新疆地區(qū)氣溫日較差年際變化特征分析

蒲潔　刁曉蕓　賈健

摘 要：利用1961—2018年新疆地區(qū)國(guó)家氣象站逐日最高氣溫和最低氣溫等觀測(cè)資料，通過線性回歸、Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)等方法對(duì)氣溫日較差（Diurnal Temperature Range，以下簡(jiǎn)稱DTR）進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明：年際變化上，新疆地區(qū)15個(gè)地（州、市）代表站，除哈密市DTR呈弱上升趨勢(shì)外，DTR整體呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，最大下降值約為0.6℃·10a-1，位于吐魯番市;在空間分布上，DTR大致呈現(xiàn)為新疆地區(qū)西北部下降幅度大，往東南方向逐漸遞減，西北降幅大，東南降幅小的趨勢(shì)，新疆地區(qū)的平均DTR下降趨勢(shì)不存在顯著的氣候突變點(diǎn)，在近60a一直趨于下降;在不同年代際上，DTR在1960—1970年相對(duì)偏大，在2000年個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)了下降趨勢(shì)減緩或停止特點(diǎn);在季節(jié)和逐月時(shí)間尺度上，DTR呈現(xiàn)出明顯的年循環(huán)特征，基本上在秋季最大而冬季最小。

關(guān)鍵詞：新疆;氣溫日較差;時(shí)間尺度;變化特征

中圖分類號(hào)：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

全球氣候正經(jīng)歷著變暖的過程，100a來全球地面平均溫度上升了約0.85℃（IPCC第五次評(píng)估報(bào)告），我國(guó)平均氣溫總體的變化趨勢(shì)與全球平均氣溫變化趨勢(shì)基本相一致，但溫度增速卻高于世界同期水平[1-2]?，F(xiàn)階段研究表明，全球最高氣溫和最低氣溫均處于升高趨勢(shì)，且最低氣溫升高較最高氣溫明顯[3]。這種氣溫日夜升高趨勢(shì)不對(duì)稱性的存在對(duì)全球氣候變化有著重要影響，引起眾多學(xué)者的關(guān)注。氣溫日較差（Diurnal Temperature Range，簡(jiǎn)稱DTR）也稱氣溫日振幅，是日最高氣溫與日最低氣溫的差值，DTR作為氣候變化研究的重要指標(biāo)之一，與平均氣溫的變化既有相關(guān)性，又相對(duì)獨(dú)立，對(duì)DTR進(jìn)行深入研究，能夠提供更多氣候變化相關(guān)信息，反映全球和區(qū)域性的氣溫變化幅度，對(duì)人類生存環(huán)境、氣候異常的影響和可持續(xù)發(fā)展研究具有特殊的參考價(jià)值[4-5]。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)DTR的時(shí)空變化特征、變化原因及其與氣象因子的關(guān)系做了許多分析。左洪超等[6]、陳文海等[7]在關(guān)于中國(guó)1950—2000年氣溫及降水變化的長(zhǎng)期趨勢(shì)分析中，對(duì)我國(guó)的溫度變化特征進(jìn)行了比較深入地研究，并指出可能影響溫度變化的影響因子;陳鐵喜等[8]利用近50a的氣溫觀測(cè)資料對(duì)中國(guó)氣溫日較差進(jìn)行分析，指出我國(guó)DTR整體上呈下降趨勢(shì)，DTR平均減小幅度低緯度地區(qū)小于高緯度地區(qū);曹言等[9]利用最高、最低氣溫、年平均氣溫等資料，結(jié)合Mann-Kendall突變檢測(cè)和小波分析法對(duì)DTR進(jìn)行分析，得出云南省年平均、春季、夏季和冬季DTR整體呈減少趨勢(shì)，秋季呈上升趨勢(shì);此外，還有很多學(xué)者開展了中國(guó)西北地區(qū)及青藏高原地區(qū)DTR變化方面的研究工作[10-15]。

