中國西北地區(qū)氣候轉型的新認識

姚旭陽， 張明軍， 張 宇， 王家鑫， 肖涵余

（1.西北師范大學地理與環(huán)境科學學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省綠洲資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展重點實驗室，甘肅 蘭州 730070）

“氣候轉型”最初是指中更新世氣候周期從以40 ka為主轉變至100 ka為主［1］，也可指氣候類型的空間明顯變化，如從半干旱氣候區(qū)變?yōu)榘霛駶櫄夂騾^(qū)也可稱為“氣候轉型”［2］。本文提到的氣候轉型是指20 世紀變暖背景下，變干趨勢結束轉向變濕，降水量的增加超越變暖導致的潛在蒸發(fā)的增加，以致出現(xiàn)世紀性的徑流增加與湖泊擴張［3］。如此巨大的氣候變化至少要有千年級的時間積累才可能完成，但千年期的“氣候轉型”往往在100～200 a之內就基本完成，因此特定的100～200 a也可稱之為“氣候轉型期”，如20—21 世紀很可能就是這樣的200 a［2］。中國西北地區(qū)是我國主要的干旱和半干旱區(qū)，分布著全國85%的干旱、半干旱土地面積［4］，也是氣候變化的敏感區(qū)域，對人類活動的響應更加明顯。因此，中國西北地區(qū)氣候可能由暖干向暖濕轉型的這一科學問題的提出，對我國西部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展及人類的生產(chǎn)生活實踐具有重要意義。

21 世紀初，施雅風等［5］提出中國西北地區(qū)氣候可能會從20世紀的暖干向暖濕轉型的科學推斷，并且根據(jù)轉型標準把氣候變化分為顯著轉型區(qū)、輕度轉型區(qū)和未轉型區(qū)3 個區(qū)域，表明氣候變化具有區(qū)域差異和類型差異，尤其以降水量的變化最為顯著。在全球氣候變暖的大背景下，中國西北地區(qū)氣溫升高，降水總量增大，湖泊河流水量加大，地下水位抬升，“暖濕化”信號顯著［6］。針對這些現(xiàn)象，前人展開了多方面的研究，且表明中國北方的長期干濕變化趨勢呈“西濕東干”的分布格局［7-8］。其中，中國西北西部呈顯著的變濕趨勢，東部呈干旱化趨勢，并且發(fā)現(xiàn)干旱化趨勢的產(chǎn)生與降水的持續(xù)減少密切相關，此外氣溫的持續(xù)上升是干旱化加劇且范圍擴大的一個重要原因［9-11］。隨后，張強等［12］研究發(fā)現(xiàn)1959—2008年中國西北地區(qū)氣溫升高趨勢明顯，降水量變化存在顯著的空間差異性，整體呈現(xiàn)暖干化趨勢，局部出現(xiàn)暖濕現(xiàn)象。趙傳成等［13］發(fā)現(xiàn)1961—2008 年中國西北地區(qū)西部和中部降水量呈顯著增加趨勢。馬鵬里等［14］發(fā)現(xiàn)，中國西北地區(qū)東部降水量在21 世紀初發(fā)生了從減少到增多的轉折性變化，特別是2010—2018年的增加幅度更大。然而，姚俊強等［15］發(fā)現(xiàn)中國西北干旱區(qū)在20 世紀80年代中后期降水量增加站點占到95.9%，形成了天山、祁連山等增濕中心，但從20 世紀90 年代開始，有45.0%的站點降水量表現(xiàn)為減少趨勢，且中國西北地區(qū)東部受季風強度減弱的影響降水量減少明顯。因此，就中國西北氣候向暖濕轉型的區(qū)域問題產(chǎn)生了不同的觀點，尤其是近20 a來有了一些新的變化。

