西北地區年平均地面最低溫度特征分析

趙 磊,華 維,王來榮,尹乃俠

(1.麟游縣氣象局,陜西麟游 710599;2.成都信息工程學院,成都 610225)

西北地區年平均地面最低溫度特征分析

趙 磊1,華 維2,王來榮1,尹乃俠1

(1.麟游縣氣象局,陜西麟游 710599;2.成都信息工程學院,成都 610225)

利用西北地區222個測站1951—2005年共55年的地面最低溫度觀測資料,采用主值函數法、小波分析和Mann-Kendall突變檢驗等方法,分析西北地區年平均地面最低溫度的時間演變趨勢、空間分布特征及周期變化。結果表明:西北地區年平均地面最低溫度在青海高原、帕米爾高原、天山山脈和準格爾盆地東側存在多個與海拔高度和緯度有關的閉合低中心。1951—2005年西北地區地面溫度總體呈上升趨勢,線性趨勢率為0.27℃/10 a。西北地區在高原地區年平均地面最低溫度增長最慢,河西走廊區域年平均地面最低溫度增長最快。20世紀50年代到80年代年平均地面最低溫度較低,1992—1993年期間有明顯的突變,之后變暖趨勢明顯;小波分析表明西北地區年平均地面最低溫度存在準28 a的周期變化。

西北地區;地面最低溫度;時空特征;小波分析;Mann-Kendall方法

中國西北地區地處干旱和半干旱的氣候區,部分地區年降水量不足200 mm,少數地區年降水量不足50 mm,近一半的土地面積范圍在干旱或半干旱氣候區,其面積約占全國干旱和半干旱土地總面積的85%。西北地區作為我國中緯度西風帶的上游,其近地層大氣和地表的熱變化對我國大部分地區的降水、沙塵等天氣氣候有著較大影響[1-2]。目前,對西北地區的降水和氣溫變化的研究[3-6]較多,但對地面最低溫度的研究較少。本文利用西北地區222個測站共55年的地面最低溫度觀測資料,分析西北地區年平均地面最低溫度的空間分布特征和時間演變趨勢,對正確認識西北地區氣候變化特征、合理利用氣候資源、趨利避害、防災減災、保護和改善當地生態環境等有重要意義。

1 資料和方法

選取西北地區絕大部分的站點,遍及陜西、青海、甘肅、寧夏和新疆的西北五省區以及內蒙古西部共222個測站,1951—2005年逐日地面最低溫度觀測資料,統計各站年平均地面最低溫度及區域年平均最低溫度,并對個別站點個別時次的資料進行簡單插補。采用Mann-Kendall方法[7]分析西北地區年平均地面最低溫度變化趨勢和突變,采用小波分析方法分析西北地區年平均地面最低溫度變化的多尺度時域、頻域結構和變化趨勢和周期特性。

2 地面最低溫度空間分布特征

西北地區1951—2005年平均地面最低溫度(圖1a)呈現以下特點:西北地區東部緯度越高,地面最低溫度越低,而在西部則無規律,其主要原因是西北地區西部處于青藏高原的北側天山山脈與塔里木盆地之間,高度差較大。地面最低溫度閉合低中心位于青海高原、帕米爾高原、天山山脈和準格爾盆地東側的高海拔地區。塔里木盆地平均地面最低溫度在-6℃左右,而四周地面最低溫度異常偏低,為-18℃～-21℃,此外,陜南為西北地區年平均地面最低溫度唯一的正值區。西北地區年均地面最低溫度分布特征與文獻[8-9]的研究結論基本一致。

從圖1b可看出,在河西走廊西部敦煌附近地面最低溫度呈顯著降低趨勢,線性趨勢率最小為-0.6℃/10 a,其余地區地面最低溫度均呈顯著增加趨勢,正值閉合區域大部分位于盆地,如塔里木盆地的東側(0.6℃/10 a)為線性趨勢率最大地區,在高原和山脈地區地面最低溫度升溫緩慢,最大線性趨勢率僅為0.3℃/10 a。分析表明西北地區近年來地面最低溫度升高趨勢明顯。

3 年均地面最低溫度的時間演變特征

3.1 年均地面最低溫度的年代際變化趨勢

表1為西北地區年平均地面最低溫度的年代際均值。從20世紀50年代初到70年代地面最低溫度一直呈下降趨勢,呈負距平,且60年代降溫最明顯,降低了0.39℃;70年代地面最低溫度最低,為-9.78℃;從20世紀80年代到21世紀初一直呈上升趨勢,呈正距平,且升溫趨勢越來越明顯。總體趨勢是地面最低溫度先降溫再升溫,且進入21世紀以來,升溫幅度較明顯。

