克拉玛依区域气温日较差的气候变化特征

马晓慧，李文博

克拉玛依市气象局，新疆克拉玛依 834700

近年来，全球气候变暖一直是人们探讨的热点话题。种种迹象表明气候变暖已对人类社会经济发展和自然生态系统构成了非常严重的威胁，对区域极端气温出现的概率产生了影响[1-4]。其中，以最低气温变化为最显著，已有研究表明，气候变暖主要发生在夜间，各地最高最低气温均有非对称性的变化，同时最低气温均呈现上升的趋势，但最高气温存在地区差异，这种不对称性导致气温日较差减少[5-8]。城市化的发展改变了城市下垫面，进一步影响当地气候和生态环境，深入分析近60年气温日较差的变化，有利于了解当地气温的变化趋势，从而更好地提高预报员业务能力。

克拉玛依市地处准噶尔盆地西北缘，西北傍加依尔山。中部、东部地势开阔平坦。地貌大部分为戈壁滩，春秋季风多，冬夏温差大。戈壁滩地貌使得该区域吸收更多的太阳辐射，加之城市建筑物的增多、气候变暖，对石油工人井下作业有着不可忽视的影响。此前已有大量针对克拉玛依区域气温的相关性研究，但主要是基于克拉玛依国家基本气象站的气温变化趋势进行分析，白碱滩区、乌尔禾区、独山子区由于建站时间的不同，同时时间序列较少，因此很少有针对这3个地区的研究，且关于气温日较差的相关分析也较少。本文通过分析克拉玛依区市四区年平均最高、最低气温以及平均气温日较差的时间变化特征，探讨了影响日较差的各气象因子，进一步为野外作业和市民生活提供气象服务。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选取克拉玛依区的4个区域自建站以来地面观测站年均最高气温、年均最低气温等资料，没有考虑城市热岛效应。根据地区气候特点，将四季划分为冬季（12月至翌年1月）、春季（3—5月）、夏季（6—8月）和秋季（9—11月）。

年平均最高气温指的是一年内逐日最高气温的平均值，年平均最低气温指一年内逐日最低气温的平均值，日较差是日最高气温与日最低气温之差，表示为：

式中，DTR为日较差，Tmax为日最高气温，Tmin为日最低气温。

1.2 分析方法

1.2.1 线性趋势线性趋势法：将气候要素写成时间t的线性函数：Y=at+b。

用最小二乘法通过实际资料计算得出，其中a表示线性函数的斜率，即气候要素的线性趋势(年际变率)。a为正(负)表示有增加(减小)趋势，零表示无线性变化趋势。

1.2.2 气象要素的订正因乌尔禾区、白碱滩区、独山子区气温年限数据比克拉玛依少，不能综合评价区域的气温特征值变化，因此对观测的短期气象要素资料与克拉玛依国家基本气象站的资料进行相关性分析，当证明相关性较好时，对短期资料进行延长订正。订正方法主要有线性回归、比值订正法、差值订正法、分量回归法、条件概率超短系列订正法、多元分量回归法等，本研究主要运用线性回归法。

线性回归法：给出2个数列之间平均关系的数学形式，克拉玛依基本国家气象站为基本站，其他3个区为订正站，其中独山子区距离远，气候有所差异，因此选用乌苏国家基准气候站为其基本站，选用共同时间序列为考察年，将基本站与订正站写成一元回归方程：y=ax+b，订正延长到1960—2019年的长序列。

1.2.3 变化趋势的显著性检验使用相关统计量进行回归方程显著性和订正公式适应性的检验。

2 结果与分析

2.1 气温日较差的年际变化趋势

根据克拉玛依区1960—2019克拉玛依区平均气温日较差、平均气温、最高气温和最低气温年际变化趋势，克拉玛依区年平均气温日较差总体呈下降趋势，气温变化倾向率为-0.29℃/10年，通过0.05水平的显著性检验，线性拟合度较好，1960—1985年出现快速下降特征，此后以略平缓趋势下降。日较差最大值出现在1968年7月8日，高达22.3℃，最低值出现在2009年12月1日，仅有0.7℃。1960—2019年平均气温、最高气温和最低气温变化趋势呈现与气温日较差相反的趋势，在1970年皆为最低值，此后呈明显回升趋势。其中年平均最低气温上升趋势最显著，气温变化倾向率为0.385℃/10年，其次是年平均气温，气温变化倾向率0.221℃/10年，年均最高气温的变化倾向率0.086℃/10年，其中平均气温、最低气温均通过0.05水平的显著性检验。最低气温的增长趋势明显快于最高气温，这种不对称性的变化造成克拉玛依区域气温日较差显著下降。

