近33a新疆阿勒泰地區(qū)積雪變化特征及其與氣象因子的關(guān)系

李?；?，劉大鋒，李楊，劉雪原

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500；2.新疆氣象技術(shù)裝備保障中心，新疆烏魯木齊 830002）

近33a新疆阿勒泰地區(qū)積雪變化特征及其與氣象因子的關(guān)系

李海花1，劉大鋒1，李楊2，劉雪原2

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500；2.新疆氣象技術(shù)裝備保障中心，新疆烏魯木齊 830002）

利用阿勒泰地區(qū)7個氣象觀測站1981—2013年積雪初、終日期、積雪期（積雪初、終日期間日數(shù)），以及同期平均氣溫、平均0 cm地面溫度、降水量、日照時數(shù)和平均風速資料，分析了該區(qū)積雪的變化特征及其與5個氣象因子的關(guān)系。結(jié)果表明：阿勒泰地區(qū)平均積雪初日為11月3日，積雪終日為4月2日，平均積雪期為152d；近33a阿勒泰地區(qū)積雪初日呈推遲的趨勢，而終日和積雪期是呈提前（縮短）趨勢；各站在積雪期內(nèi)與降水量呈顯著的正相關(guān)，降水因子相比其它因子對各站積雪期的影響更大；阿勒泰地區(qū)的各站積雪期與積雪初、終日期間的風速、降水量、0 cm地溫、日平均氣溫、日照時數(shù)5個因子的相關(guān)系數(shù)中有57%通過了信度0.05的顯著性檢驗，還有20%的通過了信度0.001的顯著性檢驗。

積雪；變化特征；氣象因子；阿勒泰地區(qū)

積雪是冰雪圈的重要組成部分，在氣候系統(tǒng)中扮演著重要而活躍的角色。積雪異?？梢砸鹣聣|面能量和水分的異常，改變地表與大氣之間的熱量和水分交換，從而對氣候及大氣環(huán)流的變化產(chǎn)生重要影響[1]。積雪對氣候環(huán)境變化十分敏感，特別是季節(jié)性積雪，在干旱區(qū)和寒冷區(qū)既是最活躍的環(huán)境影響因素，也是最敏感的環(huán)境變化響應(yīng)因子[2]。季節(jié)性積雪變化是大氣環(huán)流、氣溫、降水、風、太陽輻射等氣候因子共同作用的結(jié)果。

王春學[3]等研究過中國近50a積雪日數(shù)與最大積雪深度的時空變化規(guī)律，劉俊峰[4]等結(jié)合Aqua與Terra衛(wèi)星MODIS積雪影像，分析了新疆、青藏高原和東北—內(nèi)蒙地區(qū)積雪的空間穩(wěn)定性，宋燕等[5-9]對全國各地不同地區(qū)的積雪進行過相關(guān)的研究，崔彩霞等[10]分析了新疆與積雪相關(guān)的冬季平均溫度和冬季降水量的變化，趙勇等[11-13]分析了北疆的積雪開始時間、結(jié)束時間、相對積雪期、絕對積雪期的時空變化特征，楊青等[14]對1959—2003年新疆天山冬季的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、最大積雪深度、各級別的積雪日數(shù)等因子進行了統(tǒng)計分析，婁夢筠等[15]對新疆積雪的年際變化特征、季節(jié)變化特征及空間分布特征進行了分析，胡列群等[16]從積雪日數(shù)、最大積雪深度、積雪初始、終止日期等因子對新疆區(qū)域近50a積雪變化特征進行了分析。阿勒泰地區(qū)的積雪屬于季節(jié)性氣候，有一些學者對阿勒泰地區(qū)的積雪做過研究，王國亞等[17]主要分析了阿勒泰地區(qū)的最大積雪深度、積雪日數(shù)的特征分析，李海花等[18]對阿勒泰地區(qū)1961—2010年冬季降雪日數(shù)和強度的氣候特征進行了分析。然而目前對阿勒泰地區(qū)積雪的變化特征及其與氣象因子關(guān)系方面研究較少。筆者主要對阿勒泰地區(qū)的積雪初、終日及積雪期的變化特征及其與氣溫、降水、0 cm地溫、風速、日照時數(shù)的關(guān)系進行了初步研究，以期發(fā)現(xiàn)阿勒泰地區(qū)積雪消融變化特征以及對積雪期有影響的氣象因子。

