王文濤, 田 斌, 李 靜

(1.甘肅省水土保持科學(xué)研究所, 蘭州 730020; 2.甘肅省水利水電工程局第三工程處,蘭州 730020; 3.宿州學(xué)院地球科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 宿州 234000)

新疆東部地區(qū)氣候變化及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

王文濤1, 田 斌2, 李 靜3

(1.甘肅省水土保持科學(xué)研究所, 蘭州 730020; 2.甘肅省水利水電工程局第三工程處,蘭州 730020; 3.宿州學(xué)院地球科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 宿州 234000)

采用線性回歸分析以及Mann-Kendall和累積距平等突變檢驗(yàn)方法對(duì)新疆東部地區(qū)1961—2011年的氣溫和降水兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行研究，從而揭示該地區(qū)氣候變化的事實(shí)及趨勢(shì)，探討了其對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響。研究顯示新疆東部地區(qū)及各站點(diǎn)年平均和四季平均氣溫在過去50多年內(nèi)均呈上升趨勢(shì)，達(dá)0.42℃/10 a，增溫率是IPCC第四次報(bào)告中全球近50 a增溫率的三倍多，高于中國(guó)和西北干旱區(qū)的增溫率，并且在1993年發(fā)生增溫速度的突變。四季氣溫中，冬季氣溫升高對(duì)年氣溫上升貢獻(xiàn)最大。新疆東部地區(qū)各站點(diǎn)年降水量在研究時(shí)段內(nèi)有增有減，巴里坤站呈較為明顯增加趨勢(shì)，增幅為9.77 mm/10 a，而十三間房站年降水量呈微弱的下降趨勢(shì)，下降了1.97 mm/10 a，其余各站均有增加趨勢(shì)，但趨勢(shì)不顯著，并且在1976年發(fā)生了增濕突變。新疆東部地區(qū)溫度升高，降水量增加，總體向暖濕化發(fā)展，這種變化對(duì)該地區(qū)水資源和沙塵暴天氣事件等生態(tài)環(huán)境有重要的影響，具體的影響評(píng)估需要進(jìn)一步研究。

氣候變化; 趨勢(shì); 突變; 新疆東部; 水資源; 沙塵暴

全球氣候系統(tǒng)的變暖是毋庸置疑的。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告表明，最近130年(1880—2012年) 全球地表氣溫呈線性上升趨勢(shì)，其上升幅度為0.84℃，而最近60多年來(1950—2012年)許多已經(jīng)觀測(cè)到的氣候變化在年代際到千年尺度上都是前所未有的[1]。到21世紀(jì)末全球氣溫預(yù)計(jì)升高0.3～4.8℃[2]。伴隨著氣候變暖，全球大部分地區(qū)降水量和降水模式也發(fā)生了明顯變化，其陸域強(qiáng)降水事件發(fā)生頻率有所上升[3]。但氣候變化存在著明顯的區(qū)域差異[4-5]。近100年來北半球中緯度干旱區(qū)增溫是全球陸地年平均增溫的2～3倍，是對(duì)氣候變化最敏感最顯著的地區(qū)[6]。而中國(guó)西北干旱區(qū)是北半球中緯度干旱區(qū)的主要組成部分，變暖的強(qiáng)度高于全國(guó)平均值，以0.35℃/10 a的趨勢(shì)升溫，尤其是20世紀(jì)80年代中后期升溫迅速[7]。相對(duì)于溫度的普遍升高，降水量的區(qū)域差異更加明顯。西北干旱區(qū)近50年降水量是400年來最豐沛的時(shí)期，多雨主要發(fā)生在氣候劇烈變暖的20世紀(jì)最后30年，氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的特征明顯[8]。

