張玲 安東亮 任崗

摘要 基于石河子市1955—2020年逐日平均氣溫觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了近66年石河子冬季負(fù)積溫變化特征，為合理利用冬季氣候資源提供參考。結(jié)果表明：石河子冬季負(fù)積溫總體呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-31.7℃·d/10a，累積距平1987年出現(xiàn)了突變，≤0℃初日推遲，終日提前和持續(xù)日數(shù)減少，冷冬年份均出現(xiàn)在2000年之前，而暖冬在20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)00年代間出現(xiàn)頻次較多。

關(guān)鍵詞 負(fù)積溫;變化特征;石河子

中圖分類(lèi)號(hào)：S161.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）10–0061–03

在全球變暖的趨勢(shì)下，我國(guó)西北地區(qū)氣溫上升速率高于全球平均水平，冬季氣溫升高幅度大于年均值[1-2]。范麗紅等[3]研究表明了北疆近45年來(lái)氣溫總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且氣溫變化存在明顯的季節(jié)性。北半球中高緯度地區(qū)，冬季溫度的升高可能是年平均氣溫升高的重要原因。負(fù)積溫是冬季日平均氣溫穩(wěn)定﹤0℃的累加，能綜合反映冬季寒冷程度、持續(xù)時(shí)間和低溫強(qiáng)度，是重要的農(nóng)業(yè)氣候生態(tài)指標(biāo)之一。負(fù)積溫及其持續(xù)日數(shù)的變化，對(duì)冬季采暖和供水、供熱管道的設(shè)計(jì)和施工均有一定的影響。負(fù)積溫影響區(qū)域植被演替進(jìn)程，制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物和果樹(shù)的安全越冬，與農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害的發(fā)生、蔓延息息相關(guān)。桑建人等[4]研究了寧夏20個(gè)氣象觀(guān)測(cè)站1961—2004年冬季負(fù)積溫逐漸變暖的特征;白婷[5]、周雪英等[6]分別分析了北疆和庫(kù)爾勒的負(fù)積溫;錢(qián)錦霞等[7]分析了山西省冬小麥種植區(qū)與負(fù)積溫、凍害頻率的關(guān)系;黃健等[8]研究指出2月氣溫、冬季氣溫與次年棉鈴蟲(chóng)發(fā)生程度呈顯著的負(fù)相關(guān)。

石河子市位于新疆北部，天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，屬于典型溫帶大陸性氣候，冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒，夏季短而炎熱，日照充沛。石河子墾區(qū)耕地面積約為2 556 km2，農(nóng)業(yè)是重要的支柱產(chǎn)業(yè)，負(fù)積溫的變化影響果樹(shù)越冬，并與設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)息息相關(guān)。了解石河子冬季溫度，特別是負(fù)積溫的變化情況，探索石河子冬季冷暖變化規(guī)律，降低因負(fù)積溫變化對(duì)農(nóng)業(yè)和生活的影響，以期為發(fā)展當(dāng)?shù)靥厣止麡I(yè)與調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

本文所用資料為石河子市氣象站1955—2020年共66年的逐日氣溫和極端最低氣溫?cái)?shù)據(jù)。負(fù)積溫均采用絕對(duì)值進(jìn)行描述，負(fù)積溫絕對(duì)值越大表示溫度越低，天氣越寒冷。利用日平均氣溫資料，計(jì)算出逐年≤0℃初、終日及持續(xù)日數(shù)。初日定義為下半年（7月1日—12月31日）首次出現(xiàn)日平均氣溫≤0℃的日期，終日定義為上半年（1月1日—6月30日）最后一次出現(xiàn)日平均氣溫≤0℃的日期。負(fù)積溫是統(tǒng)計(jì)初、終日間為日平均氣溫穩(wěn)定≤0℃的累積值，用絕對(duì)值表示負(fù)積溫。年代以10位數(shù)字為年代數(shù)字值，如1955—1960年為50年代，1961—1970年為60年代，2000—2010年為21世紀(jì)初00年代，以此類(lèi)推。

通過(guò)使用線(xiàn)性?xún)A向率，分析負(fù)積溫變化趨勢(shì)和變化幅度，累積距平法對(duì)石河子負(fù)積溫的時(shí)間序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)，采用負(fù)積溫的標(biāo)準(zhǔn)偏差方法，分析冬季冷暖的異常年份，使用Excel 2010統(tǒng)計(jì)分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 負(fù)積溫氣候傾向率變化特征

