興?？h近55年氣候變化特征及突變分析

張曉云 孔祥萍 張海春

摘要 利用1961—2015年興?？h氣溫、降水、積雪等地面觀測資料，對年代際的氣候變化特征及突變進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，近55年來年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫變化傾向率分別為0.30、0.32、0.34℃/10年，年及四季增溫顯著；21世紀(jì)初，年代平均氣溫與20世紀(jì)60年代相比升高了1.5～1.4℃；年大風(fēng)和沙塵暴日數(shù)增多趨勢不明顯，20世紀(jì)70—90年代是近55年來大風(fēng)和沙塵暴的高發(fā)期。M K檢驗(yàn)分析表明，1986年年平均氣溫發(fā)生了突變，冬季氣溫突變發(fā)生最早（1971年），春季氣溫突變發(fā)生最晚（1994年）；年降水變化傾向率為9.99 mm/10年；年降水量最大值出現(xiàn)在2000年；年降水量突變發(fā)生在2003年，春、夏、秋3季降水突變分別發(fā)生于1981、2004、2009年，降水總體呈緩慢增多趨勢。

關(guān)鍵詞 特征；傾向率；突變；高發(fā)期

中圖分類號：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3305（2017）08-011-06

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.03.005

Abstract Based on the surface observational data of air temperature， precipitation and snow cover in Xinghai County during 1961-2015， the characteristics and mutation analysis of climate change were analyzed. The results showed that the tendency rate of the annual averaged air temperature， averaged maximum temperature and averaged minimum temperature was 0.30， 0.32， 0.34℃/10a， respectively. The temperature increasing was significant in a year and all season. At the beginning of the 21st century， the annual averaged air temperature rose up to 1.5-1.4℃ comparing to the 1960s， the increasing tendency of annual gale and sand storm was insignificant. In 1970-1990， those 20 years were the high incidence season of gale and sand storm in recent 55 years. The M K check and analysis showed that the averaged air temperature appeared mutation in 1986， the winters air temperature mutation occurred in 1971， the springs air temperature mutation occurred in 1994. The annual precipitations tendency rate was 9.99 mm/10a. The maximum of annual rainfall amount occurred in 2000. The mutation of precipitation occurred in 2003， the mutation of spring， summer and autumn occurred in 1981， 2004， 2009， respectively. The precipitations tendency was the increase of total.

Key words Characteristics； Tendency rate； Mutation； High incidence season

青藏高原是我國乃至全球氣候變暖的敏感區(qū)，氣溫升溫率明顯高于全國氣溫升率。牛濤等[1]研究表明，青藏高原在20世紀(jì)80年代中后期經(jīng)歷了一次氣溫、降水量、相對濕度顯著增加的氣候突變。楊萍等[2]研究認(rèn)為冬季氣溫升溫突變時間最早，春季最晚，四季氣溫的變化并不是同步的。黃星等[3]研究認(rèn)為黃河流域1997—2007年先后發(fā)生變暖停滯現(xiàn)象，大部分年（季）氣溫要素變暖停滯晚于全球變暖停滯時間（1998年）。梅朵等[4]認(rèn)為50年來西寧的變暖均是從20世紀(jì)70年代中期之后開始的，在1994年達(dá)到歷史新高，之后略有回落。馬曉波等[5-7]研究認(rèn)為最高氣溫的增溫率小于最低氣溫的增溫率，存在著非對稱性變化的特點(diǎn)。沈菊等[8]研究表明，近35年來柴達(dá)木盆地氣溫經(jīng)歷了2個時期，分別為相對偏冷期（1981—1997年）和偏暖期（1998—2015年），年平均氣溫的升高主要源于最低氣溫的升幅。胡豪然等[9]研究認(rèn)為青藏高原東部冬季積雪分別在20世紀(jì)80年代后期和20世紀(jì)90年代后期發(fā)生了由少到多和由多到少的突變。丁生祥等[10]認(rèn)為三江源同德地區(qū)1961—2010年降水量總體上呈減少趨勢，但趨勢不顯著。張國勝等[11]研究認(rèn)為，20世紀(jì)80年代是夏季溫度升高，降水減少，大風(fēng)日數(shù)增多的暖干氣候背景，20世紀(jì)90年代以來繼續(xù)加劇，并逐步擴(kuò)展到春、秋季，使該地區(qū)的草場退化，冰川和凍土消融加快，濕地資源減少，生態(tài)環(huán)境惡化。鐵吉新等[12] 研究認(rèn)為，稱多縣年平均氣溫在1969年發(fā)生突變，年降水量突變發(fā)生在20世紀(jì)90年代初。唐國利等[13]揭示了近百年來我國地表年平均氣溫明顯增暖。唐紅玉等[14]通過對全國733個站的溫度資料研究表明我國年平均氣溫日較差呈下降趨勢。周曉宇等[15]研究認(rèn)為遼寧省四季升溫速率冬季最大，春季次之，秋季略低于春秋，夏季不明顯。因此，在全球氣候變暖的大背景下，研究興海地區(qū)氣候變化趨勢及特征，做好氣候?yàn)?zāi)害預(yù)測，對當(dāng)?shù)亻_發(fā)氣候資源，改善農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)環(huán)境等方面具有重要意義。

