣象局于1958年建站，西安城區(qū)氣象站于1951年建站、于2015年1月1日撤站，由于各站建站時間不一，為保障臺站同步性和較長的觀測以及資料的統(tǒng)一性，因此，剔除1970年之前的觀測資料以及2013年之后的觀測資料，選取西安地區(qū)1970～2013年的逐日、逐月氣溫資料進行分析。四季劃分為春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)和冬季(12月～次年2月)。

1.2 分析方法 主要利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、MATLAB和SPSS系統(tǒng)對溫度進行周期性、特征尺度的小波分析和Mann－Kendall(M－K)法的突變分析。利用功率譜分析西安地區(qū)年平均氣溫的頻域特征，當(dāng)功率譜估計值大于紅噪音檢驗標準譜時，說明所對應(yīng)的周期是顯著的?？臻g分布圖均利用Surfer和VB 2個軟件進行二次開發(fā)，針對西安地區(qū)7個區(qū)站的情況進行溫度分布圖的自動繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫年際變化特征

2.1.1 平均氣溫時空分布。1970～2013年全市年平均氣溫線性趨勢方程為 y=0.036 5x+12.882，擬合增長率為0.365℃/10a，相關(guān)系數(shù)為0.689，通過0.05水平檢驗，年平均氣溫呈現(xiàn)強正相關(guān)，說明年平均氣溫呈上升趨勢，目前處于暖期。分段來看，20世紀90年代之前年平均氣溫呈下降趨勢，1985年達序列最低點即最低年平均氣溫12.51℃，之后呈上升趨勢，2013年上升到序列最高點即最高年平均氣溫15.39℃，兩者相差2.88℃(圖1)。44年平均氣溫為13.70℃，全市年平均氣溫自1993年之后均高于44年平均，1993年之前除1973和1977年外其余年份均低于44年平均。44年中高溫年有21年，低溫年有22年，正常年有1年(2003年)。從5年滑動曲線(圖1)可以看出，20世紀80年代初期之前，西安地區(qū)年平均氣溫緩慢下降，80年代初期至中期快速下降，之后又緩慢上升，2006年之后又快速下降，2011～2013年進入快速上升趨勢。

由圖2可見，全市年平均氣溫空間分布不均，同時也具有地域差異，自南向北遞增，西安地區(qū)南部低溫、北部高溫。主城區(qū)年平均溫度最高(15.11℃)，考慮與城市熱島有關(guān)，需要進一步研究，藍田年平均溫度最低(13.15℃)，兩地相差1.96℃。西安地區(qū)7個區(qū)縣年平均氣溫與全市年平均氣溫變化趨勢大體一致，均是呈上升趨勢，同時有其地域的特殊性。周至年平均氣溫最高是15.50℃，出現(xiàn)在2006年，最低是12.60℃，出現(xiàn)在1976年，歷年平均氣溫是13.85℃，年際標準差為0.78℃，44年中高溫年有10年(1995、1997、1998、1999、2001、2002、2005、2006、2007、2013 年)，低溫年有 7年(1970、1975、1976、1980、1983、1985、1985 年)。城區(qū)年平均氣溫最高是15.90℃，出現(xiàn)在2013年，最低是12.70℃，出現(xiàn)在1985年，歷年平均氣溫是15.11℃，年際標準差為0.90℃，44 年中高溫年有 8 年(1999、2002、2005、2006、2007、2009、2010、2013 年)，低溫年有 9 年(1970、1972、1975、1976、1980、1983、1985、1985、1993 年)。長安年平均氣溫最高是 15.10℃，出現(xiàn)在2006年，最低是12.57℃，出現(xiàn)在1985年，歷年平均氣溫是13.55℃，年際標準差為0.56℃，44年中高溫年有7 年(1995、1998、1999、2002、2005、2006、2013 年)，低溫年有 5年(1976、1983、1985、1985、1993 年)。戶縣年平均氣溫最高是16.00℃，出現(xiàn)在2013年，最低是12.70℃，出現(xiàn)在1985年，歷年平均氣溫是15.03℃，年際標準差為0.81℃，44年中高溫年有 7 年(1998、1999、2002、2005、2006、2007、2013年)，低溫年有 9 年(1970、1972、1975、1976、1980、1983、1985、1985、1993年)。藍田年平均氣溫最高是15.80℃，出現(xiàn)在2013年，最低是12.10℃，出現(xiàn)在1985年，歷年平均氣溫是13.15℃，年際標準差為0.56℃，44年中高溫年有6年(1997、1998、1999、2002、2006、2013 年)，低溫年有7 年(1976、1980、1983、1985、1985、1992、1993 年)。高陵年平均氣溫最高是15.70℃，出現(xiàn)在2013年，最低是12.50℃，出現(xiàn)在1985年，歷年平均氣溫是13.60℃，年際標準差為0.71℃，44年中高溫年有5 年(2006、2007、2010、2012、2013 年)，低溫年有6 年(1976、1980、1983、1985、1985、1993 年)。臨潼年平均氣溫最高是15.50℃，出現(xiàn)在2013年，最低是12.60℃，出現(xiàn)在1985年，歷年平均氣溫是13.71℃，年際標準差為0.61℃，44 年中高溫年有5 年(2002、2006、2007、2010、2013 年)，低溫年有8 年(1970、1976、1980、1983、1985、1985、1992、1993 年)。