另外，Yang等［16］分析了1960—2013年中國西北地區(qū)的降水資料后指出，區(qū)域平均的年降水量呈增加趨勢且不同地區(qū)及不同季節(jié)降水變化差別較大，并指出從1980s 開始降水增加較前期明顯。郭慧等［17］研究表明20世紀80年代中期是我國西北大部分地區(qū)降水量變化的轉折期，降水量在1990s 總體呈增加的趨勢。俞亞勛等［18］研究發(fā)現(xiàn)，中國西北地區(qū)年空中水汽含量在1980s 達到最低值，自1986 年開始呈上升趨勢。Chen等［19］和Li等［20］的研究表明，在1960—2010 年年降水量的階躍點發(fā)生在1987年，在此之后降水量顯著增加。施雅風等［5］指出1987年為中國西北氣候的轉型年，具體表現(xiàn)在降水量的顯著增加上，并且預期中國西北東部在21世紀上半期也會向暖濕轉變。湯懋蒼等［2］利用太陽活動周期長度、孢粉及冰芯等資料分析中國西北地區(qū)變化的周期規(guī)律后，推測中國西北的“千年濕期”將從22世紀開始，中國西北地區(qū)東部氣候轉型可能要發(fā)生在2020 年以后。與此同時，Yao 等［21-22］利用多標量干旱指數(shù)，即標準化降水指數(shù)（SPI）和標準化降水蒸發(fā)指數(shù)（SPEI），對新疆1961—2015年的多尺度干旱進行研究，發(fā)現(xiàn)氣溫在1997 年急劇上升，此后一直極不穩(wěn)定，降水在1987 年急劇增加，但近20 a 來增加趨勢有所減弱，這在一定程度上加劇了地區(qū)的干旱程度，與之對應的干旱指數(shù)在1997年以前呈上升趨勢，之后呈下降趨勢，SPEI 顯示在1997—2015年70.5%的監(jiān)測站干旱程度有所增加。然而，近期一項有關于新疆氣候“濕干轉折”的研究發(fā)現(xiàn)，20世紀80年代中后期新疆氣候的確呈“暖濕化”特征，但1997 年之后的干旱趨勢及頻率的增加均導致新疆70.0%以上的區(qū)域變干，出現(xiàn)了從“暖濕化”向“暖干化”轉折的信號［23］。由此可以發(fā)現(xiàn)，21世紀后，氣溫增加趨勢愈發(fā)顯著，降水量的變化趨勢有了新變化，那么中國西北地區(qū)的氣溫和降水量到底發(fā)生了怎樣的新變化，尤其近20 a以來的氣候變化是否發(fā)生了干濕轉型，轉型的區(qū)域是否發(fā)生了變化，這些問題值得我們進行深入的探討。

基于此，本文利用中國西北地區(qū)1960—2019年平均氣溫和降水量資料，分析其時間和空間變化格局，進一步研究氣候變化的特征，揭示氣候轉向暖濕的更多事實，為應對中國西北地區(qū)氣候變化和防災減災提供參考。

1 研究區(qū)、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

中國西北地區(qū)位于73°25′～110°55′E和31°35′～49°15′N 之間，包括新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西全部和內蒙古西部地區(qū)（圖1），土地面積約占中國國土面積的1/3。該區(qū)域深居內陸，遠離海洋，四周高山阻擋，海洋潮濕氣流難以到達，因而成為中國最干旱的地區(qū)，此外，該區(qū)域自然條件惡劣、生態(tài)脆弱，屬典型大陸性氣候。

圖1 中國西北地區(qū)概況及氣象臺站分布Fig.1 Overview of northwest China and distribution of the representative meteorological stations

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文使用的逐月平均氣溫和降水量資料均來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)（http://data.cma.cn）。本文對數(shù)據(jù)進行了預處理，舍棄數(shù)據(jù)缺失嚴重的站點，進行均一化檢查和時間、空間一致性檢查等，并根據(jù)檢查結果對數(shù)據(jù)進行了必要的插補和訂正。經(jīng)過以上處理，共選用122 個氣象臺站1960—2019 年完整的氣溫和降水量數(shù)據(jù)。研究表明中國西北地區(qū)東、西部氣候變化特征存在空間差異，一般以100°E 為界將中國西北地區(qū)劃分為東、西部［24］。本文四季的劃分為：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12—次年2月為冬季。

1.3 研究方法

（1）氣象數(shù)據(jù)均一性檢驗

在氣象站長期觀測中，由于儀器更換、測站遷移、觀測規(guī)程調整以及操作人員主觀認識等多方面因素的影響，數(shù)據(jù)存在偏態(tài)、缺測、異常值等問題，進而造成整個氣象數(shù)據(jù)序列不均質現(xiàn)象。因此，需要對氣象數(shù)據(jù)進行均一化處理。本研究采用RHtest方法對中國西北地區(qū)氣象數(shù)據(jù)序列進行均一化檢驗和訂正。該方法由加拿大環(huán)境部氣候研究中心Wang等建立，它基于兩階段線性回歸模型對整個氣象數(shù)據(jù)序列進行檢測［25-26］，其可行性和合理性已得到廣泛驗證［27-29］。

