新舊氣候平均值更替對陜西氣候業(yè)務(wù)的影響

梁茹雪，李 茜，2*，張麗君

（1.陜西省氣候中心，陜西 西安 710014；2.陜西省氣象局/秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710016）

氣象要素的累年平均值可反映當(dāng)?shù)貧夂虻囊话銧顩r，世界氣象組織（WMO）規(guī)定取某氣象要素的最近3 個(gè)整年代的平均值或統(tǒng)計(jì)值作為該要素的氣候平均值，即每隔10 a 需對氣候平均值進(jìn)行一次更新。中國氣象局要求各省、自治區(qū)、直轄市氣象局、國家氣象中心從2022 年1 月1 日起，各級氣候業(yè)務(wù)使用1991—2020 年平均值[1]。

當(dāng)不同氣候態(tài)存在差異時(shí)，氣候平均值的改變會(huì)對氣候評價(jià)業(yè)務(wù)產(chǎn)生一定影響[2]。王永光等[3]分析了多年平均值的改變對中國氣候業(yè)務(wù)的影響，指出由于1961—1990 和1971—2000 年氣候平均值的差異，中國大部地區(qū)溫度距平將降低，夏季降水距平在北方和西南地區(qū)將增多，在西北和江南東部將減少。許多學(xué)者進(jìn)一步研究了氣候平均值的改變對不同區(qū)域、省級氣候評價(jià)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的影響[4-9]。雷向杰等[5]對陜西省氣象要素及氣候業(yè)務(wù)因1971—2000 與1961—1990 年2 個(gè)時(shí)段平均值的較大差異產(chǎn)生的影響進(jìn)行了全面的分析，重點(diǎn)針對氣象要素的全省區(qū)域平均值及代表站點(diǎn)進(jìn)行了討論，并對陜西省氣象要素變化的空間分布進(jìn)行詳細(xì)分析。陜西省地域狹長，地形復(fù)雜，從南向北橫跨3 個(gè)氣候帶，年平均氣溫由南向北遞減，緯度地帶性特征明顯，年降水量大致由南向北遞減[10]，南北氣候差異較大，因此有必要對陜西省不同區(qū)域的氣候變化具體分析。

近幾十年來全球顯著變暖，中國氣候也發(fā)生明顯變化[11-12]，西北地區(qū)氣候呈暖濕趨勢發(fā)展[13-16]。在全球變暖背景下，對陜西省氣候變化及其對氣候業(yè)務(wù)的影響研究十分必要。前人的研究集中于1981—2010 年及之前時(shí)段氣候平均值的改變，對于新的（1981—2010 和1991—2020 年）氣候平均值改變及其對氣候評價(jià)業(yè)務(wù)的影響研究較少。因此，本文重點(diǎn)討論采用新氣候平均值（1991—2020 年）后，陜西省各區(qū)域基本氣象要素（平均氣溫、降水量）在月、季、年尺度上的變化以及對氣候評價(jià)業(yè)務(wù)的影響，有助于認(rèn)識陜西省氣候變化的規(guī)律和特征，進(jìn)而增強(qiáng)對西北地區(qū)氣候變化的理解。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

選用陜西省99 個(gè)國家氣象站點(diǎn)1981—2021 年平均氣溫、降水量的月、季、年平均值資料，根據(jù)氣候特征將陜西省從北向南依次劃分為陜北、關(guān)中、陜南3 個(gè)區(qū)域，分別從時(shí)間和空間尺度上進(jìn)行氣候平均值變化特征分析。數(shù)據(jù)由陜西省氣象信息中心提供，按照中國氣象局發(fā)布的《地面氣象觀測規(guī)范》，經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量審核。本文以1991—2020 年30 a 平均值作為新氣候平均值，1981—2010 年30 a 平均值作為舊氣候平均值。陜北、關(guān)中、陜南區(qū)域平均值分別用陜北25 站、關(guān)中46 站和陜南28 站的平均值表示。

1.2 氣象要素差值計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)行氣候業(yè)務(wù)中氣溫距平、降水距平百分率的定義，平均氣溫新舊平均值的差值用新平均值相對舊平均值的距平（ΔT）表示，降水量新舊平均值的差值用新平均值相對舊平均值的距平百分率（ΔR）表示。1981—2010 年平均氣溫的平均值為T81，降水量的平均值為R81；1991—2020 年平均氣溫的平均值為T91，降水量的平均值為R91，則：

