近50年新疆天山山區(qū)主要氣候要素變化

阿帕爾，葉爾克江，高彥兵，劉海紅

（1蘭州大學大氣科學學院，蘭州 730000；2新疆維吾爾自治區(qū)昌吉市氣象局，昌吉 831103；3新疆信息工程學校，烏魯木齊 830013）

以氣候變暖為主要特征的全球變化已成為一個不爭的事實[1]。氣候變暖和氣候變化將對各地的農業(yè)結構布局、農產品產量和品質產生重要影響，因此，近年來有關氣候變化及其對農業(yè)影響的研究受到學術界越來越廣泛的關注[2-4]。新疆地處影響我國西風帶天氣的上游地區(qū)，而天山山脈又是影響新疆乃至我國中、西部地區(qū)天氣氣候和生態(tài)環(huán)境的重要天然屏障，天山山區(qū)的氣候變化不僅對新疆的生態(tài)環(huán)境和社會、經(jīng)濟發(fā)展具有重要的影響，而且對我國中、西部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境也產生廣泛而深刻的影響，因此，研究分析天山山區(qū)的氣候變化，對保護和改善新疆和我國中、西部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，促進社會經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[5-7]。

近年來，一些學者[8-13]對天山山區(qū)近幾十年氣候變化的趨勢和特征進行了研究，但研究區(qū)域基本均限于北天山山區(qū)，而對于天山山脈重要組成部分的南天山山區(qū)卻很少涉及；研究的氣候要素也主要限于溫度、降水等單一氣候因子，而對于對天山山區(qū)生態(tài)環(huán)境產生重要影響的能量供給因子（平均溫度、最高溫度、最低溫度、氣溫日較差、日照時數(shù)、云量）、空氣動力因子（風速）和濕度因子（飽和水汽壓、降水量、相對濕度）等氣候因子的變化趨勢和變化特征的研究至今還未見報道。

本研究利用氣候資料序列完整且對整個天山山區(qū)具有較好代表性的10個氣象臺站1960-2009年的逐月歷史氣候資料，研究分析了平均氣溫、最高最低氣溫、日照時數(shù)、相對濕度、風速、降水量、水汽壓和云量等主要氣候要素近50年來的變化趨勢和變化特征，旨在為采取趨利避害的生態(tài)環(huán)境保護措施提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站點和資料的選取

為了詳細的研究天山山區(qū)各氣候要素變化的共同特點和相互間的差異，對新疆天山山區(qū)進行了分區(qū)處理。

本研究中的資料選用新疆天山山區(qū)有代表性的10個站（以昭蘇和新源兩站代表天山西段；由大西溝、小渠子、巴音布魯克、巴侖臺、天池等五站代表天山中段；由巴里坤代表天山東段；由吐爾尕特和阿合奇代表南天山）的1-12月測站各月歷年氣候要素，其資料長度為1960-2009年共50年。本文采用的實時資料由新疆維吾爾自治區(qū)氣象局信息中心提供。

所選站點的地理坐標和主要氣候要素多年平均值見表1。

表1 天山山區(qū)各典型氣象站地理坐標及其各氣候要素多年平均值Tab.1 Geographic coordinates and average values climate elements in Tianshan Mountains

1.2 統(tǒng)計方法

用一元線性回歸方程 ，求其線性趨勢變化率。式中:為年序，為線性方程的斜率，是氣候要素的線性變化趨勢和速率,其單位為℃/10a、mm/10a或h/10a等 （各氣候要素單位/10a），＞0表示氣候要素隨時間變化成增加趨勢，＜0表示其變化呈下降趨勢；10a稱為每10年氣候要素隨時間變化的傾向率，為常數(shù)，可通過最小二乘法求取[14-16]。

2 結果與分析

2.1 氣溫變化趨勢

對1961-2009年10個站點的年平均氣溫、年最高氣溫和年最低氣溫及氣溫日較差序列進行線性趨勢分析，并對結果進行顯著性水平檢驗（表2），制作出平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫及最高氣溫和最低氣溫之間的溫差（日較差）逐年變化趨勢圖（圖1）。