1951—2005年西北地區年平均地面最低溫度的變化總體呈升高趨勢 (圖2),線性趨勢率為0.276℃/10 a,說明地面最低溫度上升速度較快。西北地區的地面最低溫度20世紀50年代開始表現為整體略微下降趨勢,70年代初期開始又緩慢上升,1987年后波動升高。

因西北地區范圍比較大,選取6個代表站分析其年平均地面最低溫度的變化趨勢,以便了解西北地區不同區域地面最低溫度的變化趨勢及不同地區之間的差異,其中蘭州代表西北地區中部河西走廊區域,西寧代表西北地區南部高原地區,西安代表西北地區東部區域,包頭代表西北地區北部區域,吐魯番代表西北地區西部盆地區域,銀川站代表西北地區東北部寧夏平原及其附近區域。由圖3可看出,6個站點地面最低溫度均為逐步增長趨勢。蘭州增長最快,為 “快速升溫型”,其線性趨勢率為0.506℃/10 a;西寧增長最慢,為“穩定溫度型”,其線性趨勢率為0.155℃/10 a;銀川站線性趨勢也比較小,呈現 “穩定升溫型”,線性趨勢率僅為0.16℃/10 a;西安、包頭和吐魯番與全區平均情況較接近,線性趨勢率分別為0.296℃/10 a、0.234℃/10 a和0.201℃/10 a。綜合分析,西北地區南部高原地區年平均地面最低溫度增長最慢,河西走廊區域年平均地面最低溫度增長最快。

3.2 年均地面最低溫度突變分析

采用Mann-Kendall方法對西北地區年平均地面最低溫度進行突變檢驗 (圖4),年統計值均通過0.05的顯著性水平。年平均地面最低溫度在1951—1970年為緩慢降溫趨勢,1970—1980年降溫趨勢顯著增加,1980年之后降溫趨勢減弱, 1992—1993年前后出現了明顯的年代際突變,之后為較緩慢的上升趨勢,1995年之后升溫明顯。

4 年平均地面最低溫度的周期分析

采用小波分析法對西北地區222個地表站點55年的年平均地面最低溫度的主要變化周期進行分析(圖5),時間尺度為1～4a小波方差基本維持在0.05左右,4～30 a小波方差逐步升高到1.2,30～64 a小波方差逐步降低。結果顯示,西北地區年平均地面最低溫度的小波方差只有1個極大值,小波方差最大達到了1.2,對應28 a的時間尺度,是西北地區年平均地面最低溫度變化的顯著時間尺度。

5 結論

本文對1951—2005年西北地區222個測站年平均地面最低溫度資料采用主值函數、M-K突變檢驗和小波分析方法等對西北地區年平均地面最低溫度的空間結構和時間演變趨勢進行了分析,得出如下結論。

(1)西北地區地面最低溫度在天山山脈、塔里木盆地西側帕米爾高原、準格爾盆地東側、青藏高原北部青海高原上有較強的低中心,且海拔越高,年平均地面最低溫度越低,緯度越高,年平均地面最低溫度越低。

(2)1951—2005年西北地區地面溫度總體呈升高趨勢,線性趨勢率為0.27 6℃/10 a。西北地區在高原地區年平均地面最低溫度增長最慢,河西走廊區域年平均地面最低溫度增長最快。20世紀50年代到80年代年平均最低溫較低,1992—1993年期間有明顯的突變,之后變暖趨勢明顯。西北地區年平均地面最低溫度存在準28 a的周期變化。

(3)所用數據為西北地區222個測站1951—2005年共55年的地面最低溫度資料,站點較多、時間跨度長,能夠反映西北地區地面最低溫度的年代紀及周期變化,但地面最低溫度資料沒有更新到近年,結論有失延續性。今后將著重研究近年來的西北地區地面最低溫度變化,驗證其周期規律是否準確,為西北地區氣候趨勢預測提供科學的依據。

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P423.3

:A

趙磊,華維,王來榮,等.西北地區年平均地面最低溫度特征分析[J].陜西氣象,2015(5):37-40.

1006-4354(2015)05-0037-04

2014-12-25

趙磊(1992—),男,漢族,陜西眉縣人,學士,技術員,從事天氣預報及研究。