1975～2013年秦嶺牛背梁保護(hù)區(qū)氣溫變化研究

馮林林，劉榮娟 (西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710127)

近百年來，全球氣候變暖已經(jīng)成為了不爭(zhēng)的事實(shí)［1］。全球氣候變化研究重點(diǎn)集中在脆弱生態(tài)區(qū)和自然地理過渡地帶［2］。秦嶺作為我國(guó)暖溫帶與亞熱帶分界線，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，對(duì)秦嶺南北氣候變化也進(jìn)行了大量研究［3－7］，如周旗等［4－5］研究發(fā)現(xiàn)秦嶺南北增溫趨勢(shì)明顯，氣溫突變出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代;張立偉等［6］分析指出1960～2009年秦嶺南北平均氣溫、極端氣溫均呈增溫趨勢(shì)，但幅度不同。秦嶺山地東西跨度大，地形復(fù)雜，其內(nèi)部小區(qū)域氣候變化更能反映區(qū)域環(huán)境對(duì)全球變化的適應(yīng)特征，牛背梁保護(hù)區(qū)橫跨秦嶺南北兩側(cè)。筆者在此利用秦嶺31個(gè)氣象站點(diǎn)的氣溫?cái)?shù)據(jù)，采用Kriging插值法、趨勢(shì)分析法、M-K檢驗(yàn)法研究了1975～2013年牛背梁保護(hù)區(qū)年尺度、季節(jié)尺度上的平均氣溫和極端氣溫的變化規(guī)律。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況 牛背梁自然保護(hù)區(qū)位于秦嶺山脈東段(108°45'～109°04'E、33°45'～33°56'N)，陜西省柞水、寧陜、長(zhǎng)安三縣(區(qū))交界處，海拔1 156～2 802 m，牛背梁(2 802 m)為秦嶺東段最高峰，屬于秦嶺亞高山山地，北緩南陡，與秦嶺中西段“南緩北陡”形成明顯對(duì)照，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均溫2～10℃，年降水量850～950 mm，極端最高氣溫31.1 ℃，極端最低氣溫 －21.6 ℃，無霜期130 d 左右［8］。

1.2 數(shù)據(jù)來源 所用的氣溫?cái)?shù)據(jù)為秦嶺山地31個(gè)氣象站點(diǎn)的逐月數(shù)據(jù)，來源于陜西省氣象局和中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，時(shí)間跨度為1975～2013年。

1.3 分析方法 采用Kriging插值法對(duì)氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行插值，將生成的溫度場(chǎng)空間數(shù)據(jù)與DEM數(shù)據(jù)疊加，并以研究區(qū)矢量圖為掩膜，對(duì)氣溫柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，獲取研究區(qū)1975～2013年的氣溫?cái)?shù)據(jù)集;運(yùn)用M-K檢驗(yàn)法對(duì)年尺度與季尺度上的平均氣溫和極端氣溫的變化進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 年尺度上氣溫變化特征

2.1.1 年均溫和年極端氣溫變化。由牛背梁保護(hù)區(qū)年氣溫變化曲線(圖1)可知，1975～2013年該地區(qū)年均溫呈顯著上升趨勢(shì)，線性傾向率為0.30℃/10a，低于西北地區(qū)1960～2005年年均溫變化幅度(0.37 ℃/10a)［9］，但高于陜南地區(qū)1961 ～2009 年氣溫變化率(0.12 ℃ /10a)［5］。近39 年來極端最低氣溫和極端最高氣溫變化率分別為0.36、0.29℃/10a，說明牛背梁保護(hù)區(qū)是全球氣候變暖的一個(gè)重要響應(yīng)區(qū)域，氣溫升高趨勢(shì)非常顯著，且極端最低氣溫的升高最為突出。

2.1.2 年氣溫M-K檢驗(yàn)分析。1980～1994年UF＜0，說明在此期間年均溫基本呈下降趨勢(shì)，UF和UB曲線交于信度線之間，交點(diǎn)為1994年，說明年均溫在1994年發(fā)生了趨暖性突變，早于陜南年均氣溫突變年份(1997年)［5］;年均溫在1999年超過了0.05顯著性水平臨界值，即氣溫升高達(dá)到顯著。極端低溫與極端高溫均在1994年前后發(fā)生了趨暖性突變，其中極端高溫的波動(dòng)情況與年均溫相似，突變之前呈下降趨勢(shì)，突變后氣溫呈上升趨勢(shì)，但氣溫顯著升高發(fā)生在2000年，比年均溫推遲1年;極端最低溫的突變年在1994年，遲于陜南地區(qū)極端低溫的突變年［6］，在突變之前極端低溫的升高與降低交替出現(xiàn)，而突變之后氣溫明顯升高，且在1998年升高趨勢(shì)達(dá)到顯著。

2.2 季節(jié)尺度上氣溫變化特征

2.2.1 四季均溫和極端氣溫變化。從表1可看出，近39年來牛背梁保護(hù)區(qū)四季均溫變化存在很大差異，1975～2013年春季、夏季和冬季均呈上升趨勢(shì)，增溫速率分別為1.28、1.09、0.62 ℃ /10a，秋季比較特殊，整體呈下降趨勢(shì)，減小速率為0.69℃/10a。四季極端低溫與極端高溫的變化呈現(xiàn)類似的特點(diǎn)，即春、夏、冬季呈升高趨勢(shì)，秋季下降;其中春、夏、秋3季極端氣溫的變化速率以極端高溫變化最為突出，變化率分別為1.71、1.13、－0.86 ℃ /10a，冬季以極端低溫(0.74℃/10a)上升明顯。說明近39年來極端氣溫春季和夏季氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，并主要表現(xiàn)為高溫的上升，秋季氣溫呈明顯下降趨勢(shì)，且主要表現(xiàn)為高溫的降低，冬季氣溫也呈上升趨勢(shì)，并以極端低溫的升高最顯著。

2.2.2 四季氣溫M-K檢驗(yàn)分析。對(duì)比四季均溫和極端氣溫的M-K檢驗(yàn)結(jié)果(表1)可知，四季均溫突變年均滯后于年均溫的突變，春季、夏季和冬季平均氣溫分別在1997、1998和1999年出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)意義上的暖突變，而秋季均溫在1998年進(jìn)入相對(duì)偏冷的氣候狀態(tài)中;四季極端低溫的突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在1997、1997、1998、2000年，其中春季、夏季和冬季表現(xiàn)為暖突變，而秋季則呈冷突變;四季極端高溫的突變點(diǎn)分別為1 997、1998、1998、1999年，也表現(xiàn)為秋季為冷突變，其他季節(jié)為暖突變。

表1 1975～2013年牛背梁保護(hù)區(qū)四季氣溫變化率及突變年份統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

牛背梁保護(hù)區(qū)是氣候變暖的響應(yīng)區(qū)域，年尺度上，研究區(qū)均溫與極端氣溫的波動(dòng)頻率具有一致性，均表現(xiàn)為顯著的上升趨勢(shì)，其中極端低溫上升最為顯著，且均在1994年發(fā)生了溫度上升的突變;季節(jié)尺度上，四季氣溫變化差異較大，春季、夏季和冬季的平均氣溫和極端氣溫均呈明顯上升趨勢(shì)，秋季則呈降低趨勢(shì)，其中春季和夏季主要表現(xiàn)為極端高溫的上升，冬季極端低溫的升高最顯著，秋季主要表現(xiàn)為極端高溫的降低。四季氣溫的突變年份集中在20世紀(jì)90年末和21世紀(jì)初。

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