新、舊氣候態(tài)的差異及其對(duì)新疆氣候評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)的影響

張婧莉，吳秀蘭，姚俊強(qiáng)，李 娜，曹 萌

（1.新疆氣候中心，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；3.哈密市氣象局，新疆 哈密 839000）

世界氣象組織（WMO）規(guī)定，氣象要素和氣候變量的氣候平均值是其最近三個(gè)整年代的平均值或統(tǒng)計(jì)值，需每隔10 a 進(jìn)行一次更新[1]。為保證與國(guó)際氣候業(yè)務(wù)工作一致，中國(guó)氣象局規(guī)定自2022 年1 月1日起，中國(guó)各級(jí)氣象部門在氣候業(yè)務(wù)中使用1991—2020 年新氣候態(tài)，替換1981—2010 年舊氣候態(tài)。

在全球變暖的大背景下，氣候變化問題日益突出，前人研究已指出作為氣候分析中的基準(zhǔn)氣候條件，氣候態(tài)在不斷地改變，由于氣候平均值的改變致使所表征的變量距平也發(fā)生變化，從而對(duì)氣候業(yè)務(wù)等造成一定影響[2]。林婧婧等[3]研究指出，總體上不同時(shí)期中國(guó)氣溫隨時(shí)間推移表現(xiàn)出增溫趨勢(shì)且增幅不斷增大，降水也呈增多態(tài)勢(shì)，不同氣候態(tài)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)評(píng)價(jià)氣溫、降水等要素及相關(guān)極端高值或低值出現(xiàn)的概率等具有不同程度的影響。晏紅明等[4]指出，氣候態(tài)變化對(duì)中國(guó)不同氣象要素影響不同，總體上氣溫影響比降水更突出，冬半年氣溫影響大于夏半年，降水影響集中在春季和秋季。對(duì)于不同區(qū)域不同氣候態(tài)下氣候的變化特征則各有差異。東北大部分地區(qū)1981—2010 年所表征的氣候較1971—2000 年偏暖、偏濕，氣候態(tài)的改變?cè)谝欢ǔ潭壬嫌绊懥藰O端事件、冷暖冬事件及ENSO 事件等的評(píng)估[5-6]。對(duì)于西南地區(qū)來說，大部分地區(qū)1981—2010 年較1971—2000 年更暖、更干，氣候態(tài)的更替對(duì)該區(qū)域冬季氣溫、汛期降水的評(píng)價(jià)影響較大[7-8]。西北地區(qū)氣候呈暖濕趨勢(shì)發(fā)展[9-12]，不同氣候態(tài)隨時(shí)間推移呈一致增溫特征。

近30 年來，新疆氣候暖濕化趨勢(shì)明顯，變暖程度逐漸增強(qiáng)[13]，1981—2010 年所表征的氣候較1971—2000 年偏暖、偏濕，影響了新疆的冷暖冬等事件評(píng)估[14]。前人研究成果多集中于1981—2010 年及之前時(shí)段的氣候平均值。對(duì)于國(guó)家最新啟用的1991—2020 年氣候平均值，尚未有針對(duì)新疆區(qū)域的研究，本文重點(diǎn)討論采用新氣候態(tài)后新疆不同區(qū)域氣溫、降水的變化及其對(duì)新疆氣候評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)的影響，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)新疆氣候變化的規(guī)律，更好地為新疆氣候業(yè)務(wù)和決策服務(wù)工作提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

為與新疆氣候評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)接軌，選用新疆100 個(gè)國(guó)家氣象站點(diǎn)的逐日平均氣溫及降水量資料，其中北疆37 站、天山山區(qū)14 站、南疆38 站的平均值分別作為北疆、天山山區(qū)、南疆區(qū)域的值（圖1），從時(shí)間和空間尺度上進(jìn)行氣候平均值變化特征分析。文中數(shù)據(jù)來源于新疆氣象信息中心，經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量審核。

圖1 北疆、天山山區(qū)、南疆代表氣象站點(diǎn)分布及海拔高度

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、舊氣候態(tài)的差值用新平均值減去舊平均值的距平（ΔT）表示，降水量新、舊氣候態(tài)的差值用新平均值相對(duì)于舊平均值的距平百分率（ΔP）表示，將1981—2010 年的平均氣溫記為T1，降水量的平均值為P1，1991—2020 年的平均氣溫記為T2，降水量的平均值為P2，則：

