吳 燁， 劉衛(wèi)平， 古麗格娜·海力力

（1.中國(guó)氣象局 烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054；3.新疆氣象信息中心，新疆 烏魯木齊 830002）

溫泉縣近50年氣候變化特征分析

吳 燁1，2， 劉衛(wèi)平3， 古麗格娜·海力力3

（1.中國(guó)氣象局 烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054；3.新疆氣象信息中心，新疆 烏魯木齊 830002）

基于新疆溫泉縣氣象站1963-2012年的月平均氣溫和降水量數(shù)據(jù)，采用線性回歸、累積距平、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)及Morlet小波分析等方法，對(duì)溫泉縣近50年氣候變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：溫泉縣近50年內(nèi)，年平均氣溫和年降水量上升趨勢(shì)顯著，速率分別為0.19℃/10a和20.3mm/10a；年平均氣溫在1996年發(fā)生了由低到高的突變，2005年后升高顯著，降水量在1985年發(fā)生了由少到多的突變，1997年后增多顯著；年平均氣溫在1980年以前具有16年左右的長(zhǎng)周期變化，其后以8年左右的周期變化為主，年降水量在1980年以前和1995年以后，以14年左右的長(zhǎng)周期變化為主，期間以6年的短周期變化為主。

氣候變化；線性回歸；突變檢驗(yàn)；小波分析

在全球變暖的大背景下，20世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)地面氣溫上升顯著，華北地區(qū)降水量減少明顯，西部地區(qū)降水量趨于增多［1］。新疆氣候出現(xiàn)由暖干向暖濕轉(zhuǎn)變的特征［2-4］，近50年來(lái)新疆氣溫呈上升趨勢(shì)，平均增長(zhǎng)率為0.27℃/10a［5-6］；年降水量總體呈增加的變化趨勢(shì)，平均增幅為0.67mm/a［7-8］。新疆博州地區(qū)氣候呈較明顯的暖濕化趨勢(shì)，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生一定影響［9］。溫泉縣作為博爾塔拉河和精河的前沿，研究該區(qū)域氣候變化特征能為博州地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新疆溫泉縣位于博爾塔拉蒙古自治州西北部，博爾塔拉河上游河谷地帶，天山西段北麓、準(zhǔn)噶爾盆地西緣，南、西、北三面環(huán)山，中間是谷地平原，谷口向東，地勢(shì)西高東低，落差較大。該縣屬大陸性中溫帶干旱半干旱氣候，四季不分明，冬季漫長(zhǎng)不嚴(yán)寒，夏季短促不炎熱。

2 資料來(lái)源與研究方法

文章選取通過(guò)新疆氣象信息中心質(zhì)檢和邏檢的溫泉?dú)庀笳?963-2012年的逐月平均氣溫和降水量數(shù)據(jù)，季節(jié)劃分為冬季（12月-次年2月）、春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）。

為保證氣候特征分析結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，必須對(duì)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行均一性檢驗(yàn)。采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)檢驗(yàn)（SNHT）方法對(duì)溫泉平均氣溫和降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行均一性檢驗(yàn)。選擇同一氣候區(qū)350km范圍內(nèi)各要素相關(guān)性最好的3個(gè)臺(tái)站作為待檢臺(tái)站的參考臺(tái)站。待檢序列的參考序列、檢驗(yàn)序列建立方法和SNHT均一性檢驗(yàn)方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)［10-12］。結(jié)果表明，溫泉年平均氣溫、年降水量均沒(méi)有達(dá)到95%的顯著性水平，不存在非均一性的斷點(diǎn)，該站平均氣溫、降水量數(shù)據(jù)序列不存在斷點(diǎn)，臺(tái)站遷移未對(duì)數(shù)據(jù)均一性造成明顯影響，無(wú)須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正，可直接用于氣候變化特征分析。采用線性傾向估計(jì)法分析氣候變化趨勢(shì)，使用累積距平法判斷長(zhǎng)期顯著的演變趨勢(shì)及持續(xù)性變化，選用Mann-Kendall法分析序列變化趨勢(shì)和突變點(diǎn)，運(yùn)用Morlet小波分析法分析時(shí)間序列變化的規(guī)律性。具體數(shù)理推導(dǎo)詳見(jiàn)文獻(xiàn)［13］。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫年代際變化

