張紅麗，韓富強，張 良，王莉霞，孫 源，李富民

（1.天水師范學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，甘肅 天水 741000；2.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆烏魯木齊 830054；3.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點實驗室，中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點實驗室，甘肅 蘭州 730020；4.國家氣候中心，北京 100081）

氣候變化不僅影響人類生存環(huán)境，也將影響世界經(jīng)濟和社會進(jìn)步。目前全球正處在氣候變暖的背景下，IPCC 第六次報告指出，相比于1850—1990年，2001—2020年全球平均地表溫度增加了0.99 ℃（0.84～1.10 ℃），2011—2020 年增加了1.09 ℃（0.95～1.2 ℃），并且陸地增溫程度（1.59 ℃）明顯大于海洋（0.88 ℃）［1］，這種以全球變暖為主要特征的氣候變化帶來的多地極端高溫氣候事件，例如森林火災(zāi)，并且這種災(zāi)害風(fēng)險會隨著氣候變暖持續(xù)增加［2］。同樣，伴隨著增暖而出現(xiàn)的局地降水的增加趨勢也會導(dǎo)致湖水決堤等多種災(zāi)害［3］，因此對氣候變化的研究已經(jīng)受到諸多學(xué)者的關(guān)注［4-7］。西北地區(qū)因長期氣候干燥、多年平均降水量少（甚至小于150 mm）、降水變率大、氣候干旱、生態(tài)環(huán)境脆弱的氣候背景，使得人類生活環(huán)境及自然植被等對氣候變化的響應(yīng)十分敏感［8-9］，因而關(guān)于氣候變化特征研究對該區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)、生態(tài)資源的利用等方面提供了一定的理論依據(jù)。

全球變暖背景下，1961—2020年中國地表平均氣溫上升速率［0.26 ℃·(10a)-1］明顯高于同期全球平均水平［0.15 ℃·(10a)-1］，而西北地區(qū)近60 a 氣溫增溫速率更顯著［0.34 ℃·(10a)-1］［10］。在顯著的升溫背景下，2002 年施雅風(fēng)等［11-12］提出西北地區(qū)尤其新疆以天山西部為主的區(qū)域氣候出現(xiàn)了由暖干轉(zhuǎn)向暖濕的強勁信號，轉(zhuǎn)折時間出現(xiàn)在20 世紀(jì)80 年代左右［13-15］，同時西北地區(qū)極端氣候事件也更加突出［16］。這一觀點在多數(shù)研究中得到了驗證［17-19］，發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)年平均氣溫、極端低溫、極端高溫氣候傾向率分別為0.42 ℃·(10a)-1、0.58 ℃·(10a)-1、0.39 ℃·(10a)-1，尤其以1997年以來的升溫加速，同時降水量傾向率為4.87 mm·(10a)-1，以河西走廊東部地區(qū)增加最為顯著［20］，并且在大氣可降水量、河流徑流量、湖泊水位、植被覆蓋等方面均有體現(xiàn)［3］。后期基于觀測資料對空間差異性分析的最新研究發(fā)現(xiàn)，西北地區(qū)東部和西部在干濕變化趨勢上存在“蹺蹺板”現(xiàn)象，西部呈現(xiàn)“變濕”趨勢而東部呈現(xiàn)“變干”趨勢［21-22］，并且這種變濕趨勢在21世紀(jì)開始東擴，西北東部也呈現(xiàn)出“暖濕化”趨勢［23-24］。盡管通過模式模擬結(jié)果顯示，西北增溫增濕現(xiàn)象在未來將持續(xù)存在［25］，但針對歷史時期氣候的研究表明，21世紀(jì)初新疆地區(qū)開始出現(xiàn)暖濕趨勢減緩現(xiàn)象［26］，過去的暖濕化并未改變西北地區(qū)干旱半干旱的氣候背景格局［27-28］。季節(jié)氣候變化對整體暖濕化的貢獻(xiàn)同樣受到關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)1961—2011 年中國西部氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型主要是夏秋季降水量的貢獻(xiàn)［18］，而最新研究表明，1961—2018年間冬季降水對西北暖濕化的貢獻(xiàn)最為顯著［29］，然而關(guān)于季節(jié)尺度對暖濕現(xiàn)象的貢獻(xiàn)研究結(jié)果較少。