2 兩個(gè)氣候平均值下氣溫、降水差異

2.1 氣溫

2.1.1 年、季節(jié)平均氣溫

陜西省新30 a 氣溫區(qū)域平均值為12.5 ℃，相比舊30 a 平均值（12.1 ℃）增加0.4 ℃。陜北、關(guān)中及陜南的新30 a 區(qū)域平均值均高于舊30 a，但各區(qū)域在年和季節(jié)尺度上的增幅存在一定差異（表1）。年尺度上，關(guān)中增幅為0.5 ℃，大于陜北（0.4 ℃）和陜南（0.3 ℃）。季節(jié)尺度上，新30 a 氣溫區(qū)域平均值的增幅為春季（0.5 ℃）＞夏季（0.4 ℃）＞冬季（0.3 ℃）＞秋季（0.2 ℃），陜北、關(guān)中和陜南春季增幅均為四季最大。春季陜北和陜南增幅相同，關(guān)中最大；夏季關(guān)中和陜南增幅相同，陜北最??；秋季和冬季，陜北和關(guān)中增幅相同，陜南最小。

表1 陜西省不同區(qū)域年和四季平均氣溫的2 個(gè)氣候平均值變化 ℃

年平均氣溫的新舊氣候平均值差異分布（圖1a）顯示，新氣候平均值表現(xiàn)為全省一致增加，其中陜北北部、關(guān)中大部和陜南局部增加0.3～0.7 ℃。此外，新氣候平均值下，陜西省4 個(gè)季節(jié)氣溫均增加，且春季增幅最大，秋季大部增幅最小。春季大部增幅為0.3～0.7 ℃，關(guān)中大部增幅超過0.5 ℃；夏季大部增幅為0.2～0.6 ℃，大值區(qū)位于關(guān)中和陜南；秋季大部增幅為0.1～0.3 ℃，增幅空間差異較?。欢敬蟛吭龇鶠?.2～0.5 ℃，其中榆林增幅最大（圖1b～1e）。

圖1 陜西省年、四季平均氣溫的2 個(gè)氣候平均值變化（a 為年平均，b 為春季，c 為夏季，d 為秋季，e 為冬季；單位：℃）

2.1.2 月平均氣溫

陜西省各月平均氣溫的新30 a 氣候平均值均高于舊30 a 氣候平均值，且月尺度變化與季節(jié)尺度變化基本保持一致。冬春季過渡月（2—4 月）全省氣溫增幅較大，均超過0.5 ℃，其中3 月增幅最大，大部分超過0.7 ℃，陜北和關(guān)中局地超過1.0 ℃。陜北11 月、關(guān)中6—8 月和陜南7—8 月增幅大部為0.3～0.5 ℃，其余月增幅較?。▓D2）。

圖2 陜西省月平均氣溫的兩個(gè)氣候平均值變化（a～l 依次為1—12 月；單位：℃）

月、季、年尺度平均氣溫的2 個(gè)氣候平均值變化顯示，全省一致增溫，但增溫幅度存在明顯的時(shí)空差異。季節(jié)平均氣溫增幅春季最大，月平均氣溫增幅3月最大。年平均氣溫增幅關(guān)中最大（平均0.5 ℃）；季節(jié)平均氣溫增幅春季和夏季關(guān)中最大，秋季空間差異較小，冬季陜北最大；月平均氣溫增幅2—4 月全省分布基本一致且增幅較大（均超過0.5 ℃），5—6月關(guān)中最大，7—8 月關(guān)中和陜南大于陜北，11 月陜北最大，其余月份氣溫增幅較小。

2.2 降水量

2.2.1 年、季節(jié)降水量

陜西省年降水量新30 a 區(qū)域平均值為628.9 mm，相比舊30 a 平均值（634.1 mm）減少0.8%。陜北、關(guān)中、陜南年、四季降水量的新30 a 區(qū)域平均值與舊30 a 差異較大（表2）。年尺度上，陜北增多4.7%，關(guān)中和陜南均減少，分別為-1.9%和-2.2%。春季3 個(gè)區(qū)域降水量均減少，陜北減少最多（-2.5%）；夏季陜北增多5.1%，關(guān)中（-4.8%）和陜南（-5.2%）均減少，且降水量減少幅度均為四季最大；秋季3 個(gè)地區(qū)降水量均增多，陜北增幅最大（8.6%）；冬季陜北增加6.8%，關(guān)中和陜南的2 個(gè)氣候平均值接近（關(guān)中無變化，陜南減少0.7%）。

