新疆50年日最高氣溫時(shí)空分布特征

李 臻，閆子煜，繆啟龍

1.陽(yáng)泉市氣象局，山西陽(yáng)泉 045000；2平定縣氣象局，山西平定 045200； 3.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京 210044

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)表示，在過(guò)去的100年，全球的平均氣溫升高了0.74℃左右[1]。新疆地處亞歐大陸腹地，省內(nèi)山脈與盆地相間排列，被喻稱(chēng)為“三山夾兩盆”，地形、海拔、氣候特征存在顯著的差異，又是“一帶一路”倡議的核心區(qū)和關(guān)鍵區(qū)。研究新疆的氣候特征及其變化，對(duì)促進(jìn)新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，服務(wù)于“一帶一路”，都具有重要意義。

國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)新疆高溫氣候進(jìn)行了研究，黃成榮等[2]發(fā)現(xiàn)全疆最高氣溫有不同程度的上升；韓春光等[3]發(fā)現(xiàn)石河子地區(qū)平均最高氣溫的上升比最低氣溫的上升顯著；迪麗達(dá)爾·艾再提約麥爾等[4]發(fā)現(xiàn)于田地區(qū)四季的氣溫均呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)；郭志梅等[5]得出中國(guó)北方地區(qū)近50年來(lái)，平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫的增溫幅度十分明顯；呂婷等[6]發(fā)現(xiàn)阿勒泰地區(qū)平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫均顯著上升；齊貴英[7]發(fā)現(xiàn)阿拉善右旗季節(jié)性氣溫都以不同速度在增加；朱海江等[8]發(fā)現(xiàn)塔城年均氣溫以0.45℃/10年的速度增暖顯著；祖麗皮耶·穆合合爾[9]發(fā)現(xiàn)烏魯木齊市多年的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；李如琦等[10]發(fā)現(xiàn)新疆最高氣溫以沿天山北部的部分地區(qū)變化最為明顯。左敏等[11]發(fā)現(xiàn)年平均最高氣溫的變化與年平均氣溫呈現(xiàn)出明顯的地域差異。

1 研究區(qū)域與資料

根據(jù)地貌把新疆分為3個(gè)區(qū)域：南疆、北疆和天山[12]。天山山脈以北的區(qū)域劃為北疆，天山山脈以南的區(qū)域劃分為南疆，天山山脈所在的區(qū)域劃分為天山。資料取自新疆97個(gè)站點(diǎn)1966—2015年的氣象觀(guān)測(cè)站的日最高氣溫資料。

2 年平均日最高氣溫的時(shí)空變化

2.1 年平均日最高氣溫的年變化

新疆地區(qū)的年平均日最高氣溫的年變化及其線(xiàn)性趨勢(shì)所示（圖1），逐年平均日最高氣溫的50年變化趨勢(shì)率為0.307℃/10年。在20世紀(jì)90年代之前，升高變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)緩慢，且波動(dòng)較小，90年代后，年平均日最高氣溫有明顯增加趨勢(shì)，且波動(dòng)較大。

氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告顯示，中國(guó)最高氣溫升高趨勢(shì)變化率為0.1℃/10年[13]，年平均最高氣溫在黃河以北、95°E以西以增溫為主[14]，最高氣溫升高趨勢(shì)新疆遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全國(guó)平均。

南疆地區(qū)逐年平均日最高氣溫的50年平均變化率為0.277℃/10年。20世紀(jì)90年代之前，變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)緩慢，90年代后的25年中有明顯增加趨勢(shì)，波動(dòng)較大。北疆地區(qū)逐年平均日最高氣溫的50年平均變化率為0.334℃/10年。20世紀(jì)80年代之前，15年中升高變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)。20世紀(jì)80~90年代變化波動(dòng)很大，90年代后的25年中，增加趨勢(shì)明顯減弱，波動(dòng)較大。天山地區(qū)平均日最高氣溫的50年平均變化率為0.328℃/10年。20世紀(jì)80年代之前，25年中變化趨勢(shì)較為緩慢。20世紀(jì)80~90年代，10年中變化波動(dòng)很大，但變化趨勢(shì)基本比平均變化趨勢(shì)小，90年代后的25年中，增加趨勢(shì)明顯增強(qiáng)，波動(dòng)較大（圖1）。