（2）滑動平均法［30］

為了描述氣溫和降水的長期變化趨勢，利用一元線性回歸建立其線性關系，描述其線性趨勢，用確定時間序列的5 a滑動平均值來顯示變化趨勢。

（3）累積距平法［31-32］

通過累積距平曲線直觀地判斷變化趨勢，曲線起伏的變化情況可以判斷較長時間的演變趨勢，并且能診斷出突變發(fā)生的大概時間。

（4）氣候傾向率［33］

采用氣候傾向率描述氣候要素變化趨勢及幅度，線性回歸系數(shù)的10倍（即10 a）作為氣候傾向率。

（5）標準化降水指數(shù)（SPI）

SPI對干旱變化反映敏感，具有計算簡便、多時間尺度和多空間比較及資料來源方便等優(yōu)點，是目前應用最廣泛的氣象干旱指標之一，其計算原理參見McKee等［34］的文獻，計算程序由美國林肯內布拉斯加大學國家干旱減災中心網(wǎng)站提供（https://drought.unl.edu/droughtmonitoring/SPI/SPIProgram.aspx），其干旱等級劃分標準［34］也來源于該網(wǎng)站（表1）。

表1 干旱等級劃分標準Tab.1 Classification criteria of drought grade

本文計算了3 個月（SPI3）和12 個月（SPI12）尺度的SPI 值，分別表示季度和年際的干旱變化情況。不同時間尺度的SPI 對干旱情況的表征效果不同，SPI3考慮了前期3個月內的降水盈虧，SPI12對短期降水響應減緩，周期特征逐漸顯現(xiàn)，可以反映長期的旱澇變化特征。干旱強度用于描述干旱的嚴重程度，單站某時段內的干旱強度一般可直接由SPI 直接反映［7］。

2 結果與分析

2.1 中國西北地區(qū)氣溫和降水量時間變化特征

2.1.1 年平均變化特征由1961—2019 年中國西北地區(qū)平均氣溫和降水量變化曲線（圖2a～b）可見，該地區(qū)的變暖特征與前人的研究結果［6,10,36-37］一致，平均氣溫為7.21 ℃，整體呈波動上升趨勢［P＜0.01，0.34 ℃·(10a)-1］。自1980s 氣溫呈升高趨勢，并在1990s后期發(fā)生階躍變化，特別是1997年后，平均氣溫由6.73 ℃上升到7.97 ℃（圖2a）?？梢宰⒁獾?，1997 年之前的降水量以3.99 mm·(10a)-1的速度減少，1997 年后降水量以3.55 mm·(10a)-1的速度迅速增加（圖2b）。中國西北地區(qū)在1997 年之前表現(xiàn)出明顯的變暖和變干，以及后來明顯的變暖和變濕，這意味著1997 年左右是中國西北地區(qū)氣候從暖干至暖濕的轉折點（圖2d～e）。

單獨的氣溫或降水量因子難以全面描述氣候的干濕狀況，因此選用SPI 以表征氣象干旱。由SPI12的變化趨勢（圖2c）可知，降水量與SPI12的擬合曲線在橫軸附近走向一致，呈增長趨勢但并不顯著，說明該地區(qū)干旱狀況稍有緩和。1997年前后降水量呈增加趨勢，SPI12也呈現(xiàn)出增加趨勢，說明降水量的增加不足以補償氣溫升高而帶來的潛在蒸發(fā)，氣候甚至變得更為干燥，這表明中國西北地區(qū)氣候的干濕狀況主要受降水量的影響。在使用其他指標的研究中也存在類似的特征。例如，SPEI分析表明中國干旱區(qū)變濕，尤其是在新疆塔里木河流域［38］。Liu 等［39］使用干旱指數(shù)（潛在蒸發(fā)與降水量比值）研究表明，在1960—2010年，中國西北干旱地區(qū)干旱指數(shù)顯著減小。

圖2 1960—2019年中國西北地區(qū)氣溫、降水量和SPI12的變化曲線以及累積距平變化Fig.2 Variation curves of temperature,precipitation,SPI12 and cumulative anomalies in northwest China from 1960 to 2019

