1961—2019年祁連山地區(qū)氣溫時空變化分析

肖蓮桂，石明章，楊 華，喇玉花，趙冰鈺

(1.青海省氣象信息中心，青海 西寧 810000；2.青海省西寧市湟中區(qū)氣象局，青海 西寧 811600)

過去半個多世紀(jì)以來，全球所有地區(qū)均在變暖，氣溫持續(xù)上升使全球及區(qū)域尺度水循環(huán)加速，穩(wěn)定性減弱，導(dǎo)致暴雨洪澇等極端天氣和氣候事件的發(fā)生頻率加快、強(qiáng)度加劇[1～2]。尤其進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后,全球氣溫明顯上升[3]。研究表明，中國氣候變暖與全球氣候變暖基本同步, 也存在著明顯的區(qū)域和季節(jié)差異，地處內(nèi)陸的青藏高原氣候也發(fā)生了較大的變化[2～6]。受全球氣候變化背景的影響，近59a年來，祁連山地區(qū)氣溫的氣候特征也發(fā)生著顯著變化。祁連山位于青藏高原東北部邊緣，呈西北—東南走向山系,地形地貌較為復(fù)雜，整體地形為西高東低。是我國西北荒漠區(qū)和青藏高原高寒區(qū)的過渡區(qū)，具有典型的大陸性高原氣候特征，是氣候變化的敏感區(qū)[7]。因此，在全球氣候變暖的大背景下，研究祁連山地區(qū)的氣溫時空分布?xì)夂蛱卣鳎瑢ΡＷo(hù)祁連山國家公園生態(tài)環(huán)境資源和氣候資源評估有重要意義。

1 資料與研究方法

選取1961—2019年祁連山地區(qū)12個國家氣象觀測站(民和、樂都、互助、大通、門源、祁連、野牛溝、托勒、剛察、德令哈、大柴旦、天峻)逐月平均氣溫資料，氣象資料由青海省氣象信息中心提供。地理范圍在北緯36°21′～39°19′，東經(jīng)94°32′～103°04′之間，總面積63 125.2 km2。季節(jié)劃分：春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～l1月)、冬季(l2月至次年2月)、夏半年(5～9月)、冬半年(10月至次年4月)。

圖1 祁連山地區(qū)區(qū)域圖

利用線性趨勢估計(jì)[8]，累積距平[8]和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法[8]對祁連山地區(qū)的氣溫進(jìn)行變化趨勢和突變分析。變化趨勢的顯著性采用時間t與序列變量X之間相關(guān)系數(shù)即氣候趨勢系數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫的年際和季節(jié)變化特征

由表1可知，祁連山地區(qū)1～12月各月平均氣溫的氣候傾向率都為正，表明59年來各月平均氣溫均呈增加趨勢，均通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)，表明各月平均氣溫增溫趨勢均非常顯著，尤其是2月、1月和11月增溫特別明顯,氣候傾向率分別為0.69℃/10a、0.52℃/10a和0.52℃/10a，相關(guān)系數(shù)分別為0.63、0.55和0.64。

表1 祁連山地區(qū)各月氣溫線性氣候傾向率

圖2是祁連山地區(qū)1961—2019年和四季平均氣溫的變化(夏季、秋季和夏半年圖略)。由圖2和表2可知，在59a中祁連山地區(qū)氣溫年和季節(jié)變化特征明顯，均呈顯著的上升趨勢, 59a來年平均氣溫以0.40℃/10a的氣候傾向率呈顯著的上升趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.88，通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)。最大值出現(xiàn)在2016年,為3.8℃，最小值出現(xiàn)在1967年,為0.7℃；從圖2累積距平曲線變化趨勢來看，從20世紀(jì)60年代到90年代末氣溫年累積距平曲線呈顯著的下降趨勢,表示距平值減小，比多年平均值偏低，屬于偏冷期。進(jìn)入21世紀(jì)00年代至今，氣溫累積距平曲線轉(zhuǎn)入上升趨勢,表示距平值增加，比多年平均值偏高，屬于偏暖期。春、夏、秋、冬各季平均氣溫的氣候傾向率分別為1.00℃/10a、0.36℃/10a、0.39℃/10a和0.57℃/10a,均通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，表明四季平均氣溫增加趨勢均顯著，春季增溫速率最大，冬季次之，秋季和夏季最小，春季增溫是夏秋季的2倍多，說明春季氣溫增幅對年平均氣溫影響最大。冬半年和夏半年氣溫氣候傾向率分別為0.47℃/10a和0.33℃/10a，均通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，說明冬半年和夏半年平均氣溫均呈顯著的增加趨勢。春季氣溫波動最大，其他季節(jié)氣溫變化相對平穩(wěn)。