文中利用u 檢驗(yàn)[15]診斷新氣候態(tài)與舊氣候態(tài)氣象要素均值之間是否具有顯著性差異。u 檢驗(yàn)是檢驗(yàn)氣候穩(wěn)定性常用的方法之一，可用于檢驗(yàn)?zāi)车貐^(qū)的氣候狀況是否穩(wěn)定，也可用于檢驗(yàn)不同地區(qū)氣候變化是否存在顯著性差異，其統(tǒng)計(jì)量u 的計(jì)算公式為：

2 新、舊氣候態(tài)下氣溫、降水差異

2.1 氣溫

2.1.1 年平均氣溫

新氣候態(tài)下，新疆區(qū)域年平均氣溫為8.5 ℃，相比舊氣候態(tài)平均值增加0.3 ℃。北疆、天山山區(qū)及南疆新氣候態(tài)平均值均高于舊氣候態(tài)，且增幅均為0.3 ℃（表1）。年平均氣溫的新、舊氣候態(tài)差值分布顯示（圖2a），全疆僅庫(kù)車、柯坪站年平均氣溫減小，其余大部地區(qū)顯著增溫0.2～0.4 ℃，其中伊犁州西部、阿勒泰東部、哈密市北部及和田南部區(qū)域顯著增溫0.4～0.6 ℃，霍爾果斯和巴里坤增幅最大，為0.7 ℃。在年尺度，新氣候態(tài)氣溫平均值的升高導(dǎo)致氣溫距平下降，因此基于舊氣候態(tài)下的偏暖年發(fā)生了變化。

表1 新疆不同區(qū)域年和四季平均氣溫新、舊平均值變化 ℃

圖2 新疆年（a）及春季（b）、夏季（c）、秋季（d）、冬季（e）平均氣溫新、舊氣候態(tài)差值分布（單位：℃）

2.1.2 季平均氣溫

全疆四季平均氣溫的新、舊氣候態(tài)差值顯示出一致增溫特征（表1），春季增幅最為明顯（0.6 ℃），夏、秋季次之（0.3 ℃），冬季增幅最?。?.2 ℃），北疆、天山山區(qū)及南疆均為春季增幅最大。春季北疆增溫幅度大于天山山區(qū)和南疆；夏季和冬季各分區(qū)增幅均一致；秋季南疆增幅最大，北疆和天山山區(qū)增幅一致。

新疆季平均氣溫的新、舊氣候態(tài)差值分布表現(xiàn)為：春季全疆呈一致增溫特點(diǎn)，夏、秋、冬季除個(gè)別地區(qū)下降外，其他地區(qū)均升高，但各季升溫幅度有差異，新春季增幅最大，冬季增幅最?。▓D2b～2e）。春季全疆大部顯著增溫0.4～0.8 ℃，北疆、吐魯番和哈密增幅超過0.6 ℃；夏季全疆大部增溫0.2～0.6 ℃，伊犁州、阿勒泰東部、哈密及巴州南部等地顯著增溫0.4～0.6 ℃，減小的地區(qū)為阿克蘇的柯坪、庫(kù)車，巴州的巴侖臺(tái)，克州的阿圖什，減幅為0.1～0.4 ℃；秋季大部增幅為0.2～0.6 ℃，喀什和和田大部增溫顯著，增幅為0.4～0.6 ℃，減小的地區(qū)為阿克蘇的柯坪、庫(kù)車，巴州的若羌，減幅為0.1～0.4 ℃；冬季大部增幅為0.1～0.4 ℃，塔什庫(kù)爾干增幅（0.9 ℃）最大，減小的地區(qū)主要分布在北疆、阿克蘇、巴州及哈密的個(gè)別地區(qū)，減幅為0.1～0.4 ℃。

2.1.3 月平均氣溫

在新氣候態(tài)下，全疆月平均氣溫僅有北疆和南疆的1 月、天山山區(qū)的1 和12 月減小，其余各月均為增加，但各月增幅差異較大，各區(qū)域同一月份增幅也存在差異。北疆各月增幅在0.1～1.0 ℃，其中4 月增幅（1.0 ℃）最大，其次為3 月（0.9 ℃），12 月無變化，其余各月增幅在0.1～0.5 ℃；天山山區(qū)各月增幅在0.2～0.8 ℃，3 月增幅（0.9 ℃）最大，4 月（0.7 ℃）次之，其余各月在0.2～0.5 ℃；南疆各月增幅在0.2～0.7 ℃，3、4 月增幅最大，其余各月在0.2～0.3 ℃?？傮w來說，各區(qū)域增幅最大的月份均為3 和4 月，其次為冬春季過渡月（2 月）和春夏季過渡月（6 月），各區(qū)域僅天山山區(qū)和南疆4 月新、舊氣候態(tài)差異通過顯著性檢驗(yàn)（圖3）。