然而，平均氣溫的階躍點與氣候干濕轉型的時間是一致的，因此，推測這種轉型主要與氣溫和降水量有關。中國西北地區(qū)大部分為干旱半干旱氣候，降水量相對較少。1997 年以前，降水起主導作用，氣溫升高伴隨著降水量減少，導致氣候變得溫暖干燥。1997 年以后，由于前期持續(xù)升溫，使得氣溫更占優(yōu)勢，降水量的增加伴隨著氣溫的升高，使得氣候逐漸變得溫暖濕潤。但由于中國西北地區(qū)東西跨度大，區(qū)域內氣候差異顯著，因此還需要分年代、分區(qū)域進行討論。

2.1.2 季節(jié)變化特征氣溫距平的季節(jié)變化均呈現(xiàn)上升趨勢（圖3），其中冬季增溫幅度最大［0.42 ℃·(10a)-1，P＜0.01］，春季次之［0.38 ℃·(10a)-1］，秋季為0.29 ℃·(10a)-1，夏季增溫幅度最小［0.24 ℃·(10a)-1］。因此，冬季年平均氣溫的貢獻率最大，從1997 年開始四季的平均氣溫均開始顯著增加，這與中國西北地區(qū)年平均氣溫的變化趨勢一致。

圖3 1960—2019年中國西北地區(qū)氣溫距平季節(jié)變化Fig.3 Seasonal variations of temperature anomaly in northwest China from 1960 to 2019

由降水量距平的季節(jié)變化（圖4）可知，夏季增加幅度最大［1.73 mm·(10a)-1，P＜0.01］，上升趨勢顯著，冬季次之［0.88 mm·(10a)-1］。夏季降水量（占年降水量的54%）是年降水量變化的重要因素，春、秋、冬季的降水量占比分別為19%、24%和3%。1997 年后季節(jié)降水量多呈增加趨勢，特別是自2000—2019 年20 a 的冬季降水距平中有16 a 為正值，降水量增加趨勢顯著。

圖4 1960—2019年中國西北地區(qū)降水量距平季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variations of precipitation anomaly in northwest China from 1960 to 2019

由干旱強度（SPI3距平）季節(jié)變化（圖5）可知，春季SPI3距平呈增加趨勢，干旱強度減弱，共7 a 發(fā)生干旱，干旱頻率為11.7%；夏季SPI3距平呈增加趨勢，干旱強度減弱，共6 a 發(fā)生干旱，干旱頻率為10.0%；秋季SPI3距平呈微弱的增加趨勢，共8 a發(fā)生干旱，干旱頻率為13.3%；冬季SPI3距平呈顯著增加趨勢，變化率為0.13·(10a)-1，共7 a發(fā)生干旱，干旱頻率為11.7%。整體來看，中國西北地區(qū)干旱的季節(jié)變化表現(xiàn)為：秋季干旱較為嚴重，冬季干旱有減弱的趨勢。

圖5 1960—2019年中國西北地區(qū)干旱強度（SPI3距平）季節(jié)變化Fig.5 Seasonal variations of drought intensity(SPI3 anomaly)in northwest China from 1960 to 2019

2.2 中國西北地區(qū)氣溫和降水量空間變化特征

2.2.1 年平均變化特征由1960—2019 年中國西北地區(qū)年平均氣溫、降水量和SPI 傾向率的空間分布（圖6）可知，氣溫傾向率多為正值（圖6a），顯著變化區(qū)多分布在研究區(qū)西部，東部升溫趨勢較弱、變化較均勻。新疆北部升溫趨勢顯著，阿勒泰地區(qū)增幅最大［0.6～0.7 ℃·(10a)-1］，其次為柴達木盆地南側和吐魯番盆地，天山南側地區(qū)增幅最?。郏?.1 ℃·(10a)-1］。中國西北地區(qū)東部升溫趨勢較為均勻，增幅較明顯的區(qū)域集中在東部偏北地區(qū)；東部偏南地區(qū)升溫趨勢減弱［＜0.1 ℃·(10a)-1］，青海湖和秦嶺附近較為明顯。

降水量傾向率呈現(xiàn)自東南向西北遞增的趨勢（圖6b），研究區(qū)西部降水量增加顯著［1.18～23.02 mm·(10a)-1］，增幅最大的是新疆北部和青海東、西部地區(qū)；而研究區(qū)東部降水量總體呈減少趨勢［-0.23～-33.78 mm·(10a)-1］，呈顯著減少趨勢的是甘肅黃河以東地區(qū)和陜西南部秦嶺以南部分地區(qū)，可以發(fā)現(xiàn)呈減少趨勢的站點多集中在400 mm 等降水量線東南一側。