1 資料與方法

利用1961—2015年興?？h氣象局氣溫、降水、積雪等地面觀測資料（資料由青海省CIMISS氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供），通過統(tǒng)計各氣象要素月、季、年、年代際平均及氣候標(biāo)準(zhǔn)值，計算要素相關(guān)系數(shù)、變化傾向率，M K突變分析，滑動t檢驗(yàn)，分析季、年及年代際變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度變化特征

2.1.1 平均氣溫 通過計算季、年、年代際的平均氣溫（表1），可以看出興海縣春、夏、秋3季20世紀(jì)60—80年代氣溫平均值低于氣候均值，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代氣溫平均值高于氣候均值，冬季21世紀(jì)00年代氣溫平均值高于氣候均值，其余年代均低于氣候均值；其中春季呈“低-高-低-高”波動性增溫趨勢，夏、秋季呈“低-高”的增溫趨勢，冬季各年代氣溫呈“低-高-低”的波動增溫趨勢；春、夏、秋季明顯升溫出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，幅度分別為0.8、0.5、0.5℃，冬季明顯升溫出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，幅度為1.1℃；春季明顯降溫出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，幅度為0.4℃，冬季明顯降溫出現(xiàn)在21世紀(jì)10年代，幅度為0.4℃。21世紀(jì)00、10年代與20世紀(jì)60年代相比，年代際平均氣溫分別上升了1.5、1.4℃。

年平均氣溫和春、夏、秋、冬四季氣溫（圖1a、圖2）變化傾向率分別為0.30、0.23、0.23、0.33、0.45℃/10年，與年度相關(guān)系數(shù)分別為0.767、0.505、0.527、0.673、0.503，都通過了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)。由此可見，年及四季增溫顯著，其中冬季增溫幅度最大，為0.45℃/10年。

2.1.2 氣溫突變 對1961—2015年興海地區(qū)年、季平均氣溫作Mann Kendall檢驗(yàn)曲線[16]可以看出，20世紀(jì)60年代UFK>0，年平均氣溫呈上升趨勢；并在20世紀(jì)80年代中后期超過2.58信度線，增溫趨勢顯著，在±2.58臨界線之間，UFK和UBK相交于1986年，是年平均氣溫突變的開始（圖1b）。春季氣溫突變發(fā)生在1994年（圖3），夏季氣溫突變發(fā)生在1990年，秋季氣溫突變發(fā)生在1986年，冬季氣溫突變發(fā)生在1971年；冬季氣溫突變發(fā)生最早，秋季突變次之，春季氣溫突變發(fā)生最晚。對各突變點(diǎn)前后不同時段作滑動t檢驗(yàn)表明，之前Mann Kendall檢驗(yàn)出的突變點(diǎn)是可信的。

2.1.3 最高（低）氣溫（或極端） 興海地區(qū)平均最高氣溫年變化傾向率為0.32℃/10年，年代際最大值冬季出現(xiàn)在21世紀(jì)00年代，春、夏、秋3季出現(xiàn)在21世紀(jì)10年代；平均最高氣溫年代際最小值春、夏季出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，秋、冬季出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。年代際增溫最大幅度冬季出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代，為1.5℃，春、夏、秋3季出現(xiàn)在20世紀(jì)80—90年代，分別為0.9、0.6、0.7℃。

