新疆伽師縣1961-2017年氣候變化特征

曼吾拉·卡德爾,努爾比亞·吐尼牙孜，曲 哲

（1.新疆機(jī)場(chǎng)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊830000；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆 烏魯木齊830002;3.喀什地區(qū)氣象局，新疆 喀什844000；4.伊春市氣象局，黑龍江 伊春153000；5.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，四川 成都610225）

1 引言

我國地貌地形復(fù)雜多樣，氣溫變化的區(qū)域性和季節(jié)性差異顯著，不同區(qū)域氣溫的年、季節(jié)變化特征并不相同，具有各自的獨(dú)特性。IPCC第5次評(píng)估報(bào)告明確指出[1]1880-2012年全球地表平均氣溫增加了0.85℃。1951-2012年，全球地表平均氣溫的上升速率（0.12℃·（10 a）-1），是1880年以來氣溫上升速率的兩倍[2]，而全球降水將呈現(xiàn)“干者愈干，濕者愈濕”的趨勢(shì)[3]。自20世紀(jì)80年代以來，很多學(xué)者對(duì)中國氣候變化進(jìn)行的研究表明，近100 a來我國年平均地表氣溫上升約0.5-0.8℃，其增加速率為0.03-0.12℃·（10 a）-1[4]，尤其是近50 a我國年平均地表氣溫上升速率近0.25℃·（10 a）-1[3]，高于全球同期平均增溫速率0.13℃·（10 a）-1[2-3]，是全球升溫明顯的地區(qū)之一，而我國降水量變化幅度不大，存在顯著的區(qū)域分布差異及變化特征[5-6]。

伽師縣地處塔克拉瑪干大沙漠西緣，氣候四季分明，干燥，日照長，蒸發(fā)量大，干旱少雨，熱量豐富，光照充足，晝夜溫差大，夏季炎熱，冬季寒冷，無霜期長，屬于暖溫帶內(nèi)陸干燥氣候。伽師縣在南疆西部地區(qū)屬于農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)的區(qū)域，冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水、高溫和大風(fēng)等極端天氣常有發(fā)生，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減產(chǎn)甚至絕收，給農(nóng)民造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。而區(qū)域性氣候變化的監(jiān)測(cè)與研究利于正確理解和評(píng)估全球變暖的事實(shí)和影響，科學(xué)利用農(nóng)業(yè)氣候熱量資源，安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)工作，進(jìn)而積極促進(jìn)農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[6-7]。利用伽師縣氣象站建站以來的氣象數(shù)據(jù)資料，分析伽師縣近57 a氣溫、降水、日照、霜凍日數(shù)的年、季變化特征及持續(xù)性，揭示伽師縣氣候變化特征，為伽師縣更好的利用氣候資源，更合理的優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)提供參考依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料來源與處理

選取伽師縣國家一般氣象站1961-2017年逐日氣溫、降水、日照、霜凍資料,資料來源于伽師縣氣象局，數(shù)據(jù)資料均經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

文中多年平均值采用1961-2017年的57 a平均值，季節(jié)劃分為；春季為3-5月，夏季為6-8月，秋季為9-12月，冬季為12月至次年2月；初霜日為后半年7月1日-12月31日內(nèi)，最早出現(xiàn)霜的日期，而前半年最后一次記錄霜的日期定義為終霜日。計(jì)算初、終霜日采用儒歷定義日期，即將1月1日的日序定義為數(shù)據(jù)序列1，1月2日的日序定義為數(shù)據(jù)序列2以此類推；霜凍日數(shù),采用由世界氣象組織在1998-2011年氣候變化監(jiān)測(cè)會(huì)議中通過研究和討論提出的定義，即每年日最低氣溫<0℃的全部天數(shù)。

2.2 研究方法

利用氣候傾向率和氣候趨勢(shì)系數(shù)方法分析伽師縣氣溫、降水、日照、霜凍日數(shù)的年際、季節(jié)變化和初霜、終霜、不同界限溫度（＞0℃、＞5℃、＞10℃）的年際變化特征，并用t檢驗(yàn)檢驗(yàn)變化趨勢(shì)的顯著性。其中滑動(dòng)t檢驗(yàn)計(jì)算方法為對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列，人為設(shè)置某一時(shí)刻為基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)前后兩段子序列x1和x2，的樣本分別為n1和n2，兩段子序列平均值分別為x1和x2，方差分別為s12和s22,定義統(tǒng)計(jì)量∶

