近50年武威市地氣溫差變化趨勢(shì)及影響因子

楊曉玲， 丁文魁， 李巖瑛， 胡津革

1 中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所 甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730020 2 甘肅省武威市氣象局, 武威 733000

近50年武威市地氣溫差變化趨勢(shì)及影響因子

楊曉玲1,2,*， 丁文魁2， 李巖瑛2， 胡津革2

1 中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所 甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730020 2 甘肅省武威市氣象局, 武威 733000

利用1961—2010年甘肅省武威市4個(gè)氣象站月平均0 cm地溫、氣溫及年日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)、降水、相對(duì)濕度和平均風(fēng)速等觀測(cè)資料，運(yùn)用趨勢(shì)系數(shù)法系統(tǒng)分析了該區(qū)域近50 a地氣溫差的時(shí)空分布特征，采用相關(guān)系數(shù)法和多元線性回歸中的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)分析了影響地氣溫差的氣象因子。結(jié)果表明武威市地氣溫差的空間分布與地表植被、地層巖性、土層含水量等局域性因素有關(guān)，中部綠洲平原最大，北部荒漠區(qū)最小。月變化中，夏半年較大，6月最高；冬半年較小，12月最低。季節(jié)變化趨勢(shì)不太一致，春夏季均呈上升趨勢(shì)；秋季中北部上升，淺山區(qū)下降；冬季(除北部荒漠區(qū)外)均呈下降趨勢(shì)。年和年代際變化總體呈上升趨勢(shì)，中北部較顯著；年平均地氣溫差的時(shí)間序列存在著5—7 a的準(zhǔn)周期變化，并在2004年發(fā)生了突變。年地溫、氣溫均呈升高趨勢(shì)，年地氣溫差與地溫、氣溫呈正相關(guān)。影響地氣溫差的主要因子是最高地溫、蒸發(fā)量和降水量。地氣溫差與平均最高地溫、平均最低氣溫和日照時(shí)數(shù)均呈正相關(guān)，但與蒸發(fā)、降水、相對(duì)濕度和平均風(fēng)速均呈負(fù)相關(guān)。

地氣溫差; 變化趨勢(shì); 氣象因子; 相關(guān)性

由于自然和人類活動(dòng)的干擾以及大氣污染程度和溫室氣體濃度的升高，加劇了氣候變化的速度，全球氣候變化已成為目前國(guó)際上科學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一。近百年來(lái)，地球氣候正經(jīng)歷一場(chǎng)以變暖為主要特征的顯著變化[1]。據(jù)IPCC第四次評(píng)估報(bào)告[2]，過(guò)去100 a(1906—2005年)，全球地表平均溫度升高了0.74 ℃，其中以北半球中高緯度大陸增溫最為明顯。近50a中國(guó)氣溫增暖尤其明顯，年平均地表氣溫升高了1.1 ℃，增溫速率為0.022 ℃/a[3]。地氣溫差是計(jì)算地表感熱通量主要指標(biāo)，它的正負(fù)和變化趨勢(shì)基本上反映了地表感熱通量的變化特征[4]。地面感熱通量又是低層大氣的主要熱量來(lái)源之一，也是地面熱量平衡的重要分量[5]。下墊面能量交換過(guò)程對(duì)大氣環(huán)流、天氣氣候變化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類生存的環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展研究具有重要影響，因此研究地氣溫差具有重要的氣候?qū)W和生態(tài)學(xué)意義。符睿等[6-7]利用EOF(Empirical Orthogonal Function)和小波分析方法，分析了西北干旱區(qū)地氣溫差的空間分布和時(shí)間演變特征，提出西北地區(qū)地氣溫差的分布形式和變化周期。張文綱等[8]和劉穎[9]討論了青藏高原春季地氣溫差的分布特征以及與夏季降水的關(guān)系，指出春季地氣溫差對(duì)夏季降水有一定指示意義，地氣溫差較小(大)，長(zhǎng)江流域夏季降水比正常年份偏少(多)。周連童[10]分析了西北地區(qū)地氣溫差變化，指出該地地氣溫差變化和華北地區(qū)降水之間存在正相關(guān)關(guān)系，而與西南地區(qū)為負(fù)相關(guān)。黃蕊等[11]、楊曉玲等[12]研究了河西走廊東部氣溫變化特征，發(fā)現(xiàn)河西走廊東部氣溫呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代以來(lái)升溫趨勢(shì)尤為明顯。劉明春等[13]分析石羊河流域地表0 cm溫度的長(zhǎng)期變化，發(fā)現(xiàn)90年代以來(lái)流域地溫也呈顯著上升趨勢(shì)。

