近50年新疆天山山区主要气候要素变化

阿帕尔，叶尔克江，高彦兵，刘海红

（1兰州大学大气科学学院，兰州 730000；2新疆维吾尔自治区昌吉市气象局，昌吉 831103；3新疆信息工程学校，乌鲁木齐 830013）

以气候变暖为主要特征的全球变化已成为一个不争的事实[1]。气候变暖和气候变化将对各地的农业结构布局、农产品产量和品质产生重要影响，因此，近年来有关气候变化及其对农业影响的研究受到学术界越来越广泛的关注[2-4]。新疆地处影响我国西风带天气的上游地区，而天山山脉又是影响新疆乃至我国中、西部地区天气气候和生态环境的重要天然屏障，天山山区的气候变化不仅对新疆的生态环境和社会、经济发展具有重要的影响，而且对我国中、西部地区的生态环境也产生广泛而深刻的影响，因此，研究分析天山山区的气候变化，对保护和改善新疆和我国中、西部地区的生态环境，促进社会经济的持续稳定发展具有重要意义[5-7]。

近年来，一些学者[8-13]对天山山区近几十年气候变化的趋势和特征进行了研究，但研究区域基本均限于北天山山区，而对于天山山脉重要组成部分的南天山山区却很少涉及；研究的气候要素也主要限于温度、降水等单一气候因子，而对于对天山山区生态环境产生重要影响的能量供给因子（平均温度、最高温度、最低温度、气温日较差、日照时数、云量）、空气动力因子（风速）和湿度因子（饱和水汽压、降水量、相对湿度）等气候因子的变化趋势和变化特征的研究至今还未见报道。

本研究利用气候资料序列完整且对整个天山山区具有较好代表性的10个气象台站1960-2009年的逐月历史气候资料，研究分析了平均气温、最高最低气温、日照时数、相对湿度、风速、降水量、水汽压和云量等主要气候要素近50年来的变化趋势和变化特征，旨在为采取趋利避害的生态环境保护措施提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 站点和资料的选取

为了详细的研究天山山区各气候要素变化的共同特点和相互间的差异，对新疆天山山区进行了分区处理。

本研究中的资料选用新疆天山山区有代表性的10个站（以昭苏和新源两站代表天山西段；由大西沟、小渠子、巴音布鲁克、巴仑台、天池等五站代表天山中段；由巴里坤代表天山东段；由吐尔尕特和阿合奇代表南天山）的1-12月测站各月历年气候要素，其资料长度为1960-2009年共50年。本文采用的实时资料由新疆维吾尔自治区气象局信息中心提供。

所选站点的地理坐标和主要气候要素多年平均值见表1。

表1 天山山区各典型气象站地理坐标及其各气候要素多年平均值Tab.1 Geographic coordinates and average values climate elements in Tianshan Mountains

1.2 统计方法

用一元线性回归方程 ，求其线性趋势变化率。式中:为年序，为线性方程的斜率，是气候要素的线性变化趋势和速率,其单位为℃/10a、mm/10a或h/10a等 （各气候要素单位/10a），＞0表示气候要素随时间变化成增加趋势，＜0表示其变化呈下降趋势；10a称为每10年气候要素随时间变化的倾向率，为常数，可通过最小二乘法求取[14-16]。

2 结果与分析

2.1 气温变化趋势

对1961-2009年10个站点的年平均气温、年最高气温和年最低气温及气温日较差序列进行线性趋势分析，并对结果进行显著性水平检验（表2），制作出平均气温、最高气温和最低气温及最高气温和最低气温之间的温差（日较差）逐年变化趋势图（图1）。

表2 天山山区气温变化趋势Tab.2 Change trends of air temperature in Tianshan Mountains

图1 平均气温、最高、最低气温及日较差逐年变化趋势图Fig.1 Changes of the average,maximum,minimum,temperatures and the mean daily temperature range

以上的统计分析结果（表1、图1）表明：天山山区最高、最低、平均温度在波动中升高的，并具有明显的地域差异，大体是天山东段增温幅度较大，天山中段增温幅度较小。天山山区最高、最低、平均气温上升趋势绝大多数站点都达到了0.001的显著性水平，而且最高、平均、最低气温是非对称性的上升趋势，最高气温的增温速率比平均气温及最低气温缓慢，最高气温气候趋势系数除了天山中段达到0.001的显著性水平外其他站点都达到了0.01的显著性水平，其中最低气温的上升速率是最快，这说明：天山山区的温度随着年份的增加而增加，而且最高气温和平均气温的年变化趋势与最低气温基本相似，气候趋势系数也均达到了显著程度，但在程度上没有最低气温显著。受最低气温上升趋势普遍大于最高最高气温影响，最高最低气温之间的温差在缩小，所以日较差呈显著的降低趋势，相关系数都达到了0.001的显著性水平，其中天山东段在程度上比其他地段显著。这说明天山山区气温日较差呈明显的下降趋势，昼夜温差在缩小，夜温有升高趋势，这些现象在天山东段比较明显，天山中段不明显。