對(duì)于新疆地區(qū)的氣溫日較差研究工作，白松竹等[16]指出阿勒泰地區(qū)四季日較差呈顯著減小趨勢(shì)，其中冬季最為明顯;劉強(qiáng)吉等[17]利用新疆額爾齊斯河流域氣象站點(diǎn)的氣溫?cái)?shù)據(jù)，得出最低氣溫的快速升高和最高氣溫的緩慢升高是額爾齊斯河流域DTR減小的直接原因，影響流域DTR的主要因子為平均氣溫、降水量和平均風(fēng)速。上述研究工作的開展，多針對(duì)新疆局地區(qū)域，而對(duì)于整個(gè)新疆地區(qū)DTR的變化情況無具體描述。因此，本文利用1961—2018年新疆地區(qū)國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)的逐日觀測(cè)資料，計(jì)算并分析DTR的時(shí)空變化特征，可為掌握地區(qū)氣候變化規(guī)律、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境改善提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

本文使用的氣象資料來自新疆地區(qū)所屬國(guó)家氣象站的最高溫度、最低溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)資料的連續(xù)性及最長(zhǎng)時(shí)段性等標(biāo)準(zhǔn)，其中由于建站時(shí)間的不同，為保證各站數(shù)據(jù)在分析中的一致性，選取1961年1月1日—2018年12月31日共58a的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這期間部分站由于建站時(shí)間較晚缺測(cè)值較多而被剔除，選取剩余的96站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆地區(qū)海拔及站點(diǎn)地理分布

新疆維吾爾自治區(qū)地理范圍大，地形差異顯著，人口分布和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)有很大的差異性。從所選取的國(guó)家氣象觀測(cè)站（圖1）海拔高度分布可以看出，新疆境內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)的海拔高度相差較大，海拔最低的為吐魯番市，海拔高度<100m，天山山區(qū)部分站點(diǎn)海拔高度>3000m，但總體上看，大多站點(diǎn)分布在海拔較低、坡度相對(duì)較為平緩的地帶。這些站點(diǎn)所在的區(qū)域，大部人口分布較為稠密，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)相對(duì)發(fā)達(dá)，也在一定程度上表明選取這些站點(diǎn)進(jìn)行研究的合理性。圖中紅色站點(diǎn)為新疆地區(qū)15個(gè)地（州、市）的代表站點(diǎn)。

2.2 新疆地區(qū)年平均DTR的年際變化特征

對(duì)新疆地區(qū)15個(gè)地（州、市）代表站點(diǎn)1961—2018年間年DTR進(jìn)行分析（圖2），可以看出，除東疆地區(qū)的哈密市（圖2f）呈現(xiàn)弱上升趨勢(shì)（0.07℃·10a-1），其余地（州、市）代表站點(diǎn)均呈現(xiàn)出一致下降趨勢(shì)，DTR下降最明顯的出現(xiàn)在吐魯番（圖2g），下降趨勢(shì)為0.6℃·10a-1;其次為昌吉，下降趨勢(shì)為0.4℃·10a-1。除阿勒泰（圖2d）DTR下降趨勢(shì)變化不明顯（約為0.01℃·10a-1）外，在呈下降趨勢(shì)的14個(gè)站中，有6個(gè)站（烏魯木齊、阿克蘇、吐魯番、和田、昌吉、塔城）下降幅度大于0.3℃·10a-1，5個(gè)站（石河子、喀什、伊寧、庫(kù)爾勒、克拉瑪依）下降幅度在0.2～0.3℃·10a-1之間。

上述DTR呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的各站中，大部分站都表現(xiàn)出一致、連續(xù)的下降趨勢(shì)，但是個(gè)別站（如昌吉）雖然下降值較大，在近些年其趨勢(shì)卻是呈現(xiàn)上升的。大致在2000年之后，昌吉的DTR由歷史最低值約10℃上升到早期（如1960年）的14℃左右，單獨(dú)看2010年之后和1960年，其DTR幾乎保持不變。這一特征說明不同站的DTR在下降趨勢(shì)還有一定的年代際變化特征。

由于DTR下降的幅度在各站表現(xiàn)并不一樣，因此為得到DTR下降趨勢(shì)在整個(gè)新疆區(qū)域內(nèi)的分布，進(jìn)一步針對(duì)分析新疆地區(qū)國(guó)家氣象站點(diǎn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖3），1961—2018年除北疆北部、南疆西部及東疆地區(qū)的個(gè)別區(qū)域外，新疆地區(qū)年平均的DTR基本上都呈減小趨勢(shì)。其中，DTR減小最大的地區(qū)位于東疆地區(qū)的哈密市西北部，為0.8～0.9℃·10a-1，各站DTR下降范圍大致在0.01～0.6℃·10a-1。計(jì)算結(jié)果表明，新疆地區(qū)的平均DTR年際時(shí)間序列（圖略）也呈現(xiàn)出顯著減小的特征，減小值為0.3℃·10a-1。