表2 陜西省不同區(qū)域年和四季降水量的2 個(gè)氣候平均值變化

年降水量的新舊氣候平均值分布（圖3a）顯示，陜西省新氣候平均值的降水距平百分率表現(xiàn)為北正南負(fù)，即新30 a 平均降水量相比舊30 a 呈北多南少特征。陜北大部年降水量增加0.1%～13.4%，其中佳縣（13.4%）和榆林（12.9%）增幅最大，均超過10%；關(guān)中大部和陜南大部降水量減少0.1%～6.1%，其中黃陵（-6.1%）、勉縣（-5.3%）、白水（-5.3%）減少幅度最大，均超過5%。

圖3 陜西省年、四季降水量的2 個(gè)氣候平均值變化（a 為年平均，b 為春季，c 為夏季，d 為秋季，e 為冬季；單位：%）

四季降水量的新舊氣候平均值差值分布（圖3b～3e）顯示，陜西省降水量變化的空間分布可分為2 種類型：第一類為“全省一致型”，包含春、秋和冬季。春季，除府谷、楊凌、涇河、寶雞中部、漢中西南部和安康南部外，其他地區(qū)降水量均減少，其中榆林和延安減少幅度最大，最大橫山為-8.3%。秋季全省降水量除個(gè)別站點(diǎn)外均明顯增加，其中陜北增幅最大，榆林各站（除吳堡為9.2%）均超過10%。冬季，除銅川大部、寶雞北部、漢中南部、商南、白河外，其他地區(qū)降水量增加，且榆林西部增幅最大，最大靖邊為28.6%。第二類為“南北反向型”，包含夏季。夏季陜北降水量明顯增多，其中榆林東部增幅最大，最大佳縣為18.4%；關(guān)中和陜南明顯減少，三原減幅最大（-11.3%）。

2.2.2 月降水量

全省各月新30 a 降水量平均值的變化存在明顯的時(shí)空差異（圖4）。陜北、關(guān)中和陜南區(qū)域降水量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)內(nèi)尺度變化特征，各月降水量變化增減不一致。陜北大部分月份降水量增加，11 月增幅最大（平均為32.7%）；3、5、6 和12 月降水量減少，3 月減幅最大（平均為-20.3%）。關(guān)中1 月、春夏季過渡月（4—6 月）和秋季（9、11 月）降水量增加，11月增幅最大（平均為15.8%），其余月降水量減少，3和12 月減幅較大，平均為-11.3%和-13.2%。陜南冬春季過渡月（2—4 月）、夏季（7、8 月）和12 月降水量減少，12 月減幅最大（平均為-15.7%）；其余月降水量增加，11 月增幅最大（平均為9.7%）。

圖4 陜西省月降水量的2 個(gè)氣候平均值變化（a～l 依次為1—12 月；單位：%）

全省各月降水量變化的空間分布可大致分為3種類型：第一類為“全省一致型”，包括1、3、4、9、11和12 月。其中1、4、9 和11 月除關(guān)中、陜南個(gè)別地區(qū)外，其他地區(qū)降水量一致增加，陜北增幅最大，陜南增幅最小。3 和12 月除陜北、關(guān)中局部地區(qū)外，其他地區(qū)降水量一致減少，3 月陜北減幅最大（平均為-20.3%），12 月陜南減幅最大（平均為-15.7%）。第二類為“南北反向型”，包括2、5、6、7 和8 月。5、6月全省降水量變化表現(xiàn)為南增北減，陜北降水量減少，榆林市減幅最大（5 月橫山最大，為-14.5%，6 月綏德最大，為-22.1%），關(guān)中和陜南增加，楊凌增幅最大（5 月為25.9%，6 月為28.3%）；其余3 個(gè)月表現(xiàn)為北增南減，陜北降水量增加，榆林市增幅最大（2 月吳起最大，為26.3%；7 月佳縣最大，為41.3%；8 月佳縣最大，為18.7%），關(guān)中和陜南減少，2 和8月楊凌減幅最大（分別為-21.8%和-29.8%），7 月鄠邑減幅最大（-15.6%）。第三類為“南北增中間減型”，包括10 月。10 月關(guān)中降水量減少，黃陵減幅最大（-18.7%），陜北和陜南降水量增加，其中陜北區(qū)域增幅最大（最大神木，為22.3%）。