圖3 不同區(qū)域新、舊氣候態(tài)的氣溫距平逐月變化

總體上，新氣候態(tài)平均值相比舊氣候態(tài)平均值是增大的，全疆各月新、舊氣候態(tài)差值的空間分布型大致可分為3 種類型：

第一類為全疆一致增加型，包括2—4 月。全疆新平均值均增加且增加幅度較大，北疆增幅在0.4～1.3 ℃，南疆為0.2～1.0 ℃。3、4 月增幅大于2 月，4 月增幅最大，尤其在北疆大部、吐魯番、哈密等地，增幅在1.0 ℃以上。

第二類為全疆大部增加型，包括5—12 月。全疆大部分地區(qū)氣溫上升，增幅普遍在0.2～0.6 ℃，下降的區(qū)域主要集中在阿克蘇西部和東部、巴州北部和南部。

第三類為全疆大部減少型，僅在1 月。全疆僅伊犁州、阿勒泰、克州、喀什、和田和哈密等地的個(gè)別地區(qū)增加0.1～0.8 ℃，其余地區(qū)均為減少，且北疆減幅大于南疆，北疆大部減幅在0.2～0.7 ℃，南疆大部減幅在0.1～0.4 ℃。

2.2 降水

2.2.1 年平均降水量

新氣候態(tài)下，新疆區(qū)域年平均降水量為177.3 mm，相比舊氣候態(tài)平均值增加4%（表2），北疆、天山山區(qū)及南疆均為增多，天山山區(qū)增幅（5.0%）最大，南疆次之（4.4%），北疆最?。?.1%）。年降水量新、舊氣候態(tài)的差值百分率分布（圖4a）顯示，北疆大部、南疆西部、巴州北部和哈密年降水量增加0.1%～20%，其中阿克蘇西部、克州、喀什、和田西部增加10%～20%；減少的區(qū)域在昌吉州西部、阿克蘇東部、巴州及吐魯番大部，減幅為0.1%～10%。各地年降水量新、舊氣候態(tài)的差值百分率變化均不顯著。

表2 新疆不同區(qū)域年和四季降水量新、舊平均值變化

圖4 新疆年（a）及春季（b）、夏季（c）、秋季（d）、冬季（e）降水量新、舊氣候態(tài)的差值百分率分布（單位：%）

2.2.2 季平均降水量

在新氣候態(tài)下，新疆4 個(gè)季節(jié)降水量均增多，冬季增幅（7.0%）最大，秋季最?。?.5%），其中，北疆、天山山區(qū)四季均為增多，南疆春季減少，其他3 個(gè)季節(jié)均為增多，增多特征不顯著。春季天山山區(qū)增幅大于北疆，南疆略減少；夏季天山山區(qū)增幅大于北疆和南疆；秋季南疆增幅大于北疆和天山山區(qū)，且各分區(qū)增幅相差不大；冬季南疆增幅最大，北疆和天山山區(qū)增幅相近。對(duì)于同一區(qū)域，各分區(qū)均呈現(xiàn)冬季增幅最大，秋季最小的特征，天山山區(qū)的氣候平均值增幅大于南疆和北疆，變化均較平緩。

從各季節(jié)新、舊氣候態(tài)的差值百分率分布（圖4b～4e）可知，在新氣候態(tài)下，各季節(jié)整體表現(xiàn)為全疆大部降水增多，但區(qū)域分布存在較大差異。春季全疆大部增幅普遍在10%以下，克州、喀什及和田的部分區(qū)域增幅為10%～20%，平均值相對(duì)減少的區(qū)域主要分布在塔城北部、阿克蘇、和田東部、巴州南部和哈密北部，減幅為0.1%～20%；夏季全疆大部增幅在20%以下，南疆西部增幅為10%～20%，減小的區(qū)域?yàn)樗悄喜恐敛鞑?，阿克蘇東部經(jīng)巴州南部至吐魯番一帶，減幅均在10%以下；秋季北疆西部和北部、南疆西部增幅在0.1%～20%，阿克蘇西部、和田東部增幅在30%以上，減小的區(qū)域?yàn)樗悄喜恐敛菀粠?、阿克蘇東部、巴州及東疆，減幅為0.1%～20%；冬季全疆除個(gè)別地區(qū)減少外，大部分區(qū)域降水增加，昌吉州東部、南疆西部、巴州南部、吐魯番增幅為10%，尤其巴州南部和吐魯番，增幅在30%以上。