整體上，這與陳鐵喜[9]等指出的我國(guó)DTR整體呈下降趨勢(shì)研究結(jié)果是一致的。

為進(jìn)一步確定新疆地區(qū)DTR的趨勢(shì)變化，使用Mann-Kendall趨勢(shì)突變檢驗(yàn)方法對(duì)上述地區(qū)DTR時(shí)間序列進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)（結(jié)果如下圖4和圖5所示），分別為15個(gè)代表站和新疆地區(qū)96站平均的檢驗(yàn)結(jié)果。由圖4可見，在15個(gè)代表站中除喀什、阿勒泰、哈密、昌吉、阿圖什之外，各站DTR時(shí)間序列均沒有明顯的趨勢(shì)突變時(shí)間，在過去近60a呈現(xiàn)為一致的下降趨勢(shì)。上述各站中，如果按照不同的年代來看，哈密大致在2000年前無明顯的趨勢(shì)變化（UF和UB線表現(xiàn)不一致），2000年后開始出現(xiàn)弱的上升趨勢(shì);除哈密外，剩余的14站在1960年及之后的一段時(shí)間全部呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（UF和UB線均<0），在1990—2000年，其下降趨勢(shì)變得不再明顯（喀什、阿勒泰、昌吉、阿圖什、庫(kù)爾勒等）。

圖5為新疆地區(qū)所有站（96站）平均的DTR時(shí)間序列Mann-Kendall方法趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果?？梢娮?961—2010年UF和UB線均<0，表明新疆地區(qū)整體上DTR呈現(xiàn)出一致的下降趨勢(shì);并且兩者的交點(diǎn)位于=1.96之外，說明新疆地區(qū)平均的DTR下降趨勢(shì)不存在顯著的氣候突變點(diǎn)，在過去近60a來DTR一直在下降。

2.3 新疆地區(qū)DTR的年代際變化特征

為了得到年平均DTR在不同年代際大致的演變情況，選取1971—2000年作為氣候平均的參考時(shí)期，計(jì)算得到年平均DTR在不同年代際（最近一個(gè)年代為2010—2018年）的異常場(chǎng)分布（圖6），可以看出，新疆地區(qū)各地在不同年代際之間DTR的變化特征，1960—1970年（圖6a、6b）新疆地區(qū)年平均的DTR異常場(chǎng)相對(duì)于氣候態(tài)（1971—2000年）呈現(xiàn)出較為明顯的偏大（最大約1.5℃）;這與各代表站趨勢(shì)檢驗(yàn)的結(jié)果是保持一致的，即在1960—1970年新疆地區(qū)的DTR整體上相對(duì)氣候態(tài)偏大，因此在之后一段時(shí)間內(nèi)DTR均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在圖6c、6d中表現(xiàn)為DTR異常值開始減小，并逐漸開始相對(duì)于氣候值偏暖，說明DTR趨勢(shì)的下降是持續(xù)的，這一趨勢(shì)持續(xù)到2000年左右，以哈密—巴州—阿克蘇地區(qū)一線為代表的部分地區(qū)DTR異常值和整體表現(xiàn)開始相反（圖6e、6f紅色部分），表明在其它地區(qū)DTR由于不斷下降從而相對(duì)氣候值開始偏小時(shí)，這些地區(qū)的DTR下降趨勢(shì)停止，反而開始增加（圖6e、6f紅色部分），這與上述Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法得到的結(jié)果一致，并確定了DTR下降趨勢(shì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)地區(qū)的范圍。

2.4 新疆地區(qū)DTR的逐月的變化分析

新疆地區(qū)地處西北，晝夜溫差大、四季分明，因此DTR有顯著的年循環(huán)，DTR年平均值取決于DTR在不同月份的演變。為確定DTR在年循環(huán)中逐月相對(duì)變化的大小，給出了氣候平均的DTR逐月演變（圖7），可以看出，在1a中的不同月份均是北疆地區(qū)DTR較小而南疆地區(qū)的DTR較大。在逐月DTR演變過程中，整個(gè)新疆地區(qū)的DTR的最大值基本上出現(xiàn)在9月份，在達(dá)到最大值之后開始迅速減小，于12月達(dá)到1a中的最小值。夏季（6—8月）的3個(gè)月DTR分布僅是次大的。這說明，新疆地區(qū)DTR年平均序列中，冬季和夏季是對(duì)DTR影響最大的2個(gè)季節(jié)。

