張月華，王 健，蔣慧敏，王 毅*

（烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊830002）

氣候變暖已是不爭的事實[1-5]，氣候變暖將直接導致四季長度的變化，因為四季的變化與人們的日常生活、生產等密切相關，如農事安排、作物生長、節(jié)能減排、穿衣保健、時令商品銷售等無不受其影響。人們對這方面的研究也逐漸增多，如丁海燕對北京1951 年以來近60 a 日平均氣溫的變化分析，認為氣溫上升導致夏秋季延長，而冬春季縮短；環(huán)海軍的研究表明1966—2015 年的近50 a 來山東中部夏季延長趨勢明顯，冬季縮短趨勢明顯；張靜對江蘇省四季變化分析認為春季開始期發(fā)生的時間向前推移了10 d 等[6-10]。但新疆氣象工作者就氣候變暖對當地季節(jié)的影響方面的研究工作不多，本文僅對烏魯木齊市氣溫變化對季節(jié)的影響做了相應的分析，表明隨著氣候變暖，烏魯木齊市四季也發(fā)生了明顯的變化，即夏季明顯延長、冬季明顯縮短，當地政府和有關生產部門如果能順應季節(jié)的變化，對當地的農牧業(yè)生產、疾病預防和控制、節(jié)能減排等合理安排，將意義重大。

目前作氣候研究時對四季的劃分有多種方法[11-12]，最常用的是天文學上的3 個月為一季，把1 a 劃分為4 個時間等長的季節(jié)作為研究對象，但中國南北氣候差異大，這種全國統(tǒng)一的四季劃分標準很難準確反應出各地的四季更替，模糊了不同地區(qū)季節(jié)間的冷暖差異，對位于中高緯度的烏魯木齊顯然是不合適的。烏魯木齊雖然四季分明，但冬季非常漫長，上述劃分方法不僅不能反映出當地四季與群眾生活和農牧業(yè)生產之間的關系，也不能反映出氣候變暖背景下季節(jié)長度的變化情況。據張家寶主編的《新疆短期天氣預報指導手冊》中對新疆季節(jié)劃分標準：以候平均氣溫穩(wěn)定上升到0 ℃、農事活動伊始作為春季的開始，候平均氣溫穩(wěn)定上升到20 ℃、作物生長旺盛階段作為夏季的開始，當候平均氣溫下降到20 ℃以下時進入秋季，繼續(xù)下降到0 ℃以下時進入冬季，這不僅與當地的農牧業(yè)生產相適應，也與人們的生活習慣相適應，即0～20 ℃為春季，20 ℃以上為夏季，20～0 ℃為秋季，0 ℃以下為冬季，這種結合物候和氣溫對四季的劃分方法對新疆來說更接近實際、更科學。

本文從最基本的氣象資料入手，對烏魯木齊市的氣溫變化、四季的開始日期及季節(jié)長度的變化規(guī)律進行了全面闡述，并對四季開始時間與氣溫的關系、四季長度與氣溫的關系進行定量分析，為以后氣候預測提供參考。

1 資料和方法

1.1 資料

由于遷站等原因，為使資料有一定的連續(xù)性，選用烏魯木齊市國家基準站1976—2017 年共42 a 逐日平均、逐日最低、逐日最高氣溫資料作為研究對象。

1.2 分析方法

運用線性趨勢法對氣溫、季節(jié)開始日期、季節(jié)長度進行一元線性回歸，用F 檢驗對線性趨勢方程進行檢驗， 判斷線性趨勢是否顯著； 采用Mann-Kendall 方法進行突變分析。

各季開始日期（開春期、入夏期、入秋期、入冬期）選取時，為使氣溫資料更符合實際，以新疆地方標準DB65 T 2992-2009 氣候術語中，規(guī)定的方法，如開春期選取方法：氣溫上升過程中，日平均氣溫5 d滑動平均穩(wěn)定≥0 ℃時，取第一個日平均溫度≥0 ℃的日期為開春期，當日平均氣溫已經穩(wěn)定通過0 ℃后，若遇到持續(xù)低溫天氣過程，使得日平均氣溫又＜0 ℃，當前期≥0 ℃的日數多于＜0 ℃日數，則以前面的日期為開春期；當前期≥0 ℃的日數少于＜0 ℃日數，則以后面的日期為開春期。入夏期、入秋期和入冬期的選取方法同上。為了計算方便，四季開始日期選取時，將日期型轉化為數字型進行計算。