可見，近44年西安地區(qū)的各個區(qū)縣高溫年與低溫年不相一致，周至、長安為高溫年占主導(dǎo)，其余5個區(qū)縣為低溫年占主導(dǎo)，周至高溫年最多，臨潼高溫年最少，城區(qū)、戶縣低溫年最多，長安低溫年最少，戶縣和城區(qū)基本一致。低溫年主要集中在20世紀90年代之前，高溫年主要集中在90年代之后，說明西安地區(qū)年平均氣溫增溫是明顯的。

2.1.2 突變分析 1970～2013年全市年平均氣溫 Mann-Kendall突變檢驗(圖3)顯示，UF與UB在1994年置信區(qū)內(nèi)有明顯交點，說明西安全市年平均氣溫時間序列分布在1994年發(fā)生突變，與此同時，在1994年之前UF基本在0以下，1994年之后UF始終大于0的同時隨時間上升，直到2000年超出置信區(qū)外，可見，2000年全市年平均氣溫突變增高達最大值，趨勢越來越明顯。

2.1.3 頻域特征。由圖4可見，1970～2013年西安年平均氣溫存在顯著的24年長周期變化震蕩，且通過α=0.05的顯著性檢驗，其中滑動平均長度取5年。

2.1.4 各區(qū)縣年平均氣溫與全市對比。從西安地區(qū)各區(qū)縣年平均氣溫與全市歷年平均氣溫對比(圖5)可以看出，7個區(qū)縣中有3個區(qū)縣年平均氣溫低于歷年年平均氣溫，分別為藍田、高陵、長安，其中藍田偏低最多，偏低0.56℃，高陵偏低最少，偏低0.10℃，長安偏低0.26℃;4個區(qū)縣年平均氣溫高于歷年年平均氣溫，分別為主城區(qū)、周至、戶縣、臨潼，其中主城區(qū)偏高最多，偏高0.51℃，臨潼偏高最少，偏高0.05℃，周至偏高0.15℃，戶縣偏高0.33℃。

2.2 氣溫季變化特征

2.2.1 時間變化。分析1970～2013年全市四季平均氣溫隨時間變化趨勢發(fā)現(xiàn)，全市春季平均氣溫最低為12.55℃(1976年)，最高為16.78℃(2013年);夏季平均氣溫最低為23.51℃(1983年)，最高為27.62℃(1997年);秋季平均氣溫最低為11.89℃(1981年)，最高為15.36℃(1998年);冬季平均氣溫最低為 －0.55℃(1985年)，最高為3.28℃(2007年)。由此可見，平均氣溫最低出現(xiàn)在冬季，跨幅最小出現(xiàn)在秋季，平均氣溫最高出現(xiàn)在夏季，跨幅最大出現(xiàn)在春季。經(jīng)分析，近44年來全市春季、夏季、秋季和冬季平均氣溫的線性擬合增長率分別為 0.622、0.219、0.302 和 0.315℃/10a，可見，西安市四季平均氣溫均為增溫趨勢，夏秋季趨勢變化沒有春冬季大，這與其他人的研究成果一致［6－7］。

