鄂爾多斯市烏審旗1960—2023年氣溫變化分析

摘 要：為研討烏審旗氣溫的時空變化特征，分析烏審旗1960—2023年的氣溫數(shù)據(jù)，利用氣候趨勢系數(shù)分析方法、Morlet小波分析和M-K突變分析等方法，對烏審旗64年年平均、四季平均氣溫等進行探究，分析烏審旗的空間分布特征和各時間域內(nèi)氣溫的周期變化和驟變時間點。結(jié)果表明：烏審旗64年平均氣溫為7.84 ℃，總體呈現(xiàn)上升趨勢，以0.522 ℃/10年的趨勢升高。在時間上，烏審旗持續(xù)升溫狀態(tài)在1995—1996年加速，四季的升溫速率排序為：冬＞春＞秋＞夏。在小波分析圖中，烏審旗年平均氣溫在32～33年和50年時間尺度上均存有明顯的周期變化。在空間上，日平均氣溫多年均值整體上呈現(xiàn)出由嘎魯圖鎮(zhèn)向周邊地區(qū)遞減的趨勢，日最低氣溫多年均值分布形態(tài)與其相似。多年極端最高氣溫在2021年的7月9日出現(xiàn)最多，多年極端最低氣溫在2021年的1月7日出現(xiàn)最多。

關鍵詞：烏審旗；氣溫變化；時空變化特征

中圖分類號：P467 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

當下，氣候變化已成為全球關注的焦點之一，全球變暖引起了各國專家學者和政府有關部門的關注。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會研究證實：近100年來，全球平均地表溫度上升0.74 ℃，從20世紀90年代開始，全球地表溫度加速增長。

內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗地處4萬多 km2的毛烏素沙地腹地，黃河一級支流無定河穿流而過。隨著時間遷移，全球變暖，烏審旗的生態(tài)也隨氣溫發(fā)生變化。因此，研討烏審旗氣溫的時空變化特征，了解毛烏素沙地氣候變化規(guī)律，為進一步應對氣候變化具有十分重要的意義。

1 資料選取和統(tǒng)計方法

1.1 資料來源

時間變化特征分析選取1960—2023年烏審旗國家氣象站點的日氣溫數(shù)據(jù)，空間變化特征選取2018—2023年烏審旗14個氣象站的日平均、日最高、日最低氣溫數(shù)據(jù)。研究區(qū)域四季劃分采用氣象季節(jié)劃分法，即春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月至翌年2月。

1.2 分析方法

利用氣候趨勢系數(shù)分析法、Morlet小波分析法、Mann-Kendall突變分析法進行氣溫時間變化分析，用反距離權(quán)重法，進行空間數(shù)據(jù)分析。

2 1960—2023年烏審旗氣溫時空變化特征

2.1 時間變化特征

2.1.1 年平均氣溫的時間變化特征

1960—2023年烏審旗平均氣溫為7.84 ℃，烏審旗全旗年平均氣溫整體呈上升趨勢，趨勢變化率達0.522 ℃/10年（圖1）。從1997年開始，年平均氣溫一直都保持在平均值之上。氣候變化國家評估報告顯示，1951—2000年我國各地年平均日最低氣溫均呈現(xiàn)出增溫趨勢，全國增溫趨勢率為0.28 ℃/10年，不同的地區(qū)具有不同的升溫趨勢[1]。例如，新疆（0.488 ℃/10年）、長江三角洲地區(qū)（0.33 ℃/10年）、南京（0.22 ℃/10年）、華中地區(qū)（0.203 ℃/10年）、呼和浩特（0.07 ℃/10年）均可看出烏審旗的升溫趨勢較其他地區(qū)更迅速。

用Mann-Kendall法對1960—2023年烏審旗平均氣溫進行突變檢驗。由圖2可知，除了1961—1964年和1967—1972年，UF值＜0，平均氣溫在這個時段呈降溫趨勢，其他時段UF值＞0，平均氣溫呈上升趨勢，表明開始持續(xù)升溫，并在1982—1983年和1989年后超過Uα=1.96（α=0.05）信度線，平均氣溫顯著增加。UF和UB相交于1995—1996年，交點位于置信區(qū)間之外，說明在1995—1996年發(fā)生平均氣溫暖性突變，且突變顯著。