3 結(jié)論

從年際變化上看，新疆地區(qū)15個(gè)地（州、市）代表站，除哈密市DTR呈弱上升趨勢(shì)外，DTR整體呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，最大下降值約為0.6℃·10a-1，位于吐魯番市。

從空間分布上看，除北疆北部、南疆西部及東疆地區(qū)的個(gè)別區(qū)域外，新疆地區(qū)的年平均DTR整體呈減小趨勢(shì)，總體趨勢(shì)下降0.3℃·10a-1。

新疆地區(qū)的平均DTR下降趨勢(shì)不存在顯著的氣候突變點(diǎn)，在近60a一直趨于下降。

在不同年代際上，DTR在1960—1970年相對(duì)偏大，在2000年后個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)下降趨勢(shì)減緩或停止特點(diǎn)。

在DTR逐月演變上，DTR在1—9月持續(xù)增大，后迅速減小，至12月達(dá)到最小值。

參考文獻(xiàn)

[1]?王紹武，龔道溢.氣候變暖問題爭(zhēng)議的分析[J].地理研究，2001，20（02）：153-160.

[2]David R E，Briony H，Philip D J，et al.Maximum and minimum temperature trends for the globe[J].Science，1997，277（5324）：364-367.

[3]?史培軍，孫劭，汪明，等.中國(guó)氣候變化區(qū)劃（1961—2010年）[J].中國(guó)科學(xué)，2014，44（10）：2294-2306.

[4]?周宇，史軍，孫國(guó)武，等.1873—2009年上海氣溫日較差變化及其影響因素[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28（01）：24-30.

[5]?王凱，陳正洪，劉可群，等.華中區(qū)域1960—2005年平均最高、最低氣溫及日較差的變化特征[J].氣候與環(huán)境研究，2010，15（04）：418-424.

[6]?左洪超，呂世華，胡隱樵.中國(guó)近50年氣溫及降水量的變化趨勢(shì)分析[J].高原氣象，2004，23（02）：238-244.

[7]?陳文海，柳艷香，馬柱國(guó).中國(guó)1951—1997年氣候變化趨勢(shì)的季節(jié)特征[J].高原氣象，2002， 21（03）：252-257.

[8]?陳鐵喜，陳星.近50年中國(guó)氣溫日較差的變化趨勢(shì)分析[J].高原氣象，2007，26（01）：150-157.

[9]?曹言，王杰，柴素盈，等.1970—2014年云南省氣溫日較差變化特征及影響因子[J].水土保持研究，2018，25（06）：100-108.

[10]?范麗軍，韋志剛，董文杰.西北干旱區(qū)地氣溫差的時(shí)空特征分析[J].高原氣象，2004，23（03）： 360-367.

[11]?馬曉波，李棟梁.青藏高原近代氣溫變化趨勢(shì)及突變分析[J].高原氣象，2003，22（05）：507-512.

[12]?蔡英，李棟梁，湯懋蒼，等.青藏高原近 50 年來氣溫的年代際變化[J].高原氣象，2003，22（05）：464-470.

[13]?李躍清，李崇銀.青藏高原東側(cè)地區(qū)夏季氣溫變化及其可能成因[J].高原氣象，2003，22（S1）：24-31.

[14]?馬鵬里，王若升，王寶靈，等.我國(guó)西北地區(qū)地面最高和最低氣溫變化及分布的特征[J].高原氣象， 2002，21（05）：509-513.

[15]?李躍清.近40年青藏高原東側(cè)地區(qū)云、日照、溫度及日較差的分析[J].高原氣象，2002， 21（03）：327-332.

[16]?白松竹，李煥，田忠峰.阿勒泰地區(qū)氣溫日較差的氣候變化特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28（02）：77-80.

[17]?劉淑慧.松嫩平原蘇打鹽堿地滴灌土壤水鹽調(diào)節(jié)機(jī)制與鹽堿化草場(chǎng)恢復(fù)重建方法研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院研究生院，2012.

（責(zé)任編輯 周康）