新、舊氣候態的差異及其對新疆氣候評價業務的影響

張婧莉，吳秀蘭，姚俊強，李 娜，曹 萌

（1.新疆氣候中心，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國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）規定，氣象要素和氣候變量的氣候平均值是其最近三個整年代的平均值或統計值，需每隔10 a 進行一次更新[1]。為保證與國際氣候業務工作一致，中國氣象局規定自2022 年1 月1日起，中國各級氣象部門在氣候業務中使用1991—2020 年新氣候態，替換1981—2010 年舊氣候態。

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氣候條件，氣候態在不斷地改變，由于氣候平均值的改變致使所表征的變量距平也發生變化，從而對氣候業務等造成一定影響[2]。林婧婧等[3]研究指出，總體上不同時期中國氣溫隨時間推移表現出增溫趨勢且增幅不斷增大，降水也呈增多態勢，不同氣候態標準對評價氣溫、降水等要素及相關極端高值或低值出現的概率等具有不同程度的影響。晏紅明等[4]指出，氣候態變化對中國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。對于不同區域不同氣候態下氣候的變化特征則各有差異。東北大部分地區1981—2010 年所表征的氣候較1971—2000 年偏暖、偏濕，氣候態的改變在一定程度上影響了極端事件、冷暖冬事件及ENSO 事件等的評估[5-6]。對于西南地區來說，大部分地區1981—2010 年較1971—2000 年更暖、更干，氣候態的更替對該區域冬季氣溫、汛期降水的評價影響較大[7-8]。西北地區氣候呈暖濕趨勢發展[9-12]，不同氣候態隨時間推移呈一致增溫特征。

近30 年來，新疆氣候暖濕化趨勢明顯，變暖程度逐漸增強[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估[14]。前人研究成果多集中于1981—2010 年及之前時段的氣候平均值。對于國家最新啟用的1991—2020 年氣候平均值，尚未有針對新疆區域的研究，本文重點討論采用新氣候態后新疆不同區域氣溫、降水的變化及其對新疆氣候評價業務的影響，從而進一步認識新疆氣候變化的規律，更好地為新疆氣候業務和決策服務工作提供參考依據。

1 數據與方法

1.1 數據

為與新疆氣候評價業務接軌，選用新疆100 個國家氣象站點的逐日平均氣溫及降水量資料，其中北疆37 站、天山山區14 站、南疆38 站的平均值分別作為北疆、天山山區、南疆區域的值（圖1），從時間和空間尺度上進行氣候平均值變化特征分析。文中數據來源于新疆氣象信息中心，經過嚴格的質量審核。

圖1 北疆、天山山區、南疆代表氣象站點分布及海拔高度

1.2 氣象要素差值計算

根據現行氣候業務中氣溫距平、降水距平百分率的定義，平均氣溫新、舊氣候態的差值用新平均值減去舊平均值的距平（ΔT）表示，降水量新、舊氣候態的差值用新平均值相對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[15]診斷新氣候態與舊氣候態氣象要素均值之間是否具有顯著性差異。u 檢驗是檢驗氣候穩定性常用的方法之一，可用于檢驗某地區的氣候狀況是否穩定，也可用于檢驗不同地區氣候變化是否存在顯著性差異，其統計量u 的計算公式為：

2 新、舊氣候態下氣溫、降水差異

2.1 氣溫

2.1.1 年平均氣溫

新氣候態下，新疆區域年平均氣溫為8.5 ℃，相比舊氣候態平均值增加0.3 ℃。北疆、天山山區及南疆新氣候態平均值均高于舊氣候態，且增幅均為0.3 ℃（表1）。年平均氣溫的新、舊氣候態差值分布顯示（圖2a），全疆僅庫車、柯坪站年平均氣溫減小，其余大部地區顯著增溫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，新氣候態氣溫平均值的升高導致氣溫距平下降，因此基于舊氣候態下的偏暖年發生了變化。