新疆東部氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，屬于典型的極端干旱地區(qū)，是氣候變化極度敏感區(qū)。該區(qū)域地形地貌為“4山夾3盆”的山盆結(jié)構(gòu)，是新疆的“縮影”，在新疆具有代表性。氣溫和降水是氣候變化的兩個(gè)基本要素，其變化對(duì)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變遷起著重要的影響。深入認(rèn)識(shí)新疆東部地區(qū)氣候變化事實(shí)及趨勢(shì)，探討其對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響，對(duì)研究區(qū)氣候變化對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境，尤其是水資源脆弱性的影響具有重要意義，同時(shí)對(duì)該地區(qū)的生態(tài)建設(shè)和水資源保護(hù)及配置具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

新疆東部地區(qū)，地處40°09′—45°43′N，91°06′—96°23′E，主要包括哈密地區(qū)，總面積約140 749 km2。地勢(shì)為山盆結(jié)構(gòu)，為“4山夾3盆”，中部天山山脈自東向西400 km橫亙其中，分隔成山南山北 2個(gè)主要的封閉盆地，形成迥然不同的兩大自然環(huán)境區(qū)：山北為巴里坤盆地，居于巴爾庫山與莫?dú)J烏拉山之間，在莫?dú)J烏拉山與東準(zhǔn)葛爾山地余脈之間為淖毛湖—三塘湖盆地，山南是吐魯番—哈密盆地。哈密地區(qū)地形復(fù)雜且多荒漠戈壁，植被稀少，干旱區(qū)占90%以上，其中極端干旱區(qū)就占到總面積的70%以上；干燥少雨，晝夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)，表現(xiàn)出典型的大陸性氣候特征。

2 數(shù)據(jù)資料與方法

本文選取新疆東部地區(qū)6個(gè)站點(diǎn)1961—2011年共51 a逐月平均氣溫、降水量和風(fēng)速等數(shù)據(jù)。挑選在區(qū)域內(nèi)分布均勻、缺測(cè)較少和起始年統(tǒng)一的6個(gè)站點(diǎn)，站點(diǎn)包括哈密、十三間房、巴里坤、伊吾、紅柳河和淖毛湖6個(gè)氣象站點(diǎn)，數(shù)據(jù)來自新疆維吾爾自治區(qū)氣象信息中心，數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，剔除錯(cuò)誤信息，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。區(qū)域氣象要素均值采取面積加權(quán)平均計(jì)算得出。

使用的方法主要有相關(guān)分析、回歸分析和非線性參數(shù)檢驗(yàn)等；突變分析采用Mann-Kendall方法。Mann-Kendall方法(簡(jiǎn)稱M-K方法)方法概述如下[9]：

對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列 ，構(gòu)造一秩序列：

(1)

可見，秩序列Sk是第i時(shí)刻數(shù)值大于j時(shí)刻數(shù)值個(gè)數(shù)的累計(jì)數(shù)。

在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假設(shè)下，定義統(tǒng)計(jì)量：

(2)

其中UF1=0,E(Sk),var(Sk)是累計(jì)數(shù)Sk的均值和方差，在x1,x2,…,xn相互獨(dú)立，且有相同連續(xù)分布時(shí)，它們可由下式算出：

(3)

UFi為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，它是按時(shí)間序列x順序x1,x2,…,xn計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量序列，給定顯著性水平α，若|UFi|>Ua，則表明序列存在明顯的趨勢(shì)變化。

按時(shí)間序列x逆序xn,xn-1,…,x1，再重復(fù)上述過程，同時(shí)使

UBk=-UFk(k=n,n-1,…,1),UB1=0

分析繪出的UFk或UBk曲線圖，若UFk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。如果UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間。

3 結(jié)果與分析

3.1 新疆東部地區(qū)氣溫變化特征

新疆東部地區(qū)年平均氣溫存在明顯的差異，“山盆”空間相差懸殊，由盆地向周邊山區(qū)呈明顯遞減趨勢(shì)。該區(qū)域年均氣溫為7.2℃，其中淖毛湖盆地和哈密盆地的年均氣溫分別為10.6℃和10.0℃，而山區(qū)的巴里坤和伊吾分別為2.1℃和3.9℃?？梢钥闯?，氣溫受海拔影響極為顯著，這說明研究區(qū)內(nèi)“山區(qū)—盆地結(jié)構(gòu)”的巨大海拔差異是該區(qū)氣溫要素地域分異明顯的主控因素。

