朱瑞杰，竇 輝，王 瑾，趙 翔，房立順

(1.咸陽市氣象局，陜西咸陽 712000;2.武功縣氣象局，陜西武功 712200;3.秦都區(qū)氣象局，陜西咸陽 712000)

咸陽地處汾渭平原西部，由東南向西北呈階梯形，南部七縣區(qū)(市)屬渭河、涇河平原，北部五縣屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)。冬季寒冷、夏季炎熱，冷暖空氣交替頻繁，冰雹、大風(fēng)、暴雨等多種災(zāi)害頻發(fā)，成災(zāi)比例高，是氣象災(zāi)害頻發(fā)區(qū)，也是氣候脆弱區(qū)。近年來隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人類活動的增加，極端氣候事件頻發(fā)，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人類活動造成一定影響。在全球氣候變暖的大背景下，中國氣候同樣存在著變暖趨勢，其中冬季增溫最明顯[1]，IPCC第5次報告指出，從多視角進(jìn)一步證實和支持了關(guān)于近百年全球氣候變暖毋庸置疑的結(jié)論,1951—2012年,全球平均地表溫度的升溫速率為0.12 ℃/10 a[2], 西北地區(qū)冬季氣溫自1960年以來為不斷升高，1980年以后出現(xiàn)冬季偏暖加劇的趨勢[3]。陜西確實存在著區(qū)域性的冬暖現(xiàn)象，且各區(qū)出現(xiàn)異常冬暖的年份不盡相同,陜北北部與陜北南部出現(xiàn)異常冬暖年的次數(shù)最多，其次為關(guān)中東部[4]。咸陽市區(qū)近50年氣溫呈顯著升高趨勢[5]。本文選取1960—2019年咸陽地面觀測站冬季氣溫資料，采用線性趨勢、5年滑動平均、Mann-Kendall趨勢檢驗等分析方法，對近60年來咸陽冬季平均氣溫，最高、最低氣溫，極端最高、最低氣溫變化特征進(jìn)行分析，探討其歷史演變趨勢及年代變化特征，為進(jìn)一步揭示咸陽冬季的氣候特征提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

氣溫資料來自中國氣象局氣象信息中心，咸陽地區(qū)12個國家氣象站點的年平均氣溫、月平均氣溫，常年冬季氣候值統(tǒng)計時段為1981—2010年，時間序列是 1960—2019年冬季(12月至翌年2月)。北五縣為彬縣、旬邑、長武、淳化、永壽，南七縣為秦渭區(qū)、涇陽、三原、乾縣、禮泉、武功、興平。采用一元線性趨勢分析、累積距平分析等方法對冬季溫度特征進(jìn)行分析。用Mann-Kendall(簡稱M-K)方法對氣溫發(fā)生突變年進(jìn)行判斷和檢驗。暖冬、冷冬等級采用《暖冬等級》(GB/T 21983—2020)、《冷冬等級》(GB/T 33675—2017)中的單站暖(冷)冬等級劃分指標(biāo)[6-7]，區(qū)域范圍內(nèi)暖冬站數(shù)與站點總數(shù)之比≥50%，定義為區(qū)域暖冬，在區(qū)域暖冬年，區(qū)域內(nèi)強暖冬站數(shù)與站點總數(shù)之比≥25%，定義為區(qū)域強暖冬，反之定義為區(qū)域弱暖冬。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季平均氣溫特征

2.1.1 時間變化特征 由圖1可知，1960-2019年咸陽冬季平均氣溫變化范圍為-3.51～1.76 ℃，年平均氣溫變化范圍為10.75～13.39 ℃，均呈現(xiàn)出波動上升的趨勢，但冬季平均氣溫變化的波動明顯大于年平均氣溫。通過線性擬合，近60年咸陽冬季平均氣溫、年均氣溫的線性趨勢率分別為0.348、0.232 ℃/10 a，擬合方程均通過α=0.05的顯著性檢驗。陜西省冬季平均氣溫、年均氣溫呈現(xiàn)出顯著上升的趨勢，其線性趨勢率分別為0.328、0.203 ℃/10 a[8]。由此可見，咸陽冬季平均氣溫的變化趨勢與全省的變化趨勢相似，增溫幅度高于全省。

圖1 1960—2019年咸陽市冬季平均氣溫變化(a)及年平均氣溫變化(b)

2.1.2 空間變化特征 1960—2019年咸陽冬季平均氣溫呈北低南高分布(圖2)，各縣冬季平均氣溫變化范圍在-3.29～1.07 ℃之間，北部五縣均為負(fù)值，旬邑、長武最低，在-3 ℃以下，南七縣均為正值，武功、興平最高，在1 ℃以上。冬季平均氣溫的線性趨勢率大致呈北高南低分布，淳化最大為0.481 ℃/10 a，武功最小為0.261 ℃/10 a。從咸陽北五縣和南七縣兩個地理單元冬季氣溫變化來看，北部五縣氣溫經(jīng)過了下降→上升→下降→上升的過程，氣溫的線性趨勢率為0.375 ℃/10 a， 1980年發(fā)生了突變， 南部七縣氣溫經(jīng)過了下降→上升的過程，氣溫的線性趨勢率為0.326 ℃/10 a，1989年發(fā)生了突變。由此可見，咸陽北部五縣比南部七縣氣溫突變發(fā)生時間早，線性趨勢率也大，氣溫變化波動大。