2.2.3 月平均降水量

全疆各月降水量平均值的變化存在明顯的時(shí)空差異。時(shí)間上，北疆、天山山區(qū)和南疆區(qū)域降水量呈明顯的季節(jié)內(nèi)尺度變化特征，各月降水量增減幅度不一致（圖5）。北疆大部分月降水增加，8 月增幅（15.8%）最大，3、5、7、10 月減少，減幅均在6%以下；天山山區(qū)3、9、10 月降水量減少，減幅均在5%以下，其余月降水量增加，11 月增幅（14.5%）最大；南疆3、4、7、10 月減少，減幅為3.7%～20.8%，3 月減幅最大，其余各月增幅在2.9%～28.3%，11 月增幅最大。總體而言，南疆各月增減幅度變化較大，北疆和天山山區(qū)較小，且變化幅度均未通過顯著性檢驗(yàn)。

圖5 不同區(qū)域新、舊氣候態(tài)的降水差值百分率逐月變化

空間分布上，全疆各月降水量變化大致可分為以下3 種類型：

第一類為全疆大部增加型，包括1、2、4、6、8、11、12 月。除個(gè)別地區(qū)減小外，全疆降水量一致增加，但增幅差異較大，南疆增幅普遍大于北疆。其中2、11、12 月增幅較大，在30%～100%，個(gè)別區(qū)域甚至達(dá)100%以上，1、6、8 月增幅次之，增幅在0.1%～60%。減小的區(qū)域在不同月份的分布也有明顯變化，11、12 月減小區(qū)域較小且分散在全疆，其余5 個(gè)月則相對(duì)集中、連片，其中1、2、6 月集中于天山南北兩側(cè)，4、8 月集中于塔里木盆地中部和南疆西部山區(qū)，減幅均≤20%。

第二類為全疆大部減少型，包括3、7、10 月。全疆大部分區(qū)域新平均值比舊平均值小，塔里木盆地減幅較大，在20%～50%，北疆減幅較小，為0.1%～10%。增加的區(qū)域分散在北疆北部、南疆西部和巴州南部區(qū)域，增幅為0.1%～20%，個(gè)別地區(qū)增幅≥20%。

第三類為北疆大部減少南疆部分增加型，包含5、9 月。北疆大部減幅在10%～20%，僅在博州以東的天山山區(qū)及巴州北部的部分區(qū)域增加，增幅為0.1%～20%；南疆增加的區(qū)域集中在南疆西部，增幅為10%～77%，其余地區(qū)均為減小，減幅為10%～30%。

3 氣候平均值更替對(duì)氣候評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)的影響

3.1 平均氣溫、降水量

氣候態(tài)更替對(duì)新疆氣候影響評(píng)價(jià)造成一定影響，尤其對(duì)于新、舊氣候態(tài)差異較大的地區(qū)和時(shí)段。以北疆3 月平均氣溫為例，分別以舊平均值-0.5 ℃和新平均值0.4 ℃為基準(zhǔn)，根據(jù)現(xiàn)行的月氣候影響評(píng)價(jià)中氣溫距平的6 級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)1961—2021 年的共61 a 中3 月平均氣溫進(jìn)行評(píng)價(jià)（表3），結(jié)果表明：新平均值替換舊平均值后，北疆3 月氣溫的評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)生了顯著變化，特低年份由17 a 增加到23 a，略高年份由10 a 減少到7 a，特高年份由14 a 減少到9 a，偏高年份減少了1 a，略低年份增加了3 a，偏低年份保持不變。由于平均氣溫氣候平均值基準(zhǔn)的增大，平均氣溫的等級(jí)整體由正距平向負(fù)距平方向調(diào)整。

表3 兩個(gè)氣候平均值基準(zhǔn)下北疆3 月氣溫的評(píng)價(jià)對(duì)比

同樣對(duì)降水進(jìn)行評(píng)價(jià)，以南疆11 月降水為例，分別以舊平均值1.3 mm 和新平均值1.7 mm 為基準(zhǔn)，參照現(xiàn)行的月氣候影響評(píng)價(jià)中降水距平百分率的六級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)1961—2021 年的61 a 中11 月降水進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：平均值改變后，南疆11 月降水的評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)生了明顯變化，特少年份由30 a增加到35 a，偏多年份由1 a 增加到2 a，特多年份由14 a 減少到11 a，略多年份由3 a 減少到1 a，略少年份由4 a 減少到3 a，偏少年份保持不變，與氣溫類似，降水等級(jí)整體由正距平百分率向負(fù)距平百分率調(diào)整。