綜上所述，諸多研究表明北半球中高緯干旱半干旱區(qū)對全球氣候變暖的響應(yīng)相比于其他氣候區(qū)更為強烈，區(qū)域不平衡問題凸顯，這加強了對西北地區(qū)暖濕化的科學(xué)認(rèn)識。然而，目前對于該區(qū)域的暖濕化問題，還缺乏對已顯示出的區(qū)域不平衡問題最直觀和最新的定量描述，而這一問題不僅體現(xiàn)在氣候中重點關(guān)注的年代際問題中，還表現(xiàn)在對季節(jié)尺度的關(guān)注。為了解決這一問題，本文收集整理了西北地區(qū)127 個站點1961—2017 年的氣溫和降水量資料，通過分析暖濕化的區(qū)域不平衡和多尺度時間特征，并重點關(guān)注季節(jié)尺度對暖濕化的調(diào)整和變化，為西北暖濕氣候變化成因等研究提供理論依據(jù)，以期更深入的認(rèn)識西北地區(qū)的氣候變化規(guī)律與機制。

1 研究區(qū)概況與資料方法

1.1 研究區(qū)概況

西北地區(qū)包括新疆、青海、甘肅、寧夏和陜西。該區(qū)域的地形以高原、盆地和山地為主，新疆境內(nèi)山脈和盆地相間，東部以黃土高原、河套平原、寧夏平原為主。西北地區(qū)深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，高原、山地地形較高阻擋了濕潤氣流的輸送，導(dǎo)致本區(qū)降水稀少，氣候干旱，且降水自東向西遞減。西北地區(qū)下墊面類型的空間分布差異大，從西到東下墊面可分為戈壁荒漠、荒漠草原、戈壁沙漠、黃土高原。由于西北地區(qū)經(jīng)度范圍廣，氣候變化空間差異大，為使得研究更為客觀合理，參照繆啟龍［30］的劃分方法,將中國西北地區(qū)分為西北西部和西北東部兩個區(qū)域，西北西部地區(qū)包含新疆，西北東部地區(qū)包含陜西、甘肅、寧夏、青海，下文將西北西部地區(qū)和東部地區(qū)簡稱西部和東部。

1.2 觀測資料

所用數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心提供的西北地區(qū)127 個地面臺站的日氣溫和降水量站點資料。因我國基本、基準(zhǔn)氣象臺站多數(shù)有過遷移，氣溫降水的觀測儀器和觀測規(guī)范也在20世紀(jì)60年代之前發(fā)生過變化，20世紀(jì)60年代之后的觀測資料均一性更好［31］，因此選取研究時段為1960—2021 年，將原始資料進(jìn)行質(zhì)量檢測，對月內(nèi)逐日資料缺測2 d的月份定為缺測，將1 年內(nèi)缺測5 個月的站點進(jìn)行剔除，其余缺測數(shù)據(jù)進(jìn)行時間插值，最終確定站點數(shù)為127 個（圖1）。根據(jù)西北地區(qū)的氣候特征,將3—5 月劃分為春季、6—8 月為夏季、9—11 月為秋季、12月至次年2月為冬季。

圖1 西北地區(qū)氣象站點分布圖Fig.1 Spatial distribution of the meteorological stations in Northwest China

1.3 研究方法

利用線性趨勢法［32］分析氣溫和降水的氣候傾向率；Kriging插值法［33］進(jìn)行空間插值，Kriging插值是建立在預(yù)先定義的協(xié)方差模型基礎(chǔ)上，對區(qū)域化變量的取值進(jìn)行無偏、最優(yōu)估計的一種方法，可以彌補線性趨勢方法在氣象要素空間差異分析上的不足；Mann-Kendall(M-K)檢驗法［32］檢驗時間序列變化趨勢的顯著性及年代際突變，其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，計算簡單，適合于氣溫和降水變量的趨勢檢驗，具體參照張盛霖等［34］的Mann-Kendall檢驗法和應(yīng)用步驟。

2 年平均氣溫和年降水量的時空特征

西北地區(qū)氣候?qū)儆跍貛Ц稍餁夂?，年平均氣溫與降水年際波動幅度較大，近60 a 來的平均值為7.02 ℃，最高為8.31 ℃，最低為5.72 ℃，標(biāo)準(zhǔn)差為0.65；年平均降水量為296 mm，最多年份為375 mm，最少年份為218 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為189.30。

由圖2a可以看出，氣溫距平在1960—1990年呈緩慢上升趨勢，1990年以后呈迅速上升趨勢，60 a的整體氣候傾向率為0.32 ℃·(10a)-1（通過0.05顯著性檢驗）。氣溫距平值在1960—1996年主要為負(fù)值，而1997—2017年的氣溫距平值全為正值，且有6 a的氣溫距平值在1 ℃以上，2015年氣溫距平值達(dá)到近60 a最高值1.26 ℃，可見近20 a來氣候變暖十分顯著。

圖2 1960—2021年西北地區(qū)年平均氣溫距平(a)、年降水量距平變化(b)Fig.2 Variation of annual average temperature(a)and annual precipitation(b)anomaly change in Northwest China during 1960-2021