表1 新疆不同區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 ℃），冬季增幅最小（0.2 ℃），北疆、天山山區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和南疆；夏季和冬季各分區增幅均一致；秋季南疆增幅最大，北疆和天山山區增幅一致。

新疆季平均氣溫的新、舊氣候態差值分布表現為：春季全疆呈一致增溫特點，夏、秋、冬季除個別地區下降外，其他地區均升高，但各季升溫幅度有差異，新春季增幅最大，冬季增幅最小（圖2b～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 ℃，減小的地區為阿克蘇的柯坪、庫車，巴州的巴侖臺，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 ℃，減小的地區為阿克蘇的柯坪、庫車，巴州的若羌，減幅為0.1～0.4 ℃；冬季大部增幅為0.1～0.4 ℃，塔什庫爾干增幅（0.9 ℃）最大，減小的地區主要分布在北疆、阿克蘇、巴州及哈密的個別地區，減幅為0.1～0.4 ℃。

2.1.3 月平均氣溫

在新氣候態下，全疆月平均氣溫僅有北疆和南疆的1 月、天山山區的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 ℃。總體來說，各區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），各區域僅天山山區和南疆4 月新、舊氣候態差異通過顯著性檢驗（圖3）。

圖3 不同區域新、舊氣候態的氣溫距平逐月變化

總體上，新氣候態平均值相比舊氣候態平均值是增大的，全疆各月新、舊氣候態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。全疆大部分地區氣溫上升，增幅普遍在0.2～0.6 ℃，下降的區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別地區增加0.1～0.8 ℃，其余地區均為減少，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

新氣候態下，新疆區域年平均降水量為177.3 mm，相比舊氣候態平均值增加4%（表2），北疆、天山山區及南疆均為增多，天山山區增幅（5.0%）最大，南疆次之（4.4%），北疆最小（3.1%）。年降水量新、舊氣候態的差值百分率分布（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、舊氣候態的差值百分率變化均不顯著。

表2 新疆不同區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、舊氣候態的差值百分率分布（單位：%）

2.2.2 季平均降水量

在新氣候態下，新疆4 個季節降水量均增多，冬季增幅（7.0%）最大，秋季最小（1.5%），其中，北疆、天山山區四季均為增多，南疆春季減少，其他3 個季節均為增多，增多特征不顯著。春季天山山區增幅大于北疆，南疆略減少；夏季天山山區增幅大于北疆和南疆；秋季南疆增幅大于北疆和天山山區，且各分區增幅相差不大；冬季南疆增幅最大，北疆和天山山區增幅相近。對于同一區域，各分區均呈現冬季增幅最大，秋季最小的特征，天山山區的氣候平均值增幅大于南疆和北疆，變化均較平緩。

從各季節新、舊氣候態的差值百分率分布（圖4b～4e）可知，在新氣候態下，各季節整體表現為全疆大部降水增多，但區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域增幅為10%～20%，平均值相對減少的區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%，減小的區域為塔城南部至昌吉西部，阿克蘇東部經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，減小的區域為塔城南部至昌吉州一帶、阿克蘇東部、巴州及東疆，減幅為0.1%～20%；冬季全疆除個別地區減少外，大部分區域降水增加，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空差異。時間上，北疆、天山山區和南疆區域降水量呈明顯的季節內尺度變化特征，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，北疆和天山山區較小，且變化幅度均未通過顯著性檢驗。

圖5 不同區域新、舊氣候態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。除個別地區減小外，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%，個別區域甚至達100%以上，1、6、8 月增幅次之，增幅在0.1%～60%。減小的區域在不同月份的分布也有明顯變化，11、12 月減小區域較小且分散在全疆，其余5 個月則相對集中、連片，其中1、2、6 月集中于天山南北兩側，4、8 月集中于塔里木盆地中部和南疆西部山區，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%。增加的區域分散在北疆北部、南疆西部和巴州南部區域，增幅為0.1%～20%，個別地區增幅≥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及巴州北部的部分區域增加，增幅為0.1%～20%；南疆增加的區域集中在南疆西部，增幅為10%～77%，其余地區均為減小，減幅為10%～30%。