2.2 气温订正结果分析

以51243（克拉玛依国家基本气象站）和51346（乌苏国家基站气候站）为基本站，以乌尔禾区、白碱滩区以及独山子区为订正站，根据一元线性回归法建立各站与51243站的一元回归方程（表1）。结果表明：使用一元回归法对其他三区的月平均气温、最高气温、最低气温、日较差进行订正时，相关系数都很高，并且通过0.01的F检验，相关极显著，因此本研究采用订正数据进行。

表1 订正站与基本站月平均气温的一元回归关系

2.3 气温日较差的空间分布

克拉玛依区域4个地区气温日较差均呈现显著下降趋势，通过0.05水平的显著性检验，由图2可知，平均气温日较差在克拉玛依北部，乌尔禾区和白碱滩区减小幅度较大，而中、南部，克拉玛依区和独山子区减小幅度小。

2.4 气温日较差的季节变化趋势

通过考察克拉玛依区、乌尔禾区、独山子区、白碱滩区等区域的四季气温日较差、平均气温、最高气温、最低气温的线性趋势，可以发现，春季克拉玛依区域气温日较差呈现显著减少趋势，其中乌尔禾区最显著；平均最低气温同样呈现显著上升趋势，平均气温、最高气温均呈上升趋势，但没有达到0.05的显著水平。气温变化倾向率分别为：气温日较差-0.28℃/10年，平均气温0.23℃/10年，平均最高气温0.19℃/10年，平均最低气温0.40℃/10年；4个地区的平均最低气温和气温日较差均通过了0.05的水平显著性检验。

夏季气温日较差呈显著减少趋势，减少趋势最显著的区域为乌尔禾区，平均最低气温呈上升趋势，均通过0.05的水平显著性检验，平均气温、最高气温呈缓慢上升趋势；气温变化倾向率分别为：气温日较差-0.27℃/10年，平均气温0.10℃/10年，平均最高气温0.01℃/10年，平均最低气温0.21℃/10年；气温日较差和平均最低气温趋势均通过显著水平。

秋季气温日较差呈显著减少趋势，减少趋势最显著的区域为乌尔禾区，平均气温、最高气温、最低气温均呈显著上升趋势，其中平均最低气温上升趋势最显著；平均气温、最低气温均通过0.05的水平显著性检验；气温变化倾向率分别为：气温日较差-0.27℃/10年，平均气温0.36℃/10年，平均最高气温0.21℃/10年，平均最低气温0.42℃/10年。

冬季气温日较差呈显著下降趋势，是一年中最显著的季节，仍是乌尔禾减少趋势最显著；与夏季相同，气温日较差和平均最低气温趋势均显著上升；气温日较差-0.59℃/10 奶奶，平均气温0.37℃/10年，平均最高气温0.06℃/10年，平均最低气温0.54℃/10年。

2.5 影响因子

为进一步探明克拉玛依区气温日较差变化与其他气象因子之间的关系，针对各月日较差与同期最高气温、最低气温、总云量、水气压、降水量、日照时数、风速、相对湿度、极大风速等气象要素进行相关分析。

结果表明（图1）：各月日较差与日照时数、平均风速呈正相关，与水气压、总云量、降水量以及相对湿度呈负相关；平均气温日较差与平均气温、最高气温等因子随季节转换而变化，春季、夏季以及秋季呈正相关，冬季呈现负相关。

图1 克拉玛依区气温日较差与各气象因子相关系数的月平均直方图

气温日较差与各因子月相关系数的月平均值方图（图2）表明：与气温日较差正相关最高的是日照时数，其次是春季、夏季和秋季的平均风速；而总云量、相对湿度以及水气压呈负相关。日照时数对气温日较差影响最大的原因在于大气的热量来源是辐射，包括地表向大气释放的长波辐射和少量太阳短波辐射。另外，由于克拉玛依地处中纬度内陆地区，位于准噶尔盆地西北缘，地貌大部分为戈壁滩，因此，日照时数和下垫面条件更加有利于大气吸收短波辐射，促进了升温。但是，夜间降温也比较明显，从而造成较大的气温日较差。

图2 克拉玛依区气温日较差与各气象因子相关系数的年平均直方图

3 结束语

利用线性趋势法和线性回归来分析气温日较差相关的要素，得到克拉玛依市1960—2019年气温订正数据，采取相关统计法分析了影响日较差的因子，结论如下。

（1）实测数据表明克拉玛依区平均气温日较差呈现显著下降趋势，达到显著性水平。

（2）利用线性回归对其他3个地区气温数据进行订正，得到1960—2019年气温数据，回归结果高度相关，其F统计量均通过0.01的水平显著性检验。

（3）影响日较差的因子随季节而异，春季气温日较差的变化趋势与相对湿度、平均风速相关性最好；夏季与平均风速的相关性最好；秋季与各要素相关性都比较显著；冬季主要与日照时数、总云量以及水汽压的相关性强。年气温日较差与日照时数相关性最强，与其他因子比较一致。