1 資料選取和分析方法

1.1 資料選取

本文選取了阿勒泰地區(qū)7個氣象站1981—2013年積雪初、終日期資料，并在此基礎(chǔ)上計算了逐年積雪期長度。定義積雪初日為每年的秋、冬季第一次出現(xiàn)積雪的日期，積雪終日為次年冬季、春季最后一次出現(xiàn)積雪的日期(氣象站觀測記錄薄里有積雪深度的日期)，定義積雪初日與積雪終日間的日數(shù)為積雪期。所用氣象資料為相應(yīng)時段內(nèi)各站逐日的平均氣溫、平均0 cm地面溫度、降水量、日照時數(shù)和平均風速。全地區(qū)（積雪初日、終日和積雪期）平均值為全地區(qū)7個站（積雪初日、終日和積雪期）的合計除以7所得。

1.2 研究方法

采用最小二乘法線性趨勢傾向分析方法研究了阿勒泰地區(qū)積雪初、終日及積雪期的時空變化特征。采用Mann-Kendall法來判斷氣候序列是否發(fā)生了突變，并判斷突變時間點，還進行了t顯著性檢驗，同時結(jié)合逐年累積距平進行了佐證。

在討論空間分布時，用了SURFER軟件進行畫圖，空間插值采用克里格網(wǎng)格化方法。

本文還進行了各站積雪期與積雪初、終日期間的平均氣溫、平均0 cm地面溫度、降水量、日照時數(shù)和平均風速的相關(guān)性分析，計算出了多元回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 阿勒泰地區(qū)各站積雪初、終日及積雪期的極值分析

2.1.1 積雪初日極值變化

從表1可以看出，阿勒泰地區(qū)各站積雪初日最早和最晚出現(xiàn)的時間不盡一致，最早的積雪初日出現(xiàn)在青河站和吉木乃站，分別是1986年的9月4日和1994年的9月7日，也就是在阿勒泰地區(qū)剛剛進入秋天就出現(xiàn)了積雪天氣，比阿勒泰地區(qū)的平均積雪初日提前了近兩個月，而其他幾個站的最早積雪初日均出現(xiàn)在10月9—18日，也比平均積雪初日提前16～25d。福海站和布爾津站的最晚積雪初日出現(xiàn)在2013年12月的13日和6日，均比平均積雪初日推遲近一個月以上，而其余5個站的最晚積雪初日均出現(xiàn)在11月，為9—29日，比平均積雪初日推遲6～26d。

2.1.2 積雪終日極值變化

從表2看出，阿勒泰地區(qū)各站積雪終日最早和最晚出現(xiàn)的時間也不盡一致，最早的積雪終日出現(xiàn)在福海站，時間是1983年2月17日，而這個時間段正是阿勒泰地區(qū)的隆冬季節(jié)，比阿勒泰地區(qū)的平均積雪終日提前了近45d，這是比較罕見的，其次是布爾津站為1983年的2月23日，比阿勒泰地區(qū)的平均積雪終日提前近40d，而其他幾個站出現(xiàn)在3月2—26日，也比平均積雪終日提前了近8～30d。最晚積雪終日出現(xiàn)在青河站是1985年的6月3日，而六月是阿勒泰地區(qū)的夏季，在這個季節(jié)出現(xiàn)積雪終日實屬罕見，比平均積雪終日的日期推遲近60d，其次是吉木乃站是1983年和1998年的5月20日，比平均積雪初日推遲近48d，其它站的最晚積雪終日在4月23日到5月5日，比平均積雪終日推遲21～33d。