3 氣候平均值更替對氣候評價業務的影響

3.1 平均氣溫、降水量

氣候態更替對新疆氣候影響評價造成一定影響，尤其對于新、舊氣候態差異較大的地區和時段。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，根據現行的月氣候影響評價中氣溫距平的6 級評價標準，對1961—2021 年的共61 a 中3 月平均氣溫進行評價（表3），結果表明：新平均值替換舊平均值后，北疆3 月氣溫的評價結果發生了顯著變化，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的增大，平均氣溫的等級整體由正距平向負距平方向調整。

表3 兩個氣候平均值基準下北疆3 月氣溫的評價對比

同樣對降水進行評價，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，參照現行的月氣候影響評價中降水距平百分率的六級評價標準，對1961—2021 年的61 a 中11 月降水進行評價，結果表明：平均值改變后，南疆11 月降水的評價結果發生了明顯變化，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，降水等級整體由正距平百分率向負距平百分率調整。

3.2 冷、暖冬事件

根據國家標準《暖冬等級》（GB/T 21983—2020）和《冷冬等級》（GB/T 33675—2017）的定義，使用不同時期平均氣溫氣候態的±0.43 個標準差挑選1981—2021 年新疆冬季暖冬和冷冬事件年（圖6）。以舊氣候態平均值為基準的暖冬年和冷冬年分別為15和11 a，以新氣候態平均值為基準的暖冬和冷冬年分別為14 和13 a，即新、舊氣候態的更替使暖冬年減少、冷冬年增多。可見對于近幾十年來新疆暖冬、冷冬事件需要重新進行評估。

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 討論與結論

4.1 討論

本文重點討論了1991—2020 年與1981—2010年新疆氣溫、降水氣候平均值的差異及對氣候評價業務的影響，有助于提升新疆氣候評價業務水平以及提高全球變暖背景下對新疆氣候變化的認識。氣候平均值的變化過程非常復雜，自20 世紀70 年代以來，全球表面溫度保持迅速上升趨勢，而自2000年左右，全球表面溫度的上升趨勢開始減弱，甚至停滯，顯著上升趨勢明顯減弱，增溫停滯現象于2013—2014 年結束[16-17]。我國1951—2020 年不同時段氣候態下的氣溫平均值變化趨勢與全球變暖趨勢一致[4]，尤其是在1971—2000 年到1981—2010 年的上升趨勢顯著。通過對比分析新疆1971—2020 年3個不同時段的氣溫氣候平均值發現[14]與全國氣溫平均值的變化存在同樣的情況，每次新的氣候態均會使得氣溫距平減小，表現為氣候變暖趨勢減緩特征。

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氣候業務的影響范圍甚廣，本文僅分析了氣候平均值更替對氣溫、降水的影響，而對于最高氣溫、最低氣溫、日照、大氣環流、海溫等因子的影響還有待進一步研究。

4.2 結論

（1）新氣候態下，北疆、天山山區、南疆年和季氣溫的新平均值比舊平均值均增加，各區域年氣溫增幅均為0.3 ℃，但季氣溫增幅存在一定差異。各區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1 和12 月減小，其余各月上升，不同區域升幅差異較大，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）新氣候態下，新疆降水量區域平均值為177.3 mm，相比舊氣候態平均值增加4%。年、季、月降水量變化表現出較大的時間、空間差異。年降水量增幅，天山山區＞南疆＞北疆。季降水量，全疆大部區域增加，少數區域減少，冬季增幅最明顯，秋季最小，天山山區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）氣候態更替對新疆氣候影響評價造成一定影響，尤其對于新舊氣候態差異較大的地區和時段。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，等級整體由正距平向負距平調整，基于舊氣候態的氣溫等級、降水等級及冷暖冬年份等也需重新評估。