新疆東部地區(qū)及各站點(diǎn)年平均和四季平均氣溫均呈上升趨勢(shì)(表1、圖1和圖2)。該區(qū)域年平均氣溫在1960—1965年偏高，1966—1985年偏低，80年代中期氣溫最低，之后開始緩慢上升。20世紀(jì)80年代末期氣溫開始波動(dòng)升高，90年代中期又出現(xiàn)一次大幅度升溫過程，2008年之后氣溫有微弱的下降趨勢(shì)。四季氣溫與年平均氣溫變化大體一致。各站點(diǎn)的年際變化趨勢(shì)與整個(gè)區(qū)域的變化趨勢(shì)基本一致，均在80年代末期和90年代中期出現(xiàn)了升溫過程，而在21世紀(jì)初十年中期有下降的趨勢(shì)。

從變化趨勢(shì)來看，新疆東部地區(qū)及6個(gè)氣象站點(diǎn)的年平均氣溫呈增加趨勢(shì)(表1、圖2)，線性回歸分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果均通過了95%(±1.96)顯著性檢驗(yàn)，說明在統(tǒng)計(jì)意義上其增加趨勢(shì)顯著。整個(gè)新疆東部地區(qū)的增溫率為0.42℃/10a，是IPCC第四次報(bào)告[3]中全球近50年增溫率的三倍多，也高于中國(guó)(0.25℃/10a)和西北干旱區(qū)(0.34℃/10a)的增溫率[10-11]。從表1看出，十三間房年均氣溫增溫率最高，為0.79℃/10a，其次是巴里坤，達(dá)到0.67℃/10a，而哈密地區(qū)氣溫年均值和四季值的增溫率都是最小的，淖毛湖和紅柳河的增溫率較為一致。從四季來看，冬季是四季中增溫最高的，達(dá)到0.46℃/10a，對(duì)年值增溫貢獻(xiàn)最大，其次為秋季、夏季和春季。

用累積距平分析法和Mann-Kendall檢驗(yàn)法兩種方法對(duì)氣溫突變進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩種方法得到的突變年份較為一致，Mann-Kendall檢驗(yàn)法有較大的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合Mann-Kendall方法的特點(diǎn)以及年、四季氣溫的年際變化規(guī)律，最終確定突變年份。Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果表明，新疆東部地區(qū)年平均氣溫與1993年后氣溫顯著升高，通過了99%(±2.56)的顯著性檢驗(yàn)，說明在統(tǒng)計(jì)意義上其突變特征很顯著。四季氣溫突變時(shí)間不盡相同：春季氣溫集中在1996年發(fā)生突變；秋季氣溫突變時(shí)間在1993年，與年平均氣溫突變時(shí)間一致；夏季氣溫突變介于夏季和冬季之間，集中在90年代中期； 冬季氣溫突變時(shí)間較早，在1984年，與西北干旱區(qū)氣溫突變時(shí)間接近；年平均氣溫和四季氣溫突變與整個(gè)西北地區(qū)氣溫突變情況一致[11]。

表1 新疆東部地區(qū)氣溫年值、四季線性變化增溫率 ℃/10 a

圖1 新疆東部地區(qū)年平均氣溫變化趨勢(shì)及突變分析

圖2 新疆東部各站點(diǎn)年平均氣溫變化趨勢(shì)