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫

3.1.1 年際變化

1961-2017年伽師縣年平均、最高、最低氣溫分別為12.9℃、20.3℃、6.6℃。由57 a伽師縣平均、最高、最低氣溫年際變化可知（圖略）：近57 a伽師縣平均氣溫呈緩慢波動(dòng)上升趨勢(shì)，其速率為0.22℃·（10 a）-1，低于全國0.278℃·（10 a）-1和新疆0.37℃·（10 a）-1。20世紀(jì)60年代-80年代中期，伽師縣年平均氣溫緩慢下降，80年代后期開始?xì)鉁厣仙?0年代末期氣溫快速回升，伽師縣進(jìn)入顯著升溫期，此后氣溫維持偏高的趨勢(shì)，近57 a最低年平均氣溫出現(xiàn)在1974年為10.7℃，最高年平均氣溫出現(xiàn)在2015年為13.3℃，相差2.6℃。年平均最高氣溫與年平均氣溫相似，圍繞多年平均值呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其升溫速率為0.2℃·（10 a）-1。20世紀(jì)60、70年代最高氣溫變化不明顯，圍繞多年均值上下波動(dòng)，其中1974年出現(xiàn)近57 a之最低高溫為18.1℃，80年代中期后氣溫呈緩慢上升趨勢(shì)，至2007年平均最高氣溫達(dá)到峰值為21.5℃，此后氣溫保持穩(wěn)定上升趨勢(shì)。而年平均最低氣溫20世紀(jì)60年代-80年代末期呈下降趨勢(shì)，90年代初期開始轉(zhuǎn)為上升趨勢(shì)，至2010年達(dá)到近57 a之最高年平均低溫為6.5℃，其升溫率為0.3℃·（10 a）-1亦表現(xiàn)為顯著升溫趨勢(shì)。綜上所述，近57 a伽師縣氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，其升溫速率年平均最低氣溫大于年平均最高氣溫，間接表明伽師縣年較差趨于減小。

3.1.2 四季變化

1961-2017年伽師縣平均、最高、最低氣溫，春季為15.8℃、23.1℃、9.0℃，夏季為24.6℃、32.5℃、17.3℃，秋季為11.6℃、20.1℃、4.71℃，冬季為-3.5℃、3.0℃、-8.8℃。伽師縣四季變化趨勢(shì)與年平均氣溫相似，呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。

春季（圖1a）平均、最高、最低氣溫升溫率為0.2℃·（10 a）-1、0.3℃·（10 a）-1、0.3℃·（10 a）-1，均通過r=0.001的顯著性檢驗(yàn)。20世紀(jì)60年代-90年代中期，春季最高氣溫與平均氣溫呈下降趨勢(shì)，之后快速升溫，至21世紀(jì)初期又呈現(xiàn)為緩慢的下降趨勢(shì)。而春季最低氣溫，20世紀(jì)60年代表現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，70年代中期達(dá)到峰值，此后轉(zhuǎn)為下降趨勢(shì)并持續(xù)到90年代初，此后春季最低氣溫轉(zhuǎn)為波動(dòng)上升趨勢(shì)。

夏季（圖1b），伽師縣平均、最高氣溫變化趨勢(shì)不明顯，呈弱的上升趨勢(shì)，與此相反最低氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，其升溫速率0.19℃·（10 a）-1通過r=0.01的顯著性檢驗(yàn)。由歷年變化來看，夏季平均、最高氣溫變化趨勢(shì)相似，20世紀(jì)60年代-90年代初表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，90年代末開始轉(zhuǎn)為上升趨勢(shì)，而夏季最低氣溫表現(xiàn)為“升-降-升”的變化趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代-80年代初呈升溫趨勢(shì)，90年代呈下降趨勢(shì)，21世紀(jì)2001年以后又轉(zhuǎn)為升溫趨勢(shì)。

秋季（圖1c）近57 a伽師縣平均、最高、最低氣溫呈一致的升溫趨勢(shì)，其升溫速率分別為0.29℃·（10 a）-1、0.31℃·（10 a）-1、0.34℃·（10 a）-1，均穩(wěn)定通過r=0.001的顯著性檢驗(yàn)。秋季平均氣溫與最低氣溫相似，呈“升-降-升”的變化趨勢(shì)，其中最低氣溫的變化幅度較明顯，20世紀(jì)80年代-90年代，氣溫呈下降趨勢(shì)且較其他年份明顯偏低，而秋季最高氣溫近57 a呈緩慢上升趨勢(shì)，年際變化不明顯。