武威市地處青藏高原北坡，南靠祁連山脈，北鄰騰格里和巴丹吉林兩大沙漠，東接黃土高坡西緣，以涼州區(qū)為中心，包括永昌縣、民勤縣、古浪縣、天祝藏族自治縣四縣，歷史上曾以其“通一線于廣漠，控五郡之咽喉”而聞名于世，海拔高度在1300—4872 m之間，其中北部民勤為荒漠區(qū)，中部涼州屬于綠洲平原區(qū)，北部永昌和南部古浪屬于淺山區(qū)，天祝位于祁連山邊坡屬于山區(qū)，地勢(shì)南高北低，地形地貌極為復(fù)雜，是季風(fēng)性氣候與大陸性氣候，高原氣候與沙漠氣候的交匯處，是較典型的氣候過(guò)渡帶。當(dāng)?shù)啬昶骄邓吭?13—405 mm，年日照時(shí)數(shù)在2604.8—3081.8 h，年蒸發(fā)量在1549.1—2619.6 mm，年平均氣溫在0.1—8.4 ℃，年平均地溫在2.2—11.7 ℃，年地氣溫差在1.1—4.7 ℃，屬于溫帶干旱、半干旱氣候[14]。從已有的文獻(xiàn)來(lái)看，針對(duì)武威市地氣溫差的研究還比較少，特別是天氣、氣候變化對(duì)地氣溫差的影響的研究尚處于起步階段，本文利用武威市地表0 cm地溫、氣溫及日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)、降水、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速資料，系統(tǒng)分析了當(dāng)?shù)氐貧鉁夭畹淖匀谎葑円?guī)律，并且深入地分析了影響地氣溫差變化的主要?dú)庀笠蜃?，這將會(huì)為正確認(rèn)識(shí)和了解當(dāng)?shù)貧夂蜃兓攸c(diǎn)，合理指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，抗旱減災(zāi)、趨利避害，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 資料來(lái)源和研究方法

1.1 資料來(lái)源

所用資料來(lái)源于武威市涼州、民勤、古浪、永昌4氣象站的月平均0 cm地溫和月平均氣溫以及年日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)、降水、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速，時(shí)間序列為1961—2010年，共50 a。4個(gè)氣象站在50 a來(lái)均未曾遷移，觀測(cè)數(shù)據(jù)完整性和連續(xù)性較好，且時(shí)間序列長(zhǎng)，能夠滿足研究的需要。天祝由于只有后30 a地溫資料，資料時(shí)段差異較大，在分析地氣溫差變化趨勢(shì)時(shí)與其它各地差異較大，所以本文未做分析。

1.2 研究方法

圖1 年平均地氣溫差和海拔高度的空間分布Fig.1 Spatial distribution of annual mean differences between surface and air temperature (Ts-Ta) and altitude