興海地區(qū)平均最低氣溫年變化傾向率為0.34℃/10年，年代際最低值春、夏、秋、冬四季均出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。平均最低氣溫年代際最高值春季出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代、21世紀(jì)00年代，夏季出現(xiàn)在21世紀(jì)00、10年代，秋、冬季出現(xiàn)在21世紀(jì)00年代；年代際增溫最大幅度冬、春、夏3季出現(xiàn)在20世紀(jì)60—70年代，分別為1.7、1.0、0.5℃，秋季出現(xiàn)在20世紀(jì)70—80年代，為0.9℃。

興海地區(qū)極端最高氣溫的年代際最大值冬季出現(xiàn)在21世紀(jì)00年代，春、夏、秋季出現(xiàn)在21世紀(jì)10年代；年代際最小值冬、夏季出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，春季出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，秋季出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代；年代際增溫最大幅度冬季出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代，為2.5℃，春、秋季出現(xiàn)在20世紀(jì)80—90年代，分別為0.7、1.0℃，夏季出現(xiàn)在20世紀(jì)60—70年代，為0.9℃。

興海地區(qū)極端最低氣溫的年代際最低值春、夏、秋、冬季均出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。極端平均最低氣溫年代際最高值冬季出現(xiàn)在20世紀(jì)80、90年代，春季出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，夏季出現(xiàn)在21世紀(jì)00年代、20世紀(jì)90年代，秋季出現(xiàn)在21世紀(jì)00年代、20世紀(jì)80年代；年代際增溫最大幅度冬、春季出現(xiàn)在20世紀(jì)60—70年代，為1.4℃，夏季出現(xiàn)在20世紀(jì)80—90年代，為0.8℃，秋季出現(xiàn)在20世紀(jì)70—80年代，為1.7℃。

綜上，從平均最高（低）氣溫變化特征分析得出，平均最低氣溫升幅比平均最高氣溫升幅大，也比年平均氣溫升幅大。四季最高氣溫升溫表現(xiàn)為冬季>春季>秋季>夏季；冬、夏季極端最高氣溫的升溫幅度比極端最低溫度大，春、秋季極端最高氣溫比極端最低氣溫升溫幅度?。凰募緲O高氣溫升溫表現(xiàn)為冬季>夏季>秋季>春季，極低氣溫升溫表現(xiàn)為冬、春季>秋季>夏季。

2.1.4 地表溫度 經(jīng)統(tǒng)計興海地區(qū)0 cm地溫年變化傾向率為0.43℃/10年，春、夏、秋、冬四季地表氣溫變化傾向率分別為0.42、0.26、0.46、0.60℃/10年；四季地表氣溫均呈顯著增加趨勢，增暖趨勢依次是冬季>秋季>春季>夏季。與同期其他地區(qū)相比，年平均地溫增暖趨勢比青藏高原、華北、淮河、長江中下游、華南、西北強(qiáng)，比東北弱。興海冬、夏、秋3季增暖趨勢比以上7個地區(qū)強(qiáng)，地溫增溫趨勢顯著；春季增溫趨勢比東北、華北、長江中下游弱，但比青藏高原、淮河、華南強(qiáng)[17]。

2.2 降水和積雪變化的特征

2.2.1 降水 從表2可以看出，年代際最大降水量出現(xiàn)在年平均氣溫最高的21世紀(jì)00年代，最小值出現(xiàn)在年平均氣溫較低的20世紀(jì)70、90年代，最大（?。┎钪禐?4.4 mm，年降水量從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“多-少-多-少-多-少”的變化過程。

多年平均春季最大降水量出現(xiàn)在年平均氣溫較低的20世紀(jì)80年代，最小值出現(xiàn)在平均氣溫較高的20世紀(jì)70年代，最大（?。┎钪禐?8.7 mm，多年平均春季降水量從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“多-少-多-少-多-少”的變化過程，與年降水量變化趨勢一致。

多年平均夏季最大降水量出現(xiàn)在平均氣溫最高的21世紀(jì)00年代，最小值出現(xiàn)在平均氣溫最低的20世紀(jì)60年代，最大（?。┎钪禐?8.3 mm，多年平均夏季降水量從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了從“少-多-多-少-多-少”的變化過程，20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代與年降水變化趨勢一致。

