羅曉玲，李巖瑛，，楊 梅，聶 鑫

（1.甘肅省武威市氣象局，甘肅 武威 733000；2.中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所/干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室/甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730020）

氣候變化、全球變暖已成為世界關(guān)注熱點(diǎn)。IPCC 第五次評(píng)估報(bào)告指出［1］，1901—2012 年全球平均氣溫百年升高了0.89℃，大于第四次報(bào)告中的0.74℃，近年來(lái)變暖速度明顯加快，中國(guó)近百年來(lái)也升高了 0.5～0.8 ℃［2，3］，與全球氣候變化趨勢(shì)基本相同，特別是20世紀(jì)80年代、90年代升溫迅速，西部地區(qū)的變暖程度則遠(yuǎn)高于全國(guó)［4］。已有研究表明［5］，華北地區(qū)強(qiáng)降水事件趨于減少，但西北地區(qū)強(qiáng)降水事件趨于增多［6］，且20世紀(jì)80年代后期西北地區(qū)由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型現(xiàn)象明顯，祁連山及其北側(cè)中西段氣候轉(zhuǎn)型較為顯著［7-9］。

武威市位于甘肅省河西走廊東部，烏鞘嶺以西，祁連山北麓，地形復(fù)雜，氣候差異大，是典型的干旱半干旱氣候，也是全球氣候變化的敏感區(qū)。靳生理等［10］認(rèn)為，河西地區(qū)降水變率大且均勻度較差。有學(xué)者［11-16］對(duì)河西走廊氣溫、降水、大風(fēng)和沙塵暴等氣候要素變化特征進(jìn)行了分析，但隨著時(shí)間序列變長(zhǎng)，各要素均發(fā)生了較明顯的變化。但針對(duì)該地區(qū)小區(qū)域氣候變化的研究還可以更詳細(xì)一點(diǎn)。因此，本研究以河西走廊東部為研究對(duì)象，用各站近60年的氣溫、降水、大風(fēng)和沙塵暴數(shù)據(jù)，從時(shí)間和空間2個(gè)角度對(duì)其變化特征進(jìn)行較為全面的分析，旨在揭示其氣候變化規(guī)律，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及防災(zāi)減災(zāi)工作提供決策參考。

1 研究區(qū)概況、資料來(lái)源與方法

1.1 研究區(qū)概況

武威市地處甘肅省河西走廊東部，位于東經(jīng)101°41′—104°16′、北緯 36°29′—39°27′，共轄民勤、涼州、古浪、天祝4個(gè)縣（區(qū)），地勢(shì)西南高、東北低。其海拔高度為1 300～3 100 m，年降水量為110～410 mm，年蒸發(fā)量為1 500～2 700 mm。區(qū)內(nèi)氣候干旱少雨且溫差大，隨著海拔的升高，由東北向西南氣溫呈下降趨勢(shì)，降水則相反。特別是位于最北面的民勤縣，北、東、東南3面被巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠所包圍，大風(fēng)和沙塵暴頻發(fā)。

1.2 資料來(lái)源

所用氣象要素?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于武威市涼州、民勤、古浪、天祝4個(gè)氣象站的觀測(cè)記錄。

1.3 統(tǒng)計(jì)與分析方法

采用武威市4個(gè)觀測(cè)站1959—2018年的氣溫、降水、大風(fēng)和沙塵暴年序列資料，利用線性傾向率［17］方法進(jìn)行氣候要素的變化趨勢(shì)分析，通過(guò)滑動(dòng)t檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)是否存在顯著突變，經(jīng)小波和功率譜分析求得各序列的顯著周期。

通過(guò) Excel 2007、SPSS 22.0、VB6.0 等軟件，對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候時(shí)間變化特征

2.1.1 氣溫時(shí)間變化特征 1959—2018年氣溫年際變化（圖1）顯示，武威市年平均氣溫呈上升趨勢(shì)，增溫速度為 0.39℃/10年（P＜0.001），高于中國(guó)（0.24 ℃/10 年）［18］、西北地區(qū)（0.32 ℃/10 年）［19］、河西走廊（0.27℃/10年）［11］和河西走廊西部（0.25℃/10年）［20］的增溫速度。氣溫年代際變化表明（表 1），20世紀(jì)60—80年代氣溫偏低，90年代為氣溫轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由降溫變?yōu)樯郎兀?999—2008年增溫最快，增溫速度為0.80℃/10年。