圖2 祁連山地區(qū)氣溫的年際和季節(jié)變化

表2 祁連山地區(qū)年、四季、夏半年和冬半年氣溫的變化趨勢

2.2 氣溫的年代際變化趨勢

表3給出了祁連山地區(qū)氣溫的年代際變化,經(jīng)分析祁連山地區(qū)各年代的氣溫距平變化,氣溫隨年代變化波動較大，其變化過程大體可以分為三個階段：表現(xiàn)為偏冷—持平—偏暖。第一階段20世紀(jì)60～80年代年和四季平均氣溫均為負(fù)距平，氣溫偏冷。20世紀(jì)90年代基本持平，只有春季為正距平。21世紀(jì)00年代和10年代均為正距平，說明20世紀(jì)90年代以前為偏冷期,進(jìn)入21世紀(jì)為偏暖期。從年代際距平的變化還可以看出，年和四季平均氣溫在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代持續(xù)增暖趨勢明顯，年平均氣溫增幅為0.7℃。從季節(jié)來看，春季氣溫增幅最大，春季平均氣溫20世紀(jì)90年代、21世紀(jì)00年代和10年代增幅分別為2.7℃、1.5℃和1.1℃，其次為冬季增溫較明顯，其他季節(jié)呈現(xiàn)出較緩慢增溫的趨勢。各年代冬半年的氣溫變化較夏半年明顯。

表3 祁連山地區(qū)氣溫的年代際距平變化(單位：℃)

2.3 氣溫的空間變化

從表4可知，在空間上，過去59a祁連山地區(qū)各臺站的年平均氣溫均為上升趨勢，均通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明上升趨勢明顯，但波動變化存在著較大的差異。大通和大柴旦升溫最明顯，氣候傾向率分別為0.66℃/10a和0.52℃/10a，相關(guān)系數(shù)分別為0.89和0.90，民和和野牛溝升溫最小，氣候傾向率分別為0.30℃/10a和0.31℃/10a，相關(guān)系數(shù)分別為0.72和0.74。整體上增溫速率基本由西北向東南遞減。

表4 祁連山地區(qū)氣溫的空間變化特征

2.4 氣溫的突變檢驗(yàn)分析

利用Mann-Kendall檢驗(yàn)法來檢驗(yàn)祁連山地區(qū)的年平均氣溫突變情況，由UF和UB兩條曲線變化(圖3)可見，UF與UB兩條曲線在臨界值之外有一個交點(diǎn)，根據(jù)相交的位置，不能確定具體的突變年份。進(jìn)一步進(jìn)行滑動t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示：1961—2019年UF統(tǒng)計(jì)量呈明顯上升趨勢，在1989年以后超過信度線，UF與UB相交于信度線外的1997年，用滑動t檢驗(yàn)對突變點(diǎn)前后不同時段(n=15、10、5)進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)n=10時，滑動t檢驗(yàn)結(jié)果顯示|t0|>t0.01，溫度在1997年發(fā)生突變是可信的。累積距平趨勢線也可大約判斷出1997年發(fā)生了突變。

圖3 祁連山地區(qū)年平均氣溫突變檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量曲線

3 結(jié)論

(1)59年來祁連山地區(qū)年和四季平均氣溫呈顯著上升趨勢,春季上升最為明顯，冬季和冬半年升溫較夏季和夏半年明顯。

(2)分析祁連山地區(qū)各年代的氣溫距平變化,氣溫隨年代變化波動較大，其變化過程大體可以分為偏冷—持平—偏暖三個階段。

(3)在空間上，過去59年祁連山地區(qū)各站的年平均氣溫均為上升趨勢，且均通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明上升趨勢明顯，但波動變化存在著較大的差異。大通和大柴旦升溫最明顯，民和和野牛溝升溫最小，整體上增溫速率基本由西北向東南遞減。

4年和四季平均氣溫在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代持續(xù)增暖趨勢明顯，從季節(jié)來看，春季氣溫增幅最大。氣溫明顯增加是一突變現(xiàn)象，突變開始的具體時間為1997年。