冬季（圖1d），平均、最高、最低氣溫均表現(xiàn)為一致的上升趨勢(shì)，其升溫速率為0.33℃·（10 a）-1、0.26℃·（10 a）-1、0.38℃·（10 a）-1，其中平均、最低氣溫通過r=0.01的顯著性檢驗(yàn)，最高氣溫只通過r=0.05的顯著性檢驗(yàn)，表明伽師縣冬季最低氣溫變化更明顯。由歷年變化可知，冬季三種氣溫變化較為一致，均表現(xiàn)為“降-升”的變化趨勢(shì)。

3.1.3 界限積溫年際變化

1961-2017年伽師縣不同界限積溫長期變化趨勢(shì)（圖略）可知：近57 a伽師縣>0℃、5℃、10℃的積溫均呈現(xiàn)“降-升”的變化趨勢(shì)，其線性傾向率分別為53.2℃·（10 a）-1、53.4℃·（10 a）-1、52.1℃·（10 a）-1，均通過r=0.01的顯著性檢驗(yàn)，表明伽師縣積溫呈增加趨勢(shì)，這有利于農(nóng)作物的生長。從歷年值分析，>0℃的積溫2008年達(dá)到5124.7℃，比1996年的最小積溫4350.3℃增加了774.4℃；>5℃的積溫2008年達(dá)到5065.5℃，比1989年的最小積溫4275.8℃增加了789.7℃；>10℃的積溫2006年達(dá)到4822.9℃，比1996年的最小積溫3931.3℃增加了891.6℃。

3.2 降水

3.2.1 年際變化

1961-2017年伽師縣平均年降水量89.8mm。近57 a降水量變化可知（圖略）：伽師縣降水量呈緩慢增加趨勢(shì)，其傾向率為0.87mm·（10 a）-1，穩(wěn)定通過r=0.01的顯著性檢驗(yàn)，表明近57 a伽師縣降水量呈顯著增加趨勢(shì)。由歷年變化分析近57 a伽師縣最小年降水量為10.4mm，最大降水量為208mm，相差197.6mm，表明降水年際波動(dòng)較大且不穩(wěn)定。

3.2.2 四季變化

由圖2伽師縣四季降水量變化曲線可知：近57 a來伽師縣四季降水量呈增加趨勢(shì)，但其增加速率有差異。四季變化而言，夏季增加幅度最大為3.96mm·（10 a）-1，冬季為最小0.1mm·（10 a）-1。由歷年變化可知：春季降水量在20世紀(jì)60年代波動(dòng)上升，70年代初期下降，80年代-90年代末呈穩(wěn)定的上升趨勢(shì)。夏季降水量多年變化趨勢(shì)較平穩(wěn)，與春季降水相反21世紀(jì)初-2017年表現(xiàn)較明顯的上升趨勢(shì)。秋季降水量4 a左右高頻振蕩波動(dòng)較明顯，整個(gè)時(shí)間域內(nèi)4 a左右呈現(xiàn)一個(gè)降水峰值。冬季降水量20世紀(jì)60年代-70年代末期呈上升趨勢(shì)，80年代-90年代轉(zhuǎn)為下降趨勢(shì)，2001年之后降水增加，伽師縣進(jìn)入降水相對(duì)偏多時(shí)期。

圖2 1961-2017年伽師縣（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季降水量年際變化（實(shí)線：降水量；點(diǎn)線：線性趨勢(shì)線；虛線：年平均）

3.3 日照

3.3.1 年際變化

近57 a伽師縣年平均日照時(shí)數(shù)為2891.14 h。由1961-2017年伽師縣逐年日照時(shí)數(shù)變化（圖略）可知，伽師縣年日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)不明顯，其減少速度為-0.4 h·（10 a）-1。由歷年變化分析可知：近57 a伽師縣年日照時(shí)數(shù)的最大值為3238.6 h出現(xiàn)在2013年，最小值為2444.9 h出現(xiàn)在2006年,2006-2013年，日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)短時(shí)波動(dòng)，從最小值短期快速增長到最大值。