圖1 武威市年平均氣溫變化趨勢(shì)

表1 武威市各縣（區(qū)）氣溫距平年代際變化 （單位：℃）

四季氣溫均有上升，增溫速度是冬季＞秋季＞春季＞夏季（圖略）。冬季增溫速度最大，年際傾向率為 0.49℃/10年（P＜0.001），20世紀(jì) 60年代后期出現(xiàn)下降，1968年出現(xiàn)最低值，平均氣溫為-11.4℃，之后迅速上升，80年代后期短暫下降后，上升趨勢(shì)逐漸明顯，特別是近30年升溫顯著。春季增溫速度為 0.38℃/10年（P＜0.001），20世紀(jì) 70年代、80年代略有下降，90年代開(kāi)始呈持續(xù)升溫狀態(tài)。夏季增溫速度最小，為 0.33℃/10年（P＜0.001），20世紀(jì)80年代和90年代前期略有下降，90年代后期開(kāi)始持續(xù)升溫。秋季增溫速度為 0.42℃/10年（P＜0.001），60年代后期出現(xiàn)短暫下降，直線下降至最低值（1967年的3.4℃），之后呈波浪式上升。

滑動(dòng)t檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明（圖略），武威市年平均氣溫在1967年為最低，2013年為最高，在這2年發(fā)生了顯著突變（通過(guò)了α=0.05水平的置信度檢驗(yàn)）。春、夏、秋、冬四季氣溫分別在1970年、2013年、2018年，2013年、2016年、2018年，1967年，1968年、2017年存在突變。

經(jīng)小波和功率譜分析求得年平均氣溫存在顯著的周期振蕩，20世紀(jì)60年代主要存在2～3年的周期，70年代和80年代主要表現(xiàn)為5～6年的周期，90年代至2018年則是3～4年的周期（圖略）。2～3年、3～4年的周期通過(guò)了α=0.05水平的置信度檢驗(yàn)（紅噪聲檢驗(yàn)）。

2.1.2 降水量時(shí)間變化特征 1959—2018年武威市年降水量變化（圖2）顯示，降水量呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，年際傾向率為6.1 mm/10年（P＞0.05）。年代際變化（表2）表明，1959—1968年是近60年來(lái)的最干旱期，也是降水年際變化最劇烈期，1961年降水量次多，為325.1 mm，1962年降水量最少，為152.2mm；1969—1978年較濕潤(rùn)，1979—1998年逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩^干旱期，1999—2018年是顯著濕潤(rùn)期，近10年尤為顯著。降水存在3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1969—1978年由干旱轉(zhuǎn)為較濕潤(rùn)，1979—1998年由較濕潤(rùn)轉(zhuǎn)為較干旱，1999—2008年由較干旱轉(zhuǎn)為濕潤(rùn)。

圖2 1959—2018年武威市年平均降水量變化趨勢(shì)

表2 武威市各縣（區(qū)）降水量距平百分率年代際變化（單位：%）

各季降水變化趨勢(shì)表明（圖略），秋季降水呈持平狀態(tài)，其他季節(jié)呈增加趨勢(shì)。其中，冬季降水量年際傾向率最小，為 0.6 mm/10年（P＞0.05），1960—1981年、1984—1987年降水量在平均值以下波動(dòng)，1988年以后則在平均值以上波動(dòng)，近10年增加較明顯，但也是波動(dòng)最大的10年。冬季降水量1971年最少，為1.3 mm；2006年最多，為20.4 mm。春季降水量年際傾向率為1.5 mm/10年（P＞0.05），1968—1981年降水量在平均值以下波動(dòng)，其他時(shí)間均在平均值上下波動(dòng)。春季降水量1968年最少，為18.9 mm；1964年最多，為39.8 mm。夏季降水量年際傾向率為 3.0 mm/10年（P＞0.05），1962—1967年降水量在平均值以下波動(dòng)，其他時(shí)間均在平均值上下波動(dòng)。夏季降水量1962年最少，為53.6 mm；1994年最多，為76.8 mm。