2.2 日照时数变化趋势

由天山山区日照时数逐年变化趋势图（图2）可见：天山山区日照时数呈减少趋势，递减趋势（除天山西段外）均通过了P=0.001水平的相关显著性检验。

从各站来看，天山山区各站日照时数只有2个站出现增加的趋势，分别是天山西段的新源站和天山中段的天池站，各站增加的倾向率分别为2.4169和0.5284 h/10a，气候趋势系数（相关系数）分别为0.353和0.08，其他各站日照时数均呈逐年减少趋势，减少倾向率最大的是天山中段的巴仑台，其次为天山中段的小渠子站，倾向率分别为-14.763和-12.626 h/10a；减少倾向率最小的是南天山的吐尔尕特（托云），其次为天山中段的大西沟站，倾向率分别为-0.5841 和-2.3845 h/10a（表 3）。

表3 天山山区各气候要素逐年变化趋势系数和线性变化速率Table 3 Trend coefficient of climate elements and linear rate in Tianshan Mountains

图2 日照时数逐年变化趋势图Fig.2 Variation tendency of the sunshine time year by year

2.3 云量变化趋势

由表3、图3可知：在过去的50年中，从整个天山山区来看，年平均云量略有减少，减少速率为-0.0022，气候趋势系数为0.1470；从各区域来看，天山东段略有增加，其他3个区域略有减少，各区域气候趋势系数均未通过显著性检验

从各站来看，昭苏、小渠子、巴音布鲁克及巴里坤4个站的年平均云量略有增加的趋势，其他6个站略有减少趋势，其中，大西沟、小渠子和巴仑台等3个站趋势系数通过了0.001水平上显著性检验，新源通过了0.01水平上显著性检验，巴音布鲁克和天池站通过了0.02水平上显著性检验，其他4个站的趋势系数均未通过显著性检验。

图3 云量逐年变化趋势图Fig.3 Variation tendency of the cloud cover year by year

2.4 风速变化趋势

从整个天山山区来看，50年以来10 m年平均风速逐步下降趋势，下降速率为-0.0071（m/s）/10a，气候趋势系数为0.6255，通过了P=0.001水平的相关显著性检验；从各区域来看，天山中段略有增加趋势，其他3个区明显减少趋势，减少趋势均通过了0.001水平上显著性检验（表3、图4）。

从各站来看，只有天山中段的巴音布鲁克年平均风速略有增加的趋势，增加速率为0.0087（m/s）/10a，气候趋势系数为0.405，通过了P=0.01水平的相关显著性检验；其他9个站均有减少趋势，其中，昭苏、巴里坤和阿合奇等个站趋势系数通过了0.001显著性检验；新源、巴音布鲁克和巴仑台3个站通过了0.01水平上显著性检验，其他4个站的趋势系数均未通过显著性检验。

图4 平均风速逐年变化图Fig.4 Variation of the wind speed year by year

2.5 相对湿度变化趋势

在过去的50年中，从整个天山山区来看，年平均相对湿度略有增加，增加速率为0.0249%/10a，增加趋势不明显；从各区域来看，天山中段和南天山略有增加，增加的趋势分别通过了0.001和0.01水平的相关显著性检验；天山西段和天山东段有减少趋势，其中，天山东段减少幅度较大并通过了0.001水平上显著性检验，天山西减少趋势未通过显著性检验（表 3、图 5）。

从各站来看，昭苏、大西沟、小渠子、天池、吐尔尕特和阿合奇6个站年平均相对湿度有增加的趋势，其他4个站有减少趋势；其中，大西沟、小渠子、巴里坤和阿合奇4个站变化趋势比较显著，均通过了P=0.001水平的相关显著性检验；巴仑台、天池和吐尔尕特3个站趋势系数通过了0.01水平上显著性检验，昭苏、新源和巴音布鲁克3个站未通过显著性检验。

图5 相对湿度逐年变化趋势图Fig.5 Variation tendency of the relative humidity year by year

2.6 水汽压变化趋势

由表3和图6可知：天山山区4个子区域的水汽压变化趋势基本相同，均呈逐年增加的趋势；其中，南天山增加趋势较为明显、其次为天山中段，然后是天山西段，增加倾向率分别为0.0148、0.0109和0.0111 hPa/10a，气候趋势系数分别为0.7193、0.6829和0.4693，增加趋势均通过了P=0.001水平的相关显著性检验；天山东段增加趋势十分微弱,增加倾向率为0.0026 hPa/10a，气候趋势系数为0.1473，未通过显著性检验。