多年平均秋季最大降水量出現(xiàn)在平均氣溫最高的21世紀(jì)00年代，最小值出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，最大（小）差值為31.2 mm，多年平均秋季降水量從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“多-少-多-少-多-少”的變化過程，與年降水變化趨勢一致。

多年平均冬季最大降水量出現(xiàn)在年平均氣溫較低的21世紀(jì)10年代，最小值出現(xiàn)在年平均氣溫最低的20世紀(jì)60年代，最大（小）差值為2.7 mm，多年平均冬季降水量從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“少-多-少-多-少-少”的變化過程，與年降水量變化趨勢相反。

興海地區(qū)年降水變化傾向率為9.99 mm/10年（圖4e），春、夏、秋、冬四季降水變化傾向率分別為0.48、5.29、1.52、0.32 mm/10年，其中夏季最大，為5.29 mm/10年，冬季降水變化傾向率最小，為0.32 mm/10年（圖4a～d）。年代際冬季降水變化趨勢與年降水趨勢相反，春、秋、夏季（20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代）降水趨勢與年降水趨勢一致，降水總體呈緩慢增多趨勢發(fā)展。

2.2.2 降水突變 對1961—2015年興海地區(qū)年平均降水Mann Kendall檢驗(yàn)曲線可以看出（圖4f），20世紀(jì)60年代至21世紀(jì)00年代平均降水呈上下波動趨勢；2003年UFK和UBK兩線相交，并且在±1.96臨界線之間，是降水突變的開始。春、夏、秋3季降水突變檢驗(yàn)曲線（圖略）在置信區(qū)間內(nèi)有多處交叉，經(jīng)滑動t檢驗(yàn)驗(yàn)證，春季降水突變發(fā)生在1981年，夏季降水突變發(fā)生在2004年，秋季降水突變發(fā)生在2009年，春季降水突變發(fā)生最早，年和夏季降水突變次之，秋季降水突變發(fā)生最晚。

2.2.3 積雪日數(shù) 從年、季、月積雪日數(shù)的各年代際平均值可以看出，年、春、秋、冬3季積雪表現(xiàn)出減少趨勢，分別為-2.84、-0.58、-1.07、-1.01 d/10年；從年代際看，春季從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“多-少-多-少-少-少”的年代際變化過程，其中20世紀(jì)80年代達(dá)到了最大值，21世紀(jì)10年代為最小值。秋季從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“少-多-少-少-少-少”的年代際變化過程，其中20世紀(jì)70年代達(dá)到了最大值，21世紀(jì)10年代為最小值。冬季從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“少-多-多-少-少-多”的年代際變化過程，其中20世紀(jì)80年代達(dá)到了最大值，21世紀(jì)00年代為最小值。從多年均值看出，從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“多-少-多-少-少-少”的年代際變化過程，其中20世紀(jì)80年代達(dá)到了最大值，21世紀(jì)10年代為最小值；年、春、秋季（20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代）、冬季（20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)00年代）積雪年代際變化趨勢一致；秋、冬季20世紀(jì)60—70年代積雪年代際變化趨勢一致，與春季、年積雪年代際變化趨勢相反。20世紀(jì)80年代后，積雪日數(shù)呈逐步減少趨勢。

2.3 大風(fēng)和沙塵暴的變化

計算大風(fēng)日數(shù)的年、季的標(biāo)準(zhǔn)化變量得出（表3），20世紀(jì)60—80年代四季和年大風(fēng)日數(shù)為正變化量，20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代為負(fù)變化量；年大風(fēng)日數(shù)表現(xiàn)為極不明顯增多的趨勢（0.01 d/10年），沙塵暴日數(shù)增多趨勢也不明顯（0.38 d/10年）。20世紀(jì)70、80年代冬、春季大風(fēng)日數(shù)均大于氣候均值，春季大風(fēng)日數(shù)高值在20世紀(jì)70年代，夏季大風(fēng)日數(shù)高值在20世紀(jì)80、90年代，秋、冬季大風(fēng)日數(shù)高值在20世紀(jì)80年代；春、夏、秋3季大風(fēng)日數(shù)低值在20世紀(jì)60年代，冬季大風(fēng)日數(shù)低值在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代。