圖2 1960—2019年咸陽市各縣冬季平均氣溫(a)及其線性趨勢率(b)

2.2 冬季平均最低、最高氣溫特征

由圖3可知，冬季平均最低氣溫變化范圍在-8.33～-2.78 ℃之間，最小出現(xiàn)在1967年，最大出現(xiàn)在2016年。冬季平均最高氣溫變化范圍在2.02～8.75 ℃之間，最小出現(xiàn)在1963年，最大值出現(xiàn)在1998年。冬季平均最低、最高氣溫線性線性趨勢率分別為0.371、0.331 ℃/10 a，擬合方程均通過了α=0.05的顯著性檢驗?？梢姡酒骄畹蜌鉁氐木€性趨勢率大于平均最高氣溫，這與宋愛紅等[9]冬季平均最低氣溫顯著升高對冬季氣溫的升高以及暖冬年的出現(xiàn)貢獻(xiàn)最大，與孔祥偉等[10]最低氣溫變化速率大于最高氣溫，冬季增溫在最低氣溫上表現(xiàn)更明顯的研究結(jié)果具有一致性。

圖3 1960—2019年咸陽市冬季平均最低(a)、最高氣溫變化(b)

2.3 冬季極端最低、最高氣溫特征

由圖4可知，冬季極端最低氣溫變化范圍為-15.1～-8.3 ℃，1976年最低，2000年最高。極端最高氣溫變化范圍為16.2～9.1 ℃，1963年和2011年最低，1977年最高。極端最低、最高氣溫線性趨勢率分別為0.257 ℃/10 a和0.297 ℃/10 a，擬合方程均通過了α=0.05的顯著性檢驗。

圖4 1960—2019年咸陽市冬季極端最低(a)、極端最高氣溫的年際變化(b)

可見，極端最低、最高氣溫均呈上升趨勢，其線性趨勢率與平均氣溫基本相當(dāng)，而小于平均最低、最高氣溫。

2.4 M-K突變性檢驗

利用M-K方法對咸陽市1960—2019年冬季平均氣溫、平均最低最高氣溫、極端最低最高氣溫進(jìn)行突變分析。由圖5a可知，咸陽市冬季平均氣溫有明顯的增暖趨勢，冬季平均氣溫從1989年之后，冬季平均最低氣溫(圖5b)從1986年之后、冬季平均最高氣溫(圖5c)從2013年之后超過了0.05顯著性水平臨界值，且冬季平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫分別在1994、1987、2016年超過0.01顯著性水平臨界值，而極端最低、最高氣溫未超過0.01顯著性水平臨界值。從圖5 中UF曲線與UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)的交點可得出，冬季平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫發(fā)生突變的時間分別在1985、1985、1995年，極端最低(圖5d)、最高氣溫(圖5e)突變發(fā)生的時間分別為1970、2006年。以上分析表明，咸陽冬季氣溫的突變特點為冬季平均最低氣溫與冬季平均氣溫的突變時間基本一致，而冬季平均最高氣溫的突變時間比冬季平均氣溫的突變時間偏晚約10 a，并且UF值通過置信區(qū)間(α<0.01)的時間明顯偏晚，數(shù)值偏小。咸陽冬季氣溫與西北地區(qū)冬季氣溫變化趨勢具有一致性[9-12]， 冬季平均最低氣溫與冬季氣溫的變化關(guān)系密切，對冬季氣溫的升高以及暖冬年的出現(xiàn)貢獻(xiàn)較大。

圖5 1960—2019年咸陽市冬季平均氣溫(a)、平均最低氣溫(b)、平均最高氣溫(c)、極端最低氣溫(d)、極端最高氣溫(d)的M-K突變檢驗

2.5 累積氣溫距平分析

累積距平分析結(jié)果(圖6)顯示，1960—2019年冬季平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫累積距平曲線均大致呈“V”字型，說明咸陽冬季氣溫經(jīng)歷了從下降到上升的過程，冬季平均和冬季平均最低氣溫在1985年累積距平達(dá)到最低點，而冬季平均最高氣溫累積距平曲線變化波動較大，1976—1978年、1985—1987年兩個時段出現(xiàn)下降→上升→下降→上升的過程，1995年之后，上升趨勢一直在持續(xù)。累積距平分析的突變年與M-K突變檢驗結(jié)果基本一致。極端最低氣溫在1976年達(dá)到最低-17.2 ℃，之后穩(wěn)定上升；極端最高氣溫在1988年達(dá)到最低-15.9 ℃，1988—2011年上升緩慢，波動性大，2011年后穩(wěn)定上升。

