近30年來秦嶺南坡與秦嶺北坡氣溫波動變化趨勢分析

解 鋒

(西北農(nóng)林科技大學(xué)， 陜西 楊凌 712100)

秦嶺地處亞洲東部，是我國海拔最高的由東向西貫穿于內(nèi)陸的山地，其主山脈主要分布于陜西省境內(nèi)。它作為我國南北方的分界線，將我們國家分為南方和北方兩部分。該區(qū)域處于明顯的過渡位置，其南北兩側(cè)氣候和降雨有著明顯的分界線(張強(qiáng) 等 2008；羅懷良 2000；張養(yǎng)才等 2001；趙峰 2004；劉清春等 2004)。自然環(huán)境和地理區(qū)域環(huán)境方面的研究表明，一般過渡性區(qū)域，它的生態(tài)環(huán)境承受能力較差，表現(xiàn)為相當(dāng)脆弱和敏感，很容易受到破環(huán)，但很難恢復(fù)(葛全勝等 2001;孫白妮等 2007；肖風(fēng)勁等 2006)。因此，過渡性區(qū)域的生態(tài)環(huán)境的研究慢慢已成為科學(xué)家研究的重點(diǎn)?；诖?筆者選擇秦嶺南北坡兩側(cè)地區(qū)作為研究目標(biāo)，研究在全球氣候變暖的大條件下(William et al. 1996;Ana et al. 2000;Robin et al. 2003)，秦嶺地區(qū)的溫度變化情況，從而為研究秦嶺南北坡地區(qū)的環(huán)境變化、生態(tài)系統(tǒng)變化提供參考。

1.1 秦嶺南北坡年均氣溫變化分析

1.1 秦嶺南、北坡年均溫度變化比較

從秦嶺南、北坡兩地溫度的時間比較圖1可以清楚的看出，這兩地區(qū)的年平均溫度基本上表現(xiàn)出明顯的上升趨勢，這兩個地區(qū)的溫度變化趨勢方程可表述如下：

秦嶺南坡年均溫度變化趨勢方程如：

y=0.0690x+13.120

秦嶺北坡年均溫度變化趨勢方程如：

y=0.01228x+10.755

圖1 秦嶺南、北坡年均溫度變化趨勢

秦嶺南坡地區(qū)近30年間，溫度增加了2.28攝氏度，而秦嶺北坡地區(qū)近30年間溫度增加了約3.37攝氏度。明顯的可以看的出來秦嶺北坡地區(qū)比秦嶺南坡地區(qū)溫度增加的幅度要大一些。從溫度升高和降低的變化時間上來看，1997年以前，溫度變化表現(xiàn)為時高時低，具有一定的波動性。2000年、2004年、2008年秦嶺南、北坡兩地的溫度同時降低，但之后均保持上升的趨勢，自2010年以后溫度逐年上升的趨勢更加明顯。

另外，秦嶺南、北坡兩地之間的溫度差距越來越小。用秦嶺南坡年均溫度的時間序列減去秦嶺北坡年均溫度的時間序列，從而得到了溫度差值的時間序列，并依據(jù)該序列數(shù)據(jù)作圖(如圖2)，后研究其線性變化趨勢的方程：Y=-0.0538X+2.3653。溫度差值由1983年的1.91 ℃減少到1997年的1.05 ℃和2012年的0.82 ℃，同時也進(jìn)一步反映出秦嶺北坡地區(qū)的溫度增加幅度比秦嶺南坡地區(qū)的溫度增加幅度更大一些。

圖2 秦嶺南、北坡地區(qū)年均溫度之差變化趨勢

由圖2中反應(yīng)表明，秦嶺南坡地區(qū)與秦嶺北坡地區(qū)之間的溫度差距并不是一直處于減小的趨勢，1993年之前，這兩個地區(qū)之間的溫度差異不是很明顯，但有加大的趨勢。1993～1999年之間，這兩個地區(qū)之間的溫度差異表現(xiàn)非常明顯，自1999年以后這兩個地區(qū)之間的溫度差異才表現(xiàn)為日漸較小。換另外一個角度考慮該問題，證明這種溫度的減少趨勢不存在明顯的階段性，而是接近于直線遞減。