圖6 1960—2019年中國西北地區(qū)氣溫、降水量和SPI12傾向率的空間分布Fig.6 Spatial distributions of temperature,precipitation,and SPI12 propensity rate in northwest China from 1960 to 2019

SPI12傾向率與降水量傾向率變化的空間分布較一致（圖6c），SPI傾向率在-0.21·(10a)-1～0.31·(10a)-1之間，以400 mm 等降水量線為界，其東南側的SPI傾向率多呈減小趨勢，包括甘肅東南部和陜西大部分地區(qū)，研究區(qū)西部SPI 傾向率多呈顯著增加趨勢。在使用其他指標的研究中也存在類似的空間特征，帕爾默干旱指數(shù)（PDSI）計算結果表明，干旱區(qū)域面積在中國西北地區(qū)東部呈現(xiàn)增加趨勢，在西部呈現(xiàn)減少趨勢［40］。陳亞寧等［41］研究發(fā)現(xiàn)中國西北地區(qū)干濕變化區(qū)域特征明顯，變濕區(qū)域主要集中在新疆地區(qū)，而在河西走廊東部的季風邊緣區(qū)呈現(xiàn)變干趨勢。

2.2.2 不同時期變化特征本文將1960—2019 年

60 a 分為4 個氣候期，分別描述1961—1990 年、1971—2000 年、1981—2010 年和1991—2019 年氣溫傾向率的空間分布特征（圖7）。前3個氣候期，氣溫增加的站點分別占86.1%、97.5%和98.4%，并且增溫幅度逐漸變大。而第4氣候期增溫強度弱于第3 氣候期，增溫站點占96.7%。因此，氣溫變化總體呈上升趨勢，且在第3 氣候期（1981—2010 年）氣溫呈增溫趨勢的站點占比最多。由4 個氣候期降水量傾向率的空間分布（圖8）可見，前3個氣候期降水量變化均呈減少趨勢，僅在局部有小范圍增加，降水量增加的站點分別占58.2%、49.2%和59.8%，特別是第1 氣候期（1961—1990年）降水量的增加意義重大，第2氣候期（1971—2000 年）的增長相對較弱，第3 氣候期（1981—2010年）轉變?yōu)轱@著的增加趨勢，這一轉變表現(xiàn)出明顯的增濕趨勢，而在第4氣候期（1991—2019年），降水量持續(xù)增加，88.5%的站點呈增加趨勢。由此得出，前3 個氣候期氣溫增加而降水量減少，呈現(xiàn)出暖干的趨勢；而在第4氣候期氣溫增加趨勢減弱，降水量則呈持續(xù)增加趨勢，呈現(xiàn)出暖濕的趨勢。

圖7 不同氣候期氣溫傾向率的空間分布Fig.7 Spatial distributions of temperature propensity rate in different climatic periods

圖8 不同氣候期降水量傾向率的空間分布Fig.8 Spatial distributions of precipitation propensity rate in different climatic periods

2.3 中國西北地區(qū)氣候轉型分析

2.3.1 氣候轉型時間以上分析得出，1960—2019年中國西北地區(qū)年平均氣溫增速達到0.34 ℃·(10a)-1，平均氣溫的階躍點出現(xiàn)在1997年（圖2a），對比中國西北地區(qū)東部、西部在不同時期的氣溫變化，可以發(fā)現(xiàn)西部的增加速率較大，在1997年之后增溫速率減緩，而東部地區(qū)雖然增溫速率較小，但在1997 年后呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢（圖9a）。西部年降水量在1997 年前［3.59 mm·(10a)-1］、后［20.72 mm·(10a)-1］均呈持續(xù)增加的趨勢（圖9），東部年降水量在1997年之前呈減少趨勢［-6.98 mm·(10a)-1］，但在1997年后發(fā)生了明顯的轉變，增加趨勢顯著［43.35 mm·(10a)-1］并且大大超過了同時期西部地區(qū)的增加速率。綜合來看，1997年以來中國西北地區(qū)降水量迅速增多，且與年平均氣溫變化趨勢一致，這與董思言等［8］提出的隨著氣溫的升高，降水量將會增加的結論一致，表明平均氣溫和降水量變化之間存在一定的相關性。