3.2新疆東部地區(qū)降水量變化特征

與全區(qū)域的普遍顯著升溫不同，新疆東部地區(qū)各站點(diǎn)降水量有增有減，且絕大多數(shù)站點(diǎn)變化趨勢(shì)不顯著(表2)。年均降水量變化僅巴里坤站呈較為明顯增加趨勢(shì)，增幅為9.77 mm/10 a，其余各站變化趨勢(shì)均不顯著。而十三間房站年降水量呈微弱的下降趨勢(shì)，下降了1.97 mm/10 a，但沒有通過95%的顯著性水平檢驗(yàn)。降水量存在明顯的空間差異，“山盆”空間相差懸殊，由盆地向周邊山區(qū)呈明顯增加趨勢(shì)。該區(qū)域年降水量為76 mm，其中巴里坤和伊吾站的年降水量分別為218.3 mm和98.7 mm，而淖毛湖和哈密等盆地內(nèi)站點(diǎn)分別為19 mm和38.3 mm?？梢钥闯?，降水量受海拔影響較為顯著，研究區(qū)內(nèi)“山區(qū)—盆地結(jié)構(gòu)”的海拔差異對(duì)該區(qū)降水量的地域分異有明顯的影響。巴里坤的高海拔、東天山北側(cè)的地理特征，加上區(qū)域“三山夾兩盆”的地形地貌，是新疆的一個(gè)縮影，平均海拔達(dá)2 000 m以上，來自西方和西北方向的氣流，遇高山阻擋抬升，水汽凝結(jié)，在2 000 m以上的中、高山區(qū)及森林帶的中、高山區(qū)形成降水，高山區(qū)有常年積雪和大量的冰川，山區(qū)降水和部分的冰雪融水是該地區(qū)水資源的主要來源。

研究區(qū)降水量年際變化情況顯示(圖3和圖4a)：新疆東部地區(qū)年降水量自1961年以來總體呈增加趨勢(shì)。其中20世紀(jì)60年代末到70年代初、70年代末到80年代初、80年代末90年代中期以及21世紀(jì)10年中期降水量偏豐，其余年份降水量偏枯。新疆東部各地區(qū)的降水量年際變化較為一致，波動(dòng)特征與整個(gè)區(qū)域幾乎同步。四季降水量與年降水量變化大體一致。各站點(diǎn)的年際變化趨勢(shì)與整個(gè)區(qū)域的變化趨勢(shì)基本一致。

圖3 新疆東部各站點(diǎn)年降水量變化趨勢(shì)

從變化趨勢(shì)來看，除十三間房站外，新疆東部地區(qū)及其余5個(gè)氣象站點(diǎn)的年降水量呈增加趨勢(shì)(表3、圖4)，線性回歸分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有新疆東部全區(qū)的年降水量通過了95%(±1.96)顯著性檢驗(yàn)，即整個(gè)新疆東部地區(qū)的年降水量在統(tǒng)計(jì)意義上呈顯著增加趨勢(shì)，而其余站點(diǎn)的年降水量增加或減少趨勢(shì)并不顯著。從表2看出，巴里坤站年均降水量增加率最高，其次是伊吾和哈密站，而十三間房站年和夏秋冬季的降水量均有減少趨勢(shì)。從四季來看，春季和秋季降水量的增加較高，對(duì)年降水量增加貢獻(xiàn)最大，其次為夏季和冬季。另外，伊吾站夏季降水量也有減少的趨勢(shì)，這可能與夏季氣溫高，潛在蒸發(fā)量大，而向空中補(bǔ)充的當(dāng)?shù)卣舭l(fā)水汽較少，導(dǎo)致空氣中水汽含量不足，抑制山前降水的形成和發(fā)展有關(guān)。

Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果表明，新疆東部地區(qū)年降水量突變發(fā)生在1976年，通過了95%(±1.96)的顯著性檢驗(yàn)，說明在統(tǒng)計(jì)意義上其突變特征很顯著。四季降水量突變時(shí)間不盡相同：春季降水量集中在20世紀(jì)80年代中期發(fā)生突變；秋季降水量突變時(shí)間在1976年、1977年，與年平均氣溫突變時(shí)間一致；夏季降水量突變集中在80年代末期； 冬季氣溫突變時(shí)間較晚，在1999年。但在四季中，只有秋季降水量突變特征通過了95%(±1.96)的顯著性檢驗(yàn)，說明在統(tǒng)計(jì)意義上其突變特征顯著，其余季節(jié)的突變不顯著。在秋季，突變后降水量增加了46%，但實(shí)際增加降水量只有4.92 mm。