利用逐月0 cm平均地溫和月平均氣溫資料，求得季、年和年代0 cm平均地溫和平均氣溫，月、季、年和年代地氣溫差的值為月、季、年和年代平均0 cm地溫和平均氣溫之差。全市地氣溫差為4個(gè)站點(diǎn)的平均。季節(jié)劃分按照3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11為秋季和12月至翌年2月為冬季。分析月、季、年和年代地氣溫差的變化趨勢(shì)和0 cm地溫、氣溫的變化趨勢(shì)。變化趨勢(shì)是利用線性擬合計(jì)算方法：用xi表示樣本量為n的氣候變量，用ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立xi和ti之間的一元線性回歸方程：xi=a+bti，i=1,2,3,…,n，其中b為氣候變量的傾向率，b>0表示直線遞增，b<0表示直線遞減，b×10表示每10年的變化率，單位為 ℃/10a。變化趨勢(shì)的顯著性采用時(shí)間t與序列變量x之間的相關(guān)系數(shù)即氣候趨勢(shì)系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)蒙特卡羅模擬方法[15]：通過(guò)信度α=0.1、α=0.05、α=0.01顯著性檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)臨界值依次為0.3058、0.3653、0.4430，并規(guī)定當(dāng)氣候趨勢(shì)系數(shù)絕對(duì)值大于上述臨界值時(shí)，分別認(rèn)為氣候趨勢(shì)系數(shù)較顯著、顯著、很顯著。運(yùn)用方差分析方法進(jìn)行了周期分析，方差分析周期的主要思路是把要素時(shí)間序列按不同時(shí)間間隔進(jìn)行分組，如果某個(gè)組的組內(nèi)數(shù)據(jù)比較均勻，即方差小，而組間的方差較大，那么這個(gè)組的時(shí)間間隔就是該時(shí)間序列的主要周期，按不同長(zhǎng)度周期進(jìn)行排列，求出F值并進(jìn)行檢驗(yàn)[16-17]。運(yùn)用累計(jì)距平法對(duì)地氣溫差進(jìn)行突變分析，計(jì)算信噪比進(jìn)行突變檢驗(yàn)[18]。采用相關(guān)系數(shù)和多元線性回歸中的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)，分析了影響地氣溫差氣象因子與地氣溫差的關(guān)聯(lián)性和貢獻(xiàn)大小，并進(jìn)行t檢驗(yàn)[19-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 地氣溫差的空間分布

統(tǒng)計(jì)分析近50 a武威市4個(gè)氣象站年地氣溫差資料發(fā)現(xiàn)：各地年地氣溫差均為正值，說(shuō)明年平均地溫高于年平均氣溫。其中涼州最大，次大為永昌，民勤最小(圖1)，全市年平均地氣溫差為3.0 ℃(不包括天祝)，與永昌持平。這主要是由于涼州為綠洲平原，海拔高度較低，降水雖較少，但植被覆蓋率高，地面輻射弱，地氣溫差自然大；而民勤地處沙漠邊緣，海拔高度低，降水少，氣候干燥，植被覆蓋率低，土壤含水量小，且為沙性土質(zhì)，地面輻射強(qiáng)，特別是夜間地面輻射非常強(qiáng)烈，致使地氣溫差小；永昌、古浪地處淺山區(qū)，海拔高度較高，降水相對(duì)較多，氣候較為濕潤(rùn)，植被覆蓋率較低，但為巖石性土質(zhì)，地面輻射居于涼州和民勤之間，地氣溫差也居于二者之間。因此，武威市地氣溫差的空間分布除與天氣氣候系統(tǒng)的影響外，主要與地表植被、地層巖性、土層含水量等局域性因素有關(guān)，與海拔高度的關(guān)系不明顯。

2.2 地氣溫差的時(shí)間變化

2.2.1 地氣溫差的月變化

圖2 地氣溫差的月變化Fig.2 Monthly variation of (Ts-Ta)

分析武威市逐月地氣溫差發(fā)現(xiàn)，地氣溫差月變化特征明顯且比較一致，月變率較大，在4.8—6.8 ℃，均表現(xiàn)出了一個(gè)明顯的高峰和低谷，其中6月最高，12月最低(圖2)。由此可知，地氣溫差比當(dāng)?shù)氐販亍鉁靥崆?個(gè)月達(dá)到全年最大值和最小值(地溫、氣溫7月達(dá)最大值，1月達(dá)最小值)，這與王澄海等[21]在青藏高原、莊曉翠[22]在新疆阿勒泰的研究一致。從圖2可以看出，夏半年地氣溫差較大，其中海拔較低的綠洲平原區(qū)涼州各月地氣溫差最大，荒漠區(qū)民勤、海拔較高的北部山區(qū)永昌及全市各月地氣溫差較大，且比較接近，海拔較高的南部山區(qū)古浪各月地氣溫差較小；冬半年地氣溫差較小，其中北部荒漠區(qū)最小。

