新疆伽师县1961-2017年气候变化特征

曼吾拉·卡德尔,努尔比亚·吐尼牙孜，曲 哲

（1.新疆机场（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐830000；2.中亚大气科学研究中心，新疆 乌鲁木齐830002;3.喀什地区气象局，新疆 喀什844000；4.伊春市气象局，黑龙江 伊春153000；5.成都信息工程大学大气科学学院，四川 成都610225）

1 引言

我国地貌地形复杂多样，气温变化的区域性和季节性差异显著，不同区域气温的年、季节变化特征并不相同，具有各自的独特性。IPCC第5次评估报告明确指出[1]1880-2012年全球地表平均气温增加了0.85℃。1951-2012年，全球地表平均气温的上升速率（0.12℃·（10 a）-1），是1880年以来气温上升速率的两倍[2]，而全球降水将呈现“干者愈干，湿者愈湿”的趋势[3]。自20世纪80年代以来，很多学者对中国气候变化进行的研究表明，近100 a来我国年平均地表气温上升约0.5-0.8℃，其增加速率为0.03-0.12℃·（10 a）-1[4]，尤其是近50 a我国年平均地表气温上升速率近0.25℃·（10 a）-1[3]，高于全球同期平均增温速率0.13℃·（10 a）-1[2-3]，是全球升温明显的地区之一，而我国降水量变化幅度不大，存在显著的区域分布差异及变化特征[5-6]。

伽师县地处塔克拉玛干大沙漠西缘，气候四季分明，干燥，日照长，蒸发量大，干旱少雨，热量丰富，光照充足，昼夜温差大，夏季炎热，冬季寒冷，无霜期长，属于暖温带内陆干燥气候。伽师县在南疆西部地区属于农业气象灾害频发的区域，冰雹、短时强降水、高温和大风等极端天气常有发生，导致农业生产减产甚至绝收，给农民造成严重的财产损失。而区域性气候变化的监测与研究利于正确理解和评估全球变暖的事实和影响，科学利用农业气候热量资源，安排农业生产和防灾减灾工作，进而积极促进农业和社会经济的可持续发展[6-7]。利用伽师县气象站建站以来的气象数据资料，分析伽师县近57 a气温、降水、日照、霜冻日数的年、季变化特征及持续性，揭示伽师县气候变化特征，为伽师县更好的利用气候资源，更合理的优化农业生产结构提供参考依据。

2 资料与方法

2.1 资料来源与处理

选取伽师县国家一般气象站1961-2017年逐日气温、降水、日照、霜冻资料,资料来源于伽师县气象局，数据资料均经过严格的质量控制。

文中多年平均值采用1961-2017年的57 a平均值，季节划分为；春季为3-5月，夏季为6-8月，秋季为9-12月，冬季为12月至次年2月；初霜日为后半年7月1日-12月31日内，最早出现霜的日期，而前半年最后一次记录霜的日期定义为终霜日。计算初、终霜日采用儒历定义日期，即将1月1日的日序定义为数据序列1，1月2日的日序定义为数据序列2以此类推；霜冻日数,采用由世界气象组织在1998-2011年气候变化监测会议中通过研究和讨论提出的定义，即每年日最低气温<0℃的全部天数。

2.2 研究方法

利用气候倾向率和气候趋势系数方法分析伽师县气温、降水、日照、霜冻日数的年际、季节变化和初霜、终霜、不同界限温度（＞0℃、＞5℃、＞10℃）的年际变化特征，并用t检验检验变化趋势的显著性。其中滑动t检验计算方法为对于具有n个样本量的时间序列，人为设置某一时刻为基准点，基准点前后两段子序列x1和x2，的样本分别为n1和n2，两段子序列平均值分别为x1和x2，方差分别为s12和s22,定义统计量∶

3 结果与分析

3.1 气温

3.1.1 年际变化

1961-2017年伽师县年平均、最高、最低气温分别为12.9℃、20.3℃、6.6℃。由57 a伽师县平均、最高、最低气温年际变化可知（图略）：近57 a伽师县平均气温呈缓慢波动上升趋势，其速率为0.22℃·（10 a）-1，低于全国0.278℃·（10 a）-1和新疆0.37℃·（10 a）-1。20世纪60年代-80年代中期，伽师县年平均气温缓慢下降，80年代后期开始气温上升，90年代末期气温快速回升，伽师县进入显著升温期，此后气温维持偏高的趋势，近57 a最低年平均气温出现在1974年为10.7℃，最高年平均气温出现在2015年为13.3℃，相差2.6℃。年平均最高气温与年平均气温相似，围绕多年平均值呈波动上升趋势，其升温速率为0.2℃·（10 a）-1。20世纪60、70年代最高气温变化不明显，围绕多年均值上下波动，其中1974年出现近57 a之最低高温为18.1℃，80年代中期后气温呈缓慢上升趋势，至2007年平均最高气温达到峰值为21.5℃，此后气温保持稳定上升趋势。而年平均最低气温20世纪60年代-80年代末期呈下降趋势，90年代初期开始转为上升趋势，至2010年达到近57 a之最高年平均低温为6.5℃，其升温率为0.3℃·（10 a）-1亦表现为显著升温趋势。综上所述，近57 a伽师县气温呈显著上升趋势，其升温速率年平均最低气温大于年平均最高气温，间接表明伽师县年较差趋于减小。