滑動(dòng)t檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示（圖略），年降水量變幅較大，呈波浪式上升趨勢(shì)，在1962年發(fā)生了顯著突變（通過(guò)了α=0.05水平的置信度檢驗(yàn)），從最小值開(kāi)始波浪式增加。春、夏、秋、冬四季降水量分別在1964年和1967年、1962年和1994年、1971年、2006年存在突變。

應(yīng)用小波和功率譜分析求得年降水量存在顯著的周期振蕩（圖略），20世紀(jì)60年代至70年代初期存在2～5年短周期，70年代中期至90年代中期存在3～4年的短周期，90年代后期至21世紀(jì)前15年存在2年的短周期；20世紀(jì)60年代至80年代末存在6～8年的長(zhǎng)周期，90年代中期至21世紀(jì)前18年存在8～10年的長(zhǎng)周期。紅噪聲檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2年、3～4年的短周期和8～10年的長(zhǎng)周期通過(guò)了α=0.05水平的置信度檢驗(yàn)。

綜合氣溫和降水量變化特征，武威市氣候有暖濕化趨勢(shì)，特別是近20年比較顯著。

2.1.3 大風(fēng)時(shí)間變化特征 1959—2018年武威市年大風(fēng)日數(shù)變化（圖3）顯示，年大風(fēng)日數(shù)呈減少趨勢(shì)，年際傾向率為-0.4 d/10年（P＞0.05）。年代際變化（表3）表明，1959—1968年是近60年來(lái)大風(fēng)日數(shù)最少期，1967年大風(fēng)日數(shù)最少，為8.3 d；1969—1978年則是最多期，1973年大風(fēng)日數(shù)最多，為40.3 d，這10年也是大風(fēng)日數(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由偏少期轉(zhuǎn)為偏多期，之后逐漸減少，近10年減少幅度降低。

各季大風(fēng)日數(shù)變化趨勢(shì)表明（圖略），春季大風(fēng)日數(shù)呈略減少趨勢(shì)，年際傾向率為-0.1 d/10年（P＞0.05），1960—1968 年、2012—2017 年大風(fēng)日數(shù)在平均值以下波動(dòng)，1967年大風(fēng)日數(shù)最少，為3.3 d；1959年大風(fēng)日數(shù)最多，為17.8 d。夏季大風(fēng)日數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)，年際傾向率為-0.4 d/10年（P＜0.05），1960—1965年、1998—2012年大風(fēng)日數(shù)在平均值以下波動(dòng)，2005年大風(fēng)最少，為1.8 d；1969—1975年、1980—1984年大風(fēng)日數(shù)在平均值以上波動(dòng)，1973年大風(fēng)日數(shù)最多，為16.3 d；其他時(shí)間則在平均值上下波動(dòng)。秋季大風(fēng)日數(shù)呈持平狀態(tài)，1960—1968年、2005—2009年大風(fēng)日數(shù)在平均值以下波動(dòng)，1964年和1967年大風(fēng)最少，為0.5 d；其他時(shí)間則在平均值上下波動(dòng)，1987年和1996大風(fēng)日數(shù)最多，為6.8 d。冬季大風(fēng)日數(shù)呈略增加趨勢(shì)，年際傾向率為0.2 d/10年（P＞0.05），1961—1968年、1989—1993年大風(fēng)日數(shù)在平均值以下波動(dòng)，1968年大風(fēng)日數(shù)最少，為 0.8 d；1976—1979年、2014—2018年大風(fēng)日數(shù)在平均值以上波動(dòng)；其他時(shí)間則在平均值上下波動(dòng)，1988年大風(fēng)日數(shù)最多，為10.0 d。春季大風(fēng)日數(shù)的減少抵消了冬季大風(fēng)日數(shù)的增多，減輕了對(duì)全年大風(fēng)日數(shù)的影響程度，夏季大風(fēng)日數(shù)對(duì)全年大風(fēng)日數(shù)的貢獻(xiàn)最大。

圖3 1959—2018年武威市年大風(fēng)日數(shù)變化趨勢(shì)