表2 天山山區(qū)氣溫變化趨勢Tab.2 Change trends of air temperature in Tianshan Mountains

圖1 平均氣溫、最高、最低氣溫及日較差逐年變化趨勢圖Fig.1 Changes of the average,maximum,minimum,temperatures and the mean daily temperature range

以上的統(tǒng)計分析結果（表1、圖1）表明：天山山區(qū)最高、最低、平均溫度在波動中升高的，并具有明顯的地域差異，大體是天山東段增溫幅度較大，天山中段增溫幅度較小。天山山區(qū)最高、最低、平均氣溫上升趨勢絕大多數(shù)站點都達到了0.001的顯著性水平，而且最高、平均、最低氣溫是非對稱性的上升趨勢，最高氣溫的增溫速率比平均氣溫及最低氣溫緩慢，最高氣溫氣候趨勢系數(shù)除了天山中段達到0.001的顯著性水平外其他站點都達到了0.01的顯著性水平，其中最低氣溫的上升速率是最快，這說明：天山山區(qū)的溫度隨著年份的增加而增加，而且最高氣溫和平均氣溫的年變化趨勢與最低氣溫基本相似，氣候趨勢系數(shù)也均達到了顯著程度，但在程度上沒有最低氣溫顯著。受最低氣溫上升趨勢普遍大于最高最高氣溫影響，最高最低氣溫之間的溫差在縮小，所以日較差呈顯著的降低趨勢，相關系數(shù)都達到了0.001的顯著性水平，其中天山東段在程度上比其他地段顯著。這說明天山山區(qū)氣溫日較差呈明顯的下降趨勢，晝夜溫差在縮小，夜溫有升高趨勢，這些現(xiàn)象在天山東段比較明顯，天山中段不明顯。

2.2 日照時數(shù)變化趨勢

由天山山區(qū)日照時數(shù)逐年變化趨勢圖（圖2）可見：天山山區(qū)日照時數(shù)呈減少趨勢，遞減趨勢（除天山西段外）均通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗。

從各站來看，天山山區(qū)各站日照時數(shù)只有2個站出現(xiàn)增加的趨勢，分別是天山西段的新源站和天山中段的天池站，各站增加的傾向率分別為2.4169和0.5284 h/10a，氣候趨勢系數(shù)（相關系數(shù)）分別為0.353和0.08，其他各站日照時數(shù)均呈逐年減少趨勢，減少傾向率最大的是天山中段的巴侖臺，其次為天山中段的小渠子站，傾向率分別為-14.763和-12.626 h/10a；減少傾向率最小的是南天山的吐爾尕特（托云），其次為天山中段的大西溝站，傾向率分別為-0.5841 和-2.3845 h/10a（表 3）。

表3 天山山區(qū)各氣候要素逐年變化趨勢系數(shù)和線性變化速率Table 3 Trend coefficient of climate elements and linear rate in Tianshan Mountains

圖2 日照時數(shù)逐年變化趨勢圖Fig.2 Variation tendency of the sunshine time year by year

2.3 云量變化趨勢

由表3、圖3可知：在過去的50年中，從整個天山山區(qū)來看，年平均云量略有減少，減少速率為-0.0022，氣候趨勢系數(shù)為0.1470；從各區(qū)域來看，天山東段略有增加，其他3個區(qū)域略有減少，各區(qū)域氣候趨勢系數(shù)均未通過顯著性檢驗

從各站來看，昭蘇、小渠子、巴音布魯克及巴里坤4個站的年平均云量略有增加的趨勢，其他6個站略有減少趨勢，其中，大西溝、小渠子和巴侖臺等3個站趨勢系數(shù)通過了0.001水平上顯著性檢驗，新源通過了0.01水平上顯著性檢驗，巴音布魯克和天池站通過了0.02水平上顯著性檢驗，其他4個站的趨勢系數(shù)均未通過顯著性檢驗。