圖6 1960—2019年咸陽市冬季平均氣溫(a)、平均最低氣溫(b)、平均最高氣溫(c)、極端最低氣溫(d)、極端最高氣溫(e)的距平和累積距平

2.6 冬季各月氣溫變化特征

咸陽冬季各月(12月、1月、2月)平均氣溫常年值分別為-0.63、-2.07、-1.09 ℃,即1月氣溫最低。各月平均氣溫均呈增溫趨勢,線性趨勢率分別為0.29、0.23、0.50 ℃/10 a，均通過α=0.05顯著性檢驗,說明2月增溫最明顯，12月次之，1月最小。各月突變時間分別為1986、1977、1990年，1月氣溫發(fā)生突變時間較早(圖略)。統(tǒng)計各月平均氣溫距平值,發(fā)現(xiàn)各月距平累計值均呈先下降后上升的變化趨勢,最低值分別為-15.85(1985年)、-12.4(1976年)、-27.19(1989年),即12月、2月最低值均出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中后期,與冬季平均氣溫累計距平最低值出現(xiàn)年份相近,表明1月增溫較早，12月、2月增溫較晚。各月通過0.05顯著性水平臨界線的時間分別為1997、2000、1999年，與發(fā)生突變時間分別相隔11、23、9 a。1月氣溫發(fā)生突變的時間較早，但氣溫變化波動較大，升溫速率??；因此，在分析冬季氣溫變化時應(yīng)特別引起注意。

2.7 冷冬年、暖冬年的變化。

通過對1960—2019年咸陽市冬季氣溫求標(biāo)準(zhǔn)差(常年冬季氣候值統(tǒng)計時段為1981—2010年，為咸陽市冬季氣溫平均值。),得出δ=0.907 ℃,0.43δ、1.29δ分別為0.39、1.17 ℃。對咸陽市1960—2019年進(jìn)行冷暖冬劃分(如表1),發(fā)現(xiàn)咸陽市冷冬年、暖冬年以20世紀(jì)90年代為界,之前冷冬年偏多,之后暖冬年偏多,冷冬年與暖冬年比為19∶19。

表1 咸陽市1960—2019年各年代冷暖冬年出現(xiàn)次數(shù) 單位：a

20世紀(jì)70至80年代共出現(xiàn)3次暖冬年，1976年之前未出現(xiàn)過暖冬年。90年代開始暖冬年明顯增加，共出現(xiàn)16次暖冬，其中8次強暖冬，8次弱暖冬；而冷冬年變化趨勢與暖冬相反，冷冬年明顯減少，1990年之后只出現(xiàn)2次。最強暖冬年為1998、2016、2019年；ΔT>2.3 ℃，最強冷冬年為1963、1967年，ΔT<-2.2 ℃?？傊剃柦?0年來暖冬年逐漸增加，冷冬年逐漸減少,且1986年以來未出現(xiàn)強冷冬年,強暖冬年開始出現(xiàn)并趨多。

3 結(jié)論

(1)1960—2019 年，咸陽市冬季平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫呈顯著上升趨勢，其線性趨勢率分別為0.348、0.371、0.331 ℃/10 a，高于咸陽市年平均氣溫的線性趨勢率0.232 ℃/10 a，且高于陜西省冬季平均氣溫線性趨勢率0.328 ℃/10 a。極端最低、最高氣溫的線性趨勢率分別為0.257、0.297 ℃/10 a，其線性趨勢率與平均氣溫基本相當(dāng)，而小于平均最低、最高氣溫。平均最低氣溫的線性趨勢率最大，最低氣溫升高對冬季氣候變暖貢獻(xiàn)較大。

(2)1960—2019年，咸陽冬季平均氣溫呈北低南高分布，而線性趨勢率大致呈北高南低分布，線性趨勢率淳化最大為0.481 ℃/10 a，武功最小為0.261 ℃/10 a。北部五縣氣溫經(jīng)過了從下降→上升→下降→上升的過程，南部七縣氣溫經(jīng)過了從下降→上升的過程；北部五縣氣溫突變時間發(fā)生在1980年，南部七縣氣溫突變時間發(fā)生在1989年。咸陽北部五縣比南部七縣氣溫突變發(fā)生時間早，線性趨勢率也大，氣溫變化波動大。

(3)利用M-K突變檢驗法檢驗冬季平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫，其突變時間分別在1985、1985和1995年，冬季平均氣溫與平均最低氣溫發(fā)生突變的時間一致，而平均最高氣溫發(fā)生突變的時間滯后近10年，極端最低、最高氣溫突變發(fā)生的時間分別為1970年和2006年，極端最低氣溫發(fā)生突變時間最早。咸陽冬季氣溫與西北地區(qū)冬季氣溫變化趨勢具有一致性。

(4)冬季12、1、2月氣溫發(fā)生突變時間分別為1986、1977、1990年，其線性趨勢率分別為0.292、0.232、0.50 ℃/10 a；1月氣溫突變時間早，但線性趨勢率小，2月線性趨勢率最大，表明2月氣溫的升高對冬季變暖貢獻(xiàn)較大。

(5)1960—2019年，暖冬年與冷冬年出現(xiàn)的頻次比為19∶19，其具有明顯的階段性變化，以20世紀(jì)90年代為界，之前以冷冬年為主，之后以暖冬年為主，呈現(xiàn)由冷冬年為主轉(zhuǎn)暖冬年為主的變化。