西北地區(qū)年平均地面最低溫度特征分析

趙 磊,華 維,王來榮,尹乃俠

(1.麟游縣氣象局,陜西麟游 710599;2.成都信息工程學(xué)院,成都 610225)

西北地區(qū)年平均地面最低溫度特征分析

趙 磊1,華 維2,王來榮1,尹乃俠1

(1.麟游縣氣象局,陜西麟游 710599;2.成都信息工程學(xué)院,成都 610225)

利用西北地區(qū)222個(gè)測站1951—2005年共55年的地面最低溫度觀測資料,采用主值函數(shù)法、小波分析和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)等方法,分析西北地區(qū)年平均地面最低溫度的時(shí)間演變趨勢、空間分布特征及周期變化。結(jié)果表明:西北地區(qū)年平均地面最低溫度在青海高原、帕米爾高原、天山山脈和準(zhǔn)格爾盆地東側(cè)存在多個(gè)與海拔高度和緯度有關(guān)的閉合低中心。1951—2005年西北地區(qū)地面溫度總體呈上升趨勢,線性趨勢率為0.27℃/10 a。西北地區(qū)在高原地區(qū)年平均地面最低溫度增長最慢,河西走廊區(qū)域年平均地面最低溫度增長最快。20世紀(jì)50年代到80年代年平均地面最低溫度較低,1992—1993年期間有明顯的突變,之后變暖趨勢明顯;小波分析表明西北地區(qū)年平均地面最低溫度存在準(zhǔn)28 a的周期變化。

西北地區(qū);地面最低溫度;時(shí)空特征;小波分析;Mann-Kendall方法

中國西北地區(qū)地處干旱和半干旱的氣候區(qū),部分地區(qū)年降水量不足200 mm,少數(shù)地區(qū)年降水量不足50 mm,近一半的土地面積范圍在干旱或半干旱氣候區(qū),其面積約占全國干旱和半干旱土地總面積的85%。西北地區(qū)作為我國中緯度西風(fēng)帶的上游,其近地層大氣和地表的熱變化對我國大部分地區(qū)的降水、沙塵等天氣氣候有著較大影響[1-2]。目前,對西北地區(qū)的降水和氣溫變化的研究[3-6]較多,但對地面最低溫度的研究較少。本文利用西北地區(qū)222個(gè)測站共55年的地面最低溫度觀測資料,分析西北地區(qū)年平均地面最低溫度的空間分布特征和時(shí)間演變趨勢,對正確認(rèn)識(shí)西北地區(qū)氣候變化特征、合理利用氣候資源、趨利避害、防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)和改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境等有重要意義。

1 資料和方法

選取西北地區(qū)絕大部分的站點(diǎn),遍及陜西、青海、甘肅、寧夏和新疆的西北五省區(qū)以及內(nèi)蒙古西部共222個(gè)測站,1951—2005年逐日地面最低溫度觀測資料,統(tǒng)計(jì)各站年平均地面最低溫度及區(qū)域年平均最低溫度,并對個(gè)別站點(diǎn)個(gè)別時(shí)次的資料進(jìn)行簡單插補(bǔ)。采用Mann-Kendall方法[7]分析西北地區(qū)年平均地面最低溫度變化趨勢和突變,采用小波分析方法分析西北地區(qū)年平均地面最低溫度變化的多尺度時(shí)域、頻域結(jié)構(gòu)和變化趨勢和周期特性。

2 地面最低溫度空間分布特征

西北地區(qū)1951—2005年平均地面最低溫度(圖1a)呈現(xiàn)以下特點(diǎn):西北地區(qū)東部緯度越高,地面最低溫度越低,而在西部則無規(guī)律,其主要原因是西北地區(qū)西部處于青藏高原的北側(cè)天山山脈與塔里木盆地之間,高度差較大。地面最低溫度閉合低中心位于青海高原、帕米爾高原、天山山脈和準(zhǔn)格爾盆地東側(cè)的高海拔地區(qū)。塔里木盆地平均地面最低溫度在-6℃左右,而四周地面最低溫度異常偏低,為-18℃～-21℃,此外,陜南為西北地區(qū)年平均地面最低溫度唯一的正值區(qū)。西北地區(qū)年均地面最低溫度分布特征與文獻(xiàn)[8-9]的研究結(jié)論基本一致。

從圖1b可看出,在河西走廊西部敦煌附近地面最低溫度呈顯著降低趨勢,線性趨勢率最小為-0.6℃/10 a,其余地區(qū)地面最低溫度均呈顯著增加趨勢,正值閉合區(qū)域大部分位于盆地,如塔里木盆地的東側(cè)(0.6℃/10 a)為線性趨勢率最大地區(qū),在高原和山脈地區(qū)地面最低溫度升溫緩慢,最大線性趨勢率僅為0.3℃/10 a。分析表明西北地區(qū)近年來地面最低溫度升高趨勢明顯。

3 年均地面最低溫度的時(shí)間演變特征

3.1 年均地面最低溫度的年代際變化趨勢

表1為西北地區(qū)年平均地面最低溫度的年代際均值。從20世紀(jì)50年代初到70年代地面最低溫度一直呈下降趨勢,呈負(fù)距平,且60年代降溫最明顯,降低了0.39℃;70年代地面最低溫度最低,為-9.78℃;從20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)初一直呈上升趨勢,呈正距平,且升溫趨勢越來越明顯?？傮w趨勢是地面最低溫度先降溫再升溫,且進(jìn)入21世紀(jì)以來,升溫幅度較明顯。