1.2 秦嶺南北坡溫度階段性變化

秦嶺南、北坡溫度存在非常明顯的階段性變化(圖3)。秦嶺南坡地區(qū)1983年至1987年溫度總體較低，低于30年以來平均溫度，為負(fù)距平，表明這幾年平均氣溫低。1988～1992年間，溫度有所升高，但仍略低于30年的均值，仍表現(xiàn)為負(fù)距平。1993～1997年，溫度在之前的基礎(chǔ)上又有所下降，相比較而言更低于30年的均值。1998～2002年間，秦嶺南坡溫度上升，且明顯高于30年來的平均溫度，此階段波動較為劇烈，增幅較大，表現(xiàn)為正距平。2003～2007年間，秦嶺南坡地區(qū)氣溫有所下降，但仍高于30年來的平均氣溫。2008～2012年間，秦嶺南坡氣溫急劇升高，顯著的高于30年以來的平均溫度，該階段波動最為劇烈，增幅最大。

圖3 秦嶺南、北坡溫度距平階段性變化

秦嶺北坡地區(qū)與秦嶺南坡地區(qū)的溫度變化趨勢基本一致，但其仍表現(xiàn)出自身獨(dú)特的一面，其溫度增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過秦嶺南坡。1983至1987年間，溫度遠(yuǎn)低于秦嶺南坡，表現(xiàn)為負(fù)距平，1988～1992年間，溫度有所升高，其升高趨勢基本和秦嶺南坡的溫度升高幅度一樣，且仍表現(xiàn)為負(fù)距平。1993～1997年，該地區(qū)溫度變化與秦嶺南坡變化趨勢相反，仍呈現(xiàn)遞增趨勢，幾乎與秦嶺南坡的溫度接近，但距平仍為負(fù)值。1998～2002年間，秦嶺北坡溫度上升，不僅高于秦嶺南坡的距平數(shù)值還明顯高于30年來的平均溫度，此階段波動較為劇烈，增幅較大，表現(xiàn)為正距平。2003～2007年間，秦嶺北坡地區(qū)氣溫有所下降，但不僅高于秦嶺南坡氣溫距平還高于30年來的平均氣溫。2008～2012年間，秦嶺北坡氣溫急劇升高，顯著的高于秦嶺南坡和30年以來的平均溫度，該階段波動最為劇烈，增幅最大。

秦嶺南、北坡氣溫階段性變化趨勢基本保持一致(表1)分析標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)的數(shù)據(jù)可清楚的表明：變異系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)出先增后減再增再減，溫度呈現(xiàn)明顯的波動變化。1983～1987年，秦嶺南坡的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)最大，說明這個時段秦嶺南坡溫度變化幅度是30年來溫度變化幅度最大的時段。2003～2007年，秦嶺南坡的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)最小，說明這個時段秦嶺南坡的溫度變化幅度是30年來溫度變化最小的時段。1993～1997年間，秦嶺北坡的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)最大，說明這個時段，秦嶺北坡的溫度變化幅度是近30年來溫度變化最大的。1988～1992年間，秦嶺北坡的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)最小，說明這個時段秦嶺北坡的溫度變化幅度是近30年來溫度變化最小的。同時數(shù)據(jù)表明，30年來秦嶺南坡溫度變化幅度與秦嶺北坡溫度變化幅度相比，一般變化較為劇烈，變幅較大。

表1 秦嶺南北坡不同時段溫度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及C.V值

2 秦嶺南北坡溫度季節(jié)性變化

對將近30年來秦嶺南坡和秦嶺北坡溫度的季節(jié)性變化分析發(fā)現(xiàn)，秦嶺山區(qū)南坡和北坡的溫度季節(jié)性變化十分明顯。夏季溫度較高，冬季溫度基本都較低。從各個季節(jié)溫度的數(shù)值上看，秦嶺南坡溫度基本明顯高于秦嶺北坡的溫度。冬季，秦嶺南北坡溫度基本均不足3 ℃，春季溫度值次之，夏季秦嶺南坡溫度比秦嶺北坡溫度高約0.77 ℃，秋季秦嶺南北坡溫度處于向冬季過渡期，相對于夏季，溫度明顯變化，降幅較大(見表2)。