2.2.2 各季節(jié)地氣溫差的年變化

武威市各地地氣溫差有明顯的季節(jié)性差異，均以夏季最大，春季次之，冬季最小(表1)，這與楊智等[23]在云南省的研究結(jié)論有一致之處。地氣溫差的最大值春、夏、秋三季均出現(xiàn)在涼州，冬季出現(xiàn)在古浪；最小值春、秋、冬三季均出現(xiàn)在民勤，夏季出現(xiàn)在古浪。全市及各地各季節(jié)地氣溫差的變化趨勢(shì)差異較大，全市及各地均以春、夏季上升幅度較大，秋、冬季上升幅度較小，甚至在下降，其中民勤各季節(jié)均為上升趨勢(shì)，全市、涼州春、夏、秋三季上升趨勢(shì)，冬季為下降趨勢(shì)，古浪、永昌春、夏季為上升趨勢(shì)，秋、冬季為下降趨勢(shì)。其可能原因是20世紀(jì)90年代以來(lái)全球氣候進(jìn)一步變暖，春、夏季對(duì)流層中層高度場(chǎng)下降，風(fēng)場(chǎng)易出現(xiàn)氣旋式環(huán)流距平，近地層風(fēng)速減弱使得氣溫增暖低于地溫；而秋、冬季西北干旱區(qū)對(duì)流層中層高度場(chǎng)升高，風(fēng)場(chǎng)易出現(xiàn)反氣旋式環(huán)流距平，寒潮活動(dòng)減少，近地層風(fēng)速減弱使得氣溫增暖高于地溫[24]。根據(jù)蒙特卡羅模擬方法規(guī)定，全市和涼州春、夏季和民勤春、夏、秋季以及和永昌春季氣候趨勢(shì)系數(shù)很顯著，古浪春、夏、冬三季氣候趨勢(shì)系數(shù)顯著，全市秋季氣候趨勢(shì)系數(shù)較顯著，其余各地其它季節(jié)氣候趨勢(shì)系數(shù)不顯著。

表1 各季節(jié)地氣溫差均值、增長(zhǎng)率及趨勢(shì)系數(shù)Table 1 Mean value and growth rate and tendency coefficient of (Ts-Ta) of various seasons

2.2.3 地氣溫差的年、年代際變化

圖3 地氣溫差的年變化Fig.3 Annual change of (Ts-Ta)

武威市年地氣溫差呈上升趨勢(shì)(圖3)。用線性擬合50年來(lái)年地氣溫差的上升率：涼州為0.156 ℃/10a，氣候趨勢(shì)系數(shù)R為0.620；民勤為0.316 ℃/10a，R為0.846；古浪為0.038 ℃/10a，R為0.183；永昌為0.034 ℃/10a，R為0.169，均為上升趨勢(shì)，上升速度為民勤>涼州>古浪>永昌。全市的上升率為0.136 ℃/10a，R為0.679。根據(jù)蒙特卡羅模擬方法規(guī)定，民勤、涼州及全市氣候趨勢(shì)系數(shù)很顯著，古浪、永昌氣候趨勢(shì)系數(shù)不顯著。由于受海拔高度和下墊面的影響，各地地氣溫差上升有所不同，上升率與海拔高度呈負(fù)相關(guān)，上升率隨海拔高度的升高而減小，其相關(guān)系數(shù)為-0.942，即戈壁荒漠區(qū)上升最快，綠洲平原區(qū)的上升較快，祁連山邊坡的山區(qū)上升較慢。

各地年地氣溫差最大值涼州4.7 ℃、民勤4.1 ℃、古浪3.4 ℃、永昌4.1 ℃，全市4.1 ℃，均出現(xiàn)在2008年；各地年地溫最小值涼州2.8 ℃、民勤1.4 ℃，均出現(xiàn)在1961年，古浪2.0 ℃、永昌2.5 ℃，均出現(xiàn)在1979年，全市2.5 ℃，出現(xiàn)在1961年、1977年、1979年。由圖3可知，各地年地氣溫差的變化步調(diào)相對(duì)比較一致，運(yùn)用方差分析周期發(fā)現(xiàn)，年地氣溫差的時(shí)間序列明顯存在著 5—7 a的準(zhǔn)周期變化，經(jīng)F檢驗(yàn)，通過(guò)了信度α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。

武威市各地地氣溫差的年代變化很不一致(表2)，但總體上在上升。涼州20世紀(jì)60—70年代略偏小，80年代持平，90年代到21世紀(jì)10年代略偏大；民勤60年代偏小，70年代略偏小，80—90年代略偏大，21世紀(jì)10年代偏大；古浪70年代略偏小，80—90年代略偏大，60年代和21世紀(jì)10年代持平；永昌60年代略偏大，70—90年代略偏小，21世紀(jì)10年代略偏大；全市60—70年代略偏小，80年代至21世紀(jì)10年代略偏大。