圖9 1960—2019年中國西北地區(qū)東部、西部氣溫和降水量距平變化Fig.9 Variations of temperature and precipitation anomalies in the east and west of northwest China from 1960 to 2019

氣溫持續(xù)上升和降水量多年來連續(xù)增加，致使徑流量和冰川融水量均有所增加，水熱平衡進一步發(fā)生變化，造成了植被狀況改善［42］、部分地區(qū)湖泊面積擴張［43］和沙漠面積縮小［44］等事實。有相關媒體報道，在過去的30 多年里，中國西北地區(qū)氣候顯著變暖，同時降水量增大。這種變化致使許多河流出山口徑流量增加、大部分地區(qū)地下水水位上升，一些原本較干旱的地方甚至出現(xiàn)洪澇災害。施雅風等［5］認為這樣的氣候變化事實如在一個時期（如10 a以上）穩(wěn)定出現(xiàn)，則稱之為向暖濕轉型。綜上，基于氣溫上升和降水量連續(xù)多年增加，中國西北地區(qū)氣候逐漸向暖濕轉型，且在1997年后轉型事實明顯。

2.3.2 氣候轉型地區(qū)為了系統(tǒng)分析中國西北地區(qū)年平均氣溫和降水量在不同時段特別是1997 年以后的變化特征，分析了年平均氣溫和降水量在1960—1996 年和1997—2019 年2 個時期差值的空間分布情況（圖10）。1997 年以后各站點的平均氣溫均有增加，天山南北兩側、青海中東部、內蒙古中部以及甘肅隴東地區(qū)氣溫增幅較大（圖10a），甘肅河東部分地區(qū)和寧夏部分地區(qū)降水量為負，其余地區(qū)為正（圖10b），增幅較大的是新疆西南部、天山南北兩側、青海中部和東部、陜西南部以及甘肅隴東地區(qū)。與1960—1996年相比，1997年后所有站點氣溫均出現(xiàn)了不同程度的增加，且有72.0%的站點氣溫增幅達到1 ℃以上，而52.0%的站點降水量增加了0～30 mm，24.0%的站點降水量增加了30 mm 以上，24.0%的站點降水量出現(xiàn)了不同程度的減少。

研究區(qū)氣候變化空間差異大，轉型程度各不相同。根據(jù)氣溫和降水量的增量變化程度將氣候轉型分為3類［5］，氣溫和降水量均呈顯著增加（增量達60%以上）的區(qū)域劃分為顯著轉型區(qū)，變化量呈輕微增加（增量達30%以上）的區(qū)域劃分為輕度轉型區(qū)，變化量未增加或者減少區(qū)域的劃分為未轉型區(qū)。對比圖10a 和圖10b 發(fā)現(xiàn)，新疆北部、天山及其兩側地帶、塔里木盆地西側、青海東部和南部、柴達木盆地東南側以及甘肅隴東地區(qū)和內蒙古中部地區(qū)均為氣候轉型顯著區(qū)域，其氣溫和降水量年變化量較為顯著。新疆東部、塔里木盆地以南部分地區(qū)、祁連山中西段地區(qū)、青海西北部以及陜西東部地區(qū)氣溫和降水量增加不明顯，為輕度轉型區(qū)。另外，甘肅河東地區(qū)（隴東地區(qū)除外）、寧夏西部地區(qū)氣溫增幅較大，但降水量呈減少趨勢，為未轉型區(qū)。對比施雅風等［5］對中國西北地區(qū)氣候轉型范圍的劃分，甘肅隴東地區(qū)、青海南部、陜西大部分以及內蒙古中部地區(qū)由原來的未轉型區(qū)域轉變?yōu)轱@著轉型區(qū)，青海東、西部地區(qū)由原來輕度轉型區(qū)轉變?yōu)轱@著轉型區(qū)，而祁連山中西段地區(qū)由之前的顯著轉型區(qū)轉變?yōu)檩p度轉型區(qū)。

圖10 1997年前后中國西北地區(qū)氣溫和降水量空間差異變化及轉型范圍和程度劃分Fig.10 Spatial variations of temperature and precipitation in northwest China around 1997 and division of transformation scope and degree