四季長度的計算方法：選取開春期至入夏期的前一日為春季日數，同樣計算出夏季、秋季、冬季的日數。

2 結果分析

2.1 氣溫年際變化

2.1.1 年平均氣溫的變化

1976 年以來，年平均氣溫的多年平均值為7.3 ℃，最高值出現在1997 年和2015 年，為8.8 ℃，最低值出現在1984 年為5.0 ℃。1997 年前的21 a 出現高于平均值的年份僅有3 a，1997 年之后的21 a 出現高于平均值的年份有19 a，且烏魯木齊最暖的10個年份均出現在1997 年之后，可見烏魯木齊市年平均氣溫1997 年后上升趨勢非常顯著（圖1）。

圖1 烏魯木齊1976—2017 年氣溫年際變化

年平均氣溫上升明顯，線性增溫速率為0.50 ℃/10 a，42 a 上升了2.1 ℃，增暖的趨勢通過了0.01 的顯著性水平檢驗。據IPCC 第五次評估報告[13]指出1951—2012 年全球平均地表溫度的升溫速率為0.12 ℃/10 a，可見烏魯木齊的增溫速率遠大于全球地表的升溫速率，這是烏魯木齊城市化效應影響的結果。

2.1.2 年平均最高和最低氣溫的變化

年平均最高氣溫多年平均值為12.8 ℃，最高值出現在1997 年為14.4 ℃，最低值出現在1984 年為10.6 ℃，1997 年前的21 a 正距平有7 a，1997 年后的21 a 正距平有15 a，且排在前8 位年份都出現在1997 年之后。年際間變化也有明顯上升的趨勢，線性增暖趨勢為0.31 ℃/10 a，近42 a 共上升1.9 ℃，增暖的趨勢通過了0.01 的顯著性水平檢驗。

年平均最低氣溫多年平均值為2.9 ℃，最高值出現在2016 年為5.1 ℃，最低值出現在1984 年為0.2 ℃，1997 年前的21 a 高于平均值的年份僅4 a，而1997 年以后的21 a 高于平均值的有20 a，且1976 年以來的最暖的18 個年份均出現在1997 年之后。年平均最低氣溫上升的趨勢最為明顯，傾向率為0.77 ℃/10 a，上升速率明顯大于年平均氣溫和最高氣溫，約是年平均最高氣溫的2.5 倍，42 a 共上升了3.2 ℃，增暖的趨勢也通過了0.01 的顯著性水平檢驗。

可見年平均、年平均最高、年平均最低氣溫都有明顯的上升趨勢，但增溫速率不同，最低氣溫增溫速率最大，最高氣溫增溫速率最小，年平均氣溫的上升主要是由于最低氣溫的上升引起，導致氣溫日較差有減小的趨勢。年平均、年平均最高、年平均最低氣溫變化的共同點是1984 年為最低值，20 世紀末開始顯著上升，近20 多年來，氣溫偏高幅度達到了前所未有的高度。

2.2 四季開始日期和季節(jié)長度的變化

2.2.1 四季開始日期的變化

將各季節(jié)開始日期（即開春期、入夏期、入秋期、入冬期）轉化為日序，計算其距平的大小作出圖2。

從四季開始日期的演變曲線來看，各期的年際變化中不僅有提前或推后的趨勢，也存在較大的波動性。如開春期多年平均值為3 月20 日，最早和最晚出現日期相差了31 d，2008 年前為緩慢提前的趨勢，2008 年達歷史最早為3 月3 日，比常年提前了17 d，2008 年后為推遲的趨勢，2010 年達到歷史最晚為4 月3 日，比常年偏晚了14 d，可見近10 a 開春期波動異常明顯。從年際間變化來看，其傾向率為-1.8 d/10 a，通過了0.01 的顯著性水平檢驗，即有明顯提前的趨勢。由于開春期的前一天是冬季結束日期，因此冬季結束期也有明顯提前的趨勢。

入夏期平均日期為6 月8 日，2008 年出現歷史最早為5 月9 日，比常年提前了33 d，1987 年最晚為6 月25 日，比常年偏晚17 d，最早與最晚相差50 d，波動性大。從年際變化看，傾向率為-3.2 d/10 a，提前的趨勢比開春期更明顯。1987 年前略有推遲的趨勢，之后提前趨勢明顯。

入秋期平均日期為9 月1 日，最早為1992 年8月15 日，最晚為2016 年9 月24 日，相差40 d。從年際變化看，傾向率為2.7 d/10 a，1988 年前略有推遲，1992 年后明顯推遲。

入冬期平均日期為11 月12 日，最早為1987 年10 月27 日，最晚為1994 年11 月30 日，相差了34 d，雖然有緩慢推遲的趨勢，但趨勢并不明顯，傾向率僅為1.9 d/10 a，相對而言入冬期變化比較平緩，波動性較小。