表2 各年代地氣溫差距平/℃Table 2 Index of (Ts-Ta) of various ages

*10年代為21世紀(jì)前10年

2.3 地氣溫差的突變分析

采用累計(jì)距平方法對(duì)武威市近50 a地氣溫差進(jìn)行突變分析，為了檢驗(yàn)轉(zhuǎn)折是否達(dá)到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算了轉(zhuǎn)折年份的信噪比，當(dāng)信噪比大于等于1.0時(shí)認(rèn)為存在氣候突變，即最大信噪比的時(shí)間定義為氣候突變出現(xiàn)的時(shí)間。

圖4 年地氣溫差的累計(jì)距平Fig.4 Accumulated anomaly of annual (Ts-Ta)

從圖4可以看出：地氣溫差涼州20世紀(jì)60年代至80年代中期呈下降趨勢(shì)，1988年開(kāi)始呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，即80年代后期至21世紀(jì)10年代前期為波動(dòng)上升階段，2004年開(kāi)始呈顯著上升趨勢(shì)，1988年信噪比為0.8，沒(méi)有通過(guò)信噪比檢驗(yàn)，2004年信噪比為1.0，通過(guò)了信噪比檢驗(yàn)；民勤60年代至70年代呈顯著下降趨勢(shì)，1980年開(kāi)始呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，即80年代至21世紀(jì)10年代前期為波動(dòng)上升階段，2004年開(kāi)始呈顯著上升趨勢(shì)，1980年信噪比為1.5，2004年信噪比為1.4，均通過(guò)了信噪比檢驗(yàn)；古浪60年代至70年代呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，1980年開(kāi)始呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，即80年代至21世紀(jì)10年代為波動(dòng)上升階段。1980年信噪比為0.5，沒(méi)有通過(guò)信噪比檢驗(yàn)；永昌60年代至21世紀(jì)10年代前期呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，2004年開(kāi)始呈顯著上升趨勢(shì)，2004年信噪比為1.2，通過(guò)了信噪比檢驗(yàn)；全市60年代至80年代前期呈下降趨勢(shì)，1983年開(kāi)始呈波動(dòng)狀態(tài)，即80年代中期至21世紀(jì)10年代前期為波動(dòng)階段，2004年開(kāi)始呈顯著上升趨勢(shì)，1983年信噪比為0.8，沒(méi)有通過(guò)信噪比檢驗(yàn)；2004年信噪比為1.2，通過(guò)了信噪比檢驗(yàn)。

由以上分析可知，地氣溫差全市、涼州、永昌的突變時(shí)間為2004年；民勤的突變時(shí)間為1980年和2004年，1980年比2004年的突變要明顯；古浪沒(méi)有出現(xiàn)突變，因此武威市地氣溫差突變的時(shí)間應(yīng)確定為2004年。

2.4 地氣溫差的影響因子分析

對(duì)武威市年地溫、氣溫的變化趨勢(shì)研究發(fā)現(xiàn)，年地溫、氣溫均呈升高趨勢(shì)，說(shuō)明地溫與氣溫的變化趨勢(shì)具有一致性，但地溫和氣溫的升溫速率不一致，即升溫存在非對(duì)稱性，年地溫升高趨勢(shì)比年氣溫升高趨勢(shì)更大，這與陳超等[25]在桂林、宋長(zhǎng)春等[26]在沼澤濕地的研究結(jié)論相一致。年平均地氣溫差與年地溫、氣溫呈同向的變化趨勢(shì)，其直接原因是地溫的升高趨勢(shì)比氣溫的升高趨勢(shì)更大。同時(shí)分析可知，四季地氣溫差的變化與地溫升高關(guān)系更密切，地溫顯著升高的季節(jié)地氣溫差的上升的趨勢(shì)更大。