2.1.2 季平均的時間變化特征

1960—2023年烏審旗四季年際波動均較大，但整體上呈上升趨勢，升溫速率冬＞春＞秋＞夏（表1）。

由烏審旗四季平均氣溫M-K突變檢驗可知，春季，烏審旗多數(shù)時段UF數(shù)值＞0，呈現(xiàn)升溫態(tài)勢，UF和UB曲線在2000年相交且超過0.05信度線，檢測到明顯的突變趨勢（圖3a）。夏季，1972—1987、1990—2023年氣溫為上升趨勢，UF線和UB線在信度線之間相交于1997年，雖然存在交點，但并不能檢測到明顯的突變趨勢（圖3b）。秋季，1962—1964、1966—1974年烏審旗秋季平均氣溫UF數(shù)值＜0，呈現(xiàn)降溫的狀態(tài)，其他時段均為升溫趨勢，UF線和UB相交于1996—1997年，交點位于置信區(qū)間之外，說明在1996—1997年秋季烏審旗平均氣溫發(fā)生暖性突變，且突變顯著（圖3c）。冬季，1960—1978年烏審旗平均氣溫UF數(shù)值＜0，呈現(xiàn)降溫態(tài)勢，1979開始UF數(shù)值＞0，呈現(xiàn)升溫態(tài)勢，UF線和UB線在置信區(qū)間外相交于1992年，說明1992年冬季烏審旗平均氣溫發(fā)生明顯暖性突變現(xiàn)象（圖3d）。

2.2 氣溫變化小波分析

從烏審旗年平均氣溫小波分析及小波方差圖（圖4）可以看出[2-5]，1960—2023年烏審旗年平均氣溫在不同尺度的周期震蕩和突變。烏審旗的小波方差最大值出現(xiàn)在32～33年附近，50年附近的時間范圍對應次峰值，第三峰值的時間范圍在12年附近。烏審旗年平均氣溫在32～33年和50年的時間尺度下震蕩十分明顯，在32～33年時間尺度上以“冷—暖—冷—暖—冷—暖”的周期變換著；在50年尺度上存在著“冷—暖—冷—暖”交替的階段。

2.3 空間分布特征

2.3.1 多年平均氣溫的空間分布特征

從2018—2023年烏審旗日平均氣溫多年均值空間分布圖（圖5）可以得出，烏審旗地區(qū)日均溫度在5.4～10.3 ℃，日平均氣溫最高的地區(qū)在呼和陶勒蓋，為10.3 ℃；其次是嘎魯圖鎮(zhèn)，日平均溫度達到9.6 ℃；日平均氣溫最低的地區(qū)位于烏審旗東偏北的呼吉爾特，為5.5 ℃，較氣溫最高地區(qū)相差4.8 ℃。

在烏審旗日平均氣溫空間分布形態(tài)上，氣溫呈現(xiàn)出由嘎魯圖鎮(zhèn)向周邊地區(qū)遞減的趨勢，中部日平均氣溫最高，東北部最低。

2.3.2 多年平均最高氣溫的空間分布特征

2018—2023年烏審旗日最高氣溫多年均值空間分布（圖6）顯示，溫度值最高點出現(xiàn)在河南站，其次是呼和陶勒蓋站，溫度分別為17.1和17.0 ℃；最低溫度值位于圖克鎮(zhèn)的呼吉爾特氣象站，日最高氣溫多年均值為13.6 ℃，與河南站相差3.5 ℃。

從整體分布形態(tài)上看，烏審旗地區(qū)日最高氣溫多年均值呈現(xiàn)由西、南向東北逐漸增高的趨勢。

2.3.3 多年平均最低氣溫的空間分布特征

2018—2023年烏審旗日最低氣溫多年均值在-1.7～4.1 ℃，除呼吉爾特日最低氣溫多年均值為-1.7 ℃外，其余地區(qū)溫度均在0 ℃以上；其中，日最低氣溫多年均值較高排名前二的站點均位于嘎魯圖鎮(zhèn)，分別為呼和陶勒蓋站、嘎魯圖鎮(zhèn)站，對應溫度分別為4.1、4.0 ℃（圖7）。

從整體分布形態(tài)上看，烏審旗日最低氣溫多年均值呈現(xiàn)出中部地區(qū)向周圍地區(qū)遞減的趨勢，分布形態(tài)與烏審旗日平均氣溫多年均值空間分布圖相似。

3 極端最低氣溫的空間分布特征

3.1 多年極端日最高氣溫的空間分布特征

多年極端日最高氣溫是指在2018—2023年烏審旗每一站點中選取一個極端最高的日最高氣溫。目的是了解烏審旗僅6年所存在的最炎熱程度，故這些數(shù)據(jù)可能屬于不同年份。