表3 武威市各縣（區(qū)）大風(fēng)日數(shù)距平年代際變化（單位：d）

滑動(dòng)t檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示（圖略），年大風(fēng)日數(shù)呈波浪式下降趨勢(shì)，在1967年和1973年發(fā)生了顯著突變（通過(guò)了α=0.05水平的置信度檢驗(yàn)）。春、夏、秋、冬四季大風(fēng)分別在1959年和1967年、1973年和1974年、1972年、1988年和2011年存在突變。

2.1.4 沙塵暴時(shí)間變化特征 1959—2018年武威市年沙塵暴日數(shù)變化（圖4）顯示，年沙塵暴日數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)，年際傾向率為-2.8 d/10年（P＜0.001）。年代際變化（表4）表明，1959—1998年沙塵暴日數(shù)持續(xù)減少，1999—2008年較前10年略有增加，近10年減少最顯著。1959—1968年是最多期，1959年最多，為21.8 d；2017年最少，全年未出現(xiàn)。

四季沙塵暴均顯著減少（圖略），減少速度是春季＝夏季＞冬季＞秋季。春季沙塵暴日數(shù)年際傾向率為-1.2 d/10年（P＜0.001）；1959—1977年、1979—1987年沙塵暴日數(shù)在平均值以上波動(dòng)，1959年沙塵暴最多，為 10.8 d；1988—1999 年、2003—2018 年在平均值以下波動(dòng)；其他時(shí)間則在平均值上下波動(dòng)，2015年、2018年未出現(xiàn)沙塵暴。夏季沙塵暴日數(shù)年際傾向率為-1.2 d/10年（P＜0.001）；1959—1984年沙塵暴日數(shù)在平均值以上波動(dòng)，1966年沙塵暴日數(shù)最多，為7.3 d；1988—2018年在平均值以下波動(dòng)；其他時(shí)間則在平均值上下波動(dòng)，有8年未出現(xiàn)沙塵暴。秋季年際傾向率為-0.3 d/10年（P＜0.001）；1959—1966年、1981—1986年沙塵暴日數(shù)在平均值以上波動(dòng)，1959年沙塵暴日數(shù)最多，為 4.0 d；1992—2018年在平均值以下波動(dòng)，其他時(shí)間則在平均值上下波動(dòng)，有21年未出現(xiàn)沙塵暴。冬季沙塵暴日數(shù)年際傾向率為-0.6 d/10年（P＜0.001）；1960—1983年沙塵暴日數(shù)在平均值以上波動(dòng)，1963年沙塵暴日數(shù)最多，為5.5 d；1989—2018年在平均值以下波動(dòng)；其他時(shí)間則在平均值上下波動(dòng)，其中有9年未出現(xiàn)沙塵暴。

圖4 1959—2018年武威市年沙塵暴日數(shù)變化趨勢(shì)

表4 武威市各縣（區(qū)）沙塵暴日數(shù)距平年代際變化（單位：d）

滑動(dòng)t檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示（圖略），年沙塵暴日數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)，在1959年發(fā)生了顯著突變（通過(guò)了α=0.05水平的置信度檢驗(yàn)）。春、夏、秋、冬四季沙塵暴日數(shù)分別在1959年和1979年、1966年和1973年、1966年和1979年、1963年和1972年存在突變。