2.2.2 空間變化。1970～2013年西安地區(qū)四季平均氣溫空間分布大體趨勢是自南向北遞增。春季西安地區(qū)平均氣溫為13.57(藍田)～15.89 ℃(城區(qū))，夏季平均氣溫為25.35(長安)～25.91℃(城區(qū))，秋季平均氣溫為13.21(藍田)～13.89 ℃(城區(qū))，冬季平均氣溫為0.52(藍田)～1.77 ℃(戶縣)。西安地區(qū)南部的藍田和長安溫度偏低，可能與沿秦嶺山麓氣候有關(guān)，還需進一步研究。而城區(qū)平均氣溫最高，其地理位置不在西安地區(qū)最北部，考慮與城市熱島效應(yīng)有關(guān)，戶縣冬季平均氣溫最高。冬季空間分布比較稀薄，夏季空間分布比較密集。全年最高平均氣溫集中在夏季，同時夏季空間變化最小;全年最低平均氣溫集中在冬季，同時冬季空間變化最大。

2.3 氣溫月際變化特征 分析1970～2013年西安地區(qū)各區(qū)縣及全市1～12月月平均氣溫(圖6)可見，全市月平均氣溫為－0.36～26.66℃;各站全年月平均氣溫變化趨勢與全市平均基本一致;各區(qū)縣最低月平均氣溫出現(xiàn)在1月份的藍田(－1.29℃)，各區(qū)縣最高月平均氣溫出現(xiàn)在7月份的城區(qū)(26.95℃)。西安地區(qū)1～12月中月平均氣溫9月份長安站最低，其余月份均為藍田站最低;3～9月城區(qū)最高，10月～次年2月戶縣最高。全年最低氣溫出現(xiàn)在1月，同時1月平均氣溫空間變化最大，全年最高氣溫出現(xiàn)在7月，同時7月平均氣溫空間變化最小。

1970～2013年西安地區(qū)各區(qū)縣月平均氣溫大體趨勢是東部低、西部高，南部低、北部高。1月西安地區(qū)月平均氣溫為 －1.29(藍田)～0.18 ℃(戶縣)，2月平均氣溫為2.30(藍田)～3.52 ℃(戶縣)，3月平均氣溫為7.68(藍田)～8.88 ℃(城區(qū))，4月平均氣溫為 13.93(藍田)～15.38 ℃(城區(qū))，5月平均氣溫為19.06(藍田)～20.51℃(城區(qū))，6月平均氣溫為25.68(藍田)～25.38 ℃(城區(qū))，7月平均氣溫為26.55(藍田)～26.95 ℃(城區(qū))，8月平均氣溫為25.90(藍田)～25.51 ℃(城區(qū))，9月平均氣溫為 19.59(長安)～20.12 ℃(城區(qū))，10月平均氣溫為13.70(藍田)～15.30 ℃(戶縣)，11月平均氣溫為6.30(藍田)～7.55℃(戶縣)，12月平均氣溫為0.26(藍田)～1.62 ℃(戶縣)。

3 小結(jié)

(1)近44年西安市平均氣溫為13.70℃，隨時間變化呈上升趨勢，目前處于暖期，擬合增長率0.365℃/10a，1985年處于歷史最低點，2013年處于歷史最高點，兩者相差2.88℃，全市平均高溫年與低溫年基本相當(dāng)，周至、長安為高溫年占主導(dǎo)，其余5個區(qū)縣為低溫年占主導(dǎo)，戶縣和城區(qū)基本一致，低溫年主要集中在20世紀90年代之前，高溫年主要集中在90年代之后，說明西安地區(qū)年平均氣溫增溫是明顯的。1994年為全市年平均氣溫突變年，2000年全市年平均氣溫突變增高達最大值，趨勢越來越明顯，近44年存在顯著的24年長周期變化震蕩。

(2)全市四季均為增溫，春季增幅最大，大體趨勢是自南向北遞增，因秦嶺山麓氣候影響，南部的藍田和長安溫度偏低，城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致城區(qū)氣溫最高。冬季空間分布比較稀薄，夏季空間分布比較密集。全年最高平均氣溫集中在夏季，同時夏季空間變化最小;全年最低平均氣溫集中在冬季，同時冬季氣溫空間變化最大。

(3)西安地區(qū)全年最低氣溫出現(xiàn)在1月，同時1月平均氣溫空間變化最大，全年最高氣溫出現(xiàn)在7月，同時7月平均氣溫空間變化最小。各區(qū)縣月平均氣溫空間分布情況除9月份為長安區(qū)最低外，其余月份均為藍田站最低;3～9月城區(qū)最高，10月～次年2月戶縣最高。

［1］IPCC.Climate change 2007:Synthesis report:An assessment of the Intergovernmental Panel on Climate Change［R］.UK:Cambridge University Press，2007:26.

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