圖1 平均日最高氣溫的年變化

2.2 日最高氣溫的小波分析

1966—2015年，新疆地區(qū)的平均日最高氣溫的周期變化在15~30年的時(shí)間范圍內(nèi)，呈現(xiàn)明顯的“低—高—低—高—低”規(guī)律，且在27~30年的時(shí)間尺度內(nèi)這種規(guī)律變化最為顯著。平均日最高氣溫的小波方差最大峰值對(duì)應(yīng)在29年左右的時(shí)間區(qū)間中，是新疆日最高氣溫年平均變化的主周期（圖2）。

圖2 新疆年平均日最高氣溫的Morlet連續(xù)小波分析和小波方差

1966—2015年春、夏、秋3個(gè)季節(jié)，新疆地區(qū)的季平均日最高氣溫的周期變化（圖略）與年的周期變化基本相似。主周期大都在27~30年，12～15年的周期不明顯。冬季主周期在12~16年的時(shí)間尺度范圍內(nèi)。

2.3 平均日最高氣溫的M-K檢驗(yàn)

20世紀(jì)60~90年代，平均日最高氣溫增加趨勢(shì)不太明顯。20世紀(jì)90年代后，平均日最高氣溫增加趨勢(shì)十分顯著。20世紀(jì)90年代左右，UF統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)超過(guò)UB統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)，認(rèn)為1990年前后為平均日最高氣溫變化的突變點(diǎn)（圖3）。

圖3 新疆年平均日最高氣溫的M-K檢驗(yàn)

春季平均日最高氣溫突變點(diǎn)為2003年前后，夏季平均日最高氣溫變化的突變點(diǎn)為1996年前后，秋季平均日最高氣溫變化的突變點(diǎn)則在1994年左右，冬季平均日最高氣溫值突變點(diǎn)在1995年前后（圖略）。

3 日最高氣溫的空間分布

3.1 年平均日最高氣溫的空間分布

新疆地區(qū)50年平均日最高氣溫值整體上由南向北呈現(xiàn)高—低—高—低（圖4），南疆50年日最高氣溫平均值基本介于15℃~22℃之間，且南疆大部分介于18℃~22℃之間，北疆北部基本介于0℃~8℃之間，北疆南部基本介于12℃~ 15℃之間。高溫區(qū)集中出現(xiàn)在南疆，50年日最高氣溫平均值的極大值為吐魯番（20.9℃）。天山東部存在明顯的冷區(qū)，以天山大西溝、巴音布魯克2個(gè)站點(diǎn)為例（冷區(qū)中心），天山大西溝為0.1℃，巴音布魯克為3.3℃。南疆西部也存在2個(gè)冷區(qū)，即吐?tīng)栨靥兀?.0℃）和塔什庫(kù)爾（11.1℃），這極大程度上與吐?tīng)栨靥兀ê０? 504.4 m）、塔什庫(kù)爾（海拔3090.1 m）海拔有關(guān)。

圖4 新疆地區(qū)50年平均日最高氣溫的空間 分布

南疆50年春季平均日最高氣溫基本介于18℃~26℃之間，且南疆大部分介于22℃~26℃之間，北疆北部基本介于0℃~15℃之間，北疆南部基本介于15℃~18℃之間。50年春季平均日最高氣溫的極大值為吐魯番（25.8℃）。天山東部存在明顯的冷區(qū)中心，即天山大西溝（0.2℃）和巴音布魯克（5.9℃）。

南疆50年夏季平均日最高氣溫大部分介于31℃~39℃之間，北疆中部及其西部基本介于30℃~33℃之間，北疆東部基本介于24℃~28℃之間。50年夏季平均日最高氣溫的極大值為吐魯番（38.9℃）。天山東部區(qū)域存在明顯的冷區(qū)中心，即天山大西溝（9.5℃）和巴音布魯克（17.6℃）。