3.3.2 四季變化

由圖3伽師縣四季日照時(shí)數(shù)變化曲線可知：伽師縣四季日照時(shí)數(shù)，除春季呈增加趨勢(shì)外，其余季節(jié)日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，沒有通過r=0.05的顯著性檢驗(yàn)，表明伽師縣四季日照時(shí)數(shù)變化不明顯。季節(jié)而言，春季平均日照時(shí)數(shù)為712.44 h，日照時(shí)數(shù)增加速率為9.5 h·（10 a）-1,春季最大日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)在2013年為836.5 h，最小值出現(xiàn)在2007年為541.5 h。夏季平均日照時(shí)數(shù)為936.9 h，其減少速率為1.4 h·（10 a）-1，20世紀(jì)60年代-80年代，日照時(shí)數(shù)在均值附近上下波動(dòng)，90年代起日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，這可能與伽師縣降水量增多有關(guān)。秋季日照時(shí)數(shù)減少速率為2.5 h·（10 a）-1，20世紀(jì)60年代-80年代日照時(shí)數(shù)偏多，90年代以后日照時(shí)數(shù)雖有短時(shí)增長，但相對(duì)趨于減少。冬季平均日照時(shí)數(shù)為504.7 h，圍繞均值呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，其減少速率為7.1 h·（10 a）-1，冬季最大日照時(shí)數(shù)631.1 h出現(xiàn)在1963年，最小日照時(shí)數(shù)為353.2 h出現(xiàn)在2006年。

3.4 霜和霜凍

近57 a伽師縣年平均霜凍日數(shù)為127 d。由圖4伽師縣1961-2017年霜凍日數(shù)年際變化曲線可知:近57 a伽師縣霜凍日數(shù)呈緩慢減少趨勢(shì)，其減少速率為2.2 d·（10 a）-1，且通過r=0.001的顯著性檢驗(yàn)。由趨勢(shì)線可知，近57 a霜凍日數(shù)呈“少-多-少”的變化趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代-70年代中期霜凍日數(shù)呈短暫的下降趨勢(shì)，70年代中期-90年代末，霜凍日數(shù)呈增加趨勢(shì)，并于1995年出現(xiàn)近57 a之最多霜凍日數(shù)為140 d，在21世紀(jì)2000年以后又轉(zhuǎn)為減少趨勢(shì)，最少霜凍日數(shù)出現(xiàn)2004年為103 d。

圖3 1961-2017年伽師縣（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季日照時(shí)數(shù)年際變化（實(shí)線：日照時(shí)數(shù)；點(diǎn)線：線性趨勢(shì)線；虛線：年平均）

圖4 1961-2017年伽師縣（a）初霜日、（b）終霜日年際變化（實(shí)線：圖6a初霜日、圖6b終霜日；點(diǎn)線：線性趨勢(shì)線；虛線：年平均）

伽師縣多年平均初霜日（圖4a）、終霜日（圖4b）的年際變化趨勢(shì)可知：伽師縣初霜日呈推遲趨勢(shì)，終霜日呈提前趨勢(shì)，其傾向率分別為0.9 d·（10 a）-1和1.1 d·（10 a）-1，進(jìn)一步說明伽師縣霜凍日數(shù)呈減少趨勢(shì)。由歷年變化可知，近57 a伽師縣平均初霜日期在11月16日-12月13日，初霜最早出現(xiàn)在2009年，最晚出現(xiàn)在2008年，而終霜日期則在2月2日-3月4日，最早出現(xiàn)在2007年，最晚出現(xiàn)在1976年。初霜日的推后，終霜日的提前，利于農(nóng)作物的生長，同時(shí)農(nóng)作物成熟后期遭受霜凍災(zāi)害的概率降低。

4 結(jié)論

（1）伽師縣年平均、最高、最低氣溫呈顯著升溫趨勢(shì)，升溫速率分別為0.22℃·（10 a）-1、0.24℃·（10 a）-1、0.3℃·（10 a）-1，升溫速率低于新疆平均水平。四季，除夏季平均，最高氣溫，其余季節(jié)氣溫呈顯著升溫趨勢(shì)，且以冬季最低氣溫升溫幅度最大。

（2）伽師縣年、季降水量年際波動(dòng)明顯，均呈顯著增加趨勢(shì)，其中年降水量增加速率8.76mm·（10 a）-1，年最小降水量為10.4mm，最大降水量為208mm相差197.6mm。

（3）伽師縣日照時(shí)數(shù)呈波動(dòng)變化且不顯著，四季日照時(shí)數(shù)，除春季呈增加趨勢(shì)外，其余季節(jié)日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)。

（4）伽師縣霜凍日數(shù)顯著減少，初霜日推遲、終霜日提前，有利于降低農(nóng)作物成熟后期遭受霜凍災(zāi)害的概率。