由圖1可以看出，石河子1955—2020年負(fù)積溫總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-31.7℃/10a，并且通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，年平均負(fù)積溫為1 319.1℃·d。近66年來(lái)，負(fù)積溫最高值出現(xiàn)在1966年，為1 963.2℃·d;最低值出現(xiàn)在1989年，為878.7℃·d，不足最高值的1/2，比累年平均值低1/3。累年最高值和最低值均出現(xiàn)在前40年，從1995年起負(fù)積溫的年變化幅度明顯減弱，說(shuō)明1955—1994年冬季氣溫年際波動(dòng)較大，而近20年冬季氣溫逐漸上升并且年際差異較小。

前冬和后冬分別是從≤0℃初日至當(dāng)年12月31日和1月1日至≤0℃終日這兩段時(shí)間。由表1可知，石河子負(fù)積溫前冬和后冬平均分別為432.2℃·d、886.9℃·d，前冬明顯比后冬少，平均只有其一半，1989年前冬最少，僅有89.2℃·d，而后冬最少也有521.2℃·d，約是前冬的6倍，氣候傾向率前冬明顯小于后冬，增溫速率分別為7.2℃·d/10 a和24.5℃·d/10 a。冬季各月平均負(fù)積溫1月>12月>2月，說(shuō)明冬季1月最為寒冷，2月最為溫暖。這3個(gè)月的氣候傾向率為1.27℃·d/a（2月）>0.95℃·d/a（1月）>0.2℃·d/a（12月），表明石河子冬季變暖貢獻(xiàn)主要來(lái)自2月負(fù)積溫的顯著減少。從各時(shí)段的最多、最少負(fù)積溫出現(xiàn)年份可知，只有1月最少值出現(xiàn)在2015年，其他極值均出現(xiàn)在2000年前，與逐年負(fù)積溫變化趨勢(shì)較一致，極端冷暖事件出現(xiàn)在前40年的概率較大。

2.2 負(fù)積溫的突變分析

由圖2可知，石河子1955—2020年負(fù)積溫累積距平曲線(xiàn)呈先升后降的變化趨勢(shì)，負(fù)積溫在1987年出現(xiàn)了突變，突變后比突變前平均值減少了126.9℃·d。1955—1986年負(fù)積溫距平變化比較劇烈，累積距平呈現(xiàn)曲折上升趨勢(shì)，負(fù)積溫仍然以正距平為主，且正距平數(shù)值明顯大于負(fù)距平的絕對(duì)值，冬季總體處于相對(duì)偏冷時(shí)段。1987—2020年負(fù)積溫距平變化幅度明顯減小，累積距平曲線(xiàn)呈現(xiàn)迅速下降的趨勢(shì)，此34年間有11年為正距平，其中1988—2006年出現(xiàn)了連續(xù)5年和6年的負(fù)距平，只有3個(gè)正距平，且這3個(gè)距平值也較小，此階段為冬季增溫迅速時(shí)期，冬季氣溫明顯偏高。

2.3 冬季≤0℃初、終日和持續(xù)日數(shù)年代際變化

表2分別計(jì)算了各年代際，日平均氣溫≤0℃初、終日和持續(xù)日數(shù)的平均與歷年平均的距平值。由表2可知，石河子冬季≤0℃初日平均為11月10日，總體呈推遲趨勢(shì)，最早出現(xiàn)在1972年10月17日，最晚出現(xiàn)在1994年12月3日。20世紀(jì)60年代為初日最早時(shí)段，21世紀(jì)00年代為≤0℃出現(xiàn)最晚時(shí)段;50～80年代的初日距平均早于歷年平均1～5 d，21世紀(jì)00年代和10年代分別比歷年晚7 d、5 d，20世紀(jì)90年代與歷年持平。≤0℃終日平均為3月17日，50年代、70年代平均分別偏晚7 d和5 d，60年代和80年代到00年代平均偏早1～4 d，10年代與歷年相同。冬季≤0℃持續(xù)日數(shù)在逐漸減少，50年代持續(xù)日數(shù)最多，21世紀(jì)00年代持續(xù)日數(shù)最少，20世紀(jì)50～80年代比歷年平均偏多0.8～8.5 d，90年代至10年代比歷年平均減少了1.2～10.3 d;90年代比80年代減少了2.0 d，21世紀(jì)00年代比90年代減少了9.1 d。石河子≤0℃初日推遲、終日提前和持續(xù)日數(shù)的減少，在一定程度上印證了冬季氣候變暖的特征。