烏審旗多年極端最高氣溫整體上呈現(xiàn)出西高東低的形態(tài)，溫度最高地區(qū)是位于烏審旗嘎魯圖鎮(zhèn)的呼和陶勒蓋站，為39.7 ℃（2021年7月9日），其次是烏審旗北部烏審召鎮(zhèn)的浩勒報吉站，為39.5 ℃（2021年7月9日）；溫度最低地區(qū)是烏蘭陶勒蓋鎮(zhèn)的烏蘭陶勒蓋站，為36.4℃（2022年6月16日）（圖8）。

統(tǒng)計分析可知，在6年極端日最低氣溫中，共有4個高于38.0 ℃的氣象站，其極端日最高溫度有10個站出現(xiàn)的日期在2021年的7月9日，其次為2022年6月16日。

3.2 多年極端日最低氣溫分析

多年極端日最低氣溫是指在烏審旗2018—2023年6年每一個站中，選取一個極端最低的日最低氣溫。目的是了解烏審旗近6年所存在的最寒冷程度，故這些數(shù)據(jù)可能屬于不同年份。

烏審旗多年極端最低氣溫整體上呈現(xiàn)出由中部地區(qū)向周邊地區(qū)遞減的趨勢，溫度最低的地區(qū)位于烏審旗的東北部（圖9）：圖克鎮(zhèn)的呼吉爾特氣象站，為-34.4 ℃（2023年12月21日）；溫度最高的地區(qū)位于嘎魯圖鎮(zhèn)站，為-26.5 ℃（2021年1月7日）。

數(shù)據(jù)分析可知，在烏審旗14個站多年極端日最低氣溫中，共有8個低于-30 ℃的氣象站，無定河站極端最低氣溫（-30.3 ℃）近6年出現(xiàn)2次，其極端日最低溫度分布的規(guī)律有跡可循。其中，有8個站在這6年中出現(xiàn)極端低溫的日期為2021年的1月7日，有6個站出現(xiàn)極端低溫的日期為2023年的12月中下旬。

4 結(jié)論

（1）1960—2023年烏審旗64年平均氣溫為7.84 ℃，全旗年平均氣溫整體呈上升趨勢，1995—1996年平均氣溫發(fā)生顯著暖性突變，趨勢變化率達0.522 ℃/10年，較其他地區(qū)更迅速。

（2）1960—2023年烏審旗四季年際波動均較大，但整體呈上升趨勢，升溫速率冬＞春＞秋＞夏。春季，烏審旗平均氣溫在2000年有明顯突變趨勢；夏季，烏審旗在1972—1987、1990—2023年為氣溫上升趨勢，但未檢測到明顯的突變；秋季，烏審旗在1996—1997年平均氣溫發(fā)生暖性突變，且突變顯著；冬季，烏審旗平均氣溫在1992年發(fā)生明顯暖性突變現(xiàn)象。

（3）1960—2023年烏審旗年平均氣溫在不同尺度存在周期震蕩和突變。在32～33年和50年的時間尺度下震蕩最為明顯，在32～33年時間尺度上以“冷—暖—冷—暖—冷—暖”的周期變換，在50年尺度上存在著“冷—暖—冷—暖”交替的階段。

（4）2018—2023年烏審旗日平均氣溫多年均值整體上呈現(xiàn)出由嘎魯圖鎮(zhèn)向周邊地區(qū)遞減的趨勢，中部日平均氣溫最高，東北部最低；日最高氣溫多年均值整體呈現(xiàn)由西、南向東北溫度值逐漸增高的趨勢；日最低氣溫多年均值呈現(xiàn)出中部地區(qū)向周圍地區(qū)遞減的趨勢，分布形態(tài)與烏審旗日平均氣溫多年均值空間分布圖相似。

（5）烏審旗多年極端最高氣溫整體上呈現(xiàn)出西高東低的態(tài)勢，極端最高氣溫站點為呼和陶勒蓋站，溫度高達39.7 ℃，區(qū)域的最高與最低溫度值相差3.3 ℃。

在14個氣象站中，有10個站極端最高氣溫出現(xiàn)在2021年的7月9日。

（6）烏審旗多年極端最低氣溫整體上呈現(xiàn)出由中部地區(qū)向周邊地區(qū)遞減的趨勢，極端最低氣溫站點為呼吉爾特站，溫度低達-34.4 ℃，區(qū)域的最高與最低溫度值相差7.9 ℃。在14個氣象站中，有8個站極端最低氣溫出現(xiàn)在2021年的1月7日。

參考文獻

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收稿日期：2024-06-21

作者簡介：張涵（1997—），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，助理工程師，研究方向為生態(tài)氣象。#通信作者：全宇（1992—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，工程師，研究方向生態(tài)氣象，E-mail：136100266@qq.com。