3 討論

近20 a中國西北地區(qū)開始出現(xiàn)“增溫增濕”的現(xiàn)象，而“增濕”現(xiàn)象本質上是基于降水量的增加。中國西北地區(qū)西部的降水量呈持續(xù)增加的趨勢，并且自21世紀初，中國西北東部地區(qū)同樣出現(xiàn)了降水量增加的現(xiàn)象，印證了馬鵬里等［14］和馬柱國等［45］的研究結果。先前施雅風等［3］和湯懋蒼等［2］的研究均支持中國西北地區(qū)的氣候轉型正在發(fā)生的結論，結合本文研究，1997—2019年中國西北地區(qū)氣溫均呈增加趨勢，且76.0%的站點降水量呈增加趨勢，其中東部降水量增速甚至超過了同時期的西部，這些轉型的事實均表明了中國西北地區(qū)氣候尤其是中國西北地區(qū)東部已經(jīng)開始轉型，且轉型事實顯著。

值得注意的是，中國西北地區(qū)的干旱狀況得到一部分緩解。季節(jié)性上，氣溫和降水的變化存在一定的不對稱性，具體表現(xiàn)在冬季增溫明顯，夏季增濕明顯。夏季增溫的程度對蒸發(fā)強度的影響不大，但更多的降水可以在一定程度上緩解干旱，也可能對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一些積極作用。應強調的是，目前中國西北地區(qū)降水量增加約10 mm·(10a)-1，30 a 累積增加不超過30 mm，不應過分夸大降水量的增加趨勢對氣候狀態(tài)的改變程度，中國西北地區(qū)干旱和半干旱的氣候模式?jīng)]有改變，降水量的增加不能從根本上改變中國西北地區(qū)的干旱氣候條件。

本文對中國西北干旱特征的分析是基于降水量變化和SPI所得出的結論，屬于氣象干旱的范疇，然而干濕的本質是地表水分收支的盈虧，因此降水和干旱指數(shù)還不能從地表水分收支角度表征干濕的特征［46］。此外，中國西北地區(qū)氣候“變暖變濕”趨勢的未來預測也是一個有待研究的重要問題，增溫和增濕的不對稱性以及季節(jié)性不對稱性的影響也需要進一步研究。

4 結論

本研究利用中國西北地區(qū)1960—2019 年平均氣溫和降水量資料，通過分析其時間和空間變化格局，進一步研究氣候轉型的特征，得出以下結論：

（1）1960—2019年中國西北地區(qū)平均氣溫呈顯著上升趨勢（P＜0.01），1997 年存在階躍點，冬季增幅最大（P＜0.01）；阿勒泰地區(qū)［0.6～0.7 ℃·(10a)-1］增幅最大，天山山脈南側附近增幅最?。郏?.1 ℃·(10a)-1］，顯著升、降溫區(qū)域多出現(xiàn)在邊緣地帶，且緯度越高升溫趨勢越明顯。

（2）1960—2019年中國西北地區(qū)年降水量呈增加趨勢，階躍點發(fā)生在1997年，76.0%的站點降水量出現(xiàn)了不同程度的增加，且夏季增幅最大（P＜0.01）。在空間上由東南向西北方向遞增，其中東部降水量的增加速率超過了同時期的西部，增幅最大的地區(qū)在新疆北部和青海的西部、東部地區(qū)。

（3）SPI12呈增加趨勢，1997年開始顯著增加，干旱強度逐漸減弱。SPI3反映出季節(jié)干旱強度逐年減弱，秋季干旱較嚴重，可能與秋季降水量減少有關，而冬季干旱的減輕可能與升溫較快和降水量增速較快有關（僅次于夏季），水熱平衡變化導致冬季干旱狀況有所緩解。

（4）1960s 以來，中國西北地區(qū)氣溫持續(xù)上升，平均氣溫在1990s 末發(fā)生突變。1997 年前后，中國西北地區(qū)分別出現(xiàn)了顯著的暖干和暖濕趨勢，這表明在后期，中國西北地區(qū)氣候開始從暖干向暖濕過渡。甘肅隴東地區(qū)、青海南部、陜西大部分以及內蒙古中部地區(qū)由原來的未轉型區(qū)轉變?yōu)轱@著轉型區(qū)，青海東、西部地區(qū)由原來輕度轉型區(qū)轉變?yōu)轱@著轉型區(qū)，而祁連山中西段地區(qū)由之前的顯著轉型區(qū)轉變?yōu)檩p度轉型區(qū)，中國西北地區(qū)的氣候正經(jīng)歷著轉折性的變化。