冬、春季是大風(fēng)的高發(fā)期，20世紀(jì)70、80年代是近55年來大風(fēng)的高發(fā)期。大風(fēng)日數(shù)依次為春季>冬季>秋季>夏季。冬、春季也是沙塵暴的高發(fā)期，而20世紀(jì)80、90年代又是近55年來沙塵暴的高發(fā)期。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代大風(fēng)變化傾向率為-6.86 d/10年，沙塵暴變化傾向率為-5.71 d/10年；年大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)從20世紀(jì)90年代起呈迅速減少趨勢。

3 結(jié)論與討論

（1）年度與年氣溫、四季氣溫變化呈正相關(guān)，并通過了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，年平均氣溫變化傾向率為0.30℃/10年，其中冬季變化傾向率最大，為0.45℃/10年。春、夏、秋季明顯升溫出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，年及冬季明顯升溫則出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代。21世紀(jì)00、10年代與20世紀(jì)60年代相比，年代際平均氣溫分別上升了1.5、1.4℃。年平均氣溫突變發(fā)生在1986年，春、夏、秋、冬四季氣溫突變分別發(fā)生在1994、1990、1986、1971年，冬季氣溫突變發(fā)生最早，春季氣溫突變發(fā)生最晚。

（2）從平均最高（低）氣溫變化特征分析得出，平均最低氣溫升幅比平均最高氣溫升幅大，也比年平均氣溫升幅大。平均最高氣溫年際最大值冬季出現(xiàn)在21世紀(jì)00年代，春、夏、秋3季出現(xiàn)在21世紀(jì)10年代。年代際增溫幅度最大冬季出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代，春、夏、秋季出現(xiàn)在20世紀(jì)80—90年代；平均最低氣溫年代際最低值春、夏、秋、冬四季出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，年代際增溫最大冬、春、夏3季出現(xiàn)在20世紀(jì)60—70年代，分別為1.7、1.0、0.5℃，秋季出現(xiàn)在20世紀(jì)70—80年代，為0.9℃。四季最高氣溫升溫表現(xiàn)為冬季>春季>秋季>夏季；四季極高氣溫升溫表現(xiàn)為冬季>夏季>秋季>春季，極低氣溫升溫表現(xiàn)為冬、春季>秋季>夏季。

（3）興?？h0 cm地溫年變化傾向率為0.43℃/10年，四季地表氣溫均呈顯著增加趨勢，增暖趨勢依次是冬季>秋季>春季>夏季。與同期其他地區(qū)相比，年、冬、夏、秋3季平均地溫增暖趨勢比東北、青藏高原、華北、淮河、長江中下游、華南、西北強(qiáng)（年平均地溫增暖趨勢比東北弱）。

（4）年降水的變化傾向率為9.99 mm/10年，四季降水變化傾向率夏季最大，為5.29 mm/10年，冬季降水變化的傾向率最小，為0.32 mm/10年。降水總體呈緩慢增多趨勢發(fā)展。年降水量最大出現(xiàn)在21世紀(jì)00年代，最小值出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，最大（?。┎钪禐?4.4 mm，年代際降水量從20世紀(jì)60年代起經(jīng)歷了“多-少-多-少-多-少”的變化過程。通過M-K檢驗(yàn)分析年、春、夏、秋3季降水突變分別發(fā)生在2003、1981、2004、2009年。

（5）年、春、秋（20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代）、冬季（20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)00年代）積雪年代際變化趨勢一致；20世紀(jì)60—70年代積雪年代際變化秋、冬季與春季、年變化趨勢相反。年及春、秋季降水和積雪變化趨勢一致，積雪日年變化傾向率為-2.84 d/10年，20世紀(jì)80年代后，積雪日數(shù)呈逐步減少趨勢。

（6）年大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)變化增多趨勢不明顯。大風(fēng)日數(shù)春季高值在20世紀(jì)70年代，秋、冬季高值在20世紀(jì)80年代；大風(fēng)出現(xiàn)日依次為春季>冬季>秋季>夏季；20世紀(jì)70、80年代冬、春季是近55年來大風(fēng)的高發(fā)期。而20世紀(jì)80、90年代冬、春季又是近55年來沙塵暴的高發(fā)期。從20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)10年代變化傾向率趨勢看大風(fēng)和沙塵暴日數(shù)從20世紀(jì)90年代起減少趨勢明顯。

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