為了深入分析地氣溫差的主要影響因子，運(yùn)用相關(guān)系數(shù)法選取了與地氣溫差變化密切相關(guān)氣象因子平均最高地溫、平均最低氣溫、日照、蒸發(fā)、降水、相對(duì)濕度以及平均風(fēng)速共7個(gè)，并將這些因子分為熱力因子、水分因子、動(dòng)力因子3類[27]來(lái)進(jìn)行多元回歸分析，為了更好地比較各個(gè)自變量在回歸方程的重要性，就必須消除單位的影響，為此在做多元線性回歸時(shí)對(duì)各個(gè)變量值作標(biāo)準(zhǔn)化變換(即變量減去均值并除以標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì))，得到的回歸系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)(表3)。

表 3 各氣象因子的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)Table 3 Standard regression coefficient of every meteorological factor

***、**、* 表示分別通過(guò)了α=0.01、α=0.05、α=0.1的顯著性水平檢驗(yàn)(t檢驗(yàn));其含義為當(dāng)自變量增加一個(gè)單位時(shí)，因變量增加或減少的單位;并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)的顯著性進(jìn)行了t檢驗(yàn)

全市來(lái)看，年地氣溫差與熱力因子中的平均最高地溫、平均最低氣溫和日照均呈正相關(guān)，與水分因子中的蒸發(fā)、降水和相對(duì)濕度以及動(dòng)力因子中的平均風(fēng)速均呈負(fù)相關(guān)。熱力因子中的平均最高地溫、平均最低氣溫和水分因子中的蒸發(fā)、降水以及動(dòng)力因子平均風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)遠(yuǎn)大于熱力因子中的日照和水分因子中的相對(duì)濕度，因此，影響全市地氣溫差的主要因子依次為最高地溫、蒸發(fā)、降水。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，影響各地地氣溫差的主要因子各有不同：涼州依次為最高地溫、降水、蒸發(fā)；民勤為最低氣溫、蒸發(fā)、最高地溫；古浪為最高地溫、最低氣溫、相對(duì)濕度；永昌依次為最高地溫、相對(duì)濕度、最低氣溫。

3 結(jié)論與討論

武威市地氣溫差的空間分布為中部綠洲平原最大，北部荒漠區(qū)最小。地氣溫差的月變化呈明顯的單峰型，6月最高，依次向兩端遞減；各季節(jié)地氣溫差變化趨勢(shì)不太一致，以春、夏季上升幅度較大，秋、冬季上升幅度較小；年、年代地氣溫差總體呈上升趨勢(shì)，中北部以及全市平均地氣溫差的上升趨勢(shì)尤為顯著，年平均地氣溫差的時(shí)間序列存在著5—7 a的準(zhǔn)周期變化，并在2004年發(fā)生了突變。

武威市年地溫、氣溫均呈升高趨勢(shì)，呈現(xiàn)出了非對(duì)稱性變化，年地氣溫差與地溫、氣溫呈正相關(guān)，其直接原因是地溫的升高趨勢(shì)比氣溫更顯著。影響地氣溫差的主要因子是最高地溫、蒸發(fā)和降水，其中地氣溫差與平均最高地溫、平均最低氣溫和日照均呈正相關(guān)，但與蒸發(fā)、降水、相對(duì)濕度和平均風(fēng)速均呈負(fù)相關(guān)。影響各地地氣溫差的主要因子有所不同。

在氣候變暖的大背景下，研究地氣溫差的變化，掌握其變化規(guī)律和影響因子，是揭示氣象災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境、科學(xué)評(píng)估區(qū)域氣候演變必不可少的一部分，同時(shí)為遏制生態(tài)惡化、調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)提供了科學(xué)的參考依據(jù)。依據(jù)分析，按照當(dāng)?shù)氐貧鉁夭钭兓?，為適應(yīng)氣候變化，特別在防沙治沙、種草種樹(shù)、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)和決策生態(tài)治理方式的調(diào)整等方面，合理開(kāi)發(fā)利用氣候資源，采取適宜的防御措施，將達(dá)到把氣候資源轉(zhuǎn)換成的經(jīng)濟(jì)效益為目的，這將是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

[1] 王紹武，龔道溢．對(duì)氣候變暖問(wèn)題爭(zhēng)議的分析.地理研究，2001,20(2):153-160.

[2] IPCC. Climate change 2007: The physical science basis//Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2007:1-996.

[3] 《氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告》編寫(xiě)委員會(huì)．氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告.北京：科學(xué)出版社，2007:3-3.