表2 秦嶺南北坡四季平均溫度

秦嶺南北坡兩個地區(qū)之間的溫度季節(jié)性變化，無論是從變化步調(diào)方面還是從變化趨勢方面看，均呈現(xiàn)一致性。

由圖4、圖6、圖7可知，秦嶺南北坡兩地區(qū)的溫度變化趨勢都表現(xiàn)呈上升的趨勢特點(diǎn)：

春季秦嶺南坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.1369x+10.478

春季秦嶺北坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.2279x+7.6225

夏季秦嶺南坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.0622x+24.457

夏季秦嶺北坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.0852x+23.239

秋季秦嶺南坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.0144x+15.810

秋季秦嶺北坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.0613x+14.230

冬季秦嶺南坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.0623x+1.7356

冬季秦嶺北坡氣候溫度的直線方程為：

y=0.1164x+2.1582

圖4 秦嶺南北坡春季平均溫度變化趨勢

圖5 秦嶺南北坡夏季平均溫度變化趨勢

2.1 前半年春、夏季溫度比較

由圖4和圖5對比分析情況來看，春季秦嶺南北坡溫度增長幅度較大，但南坡的溫度增長幅度比北坡要大一些，而夏季，南北坡也均表現(xiàn)為小幅度的溫度上浮，說明前半年秦嶺南北坡溫度上升主要集中在春季。同時根據(jù)春季溫度變化分析得出，自1993年以后，春季溫度才有了較大幅度的升高，至1999年溫度升至近30年來最高點(diǎn)，之后，溫度上升幅度有所下降。單獨(dú)分析夏季溫度變化圖得出，2004年之前，總體的溫度呈緩慢上升的趨勢，自2004年以后，溫度急劇上升，但相對春季溫度的變化幅度而言，有所不及?？傮w而言，30年來，秦嶺南北坡兩地前半年溫度越來越高，表現(xiàn)出春季升溫的強(qiáng)烈特點(diǎn)。

圖6 秦嶺南北坡秋季平均溫度變化趨勢

圖7 秦嶺南北坡冬季平均溫度變化趨勢

2.2 后半年秋、冬季溫度變化比較

由圖6和圖7對比分析情況來看，冬季秦嶺南北坡溫度增長幅度較大，但北坡的溫度增長幅度比南坡要大一些，而秋季，南北坡也均表現(xiàn)為小幅度的溫度上浮，說明后半年秦嶺南北坡溫度上升主要集中在冬季。同時根據(jù)秦嶺北坡冬季溫度變化分析得出，自1995年以后，冬季溫度才有了較大幅度的升高，至2012年溫度升至近30年來最高點(diǎn)。而南坡溫度保持著穩(wěn)步增長的態(tài)勢，僅1995至1997年間溫度變幅較大。單獨(dú)分析秋季溫度變化圖得出：1992年之前，南北坡地區(qū)溫度變幅較大，但溫度基本呈微上升態(tài)勢；自1993至2007年間，南北坡地區(qū)溫度變幅下降，溫度仍保持一定的上升幅度，但略低于1992年之前的增長趨勢?？傮w而言，30年來，秦嶺南北坡兩地后半年溫度越來越高，表現(xiàn)出冬季升溫的強(qiáng)烈特點(diǎn)。

2.3 30年年均氣溫變化空間分布

通過對近30年來秦嶺南北坡地區(qū)溫度變化分布圖的研究分析可看出，熱量在秦嶺南北坡兩個地區(qū)分布極其不均衡，與南坡地區(qū)溫度相比，其北坡地區(qū)的平均溫度明顯較低。從地理位置上看，秦嶺山區(qū)一線是我國亞熱帶和暖溫帶地區(qū)的分界線(即南方和北方的分界線)。但南北坡氣溫地域性比較明顯，南坡地區(qū)的溫度變化特征是以安康地區(qū)為中心(其年均溫度為14.18 ℃)，呈逐漸向四周擴(kuò)散遞減的趨勢，且在安康以北的地區(qū)該地區(qū)的緯度線幾乎與該地區(qū)的氣溫分布曲線平行。而秦嶺北坡地區(qū)則形成了以西安為中心的突兀的高溫地帶，年平均氣溫則呈現(xiàn)12.657 ℃。在此地區(qū)，溫度的等高線則呈現(xiàn)向高緯度地區(qū)凸出的特點(diǎn)。另外，可能因?yàn)樗幍牡乩砦恢煤偷匦蔚脑颍诒狈降貐^(qū)的太白山區(qū)和南方地區(qū)的商洛蟒嶺地區(qū)分別形成了一個明顯的低溫區(qū)，兩者相比較而言，可能是因?yàn)樘咨绞乔貛X最高山峰的原因，其年均溫才僅為8.2 ℃，明顯低于商南地區(qū)的氣溫(11.5 ℃)。在北坡地區(qū)西安以北地區(qū)和太白山區(qū)的緯度線幾乎和等溫線平行，其分布呈現(xiàn)明顯的地區(qū)分布性。同時，研究表明，西安和安康兩個高溫區(qū)的形成可能與人們的活動有很大的關(guān)系(見圖8)(張永琴等 2001;趙聽奕 2003；吳方正等 2003；何云玲 2009；鄧振墉等 2008)。