近50年來(lái)，溫泉縣年平均氣溫呈上升趨勢(shì)，上升速率為0.19℃/10a，1984年為平均氣溫最低點(diǎn)，為2.4℃，較多年平均氣溫偏低1.58℃；2006年為平均氣溫最高點(diǎn)，為5.3℃，較多年平均氣溫偏高1.32℃。對(duì)年平均氣溫變化做線性回歸分析表明，年平均氣溫趨勢(shì)系數(shù)可通過(guò)α=0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，增溫趨勢(shì)明顯。

從季節(jié)來(lái)看，平均氣溫春、秋、冬三季均隨時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì)，冬季升溫最快，為0.53℃/10a，秋季為0.24℃/10a，春季為0.06℃/10a，夏季平均氣溫呈下降趨勢(shì)，變化率為0.05℃/10a。因此，從季節(jié)上說(shuō)，冬季對(duì)年平均氣溫增溫貢獻(xiàn)最大，夏季對(duì)年平均氣溫增暖起削弱作用。對(duì)各季平均氣溫變化做線性回歸分析表明，冬季可通過(guò)α=0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，增溫趨勢(shì)明顯，秋季增溫不如冬季顯著，通過(guò)α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，春、夏季均未通過(guò)α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，增溫、降溫趨勢(shì)不明顯。累積距平結(jié)果顯示在1963-1976年溫泉縣氣溫呈下降趨勢(shì)，氣溫小幅回升出現(xiàn)在1977-1983年，1983年到1996年再次下降，1997-2012年氣溫呈持續(xù)增加趨勢(shì)。

圖1 溫泉縣年、季平均氣溫變化趨勢(shì)及年平均氣溫累積距平曲線

3.2 降水年代際變化

近50年，年降水量呈波動(dòng)變化，但總趨勢(shì)是上升的，增加速率為20.30mm/10a，1968年為降水量最低點(diǎn)，僅為77.80mm，較多年平均降水量偏少154.91mm；1999年為降水量最高點(diǎn)，為394.30mm，較多年平均降水量偏高161.59mm。對(duì)年降水量變化做線性回歸分析表明，年降水量上升趨勢(shì)顯著，可通過(guò)α=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。

不同季節(jié)降水量變化趨勢(shì)不同，增幅分別為：春季1.73mm/10a，夏季12.05mm/10a，秋季3.22mm/10a，冬季3.29mm/10a，尤以夏季對(duì)全年降水量增加貢獻(xiàn)最大。冬季可通過(guò)α=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)，增加趨勢(shì)顯著，夏季可通過(guò)顯著性水平α=0.01的檢驗(yàn)，增加趨勢(shì)較明顯，春季和秋季均未通過(guò)顯著性水平α=0.05的檢驗(yàn)，增加趨勢(shì)不明顯。累積距平曲線表明1985-1986年之前年降水量呈下降趨勢(shì)，1986年后年降水量逐漸增加。

圖2 溫泉縣年、季降水量變化趨勢(shì)及年降水量累積距平曲線

3.3 氣溫和降水突變分析

在Mann-Kendall突變檢驗(yàn)中，如果UF或UB的值大于0，表示序列呈上升趨勢(shì)，反之表示呈下降趨勢(shì)，當(dāng)它們超過(guò)臨界值±1.96（α=0.05）時(shí)，表示上升或下降趨勢(shì)明顯。如果在臨界線之間兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，則可以認(rèn)為序列產(chǎn)生了突變，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是突變開(kāi)始的時(shí)刻。圖3顯示，近50年溫泉縣年平均氣溫在1996年發(fā)生了由低到高的突變，且2005年以后氣溫升高趨勢(shì)明顯，通過(guò)了α=0.05顯著性水平檢驗(yàn)。降水量在1985年出現(xiàn)由少到多的突變，1997年以后增加更為明顯，通過(guò)了α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。突變檢驗(yàn)結(jié)果與線性回歸的整體變化趨勢(shì)吻合，這與新疆氣候由“暖干”向“暖濕”轉(zhuǎn)變的特征吻合（胡汝驥，2002）。