圖4 新疆東部地區(qū)年平均降水量變化趨勢(shì)及突變分析

表2 新疆東部地區(qū)降水量年值、四季值線性變化增加率mm/10 a

3.3 新疆東部地區(qū)平均風(fēng)速變化特征

新疆東部地區(qū)大風(fēng)天氣氣候頻繁，有哈密北部三塘湖—淖毛湖風(fēng)區(qū)、七角井—百里風(fēng)區(qū)和哈密南部風(fēng)區(qū)的著名風(fēng)區(qū)。大風(fēng)天氣不僅影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，還對(duì)當(dāng)?shù)氐慕煌ā⑸鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等造成重大的影響。近50 a來，新疆東部地區(qū)年平均風(fēng)速經(jīng)歷了明顯的減弱趨勢(shì)，減弱速率大于-0.2 m/s，平均風(fēng)速下降了0.94 m/s。從平均風(fēng)速的年代際變化來看，20世紀(jì)60—70年代初有明顯的增強(qiáng)，但自1972年之后區(qū)域風(fēng)速呈現(xiàn)十分明顯的持續(xù)性下降趨勢(shì)。這種變化主要與氣候變暖有關(guān)，氣候變暖引起高緯、冬季和夜間的顯著增溫，減小了高、低緯之間的溫差，同樣也減小了冬夏之間、白天和夜間之間的溫差。從表3看出，年平均風(fēng)速與年平均氣溫之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過了99%的顯著性檢驗(yàn)，即整個(gè)新疆東部地區(qū)的年平均風(fēng)速與年平均氣溫之間的關(guān)系在統(tǒng)計(jì)意義上顯著。淖毛湖地區(qū)風(fēng)速與年均氣溫的反相關(guān)也通過了，紅柳河和伊吾站相關(guān)系數(shù)不顯著。新疆東部風(fēng)速變化主要和強(qiáng)冷空氣、寒潮天氣有關(guān)系，20世紀(jì)80年代中期以后侵入新疆東部的強(qiáng)冷空氣天氣在次數(shù)和強(qiáng)度上明顯減弱。

表3 新疆東部地區(qū)平均風(fēng)速與平均溫度的相關(guān)系數(shù)

3.4 氣候變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的可能影響

由于數(shù)據(jù)序列長(zhǎng)度、精度和研究方法的限制，氣候變化對(duì)中小尺度區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響研究仍面臨許多困難。由于新疆東部地區(qū)為極端干旱區(qū)域，對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)十分敏感。新疆東部地區(qū)綠洲生態(tài)環(huán)境的安全和維護(hù)全依賴于山區(qū)徑流的供給，而絕大多數(shù)山區(qū)徑流靠山區(qū)降水和季節(jié)性冰雪融水補(bǔ)給，還受到氣溫變化的制約。

3.4.1 對(duì)區(qū)域水資源的影響 新疆東部區(qū)域共有長(zhǎng)流水河流70多條，年徑流量大于0.02億m3的河流有10余條。其中約有30條河流受冰川消融水影響，而大部分河流基本沒有冰川消融水補(bǔ)給。這些不受冰川消融水補(bǔ)給的河流分布在東天山南北兩側(cè)，水量來自山區(qū)直接降雨和裂隙水，河流的豐枯取決于集水區(qū)域內(nèi)的氣候要素的變化，主要包括溫度和降水。由于山體低矮，中、高山區(qū)在冬春季節(jié)有一定積雪，但這些積雪也受前冬的降雪累積量和春季氣溫的影響，在每年的4—5月份全部消融[12]。