2.2 氣候空間變化特征

武威市地形南高北低，從北向南海拔高度相差1 800 m，受此影響，氣象要素差異較大。年平均氣溫從南向北依次為天祝0.2℃、古浪5.6℃、涼州8.4℃、民勤8.6℃，南北最大相差8.4℃。近60年各地氣溫均呈上升趨勢(shì)，增溫速度為（涼州0.43℃/10年）＞民勤＝古浪（0.42℃/10年）＞天祝（0.27℃/10年）。年降水量從南向北依次為天祝406.7 mm、古浪358.2 mm、涼州 168.6 mm、民勤 115.0 mm，最大相差291.7 mm。各地降水量呈增加趨勢(shì)，年際傾向率為天祝（14.2 mm/10年）＞民勤（4.1 mm/10年）＞涼州（3.7mm/10年）＞古浪2.3 mm/10年。年大風(fēng)日數(shù)從南向北依次為天祝64.7 d、古浪3.8 d、涼州 10.0 d、民勤20.3 d，呈南北多、中間少的特點(diǎn)。近60年大風(fēng)日數(shù)變化規(guī)律為天祝呈增加趨勢(shì)，年際傾向率為5.4 d/10年，其他地區(qū)呈減少趨勢(shì)，年際傾向率為民勤（-3.3 d/10年）＞涼州（-2.9 d/10年）＞古浪（-0.5 d/10年）。年沙塵暴日數(shù)從南向北依次為天祝0.8 d、古浪2.4 d、涼州5.7 d、民勤22.2 d，民勤由于特殊的地理位置（三面被沙漠包圍），成為沙塵暴的多發(fā)區(qū)。隨著時(shí)間變化各地沙塵暴日數(shù)呈減少趨勢(shì)，年際傾向率為民勤（-7.1 d/10年）＞涼州（-2.8 d/10年）＞古浪（-1.1 d/10年）＞天祝（-0.4 d/10年）。由于全球劇烈變暖促使南方海洋水汽向北輸送，致使河西走廊東部近60年來(lái)年降水量總體呈緩慢增加趨勢(shì)，加上區(qū)域生態(tài)的重建和恢復(fù)，使得該區(qū)沙塵暴日數(shù)呈顯著減少態(tài)勢(shì)，民勤尤為顯著，平均以7.1 d/10年的速度減少。

3 小結(jié)

1）武威市氣溫呈上升趨勢(shì)，增溫速度為0.39℃/10年，1999—2008年增溫最快；氣溫在1967年和2013年發(fā)生了顯著突變，存在 2～3年、3～4年的周期振蕩。四季氣溫均有上升，增溫速度為冬季＞秋季＞春季＞夏季。空間分布上呈南部低、北部高的特點(diǎn)；隨著時(shí)間的變化，各地氣溫均顯著上升，增溫速度是涼州＞民勤＝古浪＞天祝。

2）武威市降水量呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，年際傾向率為6.1 mm/10年，存在3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1969—1978年由干旱轉(zhuǎn)為較濕潤(rùn)，1979—1998年由較濕潤(rùn)轉(zhuǎn)為較干旱，1999—2008年由較干旱轉(zhuǎn)為濕潤(rùn)；在1962年和1991 年發(fā)生了顯著突變，存在 2～3 年、3～5 年、8～10年的周期振蕩。四季降水量除秋季持平外，其他季節(jié)呈增加趨勢(shì)，增幅為夏季＞春季＞冬季?？臻g分布上為南部降水量比北部多2.5倍，近60年變化特點(diǎn)是各地呈略增加趨勢(shì)，增幅為天祝＞民勤＞涼州＞古浪。

3）武威市年大風(fēng)日數(shù)呈減少趨勢(shì)，年際傾向率為-0.4 d/10年。1959—1968年是近60年來(lái)大風(fēng)日數(shù)最少期，1969—1978年則是最多期；在1967年和1973年發(fā)生了顯著突變；春季和夏季大風(fēng)日數(shù)呈略減少趨勢(shì)，秋季呈持平狀態(tài)，冬季則呈略增加趨勢(shì)；春季大風(fēng)日數(shù)的減少抵消了冬季大風(fēng)日數(shù)的增多，夏季大風(fēng)日數(shù)對(duì)全年大風(fēng)日數(shù)的變化貢獻(xiàn)最大。年大風(fēng)日數(shù)空間分布上呈南北多、中間少的特點(diǎn)；近年來(lái)變化規(guī)律為天祝呈增加趨勢(shì)，其他3個(gè)地區(qū)呈減少趨勢(shì)。

4）武威市年沙塵暴日數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)，年際傾向率為-2.8 d/10年，近10年減少最明顯。1959年有顯著突變發(fā)生。四季沙塵暴日數(shù)減少速度為春季＝夏季＞冬季＞秋季。年沙塵暴日數(shù)空間分布上呈南少、北多的特點(diǎn)；變化規(guī)律是各地均呈減少趨勢(shì)，減少速度為民勤＞涼州＞古浪＞天祝。

綜合來(lái)看，近60年來(lái)武威市氣候暖濕化趨勢(shì)明顯，隨著石羊河流域綜合治理力度加大，大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)顯著減少，生態(tài)環(huán)境得到改善。