南疆地區(qū)50年秋季平均日最高氣溫基本介于16℃～21℃之間，北疆北部50年秋季平均日最高氣溫基本介于0℃~10℃之間，北疆南部基本介于13℃~16℃之間。新疆的熱區(qū)集中出現(xiàn)在南疆南部以及中部地區(qū)，50年秋季平均日最高氣溫為吐魯番（21.4℃）。天山東部區(qū)域存在明顯的冷區(qū)中心，即天山大西溝（0.5℃）和巴音布魯克（5.8℃）。

50年冬季平均日最高氣溫南疆地區(qū)基本介于0℃～4℃之間，北疆北部和中部基本介于-7℃～-16℃之間，北疆東西部基本介于-3℃～-7℃之間。新疆的熱區(qū)集中出現(xiàn)在南疆西南部地區(qū)（圖5）。

圖5 新疆地區(qū)50年四季平均日最高氣溫的空間分布

3.2 極值分布

3.2.1 50年新疆日最高氣溫的年極大值及年平均的空間分布日最高氣溫年極大值是指某站每年一個(gè)最高的日最高氣溫?？梢?jiàn)高溫區(qū)主要分布在南疆沙漠中東部的大部分地區(qū)和北疆中部沙漠地區(qū)（圖6），南疆均在35℃以上，大范圍日最高氣溫平均年極大值≥40℃，最大值出現(xiàn)在吐魯番（45.4℃），這是我國(guó)最為炎熱的地區(qū)。

圖6 日最高氣溫年極大值50年平均值的空間分布

3.2.2 日最高氣溫50年極大值的空間分布在每一個(gè)站50年中選取一個(gè)日最高氣溫的最高值，這些數(shù)據(jù)是不同年份的，新疆地區(qū)日最高氣溫50年內(nèi)極大值主要分布在南疆中東部和北疆部分地區(qū)（表1）。

表1 新疆日最高氣溫50年內(nèi)極大值溫度超過(guò)45℃的站點(diǎn)及出現(xiàn)日期

3.2.3 高溫日數(shù)分析50年內(nèi)日最高氣溫≥35℃的天數(shù)最多的地方集中在吐魯番地區(qū)，平均每年日最高氣溫≥35℃的天數(shù)為102 d。各站點(diǎn)50年內(nèi)日最高氣溫≥40℃的天數(shù)最多的地方在南疆大部和吐魯番地區(qū)，每年平均日最高氣溫≥40℃的天數(shù)為40 d。新疆≥35℃最多天數(shù)年份的站點(diǎn)均為吐魯番，2008年為126 d。≥40℃最多天數(shù)年份的站點(diǎn)也為吐魯番，2008年為64 d?？梢?jiàn)，吐魯番為我國(guó)最炎熱的地區(qū),不僅溫度高而且高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

4 結(jié)論

利用新疆97個(gè)站點(diǎn)1966—2015年的日最高氣溫資料，分析了新疆地區(qū)最高氣溫的時(shí)間分布以及空間分布。主要結(jié)論如下。

（1）新疆50年的平均日最高溫的多年變化是不斷升高的，變化趨勢(shì)率為0.307℃/10年，較全國(guó)最高氣溫升高趨勢(shì)變化率為0.1℃/10年大許多，表明新疆升溫明顯高于全國(guó)。

（2）小波分析表明：新疆平均日最高氣溫的周期變化為30年左右；并于1990年前后發(fā)生突變。

（3）新疆地區(qū)50年平均日最高氣溫的空間分布變化較大，為0℃~22℃，由南向北，呈高—低—高—低的態(tài)勢(shì)，這是由新疆實(shí)際地形所致。

（4）日最高氣溫年極大值50年平均的高溫區(qū)主要分布在南疆的大部分地區(qū)和北疆中部沙漠地區(qū)，日最高氣溫年極大值50年的平均值出現(xiàn)在吐魯番。

（5）日最高氣溫50年的極大值主要分布在南疆的大部分地區(qū)和北疆中部沙漠地區(qū)。

（6）50年內(nèi)日最高氣溫≥35℃和≥40℃的天數(shù)最多的地方都集中在吐魯番地區(qū)。可見(jiàn)吐魯番地區(qū)和南疆東部沙漠地區(qū)是中國(guó)最熱的地區(qū)，溫度高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。