圖2b年降水量距平顯示，近60 a呈波動性增加趨勢，在1960—1985 年呈微弱的波動上升趨勢，1986—1996 年呈下降趨勢，20 世紀(jì)90 年代末期以后降水量一直呈顯著上升趨勢，整體氣候傾向率為6.69 mm·(10a)-1，2000—2021 年的氣候傾向率達(dá)到24.05 mm·(10a)-1，均通過了0.05 顯著性水平，可見近年來西北地區(qū)的年降水量迅速增多。

進(jìn)一步利用MK突變檢驗氣溫和降水的年代際突變特征，結(jié)果顯示，西北年平均氣溫在1995 年發(fā)生了突變（圖3a），突變后氣候傾向率0.24 ℃·(10a)-1比突變前氣候傾向率0.16 ℃·(10a)-1更加顯著（均通過了0.05顯著性檢驗）。突變后氣溫明顯升高的事實與Zhang 等［4］的研究結(jié)果相一致；年降水量在2010年左右發(fā)生了突變，降水突變后超過了1.96顯著性水平線，突變后氣候傾向率39.84 mm·(10a)-1比突變前氣候傾向率2.24 mm·(10a)-1更加明顯。

圖3 西北地區(qū)年平均氣溫(a)和年降水量(b)M-K統(tǒng)計量Fig.3 Curve of annual average temperature(a)and precipitation(b)M-K statistics in the Northwest China

因西北緯度跨度大使得氣溫及降水在其西部和東部存在較大差異，西部和東部的年平均氣溫分別為7.67 ℃、6.60 ℃，最高氣溫分別為8.99 ℃、7.92 ℃，最低氣溫分別為6.19 ℃、5.32 ℃，年平均氣溫標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.65、0.72；年平均降水量分別為142.39 mm、396.37 mm，最大降水量分別為215.47 mm、532.55 mm，最小降水量分別為99.84 mm、295.95 mm，年降水量的標(biāo)準(zhǔn)差分別為26.82、45.50?？傮w上，東部較西部更冷更濕，并且氣溫和降水的年際波動更加劇烈。

圖4顯示了西部和東部地區(qū)氣溫和降水量距平時間演變，可以看到西部的氣溫（圖4a）和降水（圖4b）距平整體呈現(xiàn)平穩(wěn)的上升趨勢，均從20 世紀(jì)80年代初之后大多為正，近60 a 氣候傾向率分別為0.32 ℃·(10a)-1、7.78 mm·(10a)-1，均通過了0.05 顯著性檢驗；而東部的氣溫和降水距平的氣候傾向率分別為0.32 ℃·(10a)-1（通過了0.05 顯著性檢驗）、6.01 mm·(10a)-1。可見，西部和東部近60 a以近似的速率變暖，但是西部變濕趨勢較東部更加穩(wěn)定和顯著。

圖4 1961—2021年西北西部年平均氣溫距平(a)和年降水量距平(b)、東部年平均氣溫距平(c)和年降水量距平(d)Fig.4 Variation of anomaly variation of annual mean temperature(a,c)and annual precipitation(b,d)in the western and eastern parts of Northwest China during 1960-2021

進(jìn)一步分析年代際變化特征，11 a 滑動曲線結(jié)果顯示，西部地區(qū)氣溫年代際變化不明顯，降水在20 世紀(jì)70 年代末之前微弱減少，之后持續(xù)上升；東部氣溫變化較西部波動稍大，80年代初之前氣溫平穩(wěn)，隨后持續(xù)上升，但降水較西部差別較大，80年代中期之前未出現(xiàn)波動，隨后緩慢下降，至1997 年后至今迅速上升，這與張強等［23］研究發(fā)現(xiàn)，西北東部1997年開始轉(zhuǎn)為暖濕的結(jié)果一致。對比可見，1997年以后，西北西部降水未出現(xiàn)增加趨勢，而東部地區(qū)降水持續(xù)增加的趨勢與整個西北地區(qū)降水年代際波動特征類似，因此東部地區(qū)降水增加是導(dǎo)致整個西北地區(qū)1997年之后降水增加的主要原因。

進(jìn)一步借助M-K 檢驗分析突變特征及突變前后氣候變率差異，圖5a與圖5c表明西部與東部氣溫年代際波動類似，西部和東部分別于20 世紀(jì)70 年代中期、80年代中期開始?xì)鉁鼐尸F(xiàn)穩(wěn)定的上升趨勢，之后分別于1994年、1996年發(fā)生突變，其中西部突變后上升趨勢均為0.21 ℃·(10a)-1，東部氣溫發(fā)生突變后的上升趨勢0.20 ℃·(10a)-1相較于突變前0.14 ℃·(10a)-1略有增加。整體來看，西部較東部變暖更加穩(wěn)定，并且較東部持續(xù)變暖開始的時間早10 a，突變時間基本一致。