图6 水汽压逐年变化趋势图Fig.6 Variation tendency of the vapor pressure year by year

2.7 气压变化趋势

由表3、图7可知：天山山区4个子区域的气压变化趋势基本相同，均呈略下降趋势；其中，天山中段下降趋势较为明显、其次为天山东段，下降倾向率分别为-0.3553和-0.0642 hPa/10a，气候趋势系数分别为0.5635和0.5496，下降趋势均通过了P=0.001水平的相关显著性检验；南天山下降趋势十分微弱,下降倾向率为-0.0008 hPa/10a，气候趋势系数为0.0283，未通过显著性检验。

图7 气压逐年变化趋势图Fig.7 Variation tendency of the atmospheric pressure year by year

2.8 年降水量变化趋势

在过去的50年中，从整个天山山区来看，年降水量略有增加，增加速率为1.423 mm/10a，气候趋势系数为0.4，增加的趋势通过了0.01水平上的相关显著性检验；从各区域来看，天山山区4个子区域的年降水量逐年变化趋势基本相同（图8）,均略有增加，其中，天山东段和南天山增加的趋势较为明显并通过了0.02水平的相关显著性检验；天山西段和天山中段增加趋势不显著，未通过显著性检验（表3）。

从各站来看，10个代表站年降水量均有增加的趋势，其中，大西沟站增加趋势最明显，增加倾向率为2.3215 mm/10a，气候趋势系数为0.465，并通过了P=0.001水平的相关显著性检验；巴里坤和阿合奇2个站增加趋势也较明显，并通过了0.02水平上显著性检验，巴仑台增加的趋势通过了0.05水平上显著性检验，剩下6个站的增加趋势不明显，未通过显著性检验。

图8 降水量逐年变化趋势图Fig.8 Variation tendency of the precipitation year by year

3 讨论与结论

1960-2009 年，天山山区能量供给因子中的平均温度、最高最低温度均呈明显的上升趋势，而日照时数、温度日较差呈明显的下降趋势，云量的变化趋势不明显；空气动力因子风速的下降趋势显著；湿度因子中空气相对湿度略有下降趋势，而水汽压、降水量略有上升趋势。通过天山山区气象站的历年气候资料统计分析，得出以下基本结论:

1）天山山区最高、最低、平均气温均呈明显逐步上升趋势，而且最低气温升高幅度较最高气温和平均气温升高幅度大。这说明气温日较差呈下降趋势，昼夜温差在缩小，夜温有升高趋势，这些现象在天山东段比较明显，天山中段不太明显。

2）天山山区日照时数呈减少趋势，递减趋势除天山西段外均通过了P=0.001水平的相关显著性检验。从整个天山山区来看，年平均云量略有减少，从各区域来看，天山东段略有增加，其他3个区域略有减少，各区域气候趋势系数均未通过显著性检验。

3）从整个天山山区来看，50年以来年平均风速逐步下降趋势，并通过了P=0.001水平的相关显著性检验；从各区域来看，天山中段略有增加趋势，其他3个区明显减少趋势，减少趋势都通过了0.001水平上显著性检验。

4）从整个天山山区来看，年平均相对湿度略有增加，增加的趋势不明显；从各区域来看，天山中段和南天山略有增加，增加的趋势分别通过了0.001和0.01水平的相关显著性检验；天山西段和天山东段有减少趋势，其中，天山东段减少幅度较大，并通过了0.001水平上显著性检验，天山西减少趋势未通过显著性检验。

5）天山山区4个子区域的水汽压变化趋势基本相同,均呈逐年增加的趋势；其中，南天山增加趋势较为明显，其次为天山中段，然后是天山西段，天山东段增加趋势十分微弱。天山山区4个子区域的气压变化趋势也基本相同,均呈略下降趋势；其中，天山中段下降趋势较为明显、其次为天山东段，这2个区域下降趋势均通过了P=0.001水平的相关显著性检验；南天山下降趋势不明显，未通过显著性检验。

6）从整个天山山区来看，年降水量略有增加，增加速率为1.423 mm/10a，气候趋势系数为0.4，增加的趋势通过了0.01水平上的相关显著性检验；从各区域来看，天山山区4个子区域的年降水量逐年变化趋势均略有增加，其中，天山东段和南天山增加的趋势较为明显并通过了0.02水平的相关显著性检验；天山西段和天山中段增加趋势不显著并没未通过显著性检验。

可以看出，天山山区近50年气温明显上升，气温日较差和日照时数显著减小，气压和风速下降，降水量、相对湿度和水汽压增加。受此影响，近50a天山山区气候总体趋于干向湿发展的趋势，气候朝暖湿方向变化，尤其是天山东段。

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