新疆地区气温日较差年际变化特征分析

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　　摘 要：利用1961—2018年新疆地区国家气象站逐日最高气温和最低气温等观测资料，通过线性回归、Mann-Kendall趋势检验等方法对气温日较差（Diurnal Temperature Range，以下简称DTR）进行研究分析。结果表明：年际变化上，新疆地区15个地（州、市）代表站，除哈密市DTR呈弱上升趋势外，DTR整体呈现显著下降趋势，最大下降值约为0.6℃·10a-1，位于吐鲁番市;在空间分布上，DTR大致呈现为新疆地区西北部下降幅度大，往东南方向逐渐递减，西北降幅大，东南降幅小的趋势，新疆地区的平均DTR下降趋势不存在显著的气候突变点，在近60a一直趋于下降;在不同年代际上，DTR在1960—1970年相对偏大，在2000年个别地区出现了下降趋势减缓或停止特点;在季节和逐月时间尺度上，DTR呈现出明显的年循环特征，基本上在秋季最大而冬季最小。
　　关键词：新疆;气温日较差;时间尺度;变化特征
　　中图分类号：S16
　　 文献标识码：A
　　全球气候正经历着变暖的过程，100a来全球地面平均温度上升了约0.85℃（IPCC第五次评估报告），我国平均气温总体的变化趋势与全球平均气温变化趋势基本相一致，但温度增速却高于世界同期水平[1-2]。现阶段研究表明，全球最高气温和最低气温均处于升高趋势，且最低气温升高较最高气温明显[3]。这种气温日夜升高趋势不对称性的存在对全球气候变化有着重要影响，引起众多学者的关注。气温日较差（Diurnal Temperature Range，简称DTR）也称气温日振幅，是日最高气温与日最低气温的差值，DTR作为气候变化研究的重要指标之一，与平均气温的变化既有相关性，又相对独立，对DTR进行深入研究，能够提供更多气候变化相关信息，反映全球和区域性的气温变化幅度，对人类生存环境、气候异常的影响和可持续发展研究具有特殊的参考价值[4-5]。近年来，国内学者对DTR的时空变化特征、变化原因及其与气象因子的关系做了许多分析。左洪超等[6]、陈文海等[7]在关于中国1950—2000年气温及降水变化的长期趋势分析中，对我国的温度变化特征进行了比较深入地研究，并指出可能影响温度变化的影响因子;陈铁喜等[8]利用近50a的气温观测资料对中国气温日较差进行分析，指出我国DTR整体上呈下降趋势，DTR平均减小幅度低纬度地区小于高纬度地区;曹言等[9]利用最高、最低气温、年平均气温等资料，结合Mann-Kendall突变检测和小波分析法对DTR进行分析，得出云南省年平均、春季、夏季和冬季DTR整体呈减少趋势，秋季呈上升趋势;此外，还有很多学者开展了中国西北地区及青藏高原地区DTR变化方面的研究工作[10-15]。
　　对于新疆地区的气温日较差研究工作，白松竹等[16]指出阿勒泰地区四季日较差呈显著减小趋势，其中冬季最为明显;刘强吉等[17]利用新疆额尔齐斯河流域气象站点的气温数据，得出最低气温的快速升高和最高气温的缓慢升高是额尔齐斯河流域DTR减小的直接原因，影响流域DTR的主要因子为平均气温、降水量和平均风速。上述研究工作的开展，多针对新疆局地区域，而对于整个新疆地区DTR的变化情况无具体描述。因此，本文利用1961—2018年新疆地区国家级气象站点的逐日观测资料，计算并分析DTR的时空变化特征，可为掌握地区气候变化规律、促进农业生产和生态环境改善提供参考依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 数据资料
　　本文使用的气象资料来自新疆地区所属国家气象站的最高温度、最低温度观测数据，依据资料的连续性及最长时段性等标准，其中由于建站时间的不同，为保证各站数据在分析中的一致性，选取1961年1月1日—2018年12月31日共58a的数据进行分析，这期间部分站由于建站时间较晚缺测值较多而被剔除，选取剩余的96站数据进行分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 新疆地区海拔及站点地理分布
　　新疆维吾尔自治区地理范围大，地形差异显著，人口分布和经济生产有很大的差异性。从所选取的国家气象观测站（图1）海拔高度分布可以看出，新疆境内不同区域内站点的海拔高度相差较大，海拔最低的为吐鲁番市，海拔高度<100m，天山山区部分站点海拔高度>3000m，但总体上看，大多站点分布在海拔较低、坡度相对较为平缓的地带。这些站点所在的区域，大部人口分布较为稠密，经济生产活动相对发达，也在一定程度上表明选取这些站点进行研究的合理性。图中红色站点为新疆地区15个地（州、市）的代表站点。
　　2.2 新疆地区年平均DTR的年际变化特征
　　对新疆地区15个地（州、市）代表站点1961—2018年间年DTR进行分析（图2），可以看出，除东疆地区的哈密市（图2f）呈现弱上升趋势（0.07℃·10a-1），其余地（州、市）代表站點均呈现出一致下降趋势，DTR下降最明显的出现在吐鲁番（图2g），下降趋势为0.6℃·10a-1;其次为昌吉，下降趋势为0.4℃·10a-1。除阿勒泰（图2d）DTR下降趋势变化不明显（约为0.01℃·10a-1）外，在呈下降趋势的14个站中，有6个站（乌鲁木齐、阿克苏、吐鲁番、和田、昌吉、塔城）下降幅度大于0.3℃·10a-1，5个站（石河子、喀什、伊宁、库尔勒、克拉玛依）下降幅度在0.2～0.3℃·10a-1之间。