新氣候平均值下，陜西省年、季和月降水量變化的時(shí)空分布較為復(fù)雜。陜北、關(guān)中和陜南區(qū)域降水量均有明顯的季節(jié)內(nèi)尺度變化特征?？臻g上，全省降水量主要呈“南北反向型”和“全省一致型”變化：在月、季和年尺度上，全省降水量變化均表現(xiàn)為北增南減，即陜北降水量增加，關(guān)中和陜南降水量減少，主要體現(xiàn)在夏季（7、8 月）；在季節(jié)尺度上，春季全省除個(gè)別地區(qū)外降水量一致減少，秋季和冬季全省降水量一致增加，秋季增幅最大；在月尺度上，3 和12 月表現(xiàn)為全省一致減少，1、4、9 和11 月表現(xiàn)為全省一致增加。

3 2 個(gè)氣候平均值的差異對氣候評價(jià)業(yè)務(wù)的影響

3.1 平均氣溫、降水量

氣候平均值的改變，會(huì)對氣候評價(jià)業(yè)務(wù)產(chǎn)生一定的影響，尤其是在2 個(gè)氣候平均值差異較大的地區(qū)和時(shí)段。圖2 和圖4 顯示陜西省3 月平均氣溫和11 月降水量新舊30 a 氣候平均值的差值較大，因此以陜西省3 月平均氣溫和11 月降水量為例，分別以舊氣候平均值（平均氣溫為6.9 ℃，降水量為19.0 mm）和新氣候平均值（平均氣溫為7.8 ℃，降水量為21.9 mm）為基準(zhǔn)，根據(jù)現(xiàn)行的月氣候影響評價(jià)氣溫、降水距平的六級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[17]，對1981—2021年的41 a 中3 月平均氣溫和11 月降水量進(jìn)行評價(jià)。

以新30 a 氣候平均值為基準(zhǔn)，陜西省3 月平均氣溫和11 月降水量的評價(jià)結(jié)果發(fā)生顯著的變化（表3 和表4）。平均氣溫特低年由2 a 增加至10 a，特高年由7 a 減少至2 a，偏低、正常略低、正常略高和偏高年份比較接近。由于平均氣溫氣候平均值基準(zhǔn)的增大，平均氣溫的等級整體由偏高向偏低方向調(diào)整。11 月降水量特少年份相同，偏少年由6 a 增加至9 a，正常略少年由4 a 增加至6 a，正常略多年由7 a減少至6 a，偏多年由6 a 減少至4 a，特多年由8 a 減少至6 a，由于降水量氣候平均值基準(zhǔn)的增大，降水量的等級整體由偏多向偏少方向調(diào)整。

表3 2 個(gè)氣候均值基準(zhǔn)下陜西省3 月平均氣溫的評價(jià)對比

表4 2 個(gè)氣候均值基準(zhǔn)下陜西省11 月降水量的評價(jià)對比

3.2 冷、暖冬等級

以新30 a 氣候平均值為基準(zhǔn)，陜西省冬季區(qū)域等級也發(fā)生一定變化。根據(jù)現(xiàn)行業(yè)務(wù)中暖冬、冷冬等級的國家標(biāo)準(zhǔn)[18-19]，區(qū)域弱暖冬年由10 a 減少至6 a，區(qū)域強(qiáng)冷冬年由4 a 增加至8 a（表5）。1981—2021年，冬季區(qū)域等級有12 a 發(fā)生變化，其中由區(qū)域弱暖冬調(diào)整為區(qū)域正常、區(qū)域正常調(diào)整為區(qū)域弱冷冬、區(qū)域弱冷冬調(diào)整為區(qū)域強(qiáng)冷冬的年各有4 a。由于各站點(diǎn)冬季平均氣溫氣候平均值基準(zhǔn)的增大，冬季區(qū)域等級指數(shù)減小，暖冬年減少，冷冬年增加。