2.2.2 四季長度的變化

計算各季節(jié)的多年平均值可以看出，一年中冬季時間最長持續(xù)達129 d，夏季次之為86 d，秋季最短僅有71 d，春季為79 d。

由于四季開始日期的顯著變化必然會導致四季長度的變化，四季之中只有夏季長度明顯延長，其傾向率為5.9 d/10 a，42 a 共增加了25 d，其余各季均有不同程度縮短，其中縮短最明顯的是冬季，其傾向率為-3.6 d/10 a，42 a 來減少了15 d，春秋季長度年際變化的傾向率分別為-1.4 d/10 a 和-0.8 d/10 a，42 a 分別減少了6 d 和4 d（圖3）。

2.3 四季變化與氣溫的關系

圖2 烏魯木齊四季初日距平變化

圖3 烏魯木齊四季長度變化

2.3.1 四季開始日期與平均氣溫的關系

分析各季的開始日期和年平均氣溫、各月平均氣溫的關系發(fā)現，春夏冬季的開始日期不僅與年平均氣溫都有很好的線性相關性，并且開春期與3 月平均氣溫、入夏期與6 月平均氣溫、入秋期與9 月平均氣溫、入冬期與11 月平均氣溫的線性相關性更好，遠遠超過了0.01 的顯著水平（表1）。

表1 各季開始日期與氣溫的關系

當年平均氣溫偏高時，開春期和入夏期將提前、入秋期和入冬期將推后；隨著3 月和6 月氣溫的升高，開春期和入夏期顯著提前，隨著9 月和11 月氣溫的升高，入秋期和入冬期顯著推遲，可見氣溫的變化對四季開始日期的影響是非常顯著的。

由于四季開始日期與對應月份氣溫相關性密切，其相關性遠遠超過了0.01 的顯著水平，證明它們之間存在著顯著的線性相關關系，為了分析它們之間的定量關系，做春夏秋冬各季開始日期與其對應月的氣溫之間的線性方程如下：

式中，y1表示春季開始日期，x1表示3 月平均氣溫。

轉椅也是老的，老到可以進博物館，看著又有說不出的親切。小時候，跟隨母親去街上理發(fā)，坐的就是這樣的轉椅，有點臟，又極舒服，椅背可以放下來，讓人仰躺著。

式中，y2表示夏季開始日期，x2表示6 月平均氣溫。

式中，y3表示秋季開始日期，x3表示9 月平均氣溫。

式中，y4表示冬季開始日期，x4表示11 月平均氣溫。

由上述線性方程可以看出，當3 月氣溫升高1 ℃時，開春期將比常年提前近2 d；當6 月氣溫升高1 ℃時，夏季開始日期將提前4 d；當9 月氣溫偏高1 ℃時，秋季開始日期將推遲近3 d；當11 月氣溫升高1 ℃時，冬季開始日期將推遲2 d，特別是開春期與入冬期對氣溫變化的依賴性更高。

2.3.2 四季長度變化與氣溫的關系

由表2 可以看出，春季和秋季的長度變化與年平均氣溫的相關性不明顯，夏季和冬季長度變化與年平均氣溫有很好的相關關系，相關性均通過了0.01 的顯著性水平檢驗，其線性方程分別為：

式中，y5表示夏季長度，y6表示冬季長度，x5表示年平均氣溫，當年平均氣溫每升高1 ℃時，夏季長度會延長6 d，冬季長度就會縮減7 d，年平均氣溫的變化對冬季的延長或縮短更為明顯。

表2 各季長度變化與氣溫的關系

2.4 突變檢驗

用M-K 檢驗方法對烏魯木齊市年平均氣溫、四季長度變化趨勢分別進行突變檢驗分析（圖4），由圖4a可以看出，年平均氣溫的UF 和UB 兩條曲線在信度a=0.05 的±1.96 臨界線之間交點位于1995 年，1997 年后年平均氣溫上升趨勢超過了+1.96 臨界線，說明1995年前后發(fā)生突變，1997 年后氣溫上升非常顯著。