圖5 西北西部年平均氣溫(a)和年降水量(b)、東部地區(qū)年平均氣溫(c)和年降水量(d)M-K統(tǒng)計量Fig.5 Curve of annual average temperature(a,c)and precipitation(b,d)M-K statistics in the western and eastern parts of the Northwest China

西部降水量距平的M-K檢驗結(jié)果顯示（圖5b），1980年之前年際波動較大，之后呈現(xiàn)顯著的持續(xù)上升趨勢，并且在1987 年左右發(fā)生了突變，突變后降水量距平氣候傾向率4.38 mm·(10a)-1，較突變前3.88 mm·(10a)-1更加顯著。東部降水年代際波動與西部差異十分明顯（圖5d），持續(xù)上升的時間出現(xiàn)在2002 年，至2021 年達(dá)到最高，突變時間為2017 年，比西部地區(qū)持續(xù)變濕開始的時間晚近22 a，突變時間晚30 a左右。

總體來看，東部持續(xù)升溫開始時間（20 世紀(jì)80年代中期）比西部（70 年代中期）晚10 a 左右，突變基本一致（1995 年左右）；東部降水持續(xù)增多時間（21 世紀(jì)初）比西部降水持續(xù)增多時間（80 年代初）晚20 a 左右，突變時間（2017 年）同樣較西部（1987年）晚30 a左右，這一結(jié)果說明了西北西部地區(qū)顯著暖濕化現(xiàn)象較西北東部地區(qū)更早。

1960—2021 年西北地區(qū)年平均氣溫傾向率空間分布發(fā)現(xiàn)（圖6a），整個西北地區(qū)年平均氣溫均呈上升趨勢，其中升溫最顯著的區(qū)域主要分布在新疆東北地區(qū)，其次為青海地區(qū)，升溫率大于0.5 ℃·(10a)-1的7 個站點中有6 個位于新疆東北地區(qū)，1 個位于青海地區(qū)，其中以哈密市伊州區(qū)站升溫率最大，可達(dá)0.81 ℃·(10a)-1；新疆中西部及陜西地區(qū)升溫率較其他地區(qū)小。由圖6a可以看到，西部12 ℃等值線圍繞的面積在1993 年突變后顯著增大，6 ℃等值線和9 ℃等值線突變前后位置明顯北移，大于12 ℃的面積增大最為顯著，說明暖中心增溫速率更快。在東部地區(qū)，受青藏高原影響，青海地區(qū)為冷中心，3 ℃和6 ℃等值線南移，甘肅東部、陜西及寧夏地區(qū)9 ℃和12 ℃等值線均北移，均體現(xiàn)出氣候變暖背景下暖中心擴大冷中心縮小的現(xiàn)象。

圖6 西北地區(qū)年平均氣溫(a)、年降水量(b)變化傾向率空間分布Fig.6 Spatial distribution map of annual average temperature(a)and annual precipitation(b)change tendency rate in Northwest China

1960—2021 年西北地區(qū)年降水距平傾向率空間分布（6b）表明，以青海中部降水增加最顯著，其次為新疆西北部，氣候傾向率大于15 mm·(10a)-1的20 個站點中有10 個位于青海，7 個位于新疆，其中以新疆的烏恰縣氣候傾向率最大，為26.79 mm·(10a)-1，其次為青海的格爾木縣，達(dá)到25.40 mm·(10a)-1,新疆東南部、甘肅西北部呈現(xiàn)較弱的增加趨勢；而陜西西部邊界及甘肅南部地區(qū)降水量則微弱減少。同樣從突變前后的等值線移動可以看出，西北西部的新疆地區(qū)存在一個干中心，從降水70 mm等值線來看，突變（1987年）之前70 mm等值線包圍的面積明顯大于突變之后，說明降水增多使得干中心面積明顯縮減，降水較多的東部區(qū)域560 mm、400 mm、320 mm、160 mm 等值線突變后也明顯北移，以降水顯著增加的青海地區(qū)移動最明顯?？傮w來看，西北地區(qū)的東西部暖濕化存在差異性，西部地區(qū)暖濕化主要發(fā)生在新疆西北部；而東部地區(qū)暖濕化主要發(fā)生在青海地區(qū)。