新疆地區(qū)氣候的變化對(duì)當(dāng)?shù)睾恿髁髁坑绊懞艽螅瑲夂蛞氐漠惓?dǎo)致地表徑流量的變化[13]。冰川融水補(bǔ)給河流的徑流量占全地區(qū)河流年徑流量的79.4%，這些河流流量與氣溫關(guān)系密切，巴里坤氣象站的氣溫在20世紀(jì)80年代后持續(xù)升高，受山區(qū)氣溫升高影響，伊吾河年徑流量隨之升高；而降水增加對(duì)河流的水量影響不大，這些降水具有量小、強(qiáng)度低、歷時(shí)短的特征，絕大部分降水量成了土壤水，由于地下水埋深大，降水沒能轉(zhuǎn)換成地下水，就以土壤蒸發(fā)的形式消失。而白吉站年均流量與同期降水量關(guān)系略好，說明在山區(qū)降水與徑流關(guān)系相對(duì)較好[14]。

根據(jù)湯奇成、胡汝驥等的相關(guān)研究[15-16]，在未來氣候變化的趨勢(shì)下，氣溫升高將可能引起冰川徑流減少，而河川徑流會(huì)隨山區(qū)降水的增加而增加，如在氣溫升高1℃，降水增加20%時(shí)，河川徑流將增加10%～20%；但如果氣溫升高而降水減少，河川徑流會(huì)有較大幅度的減少。這也就是說，在區(qū)域增溫明顯的大背景下，新疆東部山區(qū)的徑流在更大程度上依賴于山區(qū)降水量的變化，還受冰雪融水補(bǔ)給的影響，這樣就使徑流不穩(wěn)定性增加，增加了水資源利用的難度。

3.4.2 對(duì)區(qū)域沙塵暴的影響 新疆東部地區(qū)大風(fēng)天氣氣候頻繁，是著名的風(fēng)區(qū)之一。大風(fēng)天氣引起的沙塵暴，不僅影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，還對(duì)當(dāng)?shù)氐慕煌ā⑸鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等造成重大的影響。

近50 a來，新疆東部地區(qū)年平均風(fēng)速經(jīng)歷了明顯的減弱趨勢(shì)，風(fēng)速的減弱使沙塵暴天氣事件發(fā)生頻次減少，當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。新疆東部地區(qū)3—5月發(fā)生的沙塵暴居多，沙塵暴峰值多在4月出現(xiàn)，十三間房沙塵暴日數(shù)69%的沙塵暴發(fā)生在春季，哈密地區(qū)沙塵暴占全年的48%，此分布與當(dāng)?shù)卮杭敬箫L(fēng)頻繁有關(guān)[17]。新疆東部各站沙塵暴日數(shù)隨時(shí)間序列變化呈遞減的趨勢(shì)，20世紀(jì)50，60年代均屬于沙塵暴高發(fā)期，沙塵暴合計(jì)頻次高于各站歷史均值，80年代以后沙塵暴呈減弱趨勢(shì)，進(jìn)入21世紀(jì)初沙塵暴爆發(fā)頻次再次趨于遞減，處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定且沙塵暴頻次相對(duì)偏小時(shí)期。從圖5可以看出哈密站沙塵暴日數(shù)在近60年來呈遞減趨勢(shì)，沙塵暴日數(shù)幾乎為零。沙塵暴的變化趨勢(shì)主要是隨大風(fēng)風(fēng)速的變化而變化，風(fēng)力條件的減弱是該地區(qū)沙塵暴頻數(shù)下降的主要原因。而區(qū)域風(fēng)力條件穩(wěn)定，下墊面條件成為沙塵暴多寡決定性因素。姚俊強(qiáng)等研究表明西北地區(qū)沙塵暴頻次迅速減少與沙源區(qū)向暖濕化趨勢(shì)發(fā)展有關(guān)[7]。新疆東部地區(qū)氣候暖濕化轉(zhuǎn)型也對(duì)沙塵暴的發(fā)生有一定的弱化作用，降水的增加可以引起土壤濕度及地表植被覆蓋的正效應(yīng)變化，進(jìn)而抑制沙塵暴的發(fā)生。