2.4 冷、暖冬年分布特征

近年來(lái)，氣候極端事件頻發(fā)，通常采用標(biāo)準(zhǔn)偏差法，分析氣象要素異常年，本文用冷冬和暖冬來(lái)描述冬季的冷暖程度，負(fù)積溫距平高于標(biāo)準(zhǔn)差為冷冬，低于標(biāo)準(zhǔn)差為暖冬，中間年份為正常年。從表3可知，石河子1955—2020年的66年間出現(xiàn)冷冬12年、暖冬8年、平年46年，冷冬年份平均負(fù)積溫距平為391.2℃·d，暖冬年份平均負(fù)積溫距平為-317.4℃·d。冷冬年份都分布在2000年之前，特別是50～70年代出現(xiàn)頻次數(shù)較多，每個(gè)年代際均出現(xiàn)了3年，而20世紀(jì)90年代只在1993年出現(xiàn)了1次。暖冬年份除1957年和1962年外，均分布在20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)00年代間，這期間每個(gè)年代際均出現(xiàn)了2年暖冬。20世紀(jì)70年代只有冷冬年份較多，未出現(xiàn)暖冬年份，說(shuō)明這段時(shí)期冬季處于偏冷時(shí)段，80～90年代冷、暖冬交替出現(xiàn)，極端氣候事件增加，這也再次證實(shí)石河子冬季氣候變暖開(kāi)始于80年代末期（表3）。

3 結(jié)束語(yǔ)

石河子冬季負(fù)積溫年平均為1 319.1℃·d，呈31.7℃·d/10 a的減少趨勢(shì)，前冬溫度明顯高于后冬，整個(gè)冬季1月最寒冷，2月溫度升高對(duì)冬季變暖貢獻(xiàn)最大。累積距平分析表明1987年出現(xiàn)負(fù)積溫的突變，各年代際間負(fù)積溫變化差異較大，≤0℃持續(xù)日數(shù)明顯減少，冷冬主要出現(xiàn)在1993年之前，20世紀(jì)80年代末～21世紀(jì)00年代為溫度迅速上升期，在此期間暖冬出現(xiàn)概率較高，近10年冬季變暖后年際間溫度差異較小。石河子冬季負(fù)積溫總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，但在不同時(shí)段，其變化特征又有所差異，對(duì)冬季氣溫變化的研究還不完善，隨著氣候的不斷變化，進(jìn)一步研究本地冬季氣候變暖具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙傳成，王雁，丁永建，等.西北地區(qū)近50年氣溫及降水的時(shí)空變化[J].高原氣象，2011，30（2）：385-390.

[2] 李慶祥，董文杰，李偉，等.近百年中國(guó)氣溫變化中的不確定性估計(jì)[J].科學(xué)通報(bào)，2010，55（16）：1544-1554.

[3] 范麗紅，何清.新疆天山山區(qū)與南北疆氣候變化及其影響的比較研究[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2006.

[4] 桑建人，劉玉蘭，韓世濤，等.寧夏冬季負(fù)積溫變化特征[J].氣象科技，2007，27（2）： 202-207.

[5] 白婷.北疆近50年負(fù)積溫變化特征分析[J].吉林農(nóng)業(yè)，2013（4）：448-457.

[6] 周雪英，吉春容，李小川.庫(kù)爾勒1959—2008年冬季氣溫及負(fù)積溫變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2009，3（4）：39-42.

[7] 錢(qián)錦霞，李娜，韓普.冬季氣候變暖對(duì)山西省冬小麥可種植區(qū)的影響[J].地理學(xué)報(bào)，2014，69（5）：672-680.

[8] 黃健，馬雷凱.積雪和冬季氣候條件對(duì)棉鈴蟲(chóng)年發(fā)生程度的影響[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（5）：25-28.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis on Variation Characteristics of Negative Accumulated Temperature in Winter in Shihezi from 1955 to 2020

ZHANG Ling et al（Center for central Asia Atmosphere Science Research， Urumqi， Xinjiang 830002）

Abstract Based on the observation data of daily mean temperature in Shihezi city from 1955 to 2020， the characteristics of negative accumulated temperature in winter in shihezi city in recent 66 years were investigated， which could provide reference for rational use of winter climate resources. The results show that the negative accumulated temperature in winter in Shihezi presents a decreasing trend， and the climate trend rate is -31.7℃·d/10a. The cumulative anomaly has a sudden change in 1987， with the onset of the day delayed， the length of the day advanced and the duration of the day decreased. The cold winter years all occurred before 2000， while the warm winter occurred more frequently from 1980s to 2000s.

Key words Negative accumulated tempe-rature; Change characteristics; Shihezi