3 氣溫和降水量的季節(jié)特征

3.1 氣溫和降水在各季節(jié)的時間演變特征

不同季節(jié)對氣候暖濕化的貢獻(xiàn)不同，進(jìn)一步分析了各季節(jié)氣溫和降水變化特征（圖7）。西北各季節(jié)氣溫長期趨勢均表現(xiàn)出顯著增加的現(xiàn)象，春夏秋冬的氣候傾向率分別為0.34 ℃·(10a)-1、0.28 ℃·(10a)-1、0.29 ℃·(10a)-1、0.40 ℃·(10a)-1，均通過了0.05顯著性檢驗，以冬季的氣溫氣候傾向率最大；11 a滑動平均結(jié)果可見，春夏季氣溫年代際波動特征相似，在1960—1990 年之間波動相對較小，1990 年以后迅速上升，秋冬季氣溫年代際波動不顯著；春夏秋冬的氣溫均發(fā)生了突變，時間分別為2002 年、2000 年、1990 年、1988 年，冬季發(fā)生突變最早，春季最晚。突變前后氣溫氣候傾向率結(jié)果顯示，春夏秋冬突變前分別為0.16 ℃·(10a)-1、0.09 ℃·(10a)-1、0.26 ℃·(10a)-1、0.41 ℃·(10a)-1，突 變 后 分 別 為0.47 ℃·(10a)-1、0.16 ℃·(10a)-1、0.27 ℃·(10a)-1、0.13 ℃·(10a)-1?？梢?，近60 a 各季節(jié)增溫對西北地區(qū)氣候變暖的貢獻(xiàn)由大到小為：冬季、秋季、春季、夏季。而突變前后各季節(jié)對增暖的貢獻(xiàn)不同，突變前貢獻(xiàn)最大的季節(jié)是冬季，突變后貢獻(xiàn)最大的季節(jié)為春季，且升溫率更大。

圖7 1960—2021年西北地區(qū)春、夏、秋、冬氣溫距平變化Fig.7 Variation of temperature and precipitation anomalies in all seasons in Northwest China during 1960-2021

西北地區(qū)各季節(jié)降水長期趨勢同樣表現(xiàn)出增加的現(xiàn)象，圖8 顯示近60 a 春夏秋冬的氣候傾向率分別為1.56 mm·(10a)-1、3.48 mm·(10a)-1、0.77 mm·(10a)-1、1.05 mm·(10a)-1，僅夏季通過了0.05 顯著性檢驗，以夏季的氣溫氣候傾向率最大；11 a滑動平均結(jié)果可見，秋冬季降水年代際波動幅度較大，春夏季降水年代際波動幅度較弱；春夏冬各季節(jié)降水年代際突變時間分別為2015 年、1989 年、1975 年，冬季發(fā)生突變最早，其次為夏季、春季最晚。因春季突變時間距今不足一個年代（10 a），因此突變后時段不能有效代表年代際變化的趨勢特征，本文進(jìn)一步計算夏季和冬季降水突變前后氣候傾向率，夏冬降水突變前分別為5.21 mm·(10a)-1、2.85 mm·(10a)-1，突變后分別為5.15 mm·(10a)-1、1.02 mm·(10a)-1，可以看到突變后降水的增加趨勢減弱，并且突變前后均以夏季降水增多，對整個西北地區(qū)氣候變濕的貢獻(xiàn)最大，其次為冬季。

圖8 1960—2021年西北地區(qū)春、夏、秋、冬降水量距平變化Fig.8 Variation of temperature and precipitation anomalies in all seasons in Northwest China during 1960-2021

進(jìn)一步分析西北地區(qū)各季節(jié)氣溫和降水變化的空間差異性，從氣溫氣候傾向率空間分布可以看到（圖9），西北地區(qū)各季節(jié)氣溫均呈現(xiàn)顯著性升高趨勢，均通過了0.05 顯著性檢驗（圖中陰影部分），但空間差異性明顯。春季升溫最顯著的區(qū)域主要分布在新疆東北地區(qū)，升溫率大于0.5 ℃·(10a)-1的11 個站點中7 個位于新疆以北，其中以哈密市伊州區(qū)站升溫率最大，可達(dá)0.86 ℃·(10a)-1；夏季升溫率不及春季顯著，但最顯著區(qū)域依然主要分布在新疆東部，升溫率大于0.5 ℃·(10a)-1的4個站點中有3個位于新疆，其中以伊州區(qū)站升溫率最大，達(dá)到0.75 ℃·(10a)-1；秋季升溫率與夏季程度與空間分布形態(tài)類似，升溫率大于0.5 ℃·(10a)-1的6個站點中4個位于新疆，其中伊州區(qū)仍然為升溫率最大的站點，達(dá)到0.89 ℃·(10a)-1；冬季升溫率較其他季節(jié)更大，顯著升溫區(qū)主要分布在新疆以北，其次為青海中部，升溫率大于0.5 ℃·(10a)-1的50個站點中18個位于新疆地區(qū)，16 個位于青海地區(qū)，升溫率大于0.80 ℃·(10a)-1的6 個站點中有3 個位于新疆，其中以新疆的富蘊縣升溫率最大，達(dá)到1.26 ℃·(10a)-1。以上分析可知，西北全區(qū)域的氣候顯著性變暖現(xiàn)象出現(xiàn)在各個區(qū)域，季節(jié)方面，以冬季升溫率最顯著，并且這種顯著變暖主要發(fā)生在新疆東北部，其次為青海地區(qū)。