表5 2 個(gè)氣候均值基準(zhǔn)下陜西省冬季區(qū)域等級評價(jià)對比

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

利用陜西99 個(gè)國家氣象站點(diǎn)1981—2021 年平均氣溫、降水量的月、季、年平均資料，對氣溫、降水要素在1991—2020 和1981—2010 年2 個(gè)氣候平均值下的變化進(jìn)行定性、定量考察，進(jìn)一步討論氣候平均值的改變對陜西氣候評價(jià)業(yè)務(wù)的影響，得出如下結(jié)論：

（1）新氣候平均值下，陜西省氣溫區(qū)域平均值增加（0.4 ℃），春季增幅最大（0.5 ℃）。年、季、月平均氣溫空間分布均表現(xiàn)為全省一致增加，但各區(qū)域增幅存在一定差異。年尺度上，平均增幅為關(guān)中（0.5 ℃）＞陜北（0.4 ℃）＞陜南（0.3 ℃）；季節(jié)尺度上，陜北、關(guān)中、陜南3 個(gè)區(qū)域春季氣溫增幅同為四季最大，大部分地區(qū)秋季增幅最?。辉鲁叨壬?，2—4 月全省氣溫變化基本一致且增幅較大（均超過0.5 ℃），其中3月增幅最大（關(guān)中、陜南局部超過1.0 ℃），5—8 月和11 月氣溫增幅南北差異較大，其余月全省增幅較小。

（2）新30 a 降水量區(qū)域平均值為628.9 mm，相比舊30 a 減少0.8%。年、季、月降水量在新氣候平均值下的變化表現(xiàn)出較大的空間、時(shí)間差異。陜北、關(guān)中和陜南區(qū)域降水量均有明顯的季節(jié)內(nèi)尺度變化特征，各月降水量變化增減不一致?？臻g上，全省降水量主要呈“南北反向型”和“全省一致型”變化：年降水量及夏季（7—8 月）降水量變化的空間分布為陜北增加，關(guān)中和陜南減少；春季全省降水量一致減少（集中體現(xiàn)在3 月，陜北減幅最大，平均為-20.3%），秋季和冬季全省降水量一致增加，其中秋季增幅最大（集中體現(xiàn)在11 月）。

（3）基于氣候平均值的改變，氣候評價(jià)業(yè)務(wù)中的評價(jià)結(jié)果發(fā)生一定變化，尤其在2 個(gè)氣候平均值差異較大的區(qū)域和時(shí)段。新氣候平均值下，陜西省3 月平均氣溫等級由偏高向偏低方向調(diào)整，11 月降水等級整體由偏多向偏少方向調(diào)整。此外，冬季區(qū)域等級評價(jià)結(jié)果中，暖冬年減少，冷冬年增加。在新氣候平均值替換舊氣候平均值后，氣溫等級、降水等級和季節(jié)等級等氣候評價(jià)結(jié)果需要重新考慮。

4.2 討論

本文重點(diǎn)討論了新氣候平均值下陜西省氣溫、降水相對于舊氣候平均值的差異及對氣候評價(jià)業(yè)務(wù)的影響，有助于提升陜西省氣候評價(jià)業(yè)務(wù)水平以及提高全球變暖背景下對陜西省氣候變化的認(rèn)識。但氣候平均值的更替對氣候業(yè)務(wù)的影響范圍甚廣，雷向杰等[5]指出氣候平均值的更替對陜西風(fēng)速、日照等也產(chǎn)生較大影響，有必要對陜西氣候業(yè)務(wù)涉及的要素變化進(jìn)行更加全面的探討。晏紅明等[20]指出采用1991—2020 年氣候平均值后，對流層500 hPa 大氣環(huán)流、太平洋海溫和季風(fēng)強(qiáng)度等產(chǎn)生較大變化。中高緯度大氣環(huán)流及海溫變化是影響氣候預(yù)測的關(guān)鍵因子，二者在新舊氣候平均值更替時(shí)發(fā)生的改變必然對氣候預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生一定影響，在新舊氣候平均值更替之際，影響陜西氣候預(yù)測業(yè)務(wù)的環(huán)流因子的變化及其對氣候預(yù)測業(yè)務(wù)的影響亟待進(jìn)一步探究。