表1 阿勒泰地區(qū)各站積雪初日出現(xiàn)最早和最晚的日期及年份

表2 阿勒泰地區(qū)各站積雪終日出現(xiàn)最早和最晚的日期及年份

2.1.3 積雪期極值變化

從表3中可以看出，最長的積雪期出現(xiàn)在1984年的青河站，為247d，比平均積雪期延長95d，其次是1998年的吉木乃站的積雪期為219d，比平均積雪期延長67d，而其他各站的最長積雪期在179～ 203d，比平均積雪期延長27～51d。最短的積雪期出現(xiàn)在1982年的福海站，僅有97d，比平均積雪期縮短65d，其次短的積雪期是2006年的青河和1982年的布爾津，分別為102、105d，比平均積雪期縮短50d和47d，而其他站在113～140d，比平均積雪期縮短12～40d。

表3 阿勒泰地區(qū)各站最長、最短積雪期/d及出現(xiàn)年份

阿勒泰地區(qū)的最早積雪初日出現(xiàn)在青河和吉木乃站，而最晚積雪終日也出現(xiàn)在青河和吉木乃站，最長積雪期也就出現(xiàn)在這兩個站，這和這兩個站較其他站冬季漫長、氣溫明顯偏低導致的降雪在秋冬季易形成積雪、春季積雪融化慢有很大的關(guān)系。而阿勒泰地區(qū)的最晚積雪初日出現(xiàn)在福海和布爾津站，最早積雪終日也出現(xiàn)在福海和布爾津站，相對應(yīng)的最短的積雪期也出現(xiàn)在這兩個站，這原因恰好與前面相反，是因為福海和布爾津站的冬季氣溫偏高，導致秋冬季降雪易融化，很難形成積雪，而春季積雪融化較快造成的。然而，青河站的最短積雪期也只有102d，這很可能和2006年冬季的氣候異常有很大的關(guān)系。

2.2 積雪初、終日和積雪期變化特征

2.2.1 全地區(qū)的空間分布

從圖1可以看出，阿勒泰地區(qū)的積雪初日、終日和積雪期的空間分布趨勢不同。阿勒泰地區(qū)的最西部的吉木乃縣積雪出現(xiàn)時間（初日）最早，在10月19日，這也是說在秋季就出現(xiàn)了積雪，其次是最東部的青河站，為10月26日，而出現(xiàn)積雪最晚的是南部的福海站，在11月11日，它比最早的吉木乃站推遲20多天。

阿勒泰地區(qū)的積雪結(jié)束時間（終日）趨勢與積雪初日趨勢剛好相反，最早的是南部的福海站在3月22日，最晚的是最西部的吉木乃站為4月18日，兩站相差了28d。

全地區(qū)積雪期在132～182d，積雪期持續(xù)時間最長的是吉木乃站達182d，最短的是福海站，僅為132d，二者相差了50d。

圖1 阿勒泰地區(qū)各站多年平均積雪初日（a）、終日（b）以及積雪期（c）的空間分布

2.2.2 全地區(qū)平均值的年際變化

近33a阿勒泰地區(qū)積雪初日（圖2a）曲線呈波動中上升的趨勢，即積雪初日隨著年份變化呈推遲趨勢，近33a推遲了8d，平均積雪初日在11月3日，最早出現(xiàn)在2000年10月14日，最晚出現(xiàn)在2001年11月21日，兩者相差了38d。20世紀80年代大部分時間是提前趨勢，90年代基本是一到兩年提前，再是一到兩年推遲，21世紀以后表現(xiàn)以推遲為主。

近33a阿勒泰地區(qū)積雪終日（圖2b）曲線呈波動中下降的趨勢，即積雪終日隨著年份變化呈提前趨勢，近33a提前了7d，平均積雪終日在4月2日，最早出現(xiàn)在1999年3月16日，最晚出現(xiàn)在2009年4月20日。

近33a阿勒泰地區(qū)積雪期（圖2c）曲線呈波動下降的趨勢，即積雪期隨著年份變化呈縮短趨勢，近33a縮短14d，平均積雪期為152d，積雪期最短年份是1999年和2001年，為128d；而積雪期最長的年份是2000年，為186d，二者差了58d。

圖2 阿勒泰地區(qū)平均積雪初日（a）、終日（b）和積雪期（c）的年際變化

阿勒泰地區(qū)的積雪初日、終日和積雪期的變化趨勢很可能是與阿勒泰地區(qū)的冬季氣溫明顯變暖有關(guān)系[19]，冬季氣溫變暖，使得積雪在秋季和前冬易融化，難以形成穩(wěn)定積雪，初日推遲；而在后冬和春季的氣溫變暖，使得積雪融化較快，終日提前。初日推遲、終日提前二者共同作用的結(jié)果，就是阿勒泰地區(qū)的積雪期明顯縮短。