圖9 西北地區(qū)不同季節(jié)平均氣溫氣候傾向率空間分布Fig.9 Spatial distribution of temperature changes tendency in different seasons in Northwest China

降水氣候傾向率空間分布圖可以看出（圖10），西北地區(qū)絕大部分地區(qū)各季節(jié)降水均呈現(xiàn)升高趨勢，但顯著性增加區(qū)域相對較少（圖中陰影部分），并且空間差異十分明顯。春季降水增加最顯著的區(qū)域主要分布在青海南部地區(qū)，氣候傾向率大于5.00 mm·(10a)-1的13個站點中11個位于青海地區(qū)，其中以青海省的達(dá)日縣增加率最大，可達(dá)9.56 mm·(10a)-1；夏季降水增加的幅度和面積均較春季大，最顯著區(qū)域除青海中東部外，在新疆西部和陜西地區(qū)也出現(xiàn)了顯著增加趨勢，降水增加率大于5.00 mm·(10a)-1的36 個站點中有14 個位于青海，9 個位于新疆西部，8 個位于陜西，降水增加率大于10.00 mm·(10a)-1的15 個站點中有6 個位于青海，6 個位于陜西，3個位于新疆西部，其中以陜西省的石泉縣降水增加最快，達(dá)到22.21 mm·(10a)-1；秋季降水在整個西北地區(qū)不存在顯著增加區(qū)；冬季降水在新疆以北最顯著，降水增加率大于5 mm·(10a)-1的5個站點中有4 個位于新疆以北，其中以新疆的伊寧市降水增加最大，增加率達(dá)到7.11 mm·(10a)-1。以上分析可知，整個西北地區(qū)氣候變濕主要由夏季、春季的青海降水增加，冬季的新疆北部降水增加而貢獻(xiàn)。

圖10 西北地區(qū)不同季節(jié)降水變化傾向率空間分布Fig.10 Spatial distribution of precipitation changes tendency in different seasons in Northwest China

3.2 東西部各季節(jié)氣溫和降水量的時間演變

除各季節(jié)長期趨勢的暖濕化存在較大東西區(qū)域差異外，年代際尺度的暖濕變化也存在明顯區(qū)域差異性。圖11 為西北西部春夏秋冬氣溫距平時間演變，氣候傾向率分別為0.38 ℃·(10a)-1、0.23 ℃·(10a)-1、0.28 ℃·(10a)-1、0.39 ℃·(10a)-1，均通過了0.05顯著性檢驗。11 a 滑動平均結(jié)果可見，春夏季年代際波動類似，均在20 世紀(jì)80 年代末90 年代初之前緩慢降溫，之后持續(xù)增溫；秋季在2005 年之前增溫明顯，之后出現(xiàn)明顯降溫；冬季1993 年之前氣溫增加顯著，隨后微弱下降。春夏秋冬氣溫突變時間分別為2005年、1998年、1985年、1985年，春季突變前后氣溫氣候傾向率分別為0.20 ℃·(10a)-1和0.49 ℃·(10a)-1，夏季分別為0.10 ℃·(10a)-1和0.11 ℃·(10a)-1，秋季分別為0.28 ℃·(10a)-1和0.20 ℃·(10a)-1，冬季分別為0.16 ℃·(10a)-1和-0.01 ℃·(10a)-1?？梢娔甏H尺度上，夏冬季在突變前后的升溫率不明顯，秋季較為明顯，春季則在突變后升溫十分顯著。相比于氣溫突變前，夏季和秋季氣溫在突變后的增溫速率更大，以春季最顯著；依據(jù)年代際波動特征，可以推測近20 a升溫由春季貢獻(xiàn)，這與上述整個西北地區(qū)近些年在春季增溫最顯著一致。

圖11 1960—2021年西北西部地區(qū)春、夏、秋、冬平均氣溫距平變化Fig.11 Variation of temperature anomalies in all seasons in the west of Northwest China during 1960-2021