4 結(jié) 論

(1) 新疆東部地區(qū)及各站點(diǎn)年平均和四季平均氣溫均呈上升趨勢(shì)，增溫率為0.42℃/10 a，增溫幅度在空間上受到山盆地形影響，高海拔增溫幅度大。在20世紀(jì)80年代末期到21世紀(jì)前5年左右出現(xiàn)了升溫過程，而在接下來的幾年有下降的趨勢(shì)。四季氣溫以冬季增溫最高，達(dá)到0.46℃/10 a。Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果表明該地區(qū)年平均氣溫突變發(fā)生在1993年，通過了99%(±2.56)的顯著性檢驗(yàn)，說明在統(tǒng)計(jì)意義上其突變特征很顯著。四季氣溫突變時(shí)間不盡相同。

圖5 哈密站沙塵暴日數(shù)年變化

(2) 新疆東部地區(qū)各站點(diǎn)降水量多數(shù)站點(diǎn)有所增加，巴里坤站呈較為明顯的增加趨勢(shì)，增幅為9.77 mm/10 a，其余4站變化不顯著，而十三間房站年降水量呈微弱的下降趨勢(shì)，下降了1.97 mm/10 a。降水量近51 a有所增加。春季和秋季降水量的增加較高，對(duì)年降水量增加貢獻(xiàn)最大，其次為夏季和冬季。Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果表明，新疆東部地區(qū)年降水量突變發(fā)生在1976年，通過了95%(±1.96)的顯著性檢驗(yàn)，說明在統(tǒng)計(jì)意義上其突變特征很顯著。四季降水量突變時(shí)間不盡相同，其中秋季降水量突變時(shí)間與年平均氣溫突變時(shí)間一致。

(3) 新疆東部地區(qū)為極端干旱區(qū)域，對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)十分敏感。新疆東部地區(qū)綠洲生態(tài)環(huán)境的安全和維護(hù)全依賴于山區(qū)徑流的供給，而絕大多數(shù)山區(qū)徑流靠山區(qū)降水和季節(jié)性冰雪融水補(bǔ)給，主要受降水和氣溫變化的制約。此外，新疆東部地區(qū)年平均風(fēng)速經(jīng)歷了明顯的減弱趨勢(shì)，與年平均氣溫之間存在反相關(guān)關(guān)系，風(fēng)速的減弱使沙塵暴天氣事件發(fā)生頻次減少，當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。

[1] IPCC. Working group I contribution to the IPCC fifth assessment report, Climate change 2013: The physicalscience basis: Summary for policymakers [R/OL]. [2013-10-28].

[2] 任賈文.全球冰凍圈現(xiàn)狀和未來變化的最新評(píng)估:IPCCWGIAR5SPM發(fā)布[J].冰川凍土,2013,35(5):1065-1067.

[3] IPCC, Climate Change 2007: The Physical Science Basis: Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the IPCC[R]. Cambridge University Press, 2007.

[4] 張建云,王國(guó)慶,劉九夫,等.氣候變化權(quán)威報(bào)告—IPCC報(bào)告.氣候變化影響評(píng)估,2008,2:38-40.

[5] 林祥,錢維宏.近40年中國(guó)暖季日氣溫及其異常強(qiáng)度變化趨勢(shì).地理學(xué)報(bào),2003,58(9):21-30.

[6] Zuo Jinqing, Wang Jiemin, Huang Jianping, et al. Estimation of ground heat flux and its impact on the surface energy budget for a semi-arid grassland[J]. Sciences in Cold and Arid Regions,2011,3(1):41-50.

[7] 姚俊強(qiáng),楊青,陳亞寧,等.西北干旱區(qū)氣候變化及其對(duì)生態(tài)環(huán)境影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2013,32(5):1283-1291.