3.1.2 四季变化

1961-2017年伽师县平均、最高、最低气温，春季为15.8℃、23.1℃、9.0℃，夏季为24.6℃、32.5℃、17.3℃，秋季为11.6℃、20.1℃、4.71℃，冬季为-3.5℃、3.0℃、-8.8℃。伽师县四季变化趋势与年平均气温相似，呈波动上升趋势。

春季（图1a）平均、最高、最低气温升温率为0.2℃·（10 a）-1、0.3℃·（10 a）-1、0.3℃·（10 a）-1，均通过r=0.001的显著性检验。20世纪60年代-90年代中期，春季最高气温与平均气温呈下降趋势，之后快速升温，至21世纪初期又呈现为缓慢的下降趋势。而春季最低气温，20世纪60年代表现缓慢上升趋势，70年代中期达到峰值，此后转为下降趋势并持续到90年代初，此后春季最低气温转为波动上升趋势。

夏季（图1b），伽师县平均、最高气温变化趋势不明显，呈弱的上升趋势，与此相反最低气温呈显著上升趋势，其升温速率0.19℃·（10 a）-1通过r=0.01的显著性检验。由历年变化来看，夏季平均、最高气温变化趋势相似，20世纪60年代-90年代初表现为下降趋势，90年代末开始转为上升趋势，而夏季最低气温表现为“升-降-升”的变化趋势，20世纪60年代-80年代初呈升温趋势，90年代呈下降趋势，21世纪2001年以后又转为升温趋势。

秋季（图1c）近57 a伽师县平均、最高、最低气温呈一致的升温趋势，其升温速率分别为0.29℃·（10 a）-1、0.31℃·（10 a）-1、0.34℃·（10 a）-1，均稳定通过r=0.001的显著性检验。秋季平均气温与最低气温相似，呈“升-降-升”的变化趋势，其中最低气温的变化幅度较明显，20世纪80年代-90年代，气温呈下降趋势且较其他年份明显偏低，而秋季最高气温近57 a呈缓慢上升趋势，年际变化不明显。

冬季（图1d），平均、最高、最低气温均表现为一致的上升趋势，其升温速率为0.33℃·（10 a）-1、0.26℃·（10 a）-1、0.38℃·（10 a）-1，其中平均、最低气温通过r=0.01的显著性检验，最高气温只通过r=0.05的显著性检验，表明伽师县冬季最低气温变化更明显。由历年变化可知，冬季三种气温变化较为一致，均表现为“降-升”的变化趋势。

3.1.3 界限积温年际变化

1961-2017年伽师县不同界限积温长期变化趋势（图略）可知：近57 a伽师县>0℃、5℃、10℃的积温均呈现“降-升”的变化趋势，其线性倾向率分别为53.2℃·（10 a）-1、53.4℃·（10 a）-1、52.1℃·（10 a）-1，均通过r=0.01的显著性检验，表明伽师县积温呈增加趋势，这有利于农作物的生长。从历年值分析，>0℃的积温2008年达到5124.7℃，比1996年的最小积温4350.3℃增加了774.4℃；>5℃的积温2008年达到5065.5℃，比1989年的最小积温4275.8℃增加了789.7℃；>10℃的积温2006年达到4822.9℃，比1996年的最小积温3931.3℃增加了891.6℃。

3.2 降水

3.2.1 年际变化

1961-2017年伽师县平均年降水量89.8mm。近57 a降水量变化可知（图略）：伽师县降水量呈缓慢增加趋势，其倾向率为0.87mm·（10 a）-1，稳定通过r=0.01的显著性检验，表明近57 a伽师县降水量呈显著增加趋势。由历年变化分析近57 a伽师县最小年降水量为10.4mm，最大降水量为208mm，相差197.6mm，表明降水年际波动较大且不稳定。