2.2.3 全區(qū)積雪趨勢變化的空間分布

1981—2013年阿勒泰地區(qū)積雪初、終日及積雪期趨勢變化的空間分布（圖3），以分析其趨勢變化的空間差異性。由圖3a看出，阿勒泰地區(qū)除了西部的吉木乃站的積雪初日氣候傾向率是負值外，其余各站均是正值，這說明吉木乃站的積雪初日隨時間變化呈弱的提前趨勢，而其他各站的積雪初日隨時間變化呈推遲趨勢，其中青河站達到了6.79d/10a，表明青河站的積雪初日呈較明顯的推遲趨勢。

由圖3b可以看出，阿勒泰地區(qū)各站的積雪終日的氣候傾向率都為負值，表明近33a阿勒泰地區(qū)各站積雪終日都呈提前趨勢，其中提前趨勢最明顯的是富蘊站，達到了4.32d/10a。

由圖3c看出，除了吉木乃站積雪期的氣候傾向率是正值外，其他各站均是負值，這說明吉木乃站的積雪期呈延長趨勢，其余站的積雪期呈縮短趨勢，其中縮短趨勢最顯著的站是青河和富蘊，分別為8.6d/10a和7.14d/10a。

2.3 各站積雪期與風速、降水量、0 cm地溫、日平均氣溫、日照時數(shù)的相關(guān)性分析

從表4中看出，各站積雪期與風速的關(guān)系，阿勒泰和富蘊通過了信度0.001的顯著性檢驗，吉木乃、福海和青河通過了0.05的顯著性檢驗，哈巴河和布爾津沒有通過顯著性檢驗，這說明風速的變化對各站積雪的影響不一致。各站在積雪期內(nèi)與降水量呈顯著的正相關(guān)，表明降水越多積雪持續(xù)時間越長，而且7個站均通過了顯著性檢驗，降水因子在5個因子中對各站積雪期的影響較大。0 cm地溫和日照時數(shù)對積雪的持續(xù)影響較弱，只有吉木乃站通過了0.05的顯著性檢驗，其他站均沒有通過顯著性檢驗。各站積雪期與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)較小，只有吉木乃和青河通過0.05的檢驗，其他站均沒有通過顯著性檢驗。積雪期與日平均氣溫呈較好的的正相關(guān)，這與趙春雨研究的遼寧省的積雪變化[1]不太一致，說明積雪期溫度對阿勒泰地區(qū)積雪期的影響與遼寧省不一樣。

圖3 各站積雪初日（a）、終日（b）和積雪期（c）的變化趨勢的空間分布

表4 積雪期與各氣象因子的相關(guān)性

阿勒泰地區(qū)各站的積雪期與積雪初、終日期間的風速、降水量、0 cm地溫、日平均氣溫、日照時數(shù)5個因子的相關(guān)系數(shù)中有57%的通過信度0.05的顯著性檢驗，還有20%的通過了信度0.001的顯著性檢驗。說明在阿勒泰地區(qū)積雪期內(nèi)與積雪初、終日期間的風速、降水量、0 cm地溫、日平均氣溫、日照時數(shù)5個因子的變化有較好的相關(guān)關(guān)系。故采用這5個氣象因子對積雪期進行回歸方程計算。

y：積雪期（d），x1：風速（m/s），x2：降水量（mm），x3：0厘米地溫（℃），x4：氣溫（℃），x5：日照時數(shù)（h）

各站的積雪期與各氣象因子的回歸方程：

2.4 全地區(qū)平均值的突變分析

采用Mann-Kendall法同時結(jié)合逐年累積距平曲線[20]來判斷阿勒泰地區(qū)各站積雪初日、終日和積雪期的氣候序列是否發(fā)生了突變，如果UF與UB在臨界值±1.96（α=0.05）之間有一個顯著的交點，且UF上升超過+1.96或下降低于-1.96，則可認為該序列產(chǎn)生了突變,前者表示從低向高突變，后者表示從高向低突變，并且這個交點就是突變的開端，反之，則認為沒有突變產(chǎn)生[21]。同時逐年累積距平曲線上也能看出有明顯的轉(zhuǎn)折點，就說明發(fā)生了突變，否則就認為沒有發(fā)生突變。