　　上述DTR呈现下降趋势的各站中，大部分站都表现出一致、连续的下降趋势，但是个别站（如昌吉）虽然下降值较大，在近些年其趋势却是呈现上升的。大致在2000年之后，昌吉的DTR由历史最低值约10℃上升到早期（如1960年）的14℃左右，单独看2010年之后和1960年，其DTR几乎保持不变。这一特征说明不同站的DTR在下降趋势还有一定的年代际变化特征。
　　由于DTR下降的幅度在各站表现并不一样，因此为得到DTR下降趋势在整个新疆区域内的分布，进一步针对分析新疆地区国家气象站点的结果发现（图3），1961—2018年除北疆北部、南疆西部及东疆地区的个别区域外，新疆地区年平均的DTR基本上都呈减小趋势。其中，DTR减小最大的地区位于东疆地区的哈密市西北部，为0.8～0.9℃·10a-1，各站DTR下降范围大致在0.01～0.6℃·10a-1。计算结果表明，新疆地区的平均DTR年际时间序列（图略）也呈现出显著减小的特征，减小值为0.3℃·10a-1。 　　整体上，这与陈铁喜[9]等指出的我国DTR整体呈下降趋势研究结果是一致的。
　　为进一步确定新疆地区DTR的趋势变化，使用Mann-Kendall趋势突变检验方法对上述地区DTR时间序列进行趋势检验（结果如下图4和图5所示），分别为15个代表站和新疆地区96站平均的检验结果。由图4可见，在15个代表站中除喀什、阿勒泰、哈密、昌吉、阿图什之外，各站DTR时间序列均没有明显的趋势突变时间，在过去近60a呈现为一致的下降趋势。上述各站中，如果按照不同的年代来看，哈密大致在2000年前无明显的趋势变化（UF和UB线表现不一致），2000年后开始出现弱的上升趋势;除哈密外，剩余的14站在1960年及之后的一段时间全部呈现下降趋势（UF和UB线均<0），在1990—2000年，其下降趋势变得不再明显（喀什、阿勒泰、昌吉、阿图什、库尔勒等）。
　　图5为新疆地区所有站（96站）平均的DTR时间序列Mann-Kendall方法趋势检验结果。可见自1961—2010年UF和UB线均<0，表明新疆地区整体上DTR呈现出一致的下降趋势;并且两者的交点位于=1.96之外，说明新疆地区平均的DTR下降趋势不存在显著的气候突变点，在过去近60a来DTR一直在下降。
　　2.3 新疆地区DTR的年代际变化特征
　　为了得到年平均DTR在不同年代际大致的演变情况，选取1971—2000年作为气候平均的参考时期，计算得到年平均DTR在不同年代际（最近一个年代为2010—2018年）的异常场分布（图6），可以看出，新疆地区各地在不同年代际之间DTR的变化特征，1960—1970年（图6a、6b）新疆地区年平均的DTR异常场相对于气候态（1971—2000年）呈现出较为明显的偏大（最大约1.5℃）;这与各代表站趋势检验的结果是保持一致的，即在1960—1970年新疆地区的DTR整体上相对气候态偏大，因此在之后一段时间内DTR均呈现下降趋势。在图6c、6d中表现为DTR异常值开始减小，并逐渐开始相对于气候值偏暖，说明DTR趋势的下降是持续的，这一趋势持续到2000年左右，以哈密—巴州—阿克苏地区一线为代表的部分地区DTR异常值和整体表现开始相反（图6e、6f红色部分），表明在其它地区DTR由于不断下降从而相对气候值开始偏小时，这些地区的DTR下降趋势停止，反而开始增加（图6e、6f红色部分），这与上述Mann-Kendall趋势检验方法得到的结果一致，并确定了DTR下降趋势发生逆转地区的范围。
　　2.4 新疆地区DTR的逐月的变化分析
　　新疆地区地处西北，昼夜温差大、四季分明，因此DTR有显著的年循环，DTR年平均值取决于DTR在不同月份的演变。为确定DTR在年循环中逐月相对变化的大小，给出了气候平均的DTR逐月演变（图7），可以看出，在1a中的不同月份均是北疆地区DTR较小而南疆地区的DTR较大。在逐月DTR演变过程中，整个新疆地区的DTR的最大值基本上出现在9月份，在达到最大值之后开始迅速减小，于12月达到1a中的最小值。夏季（6—8月）的3个月DTR分布仅是次大的。这说明，新疆地区DTR年平均序列中，冬季和夏季是对DTR影响最大的2个季节。
　　3 结论
　　从年际变化上看，新疆地区15个地（州、市）代表站，除哈密市DTR呈弱上升趋势外，DTR整体呈现显著下降趋势，最大下降值约为0.6℃·10a-1，位于吐鲁番市。
　　从空间分布上看，除北疆北部、南疆西部及东疆地区的个别区域外，新疆地区的年平均DTR整体呈减小趋势，总体趋势下降0.3℃·10a-1。
　　新疆地区的平均DTR下降趋势不存在显著的气候突变点，在近60a一直趋于下降。
　　在不同年代际上，DTR在1960—1970年相对偏大，在2000年后个别地区出现下降趋势减缓或停止特点。
　　在DTR逐月演变上，DTR在1—9月持续增大，后迅速减小，至12月达到最小值。
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　　（责任编辑 周康）
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