[4] 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.高原氣象，2004,23(3): 360-367.

[5] 陸曉波．我國(guó)地溫的變化特征及其地氣溫差與環(huán)流異常和夏季降水的相關(guān)分析 [D]．南京：南京信息工程大學(xué)，2006.

[6] 符睿,韋志剛,文軍，李振朝，盧廣獻(xiàn). 西北干旱區(qū)地氣溫差季節(jié)和年際變化特征的分析.高原氣象，2008, 27(4)：844-851.

[7] 符睿,韋志剛,文軍，李振朝.中國(guó)西北干旱區(qū)地-氣溫差變化成因分析.中國(guó)沙漠,2010, 30(6):1442-1449.

[8] 張文綱，李述訓(xùn)，吳通華，龐強(qiáng)強(qiáng). 青藏高原地氣溫差變化分析.地理學(xué)報(bào)，2006, 61(9)：899-910.

[9] 劉穎.春季地氣溫差分布異常特征及其對(duì)中國(guó)東部夏季降水的影響 [D].北京:中國(guó)氣象科學(xué)研究院，2008.

[10] 周連童，黃榮輝.中國(guó)西北干旱、半干旱區(qū)春季地氣溫差的年代際變化特征及其對(duì)華北夏季降水年代際變化的影響.氣候與環(huán)境研究, 2006，11(1):1-13.

[11] 黃蕊,徐利崗,劉俊民.中國(guó)西北干旱區(qū)氣溫時(shí)空變化特征.生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(13):4078-4089.

[12] 楊曉玲，丁文魁，劉明春，周文霞. 河西走廊東部近50年氣溫變化特征及其對(duì)比分析.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25(8):76-81.

[13] 劉明春，李玲萍.石羊河流域地表0cm溫度的長(zhǎng)期變化.干旱區(qū)研究，2008,28(3):478-484.

[14] 白肇?zé)?，許國(guó)昌，孫學(xué)筠，夏建平，陳乾，陳敏連.中國(guó)西北天氣.北京：氣象出版社，1988:230-240.

[15] Livezey R E, Chen W Y. Statistical field significance and its determination by Monte Carlo techniques. Monthly Weather Review，1983,111(1):46-59.

[16] 周石清，陳建江，耿峻嶺.單因素方差分析法對(duì)三屯河年均流量序列的周期分析.新疆水利，2001，(3):25-29.

[17] 王媛媛, 張勃.隴東地區(qū)近51a氣溫時(shí)空變化特征.中國(guó)沙漠,2012,32(5):1402-1407.

[18] 杜軍，李春，廖健，拉巴，路紅亞.近45年拉薩淺層地溫對(duì)氣候變化的響應(yīng).氣象，2007,33(10):61-67.

[19] 林新沛.標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)的準(zhǔn)確理解.中山管理評(píng)論, 2005,13(2):533-548.

[20] 劉尚輝.多元回歸中各因素對(duì)回歸貢獻(xiàn)大小的分析方法與實(shí)現(xiàn).數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志,2005,18(6):524-525.

[21] 王澄海，崔洋.東亞夏季風(fēng)建立前青藏高原地氣溫差變化特征.氣候與環(huán)境研究，2011,16(5):586-596.

[22] 莊曉翠，張林梅，劉大鋒.新疆阿勒泰地區(qū)地氣溫差變化特征分析.氣象與環(huán)境科學(xué)，2009，32(4):13-19.

[23] 楊智，劉志剛，李娟.云南省地氣溫差時(shí)空變化特征分析.云南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，32(S1):289-293.

[24] 符睿.20世紀(jì)后40年西北干旱區(qū)地氣溫差變化成因分析 [D].蘭州：中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，2007.

[25] 陳超，周廣勝.1961-2010年桂林氣溫和地溫的變化特征.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(7):2043-2053.

[26] 宋長(zhǎng)春,王毅勇.濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤溫度對(duì)氣溫的響應(yīng)特征及對(duì)CO2排放的影響.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17(4):625-629.

[27] 李玲萍, 李巖瑛, 劉明春.石羊河流域1961—2005年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化趨勢(shì)及原因初探.中國(guó)沙漠, 2012,32(3):832-841.