圖12 為西部地區(qū)春夏秋冬降水距平的時間演變，氣候傾向率分別為1.07 mm·(10a)-1、3.21 mm·(10a)-1、1.73 mm·(10a)-1、1.44 mm·(10a)-1，均通過了0.05顯著性檢驗。11 a滑動平均結(jié)果可見，春夏冬3季年代際波動均在20世紀(jì)80年代末90年代初之前降水緩慢減少，之后呈現(xiàn)增加趨勢，其中夏季波動性增加比春季和冬季增加更為顯著；秋季年代際波動不明顯。春夏秋冬降水突變時間分別為1996年、1989年、1979年、1976年，春季突變前后降水氣候傾向率分別為1.43 mm·(10a)-1和2.18 mm·(10a)-1，夏季分別為0.55 mm·(10a)-1和-0.70 mm·(10a)-1，秋季分別為1.51 mm·(10a)-1和1.41 mm·(10a)-1，冬季分別為3.20 mm·(10a)-1和1.48 mm·(10a)-1?？梢姡鞅蔽鞑空w上近60 a夏季降水增多最顯著，其次為秋季、冬季和春季，夏季降水對氣候變濕貢獻(xiàn)最大的結(jié)果同整個西北地區(qū)一致；對比西部與整個西北地區(qū)降水突變后貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)西北西部突變后夏季降水微弱減少，而整個西北夏季降水增多最顯著，由此可知，氣候發(fā)生突變后，西北西部在整個西北地區(qū)氣候變濕過程中的貢獻(xiàn)主要是春季、秋季、冬季，夏季貢獻(xiàn)較小。此外，西北西部與整個西北地區(qū)降水年代際時間演變差別較大。

圖12 1960—2021年西北西部地區(qū)春、夏、秋、冬降水量距平變化Fig.12 Variation of precipitation anomalies in all seasons in the west of Northwest China during 1960-2021

西北東部地區(qū)春夏秋冬氣溫距平時間演變結(jié)果可見（圖13），氣候傾向率分別為0.42 ℃·(10a)-1、0.26 ℃·(10a)-1、0.30 ℃·(10a)-1、0.41 ℃·(10a)-1，均通過了0.05 顯著性檢驗，與西部地區(qū)60 a 長期升溫率的大小十分接近。11 a 滑動平均結(jié)果可見，春夏季年代際波動類似，均在20 世紀(jì)80 年代末90 年代初之前緩慢降溫，之后迅速增溫，與西部類似；秋冬季年代際變化不明顯。春夏秋冬氣溫突變時間分別為2002年、2000年、1995年、1989年，春季突變前后氣溫氣候傾向率分別為0.15 ℃·(10a)-1和0.33 ℃·(10a)-1，夏季分別為0.09 ℃·(10a)-1和0.22 ℃·(10a)-1，秋季分別為0.20 ℃·(10a)-1和0.22 ℃·(10a)-1，冬季分別為0.48 ℃·(10a)-1和0.25 ℃·(10a)-1。整體上，東部地區(qū)近60 a升溫以春冬季最顯著，與西部及整個西北地區(qū)一致，突變后則除了冬季外，其他季節(jié)均出現(xiàn)更顯著的增溫趨勢，值得關(guān)注的是同西部一致，東部突變后春季升溫最顯著，但是總體升溫率更高。依據(jù)年代際波動特征，可以推測近些年東部升溫主要由春季貢獻(xiàn)，其次為冬季，夏季和秋季貢獻(xiàn)相同，對比西部突變后的特征發(fā)現(xiàn)冬春季升溫較弱，升溫率較西部小0.16 ℃·(10a)-1。

圖13 1960—2021年西北東部地區(qū)春、夏、秋、冬氣溫距平變化Fig.13 Variation of temperature anomalies in all seasons in the east of Northwest China during 1960-2021

圖14 為東部地區(qū)春夏秋冬降水距平的時間演變，氣候傾向率分別為0.72 mm·(10a)-1、3.65 mm·(10a)-1、0.17 mm·(10a)-1、0.70 mm·(10a)-1，以夏季降水增加最為顯著。11 a 滑動平均結(jié)果可見，東部地區(qū)秋季降水未發(fā)生突變，春夏冬降水突變時間分別為2015年、1978年、1986年。因春季突變時間距今不足一個年代（10 a），而秋季未發(fā)生突變，本文進(jìn)一步計算夏季和冬季降水突變前后氣候傾向率，夏季分別為3.47 mm·(10a)-1和1.84 mm·(10a)-1，冬季分別為0.27 mm·(10a)-1和-0.45 mm·(10a)-1。總體來看，長期趨勢以夏季增加最顯著，其次為增加速率基本相等的春冬季，秋季降水增加不明顯，這一季節(jié)差異性與西部及整個西北地區(qū)一致。對比發(fā)現(xiàn)，各季節(jié)突變順序與整個西北地區(qū)一致，并且年代際波動趨勢與整個西北地區(qū)類似，說明西北東部地區(qū)對整個西北地區(qū)年代際變化的影響較西北西部更大。

圖14 1960—2021年西北東部地區(qū)春、夏、秋、冬降水量距平變化Fig.14 Variation of precipitation anomalies in all seasons in the east of Northwest China during 1960-2021