圖3 云量逐年變化趨勢圖Fig.3 Variation tendency of the cloud cover year by year

2.4 風速變化趨勢

從整個天山山區(qū)來看，50年以來10 m年平均風速逐步下降趨勢，下降速率為-0.0071（m/s）/10a，氣候趨勢系數(shù)為0.6255，通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗；從各區(qū)域來看，天山中段略有增加趨勢，其他3個區(qū)明顯減少趨勢，減少趨勢均通過了0.001水平上顯著性檢驗（表3、圖4）。

從各站來看，只有天山中段的巴音布魯克年平均風速略有增加的趨勢，增加速率為0.0087（m/s）/10a，氣候趨勢系數(shù)為0.405，通過了P=0.01水平的相關顯著性檢驗；其他9個站均有減少趨勢，其中，昭蘇、巴里坤和阿合奇等個站趨勢系數(shù)通過了0.001顯著性檢驗；新源、巴音布魯克和巴侖臺3個站通過了0.01水平上顯著性檢驗，其他4個站的趨勢系數(shù)均未通過顯著性檢驗。

圖4 平均風速逐年變化圖Fig.4 Variation of the wind speed year by year

2.5 相對濕度變化趨勢

在過去的50年中，從整個天山山區(qū)來看，年平均相對濕度略有增加，增加速率為0.0249%/10a，增加趨勢不明顯；從各區(qū)域來看，天山中段和南天山略有增加，增加的趨勢分別通過了0.001和0.01水平的相關顯著性檢驗；天山西段和天山東段有減少趨勢，其中，天山東段減少幅度較大并通過了0.001水平上顯著性檢驗，天山西減少趨勢未通過顯著性檢驗（表 3、圖 5）。

從各站來看，昭蘇、大西溝、小渠子、天池、吐爾尕特和阿合奇6個站年平均相對濕度有增加的趨勢，其他4個站有減少趨勢；其中，大西溝、小渠子、巴里坤和阿合奇4個站變化趨勢比較顯著，均通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗；巴侖臺、天池和吐爾尕特3個站趨勢系數(shù)通過了0.01水平上顯著性檢驗，昭蘇、新源和巴音布魯克3個站未通過顯著性檢驗。

圖5 相對濕度逐年變化趨勢圖Fig.5 Variation tendency of the relative humidity year by year

2.6 水汽壓變化趨勢

由表3和圖6可知：天山山區(qū)4個子區(qū)域的水汽壓變化趨勢基本相同，均呈逐年增加的趨勢；其中，南天山增加趨勢較為明顯、其次為天山中段，然后是天山西段，增加傾向率分別為0.0148、0.0109和0.0111 hPa/10a，氣候趨勢系數(shù)分別為0.7193、0.6829和0.4693，增加趨勢均通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗；天山東段增加趨勢十分微弱,增加傾向率為0.0026 hPa/10a，氣候趨勢系數(shù)為0.1473，未通過顯著性檢驗。

圖6 水汽壓逐年變化趨勢圖Fig.6 Variation tendency of the vapor pressure year by year

2.7 氣壓變化趨勢

由表3、圖7可知：天山山區(qū)4個子區(qū)域的氣壓變化趨勢基本相同，均呈略下降趨勢；其中，天山中段下降趨勢較為明顯、其次為天山東段，下降傾向率分別為-0.3553和-0.0642 hPa/10a，氣候趨勢系數(shù)分別為0.5635和0.5496，下降趨勢均通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗；南天山下降趨勢十分微弱,下降傾向率為-0.0008 hPa/10a，氣候趨勢系數(shù)為0.0283，未通過顯著性檢驗。

圖7 氣壓逐年變化趨勢圖Fig.7 Variation tendency of the atmospheric pressure year by year

2.8 年降水量變化趨勢

在過去的50年中，從整個天山山區(qū)來看，年降水量略有增加，增加速率為1.423 mm/10a，氣候趨勢系數(shù)為0.4，增加的趨勢通過了0.01水平上的相關顯著性檢驗；從各區(qū)域來看，天山山區(qū)4個子區(qū)域的年降水量逐年變化趨勢基本相同（圖8）,均略有增加，其中，天山東段和南天山增加的趨勢較為明顯并通過了0.02水平的相關顯著性檢驗；天山西段和天山中段增加趨勢不顯著，未通過顯著性檢驗（表3）。