1951—2005年西北地區(qū)年平均地面最低溫度的變化總體呈升高趨勢 (圖2),線性趨勢率為0.276℃/10 a,說明地面最低溫度上升速度較快。西北地區(qū)的地面最低溫度20世紀(jì)50年代開始表現(xiàn)為整體略微下降趨勢,70年代初期開始又緩慢上升,1987年后波動(dòng)升高。

因西北地區(qū)范圍比較大,選取6個(gè)代表站分析其年平均地面最低溫度的變化趨勢,以便了解西北地區(qū)不同區(qū)域地面最低溫度的變化趨勢及不同地區(qū)之間的差異,其中蘭州代表西北地區(qū)中部河西走廊區(qū)域,西寧代表西北地區(qū)南部高原地區(qū),西安代表西北地區(qū)東部區(qū)域,包頭代表西北地區(qū)北部區(qū)域,吐魯番代表西北地區(qū)西部盆地區(qū)域,銀川站代表西北地區(qū)東北部寧夏平原及其附近區(qū)域。由圖3可看出,6個(gè)站點(diǎn)地面最低溫度均為逐步增長趨勢。蘭州增長最快,為 “快速升溫型”,其線性趨勢率為0.506℃/10 a;西寧增長最慢,為“穩(wěn)定溫度型”,其線性趨勢率為0.155℃/10 a;銀川站線性趨勢也比較小,呈現(xiàn) “穩(wěn)定升溫型”,線性趨勢率僅為0.16℃/10 a;西安、包頭和吐魯番與全區(qū)平均情況較接近,線性趨勢率分別為0.296℃/10 a、0.234℃/10 a和0.201℃/10 a。綜合分析,西北地區(qū)南部高原地區(qū)年平均地面最低溫度增長最慢,河西走廊區(qū)域年平均地面最低溫度增長最快。

3.2 年均地面最低溫度突變分析

采用Mann-Kendall方法對西北地區(qū)年平均地面最低溫度進(jìn)行突變檢驗(yàn) (圖4),年統(tǒng)計(jì)值均通過0.05的顯著性水平。年平均地面最低溫度在1951—1970年為緩慢降溫趨勢,1970—1980年降溫趨勢顯著增加,1980年之后降溫趨勢減弱, 1992—1993年前后出現(xiàn)了明顯的年代際突變,之后為較緩慢的上升趨勢,1995年之后升溫明顯。

4 年平均地面最低溫度的周期分析

采用小波分析法對西北地區(qū)222個(gè)地表站點(diǎn)55年的年平均地面最低溫度的主要變化周期進(jìn)行分析(圖5),時(shí)間尺度為1～4a小波方差基本維持在0.05左右,4～30 a小波方差逐步升高到1.2,30～64 a小波方差逐步降低。結(jié)果顯示,西北地區(qū)年平均地面最低溫度的小波方差只有1個(gè)極大值,小波方差最大達(dá)到了1.2,對應(yīng)28 a的時(shí)間尺度,是西北地區(qū)年平均地面最低溫度變化的顯著時(shí)間尺度。

5 結(jié)論

本文對1951—2005年西北地區(qū)222個(gè)測站年平均地面最低溫度資料采用主值函數(shù)、M-K突變檢驗(yàn)和小波分析方法等對西北地區(qū)年平均地面最低溫度的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間演變趨勢進(jìn)行了分析,得出如下結(jié)論。

(1)西北地區(qū)地面最低溫度在天山山脈、塔里木盆地西側(cè)帕米爾高原、準(zhǔn)格爾盆地東側(cè)、青藏高原北部青海高原上有較強(qiáng)的低中心,且海拔越高,年平均地面最低溫度越低,緯度越高,年平均地面最低溫度越低。

(2)1951—2005年西北地區(qū)地面溫度總體呈升高趨勢,線性趨勢率為0.27 6℃/10 a。西北地區(qū)在高原地區(qū)年平均地面最低溫度增長最慢,河西走廊區(qū)域年平均地面最低溫度增長最快。20世紀(jì)50年代到80年代年平均最低溫較低,1992—1993年期間有明顯的突變,之后變暖趨勢明顯。西北地區(qū)年平均地面最低溫度存在準(zhǔn)28 a的周期變化。

(3)所用數(shù)據(jù)為西北地區(qū)222個(gè)測站1951—2005年共55年的地面最低溫度資料,站點(diǎn)較多、時(shí)間跨度長,能夠反映西北地區(qū)地面最低溫度的年代紀(jì)及周期變化,但地面最低溫度資料沒有更新到近年,結(jié)論有失延續(xù)性。今后將著重研究近年來的西北地區(qū)地面最低溫度變化,驗(yàn)證其周期規(guī)律是否準(zhǔn)確,為西北地區(qū)氣候趨勢預(yù)測提供科學(xué)的依據(jù)。

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P423.3

:A

趙磊,華維,王來榮,等.西北地區(qū)年平均地面最低溫度特征分析[J].陜西氣象,2015(5):37-40.

1006-4354(2015)05-0037-04

2014-12-25

趙磊(1992—),男,漢族,陜西眉縣人,學(xué)士,技術(shù)員,從事天氣預(yù)報(bào)及研究。