[8] 施雅風(fēng),沈永平,胡汝驥.西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的信號(hào)、影響和前景初步研究[J].冰川凍土,2002,24(3):219-226.

[9] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京:氣象出版社,2007.

[10] Ren G Y, Xu M Z, Chu Z Y, et al. Changes of surface air temperature in China during 1951—2004, Clim[J]. Environ. Res., 2005,10(4):717-727.

[11] Li B, Chen Y, Shi X. Why does the temperature rise faster in the arid region of northwest China[J]. J. Geophys. Res.,2012,117,D16115, doi: 10.1029/2012JD 017953.

[12] 駱光曉,吳力平,尹進(jìn)莉,等,新疆哈密地區(qū)地表水資源量趨勢(shì)分析[J].水文,2007,27(5):92-95.

[13] 鄧銘江,王世江,董新光,等.新疆水資源及可持續(xù)利用[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001.

[14] 高建芳,駱光曉,氣候變化對(duì)新疆哈密地區(qū)河川徑流的影響分析[J].冰川凍土,2008,31(4):748-758.

[15] 湯奇成,曲耀光,周聿超.中國(guó)干旱區(qū)水文與水資源利用[M].北京:科學(xué)出版社,1992.

[16] 胡汝驥.中國(guó)天山自然地理[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2004.

[17] 霍文.新疆沙塵暴天氣演變特征及成因分析[D].烏魯木齊:新疆師范大學(xué),2011.

ClimateChangeinEasternRegionofXinjianginthePast50YearsandItsEffectsontheLocalEcologicalEnvironment

WANG Wen-tao1, TIAN Bin2, LI Jing3

(1.GansuInstituteofSoilandWaterConservation,Lanzhou730020,China; 2.ThirdEngineeringDepartment,GansuWaterConservancyandHydropowerEngineeringBureau,Lanzhou730020,China; 3.SchoolofEarthSciencesandEngineering,SuzhouUniversity,Suzhou,Jiangsu234000,China)

The method of linear regression trend analysis and Mann Kendall and cumulative distance equal mutation testing method were adopted to study the temperature and precipitation in 1961—2011 in the eastern region of Xinjiang, revealing the fact of climate change in the region and trend, and to discusses its impact on regional ecological environment. The study results show that the eastern region in Xinjiang and each site the annual average temperature of the four seasons was rising over the past 50 years, the rate of warming nearly 50 years was more than three times of the global warming rate reported by the IPCC the fourth time, the rate of warming was up to 0.42 ℃/10 a, warming rate is higher than that of China and the northwest arid areas, and the abrupt change of increasing temperature occurred in 1993. The winter temperatures among the four seasons had the largest contribution to the temperature rise. Annual rainfall in eastern region of Xinjiang workstations was increasing with decreasing during the study period and it presented more significantly increased trend at Balikun station, increase rate was 9.77 mm/10 a, the annual precipitation presented a weak downward trend at Shisanjianfang station, and the decline rate was 1.97 mm/10 a, the annual precipitation at the rest of the stations had increased, but the trend was not significant, and humidifying mutation happened in 1976. Temperature of the eastern region in Xinjiang rose, precipitation increased. The overall development was towards to warming and humidity, which had the significant impact on the change of water resources in the region and ecological environment such as wind and dust storm weather events. The further research for evaluation on the exact is necessary in this region.

climate change; trend; abrupt change; eastern Region of Xinjiang; water resources; sand-dust storm

2014-01-26

：2014-04-07

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)科學(xué)研究項(xiàng)目973課題“干旱區(qū)水文氣象要素變化及歸因”(2010CB951001)

王文濤(1977—),女,甘肅秦安人,工程師,主要從事氣候變化、水土保持工程設(shè)計(jì)及生態(tài)規(guī)劃工作。E-mail:wangwt1977@126.com

X16

：A

：1005-3409(2014)05-0249-06