圖4b 中春季日數波動明顯，2008 年之前為波動增加的趨勢，2008 年之后轉為逐步減少的趨勢，UF 和UK 兩條曲線在±1.96 臨界線之間交于2017年，說明春季日數的年際變化在2017 年后可能會發(fā)生轉折；圖4c 中夏季日數的UF 和UK 兩條曲線在±1.96 臨界線之間有一個交叉點為2007 年，2010年后夏季日數延長趨勢超過了0.05 顯著性水平的臨界線，說明夏季長度在2007 年發(fā)生突變，2010年后延長趨勢非常顯著；圖4d 中秋季日數的UF和UK 曲線有3 個交點，分別是在1985、1989 年和2015 年，為了進一步確定突變點，分別對3 個交叉點作不同時間的t 檢驗，發(fā)現3 個交叉點均不是突變點，且兩條曲線均在臨界線以內，說明秋季日數的年際變化比較平穩(wěn)，波動性??；圖4e 中冬季日數的UF 和UK 曲線在±1.96 臨界線之間共有4 個交點，分別是1994、1997、1998 年和2000 年，用t 檢驗確定只有2000 年為突變點， 其t=3.17＞t0.05=2.021，超過了0.05 的顯著性水平，可見2000 年之前冬季日數減少趨勢不明顯，之后減少趨勢明顯，特別是2007 年之后顯著減少。由上可以看出烏魯木齊市平均氣溫升高、夏季日數延長、冬季日數縮短的年際變化都發(fā)生了突變，但發(fā)生的突變年份各不相同，分別為1995、2007 年和2000 年，而春季日數和秋季日數有減少的趨勢，2017 年之前并沒有發(fā)生突變，說明氣溫的升高對各季長度的影響并不是同步的。

圖4 年平均氣溫和各季長度的M-K 檢驗

3 結論

本文分析了烏魯木齊市觀測站1976—2017 年共42 a 氣溫資料，隨著全球氣候變暖烏魯木齊市氣溫也明顯上升，導致四季也發(fā)生顯著的變化，主要表現在以下幾個方面：

（1）烏魯木齊市氣溫42 a 上升了2.1 ℃，年平均最低氣溫的升溫速率遠大于年平均最高氣溫的升溫速率。

（2）春、夏、秋、冬四季開始日期多年平均值分別為3 月20 日、6 月8 日、9 月1 日、12 月11 日，春夏季開始日期隨著氣溫的上升顯著提前，提前速率分別為-1.8 d/10 a 和-3.2 d/10 a；而秋冬季開始日期則逐漸推遲，推遲速率分別為2.7 d/10 a 和1.9 d/10 a。

（3）春、夏、秋、冬四季的多年平均長度分別為79、86、71、129 d，夏季明顯延長、冬季明顯縮短，傾向率分別為5.9 d/10 a 和-3.6 d/10 a，42 a 夏季共延長了25 d，冬季縮短了15 d，春秋季分別縮短了6 d和4 d。

（4）四季的開始日期不僅與年平均氣溫顯著相關，且春夏季開始日期還分別與3 月和6 月平均氣溫顯著正相關，秋冬季開始日期分別與9 月和11 月平均氣溫顯著負相關，相關性遠遠超過0.01 的顯著性水平；夏季和冬季的長度與年平均氣溫也顯著相關，年平均氣溫每上升1 ℃，夏季將會延長6 d，而冬季則會縮短7 d。

（5）烏魯木齊市年平均氣溫、夏季日數、冬季日數的年際變化都發(fā)生了顯著突變，突變年份有所不同，分別發(fā)生在1995、2007 年和2000 年。而春、秋季長度年際變化趨勢不明顯，沒有發(fā)生突變。

4 討論

烏魯木齊的增溫速率遠大于全球地表的升溫速率，可能是因為烏魯木齊城市擴大過程中城市熱島效應貢獻了升溫速率的很大部分，對貢獻量大小后期還需要做進一步的研究。升溫使烏魯木齊氣候季節(jié)發(fā)生了顯著變化，表現為上半年季節(jié)提前，下半年季節(jié)推遲，這些變化對當地的自然生態(tài)系統(tǒng)等會產生深刻影響，將影響動植物的生長發(fā)育、生存方式與生存數量、分布類型等，如在城市綠化方面，暖冬有利于病蟲害越冬存活，來年病蟲害將有可能趨重發(fā)生。同樣對社會經濟活動和人們生活的影響也很大，如夏季是一年中最熱的季節(jié)，夏季的明顯延長必將會導致高溫熱浪發(fā)生頻數增加，要消耗更多的能源用于以降溫、交通需求，同時對人們的健康影響較大，但對冷飲、夏季時令商品銷售有利；而冬季的縮短和冬季最低氣溫的升高，將會減少供暖等方面的能源消耗，從而減少供暖帶來的污染物的釋放，對減輕老年人心腦血管疾病有利，但對冬季時令商品銷售不利；可見升溫造成的季節(jié)變化，對人們的生產生活的影響各有利弊，應根據季節(jié)的變化及時調整我們的生產和生活方式，對其它方面的影響，還需要我們進一步關注。