圖8 秦嶺南北坡地區(qū)近30年來平均氣溫分布圖

2.4 秦嶺南北坡的氣溫突變分析

近30年來，氣溫的突變已經(jīng)作為一個十分重要的氣候變化規(guī)律之一，得到了越來越多的人們的重視。這里所說的氣候突變，應(yīng)該從氣候的狀態(tài)變化來加以認(rèn)識，即就是在一個較長的氣候序列中，從一個氣溫均值到另一個氣溫均值期間的急劇變化，表現(xiàn)為氣候狀態(tài)的不聯(lián)系性。對這樣氣候突變的分析和檢驗(yàn)大多采用以下兩種分析方法：①信噪比(統(tǒng)計量)的參數(shù)檢驗(yàn)法；②Mann-Kendall 非參數(shù)檢驗(yàn)法。相比較于Mann-Kendall 非參數(shù)檢驗(yàn)法，統(tǒng)計量的參數(shù)檢驗(yàn)法簡單，實(shí)用，容易理解和分析，因此，本研究將采用統(tǒng)計量的參數(shù)檢驗(yàn)法來檢驗(yàn)氣溫的突變。

圖9 秦嶺南坡氣溫距平變化及其距平累積曲線

圖10 秦嶺北坡氣溫距平變化及其距平累積曲線

為研究秦嶺南北坡氣溫的突變年份，筆者首先分別繪制了秦嶺南坡和秦嶺北坡的氣溫距平累積曲線(見圖9、圖10)，秦嶺南北坡兩地氣溫距平累計曲線都有幾個氣溫最高值，結(jié)合秦嶺南北坡兩地之間的氣溫距平時序曲線，秦嶺南坡分別在1999年、2002年為當(dāng)?shù)貧鉁氐霓D(zhuǎn)折點(diǎn)；秦嶺北坡則分別在1998年、2002年為氣溫變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)。為了檢測這幾個轉(zhuǎn)折點(diǎn)是不是真正的存在，可用如下公式進(jìn)行檢測分析：轉(zhuǎn)折年相鄰氣候段的平均值之差|y1-y2|與標(biāo)準(zhǔn)差(σ1+σ2)的比值，即可表述為S/N=|y1-y2|/(σ1+σ2)。

S/N被稱為信噪比，依據(jù)相關(guān)規(guī)定，S/N>1時，則被認(rèn)為該年份發(fā)生了氣候突變，否則就被認(rèn)為是一次氣溫轉(zhuǎn)折，不能認(rèn)為是突變。利用以上描述的方法對秦嶺南坡各溫度極低點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)分析，計算結(jié)果為僅1996年S/N=1.125，通過了0.001置信水平檢測。對秦嶺北坡各溫度極低高進(jìn)行檢驗(yàn)分析，得出：1994年S/N=1.131，通過了0.001置信水平檢測。故可以認(rèn)為：秦嶺南坡和秦嶺北坡則分別在1996年和1994年發(fā)生了氣溫由冷到暖的突變。該研究結(jié)果與魏風(fēng)英的研究結(jié)果基本吻合。通過本研究表明：自1993～1999年間，秦嶺南、北坡地區(qū)曾各出現(xiàn)過一次顯著性的突變，由之前明顯的低溫、寒冷轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷?、暖和。這種由冷變暖是近百年歷史中最為顯著的一次。

3 結(jié) 論

秦嶺南坡地區(qū)近30年間，溫度增加了2.28 ℃，而秦嶺北坡地區(qū)近30年間溫度增加了約3.37 ℃。也進(jìn)一步反映出秦嶺北坡地區(qū)的溫度增加幅度比秦嶺南坡地區(qū)的溫度增加幅度更大一些。同時據(jù)秦嶺南北坡地區(qū)溫度階段性變化研究表明，秦嶺北坡地區(qū)與秦嶺南坡地區(qū)的溫度變化趨勢基本一致，但其仍表現(xiàn)出自身獨(dú)特的一面，其溫度增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過秦嶺南坡；從季溫度變化幅度方面分析，秦嶺山區(qū)南坡和北坡的溫度季節(jié)性變化十分明顯。夏季溫度較高，冬季溫度基本都較低。從各個季節(jié)溫度的數(shù)值上看，秦嶺南坡溫度基本明顯高于秦嶺北坡的溫度。冬季，秦嶺南北坡溫度基本均不足3 ℃，春季溫度值次之，夏季秦嶺南坡溫度比秦嶺北坡溫度高約0.77 ℃，秋季秦嶺南北坡溫度處于向冬季過渡期，相對于夏季，溫度明顯變化，降幅較大。從溫度的空間變化方面分析，秦嶺南北坡地區(qū)熱量分布極其不均，分別形成了以安康和西安為中心兩大高溫中心。

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