3.2 冷、暖冬事件

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《暖冬等級(jí)》（GB/T 21983—2020）和《冷冬等級(jí)》（GB/T 33675—2017）的定義，使用不同時(shí)期平均氣溫氣候態(tài)的±0.43 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差挑選1981—2021 年新疆冬季暖冬和冷冬事件年（圖6）。以舊氣候態(tài)平均值為基準(zhǔn)的暖冬年和冷冬年分別為15和11 a，以新氣候態(tài)平均值為基準(zhǔn)的暖冬和冷冬年分別為14 和13 a，即新、舊氣候態(tài)的更替使暖冬年減少、冷冬年增多?？梢妼?duì)于近幾十年來新疆暖冬、冷冬事件需要重新進(jìn)行評(píng)估。

圖6 1981—2021 年新疆冬季平均氣溫的變化以及冷、暖冬年份的劃分

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

本文重點(diǎn)討論了1991—2020 年與1981—2010年新疆氣溫、降水氣候平均值的差異及對(duì)氣候評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)的影響，有助于提升新疆氣候評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)水平以及提高全球變暖背景下對(duì)新疆氣候變化的認(rèn)識(shí)。氣候平均值的變化過程非常復(fù)雜，自20 世紀(jì)70 年代以來，全球表面溫度保持迅速上升趨勢(shì)，而自2000年左右，全球表面溫度的上升趨勢(shì)開始減弱，甚至停滯，顯著上升趨勢(shì)明顯減弱，增溫停滯現(xiàn)象于2013—2014 年結(jié)束[16-17]。我國(guó)1951—2020 年不同時(shí)段氣候態(tài)下的氣溫平均值變化趨勢(shì)與全球變暖趨勢(shì)一致[4]，尤其是在1971—2000 年到1981—2010 年的上升趨勢(shì)顯著。通過對(duì)比分析新疆1971—2020 年3個(gè)不同時(shí)段的氣溫氣候平均值發(fā)現(xiàn)[14]與全國(guó)氣溫平均值的變化存在同樣的情況，每次新的氣候態(tài)均會(huì)使得氣溫距平減小，表現(xiàn)為氣候變暖趨勢(shì)減緩特征。

全球氣候變暖的影響是多方面的，每30 a 氣候平均值的改變對(duì)氣候業(yè)務(wù)的影響范圍甚廣，本文僅分析了氣候平均值更替對(duì)氣溫、降水的影響，而對(duì)于最高氣溫、最低氣溫、日照、大氣環(huán)流、海溫等因子的影響還有待進(jìn)一步研究。

4.2 結(jié)論

（1）新氣候態(tài)下，北疆、天山山區(qū)、南疆年和季氣溫的新平均值比舊平均值均增加，各區(qū)域年氣溫增幅均為0.3 ℃，但季氣溫增幅存在一定差異。各區(qū)域春季氣溫增幅最大、冬季最小。月氣溫，北疆和南疆1 月減小、天山山區(qū)1 和12 月減小，其余各月上升，不同區(qū)域升幅差異較大，升幅最大的月份均為3 和4 月，其次為冬春季過渡月（2 月）和春夏季過渡月（6月），5—10 月升幅普遍較小。各月新、舊平均值差值分布可分為全疆一致增加型（2、3、4 月）、全疆大部增加型（5—12 月）、全疆大部減少型（1 月）。

（2）新氣候態(tài)下，新疆降水量區(qū)域平均值為177.3 mm，相比舊氣候態(tài)平均值增加4%。年、季、月降水量變化表現(xiàn)出較大的時(shí)間、空間差異。年降水量增幅，天山山區(qū)＞南疆＞北疆。季降水量，全疆大部區(qū)域增加，少數(shù)區(qū)域減少，冬季增幅最明顯，秋季最小，天山山區(qū)四季變化較北疆和南疆更顯著。月降水量，北疆3、5、7、10 月減少，天山山區(qū)3、9、10 月減少，南疆3、4、7、10 月減少，其余各月均增加，南疆各月增幅變化較明顯。各月新、舊平均值差值分布可分為全疆大部增加型（1、2、4、6、8、11、12 月）、全疆大部減少型（3、7、10 月）和北疆大部減少南疆部分增加型（5、9 月）。

（3）氣候態(tài)更替對(duì)新疆氣候影響評(píng)價(jià)造成一定影響，尤其對(duì)于新舊氣候態(tài)差異較大的地區(qū)和時(shí)段。氣候平均值更替后，氣溫距平和降水距平百分率偏高的特征將弱化，等級(jí)整體由正距平向負(fù)距平調(diào)整，基于舊氣候態(tài)的氣溫等級(jí)、降水等級(jí)及冷暖冬年份等也需重新評(píng)估。