Analysis on change trend and influence factors of differences between soil and air temperature in Wuwei city during recent 50 years

YANG Xiaoling1,2,*, DING Wenkui2, LI Yanying2, HU Jinge2

1LanzhouInstituteofAridMeteorologyCMA、KeyLaboratoryofAridClimaticChangeandReducingDisaster、KeyOpenLaboratoryofAridClimateChangeandDisasterReductionCMA,Lanzhou730020,China

2WuweiMeteorologicalBureau,Wuwei733000,China

Using observation data of monthly mean soil surface temperature, air temperature and annual sunshine hours, evaporation, precipitation, relative humidity, average wind speed from four meteorological stations in Wuwei city of Gansu Province during 1961—2010, the spatial and temporal distribution characteristics of the differences between soil and air temperature (Ts-Ta) were analyzed systematically by trend coefficient method, the main meteorological factors of (Ts-Ta) were also analyzed by correlation coefficient method and standardized regressive coefficient in multi-linear regression. The result showed that spatial distribution of (Ts-Ta) was related to the local factors as vegetation, soil stratum lithology, soil moisture; the maximum value (3.5 ℃) of (Ts-Ta) occurred in central oasis plains, minimum value (2.6 ℃) of (Ts-Ta) occurred in desertification of northern district. Monthly change characteristics of (Ts-Ta) was obvious and consistent relatively, whose variation rate was larger between 4.8 ℃ and -6.8 ℃, showed an obvious peak and trough, larger value occurred in the summer half year whose highest value was in June, smaller value occurred in the winter half year whose lowest value was in December. But seasonal trend was not consistent, which showed an upward trend in spring and summer, and rose in central-north area but decreased in the shallow mountain area in autumn, decreased in winter except northern desert area. Annual change showed overall upward trend, rising velocities of (Ts-Ta) were influenced by altitude and underlying surface, it rose the fastest in Gobi desert area, rapidly in Oasis plain region, and slowly in Qilian Mountains slope. The time series of mean annual (Ts-Ta) existed the quasi periodic variation of 5—7a, through a significant level of reliabilityα=0.05 (Ftest), and the mutation happened in 2004. Decadal change was very obvious, which was smaller from 1960′s to 1970′s and larger from 1980′s to 2010′s. Both of annual soil temperature and air temperature increased, presented an asymmetric change, annual (Ts-Ta) was positively correlated with soil temperature and air temperature whose direct cause was that the rising trend of soil temperature was more significant than that of air temperature. The variation of seasonal (Ts-Ta) was more closely related to variation of soil temperature, the rising trend of (Ts-Ta) was larger in the season that soil temperature increased significantly. The main influencing factors of (Ts-Ta) were maximum air temperature, evaporation and precipitation. (Ts-Ta) was positively correlated to average maximum soil temperature, average minimum air temperature and sunshine hours, but negatively correlated to evaporation, precipitation, relative humidity and average wind speed. Main influencing factors of (Ts-Ta) were different from different stations, which were maximum surface temperature, precipitation and evaporation in Liangzhou; minimum temperature, evaporation and maximum surface temperature in Minqin; maximum surface temperature, minimum temperature and relative humidity in Gulang; maximum surface temperature, relative humidity and minimum temperature in Yongchang. In the context of climate warming, to study and grasp the change rule and influencing factors of (Ts-Ta) was an essential part of revealing meteorological disaster pregnant environment and assessing regional climate evolution. At the same time, it provided scientific reference for curbing ecological environment deterioration, adjusting agricultural production and optimizing planting structure.

differences between soil and air temperature (Ts-Ta); change trend; meteorological factors; correlation

科技部(氣象)行業(yè)專項(xiàng)“農(nóng)田水分利用效率對(duì)氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)技術(shù)”(GYHY201106029-01-8); 石羊河流域干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及防御對(duì)策研究(IAM201205)

2013-08-07;

日期:2014-07-25

10.5846/stxb201308072040

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wwqxj6150343@163.com

楊曉玲， 丁文魁， 李巖瑛， 胡津革.近50年武威市地氣溫差變化趨勢(shì)及影響因子.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(8):2719-2725.

Yang X L, Din W K, Li Y Y, Hu J G.Analysis on change trend and influence factors of differences between soil and air temperature in Wuwei city during recent 50 years.Acta Ecologica Sinica,2015,35(8):2719-2725.