圖3 溫泉縣氣溫和降水Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

3.4 周期分析

對(duì)溫泉縣近50年平均氣溫采用Morlet小波法分析其時(shí)間序列變化的規(guī)律性，即周期變化特征。如圖4所示，圖4a形成各種尺度正負(fù)相間的振蕩中心，說(shuō)明年平均氣溫包含了多個(gè)不同尺度的周期變化。觀察發(fā)現(xiàn)，正負(fù)閉合中心最為明顯出現(xiàn)在8年和16年的時(shí)間尺度上。其中1963-1980年間，16年周期振蕩較為穩(wěn)定，而1981-2012年間，8年周期振蕩較為穩(wěn)定。聯(lián)系能量分布圖4b，年平均氣溫在1980年以前以16年左右的長(zhǎng)周期變化為主，其后以8年左右的周期變化為主。

圖4 溫泉縣年平均氣溫小波分析的（a）周期和（b）能量分布

采用Morlet小波法分析溫泉縣近50年年降水量周期變化特征。如圖5所示，年降水量在6年、12年和14年的時(shí)間尺度上正負(fù)閉合中心最明顯。其中1963-1980年間14年周期振蕩較為穩(wěn)定，而1981-1995年間6年周期振蕩較為穩(wěn)定。1995年后以14年左右的周期振蕩為主。由能量分布圖5b可知，1980年以前和1995年以后，降水量以長(zhǎng)周期變化為主，1980-1995年期間以短周期變化為主。

圖5 溫泉縣年降水量小波分析的（a）周期和（b）能量分布

4 結(jié)論

（1）溫泉縣近50年春、秋、冬三季平均氣溫呈上升趨勢(shì)，其中冬季增溫最明顯為0.53℃/10a，夏季平均氣溫呈下降趨勢(shì)為0.05℃/10a。平均氣溫在1996年發(fā)生了由低到高的突變，且2005年以后升高趨勢(shì)顯著。

（2）近50年來(lái)年降水量及四季降水量均呈上升趨勢(shì)，尤其夏季對(duì)全年降水量增加貢獻(xiàn)最大，為12.05mm/10a。降水量在1985年出現(xiàn)由少到多的突變，1997年以后突變明顯。

（3）年平均氣溫在1980年以前具有16年左右的長(zhǎng)周期變化，其后以8年左右的周期變化為主，年降水量在1980年以前和1995年以后，以14年左右的長(zhǎng)周期變化為主，期間以6年的短周期變化為主。

（4）溫泉縣氣溫及降水量變化與全疆變化一致，符合新疆氣候由“暖干”向“暖濕”轉(zhuǎn)變的特征。

［1］翟盤(pán)茂，鄒旭愷.1951-2003年中國(guó)氣溫和降水變化及其對(duì)干旱的影響［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2005，1（1）：16-18.

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Analysis on the Characteristics of Clim ate Change in W enquan Coun try in Recen t 50 Years

WU Ye1，2， LIUWei-ping3， Guligena·HILILI3
（1.Institute ofDesertM eteorology，China M eteorological Administration，Urumqi，Xinjiang，830002，China；2.Xinjiang Laboratory of Lake Environmentand Resourcesin Arid Zone，Urumqi，Xinjiang，830054，China；3.Xinjiang M eteorological Information Center，Urumqi，Xinjiang，830002，China）

Based onmonthly air temperature and precipitation data in Wenquan Countymeteorological stations from 1963 to 2012.Linear regression，accumulatedanomaly，Mann-Kendalland waveletanalysisare used to analyze on climate change characteristicsof this region.Themain resultswere as follows：annualmean temperature and precipitation are in an increasing trend in the recent50 years，temperature trendsgoupwardswith the rate of0.19℃/ 10a，the trend of precipitation goesup at the rate of 20.30mm/10a；The sudden change from low to high hasoccurred in annualmean air temperature in 1996，it is rising significantly after 2005；annual precipitation occurred from less tomore in 1985，increased significantly after 1997.Waveletanalysis shows that the annualmean air temperature has 16 years long period changes，then it changeswith 8 years period；before 1980 and after 1995，it has 14 years long period changes，theotherperiods isgiven 6 yearsshortchanges.

Climate change；Linear regression；Mann-Kendall；Waveletanalysis

P467

A

1008-9659（2016）02-0029-05

2016-03-26

新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（XJDX0909-2012-14）；中國(guó)沙漠氣象科學(xué)研究基金（Sqj2015011）。

吳燁（1982-），女，新疆和靜人，碩士研究生，主要從事應(yīng)對(duì)氣候變化研究。