從圖4的突變檢驗和累積距平曲線看，再結(jié)合圖2的年變化特征，可以判斷，1981—2013年間阿勒泰地區(qū)的積雪初日沒有發(fā)生明顯突變；而從積雪終日和積雪期Mann-Kendall法中看出在20世紀90年代有提前（縮短）趨勢的突變發(fā)生，是有超過一個以上的交點，但同時結(jié)合累積距平曲線看，沒有看出明顯的轉(zhuǎn)折點，所以說阿勒泰地區(qū)的積雪終日和積雪期也沒有發(fā)生突變。

圖4 阿勒泰地區(qū)積雪初日（a）、終日（b）和積雪期

3 結(jié)論

（1）阿勒泰地區(qū)平均積雪初日為11月3日，積雪初日最早出現(xiàn)在青河站，時間是1986年9月4日；平均積雪終日4月2日，積雪終日最晚出現(xiàn)在了吉木乃站，時間是1983（1998）年5月20日；平均積雪期為152d，最長積雪期出現(xiàn)在1984年的青河站，為247d。

（2）阿勒泰地區(qū)除了吉木乃站的積雪初日氣候傾向率是負值（提前）外，其余各站均是正值（推遲）；近33a阿勒泰地區(qū)各站積雪終日都呈提前趨勢；積雪期除了吉木乃站的氣候傾向率是正值（延長）外，其他各站均是負值（縮短），其中縮短趨勢最顯著的站是青河和富蘊，分別為8.6d/10a和7.14d/10a。

（3）阿勒泰地區(qū)積雪期時間長短，與積雪初、終日期間的風速、降水量、0 cm地溫、日平均氣溫、日照時數(shù)5個因子的變化有較好的相關(guān)關(guān)系。

（4）阿勒泰地區(qū)的積雪初日、終日和積雪期沒有發(fā)生明顯突變。

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Variation of Snow in altay Region in Recent 33 Years and Its Relationship with meteorological Factors

LI Haihua1，LIU Dafeng1，LI Yang2，LIU Xueyuan2
（1.Altay meteorological Bureau，Altay 836500，China；2.Xinjiang Meteorologyical Techndogy& Equip Support Center，Urumqi 830002，China）

Based on the data of snow cover initial date and termination date,cover period,average temperature of the same period,average0 cm ground temperature,precipitation,sunshine duration and average wind speed at 7meteorological observation stations in altay area from 1981 to 2013, the change characteristics of snow cover and its relationship with the five meteorological factors were analyzed.The results show as follows：in Altay area,the average snow cover initial date was November 3rd,the average snow cover termination date was April 2nd,the average snow cover period was 152days.In the last 33 years,the initial days of snow cover had a tendency to postpone, the end of snow was in advance and the snow cover date was shortened in Altay area.All the stations had a significant positive correlation with the precipitation in the snow cover period,the precipitation factor compared with other factors had a greater impact on the snow period of the stations.In Altay area,57%of the correlation coefficients of the wind speed,precipitation,0 cm ground temperature,daily average temperature and sunshine duration in the snow cover period, snow cover initial date and cover termination date passed through the test of the reliability of0.05and 20%of the coefficients passed through the test of the reliability of0.001.

snow；variation；meteorological factors；Altay region

P426

B

1002-0799（2015）05-0029-07

李?；?，劉大鋒，李楊，等.近33a新疆阿勒泰地區(qū)積雪變化特征及其與氣象因子的關(guān)系[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（5）：29-35.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.05.005

2015-04-04；

2015-07-06

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)項目（IDM201206）；國家自然科學基金（41271098）；國家科技支撐項目（2012BAC23B01）共同資助。

李?；ǎ?976-），女，高級工程師，主要從事天氣預(yù)報和氣象服務(wù)及其相關(guān)工作的研究。E-mail：lhhaltqxj@163.com