4 討論

本文西北地區(qū)暖濕化于1997 年左右開始東擴的這一結(jié)果與已有研究結(jié)果一致［22-23］，并且西北西部氣溫突變時間（1994 年）與已有研究中1993 年發(fā)生突變結(jié)果［35］僅相差1 a，與本文研究基本一致而西部降水突變時間（1987 年）與前人研究結(jié)果存在5 a左右的差異［36］，東部降水突變時間（2010年）與已有研究也存在差異［37-38］，出現(xiàn)上述差異與本文所使用的數(shù)據(jù)時間長短及站點數(shù)不同有關(guān)。結(jié)合上述時間演變特征和從氣候突變前后氣溫及降水等值線空間分布發(fā)現(xiàn)，增溫與降水增多后的氣候空間格局并未發(fā)生十分顯著的變化，進(jìn)一步說明西北干旱半干旱的氣候背景格局不會發(fā)生改變［26,29］，這主要是因為盡管西北地區(qū)降水增加，但絕對量并不大，同時增溫所造成的蒸發(fā)需求增大，蒸發(fā)量增大使得西北氣候背景并不能變得更濕潤［29］。

氣候暖濕化的原因十分復(fù)雜，目前IPCC報告研究指出人類活動排放的大量二氧化碳為氣候變暖的主要原因，而導(dǎo)致西北氣候變濕的原因更為復(fù)雜，有研究從水分循環(huán)［39］、年代際尺度的大氣環(huán)流水汽輸送異常［23,40］、季風(fēng)環(huán)流與西風(fēng)帶相互作用［4,41-44］、海溫［45］等角度解釋降水增多的原因。本文僅研究了氣溫和降水兩個要素在不同時間尺度的變化特征，而造成當(dāng)前暖濕化東擴及春季快速升溫背后的具體原因是什么，還需要從大氣環(huán)流調(diào)整、變化等方面進(jìn)一步探尋。此外，氣候濕化的主要貢獻(xiàn)季節(jié)從冬季調(diào)整為春季的現(xiàn)象背后的原因也需要進(jìn)一步關(guān)注并研究。

5 結(jié)論

本文利用1960—2021 年西北地區(qū)127 個氣象臺站的觀測資料，選取氣溫和降水作為研究西北氣候暖濕變化特征的兩個重要因素，采用氣候統(tǒng)計分析等方法，研究得到以下結(jié)論：

1960—2021 年西北地區(qū)氣候的長期暖濕化現(xiàn)象仍然持續(xù)，氣溫在全域的氣候傾向率為0.32 ℃·(10a)-1左右，降水距平氣候傾向率為6.00～7.00 mm·(10a)-1。年代際變化特征顯示，整個西北地區(qū)氣溫在1993 年左右發(fā)生突變，降水在1994 年發(fā)生突變。年代際變化的空間分布上，西部暖濕化比東部更早，其中東部持續(xù)升溫開始時間（20 世紀(jì)80 年代中期）比西部（70 年代中期）晚10 a 左右，突變基本一致（東部為1996年，西部為1994年）；東部降水持續(xù)增多時間（21 世紀(jì)初）比西部降水持續(xù)增多時間（80年代初）晚20 a左右，突變時間（2017年）同樣較西部（1987 年）晚30 a 左右。增溫在西北全域具有空間一致性，暖濕化在西部早于東部，同時進(jìn)入21世紀(jì)以來的近20 a，西北地區(qū)的暖濕化顯著區(qū)域從過去新疆?dāng)U展到了西北東部的甘肅、青海、寧夏、陜西地區(qū)。

值得注意的是，整個西北地區(qū)主要升溫季節(jié)在氣溫突變前后發(fā)生了調(diào)整，突變前貢獻(xiàn)最大的季節(jié)是冬季，突變后貢獻(xiàn)最大的季節(jié)為春季0.47 ℃·(10a)-1，且升溫率更顯著；西北地區(qū)變濕則主要是因為夏季降水增多所致，并且突變后夏季降水的增加趨勢雖然減弱，但仍然是西北變濕的主要貢獻(xiàn)季節(jié)，其次為冬季。西北西部在整個西北地區(qū)氣候長期變濕過程中的貢獻(xiàn)主要是春季、秋季，冬季和夏季貢獻(xiàn)較小，而西北東部地區(qū)以夏季對增濕的貢獻(xiàn)最顯著，其次為增加速率基本相等的春冬季。近60 a暖濕化空間差異顯示，西部地區(qū)暖濕化主要發(fā)生在新疆西北部；而東部地區(qū)暖濕化主要發(fā)生在青海地區(qū)。增暖現(xiàn)象主要在冬季的新疆西北部最為顯著，其次在夏季的新疆東部地區(qū)最顯著；增濕現(xiàn)象表現(xiàn)為春季、夏季的青海降水增加，冬季的新疆北部降水增加最顯著，對西北變濕貢獻(xiàn)最大。