從各站來看，10個代表站年降水量均有增加的趨勢，其中，大西溝站增加趨勢最明顯，增加傾向率為2.3215 mm/10a，氣候趨勢系數(shù)為0.465，并通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗；巴里坤和阿合奇2個站增加趨勢也較明顯，并通過了0.02水平上顯著性檢驗，巴侖臺增加的趨勢通過了0.05水平上顯著性檢驗，剩下6個站的增加趨勢不明顯，未通過顯著性檢驗。

圖8 降水量逐年變化趨勢圖Fig.8 Variation tendency of the precipitation year by year

3 討論與結論

1960-2009 年，天山山區(qū)能量供給因子中的平均溫度、最高最低溫度均呈明顯的上升趨勢，而日照時數(shù)、溫度日較差呈明顯的下降趨勢，云量的變化趨勢不明顯；空氣動力因子風速的下降趨勢顯著；濕度因子中空氣相對濕度略有下降趨勢，而水汽壓、降水量略有上升趨勢。通過天山山區(qū)氣象站的歷年氣候資料統(tǒng)計分析，得出以下基本結論:

1）天山山區(qū)最高、最低、平均氣溫均呈明顯逐步上升趨勢，而且最低氣溫升高幅度較最高氣溫和平均氣溫升高幅度大。這說明氣溫日較差呈下降趨勢，晝夜溫差在縮小，夜溫有升高趨勢，這些現(xiàn)象在天山東段比較明顯，天山中段不太明顯。

2）天山山區(qū)日照時數(shù)呈減少趨勢，遞減趨勢除天山西段外均通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗。從整個天山山區(qū)來看，年平均云量略有減少，從各區(qū)域來看，天山東段略有增加，其他3個區(qū)域略有減少，各區(qū)域氣候趨勢系數(shù)均未通過顯著性檢驗。

3）從整個天山山區(qū)來看，50年以來年平均風速逐步下降趨勢，并通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗；從各區(qū)域來看，天山中段略有增加趨勢，其他3個區(qū)明顯減少趨勢，減少趨勢都通過了0.001水平上顯著性檢驗。

4）從整個天山山區(qū)來看，年平均相對濕度略有增加，增加的趨勢不明顯；從各區(qū)域來看，天山中段和南天山略有增加，增加的趨勢分別通過了0.001和0.01水平的相關顯著性檢驗；天山西段和天山東段有減少趨勢，其中，天山東段減少幅度較大，并通過了0.001水平上顯著性檢驗，天山西減少趨勢未通過顯著性檢驗。

5）天山山區(qū)4個子區(qū)域的水汽壓變化趨勢基本相同,均呈逐年增加的趨勢；其中，南天山增加趨勢較為明顯，其次為天山中段，然后是天山西段，天山東段增加趨勢十分微弱。天山山區(qū)4個子區(qū)域的氣壓變化趨勢也基本相同,均呈略下降趨勢；其中，天山中段下降趨勢較為明顯、其次為天山東段，這2個區(qū)域下降趨勢均通過了P=0.001水平的相關顯著性檢驗；南天山下降趨勢不明顯，未通過顯著性檢驗。

6）從整個天山山區(qū)來看，年降水量略有增加，增加速率為1.423 mm/10a，氣候趨勢系數(shù)為0.4，增加的趨勢通過了0.01水平上的相關顯著性檢驗；從各區(qū)域來看，天山山區(qū)4個子區(qū)域的年降水量逐年變化趨勢均略有增加，其中，天山東段和南天山增加的趨勢較為明顯并通過了0.02水平的相關顯著性檢驗；天山西段和天山中段增加趨勢不顯著并沒未通過顯著性檢驗。

可以看出，天山山區(qū)近50年氣溫明顯上升，氣溫日較差和日照時數(shù)顯著減小，氣壓和風速下降，降水量、相對濕度和水汽壓增加。受此影響，近50a天山山區(qū)氣候總體趨于干向濕發(fā)展的趨勢，氣候朝暖濕方向變化，尤其是天山東段。

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