3.2.2 四季变化

由图2伽师县四季降水量变化曲线可知：近57 a来伽师县四季降水量呈增加趋势，但其增加速率有差异。四季变化而言，夏季增加幅度最大为3.96mm·（10 a）-1，冬季为最小0.1mm·（10 a）-1。由历年变化可知：春季降水量在20世纪60年代波动上升，70年代初期下降，80年代-90年代末呈稳定的上升趋势。夏季降水量多年变化趋势较平稳，与春季降水相反21世纪初-2017年表现较明显的上升趋势。秋季降水量4 a左右高频振荡波动较明显，整个时间域内4 a左右呈现一个降水峰值。冬季降水量20世纪60年代-70年代末期呈上升趋势，80年代-90年代转为下降趋势，2001年之后降水增加，伽师县进入降水相对偏多时期。

图2 1961-2017年伽师县（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季降水量年际变化（实线：降水量；点线：线性趋势线；虚线：年平均）

3.3 日照

3.3.1 年际变化

近57 a伽师县年平均日照时数为2891.14 h。由1961-2017年伽师县逐年日照时数变化（图略）可知，伽师县年日照时数减少趋势不明显，其减少速度为-0.4 h·（10 a）-1。由历年变化分析可知：近57 a伽师县年日照时数的最大值为3238.6 h出现在2013年，最小值为2444.9 h出现在2006年,2006-2013年，日照时数出现短时波动，从最小值短期快速增长到最大值。

3.3.2 四季变化

由图3伽师县四季日照时数变化曲线可知：伽师县四季日照时数，除春季呈增加趋势外，其余季节日照时数呈减少趋势，没有通过r=0.05的显著性检验，表明伽师县四季日照时数变化不明显。季节而言，春季平均日照时数为712.44 h，日照时数增加速率为9.5 h·（10 a）-1,春季最大日照时数出现在2013年为836.5 h，最小值出现在2007年为541.5 h。夏季平均日照时数为936.9 h，其减少速率为1.4 h·（10 a）-1，20世纪60年代-80年代，日照时数在均值附近上下波动，90年代起日照时数呈减少趋势，这可能与伽师县降水量增多有关。秋季日照时数减少速率为2.5 h·（10 a）-1，20世纪60年代-80年代日照时数偏多，90年代以后日照时数虽有短时增长，但相对趋于减少。冬季平均日照时数为504.7 h，围绕均值呈波动下降趋势，其减少速率为7.1 h·（10 a）-1，冬季最大日照时数631.1 h出现在1963年，最小日照时数为353.2 h出现在2006年。

3.4 霜和霜冻

近57 a伽师县年平均霜冻日数为127 d。由图4伽师县1961-2017年霜冻日数年际变化曲线可知:近57 a伽师县霜冻日数呈缓慢减少趋势，其减少速率为2.2 d·（10 a）-1，且通过r=0.001的显著性检验。由趋势线可知，近57 a霜冻日数呈“少-多-少”的变化趋势，20世纪60年代-70年代中期霜冻日数呈短暂的下降趋势，70年代中期-90年代末，霜冻日数呈增加趋势，并于1995年出现近57 a之最多霜冻日数为140 d，在21世纪2000年以后又转为减少趋势，最少霜冻日数出现2004年为103 d。

图3 1961-2017年伽师县（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季日照时数年际变化（实线：日照时数；点线：线性趋势线；虚线：年平均）

图4 1961-2017年伽师县（a）初霜日、（b）终霜日年际变化（实线：图6a初霜日、图6b终霜日；点线：线性趋势线；虚线：年平均）

伽师县多年平均初霜日（图4a）、终霜日（图4b）的年际变化趋势可知：伽师县初霜日呈推迟趋势，终霜日呈提前趋势，其倾向率分别为0.9 d·（10 a）-1和1.1 d·（10 a）-1，进一步说明伽师县霜冻日数呈减少趋势。由历年变化可知，近57 a伽师县平均初霜日期在11月16日-12月13日，初霜最早出现在2009年，最晚出现在2008年，而终霜日期则在2月2日-3月4日，最早出现在2007年，最晚出现在1976年。初霜日的推后，终霜日的提前，利于农作物的生长，同时农作物成熟后期遭受霜冻灾害的概率降低。

4 结论

（1）伽师县年平均、最高、最低气温呈显著升温趋势，升温速率分别为0.22℃·（10 a）-1、0.24℃·（10 a）-1、0.3℃·（10 a）-1，升温速率低于新疆平均水平。四季，除夏季平均，最高气温，其余季节气温呈显著升温趋势，且以冬季最低气温升温幅度最大。

（2）伽师县年、季降水量年际波动明显，均呈显著增加趋势，其中年降水量增加速率8.76mm·（10 a）-1，年最小降水量为10.4mm，最大降水量为208mm相差197.6mm。

（3）伽师县日照时数呈波动变化且不显著，四季日照时数，除春季呈增加趋势外，其余季节日照时数呈减少趋势。

（4）伽师县霜冻日数显著减少，初霜日推迟、终霜日提前，有利于降低农作物成熟后期遭受霜冻灾害的概率。