近30年来秦岭南坡与秦岭北坡气温波动变化趋势分析

解 锋

(西北农林科技大学， 陕西 杨凌 712100)

秦岭地处亚洲东部，是我国海拔最高的由东向西贯穿于内陆的山地，其主山脉主要分布于陕西省境内。它作为我国南北方的分界线，将我们国家分为南方和北方两部分。该区域处于明显的过渡位置，其南北两侧气候和降雨有着明显的分界线(张强 等 2008；罗怀良 2000；张养才等 2001；赵峰 2004；刘清春等 2004)。自然环境和地理区域环境方面的研究表明，一般过渡性区域，它的生态环境承受能力较差，表现为相当脆弱和敏感，很容易受到破环，但很难恢复(葛全胜等 2001;孙白妮等 2007；肖风劲等 2006)。因此，过渡性区域的生态环境的研究慢慢已成为科学家研究的重点。基于此,笔者选择秦岭南北坡两侧地区作为研究目标，研究在全球气候变暖的大条件下(William et al. 1996;Ana et al. 2000;Robin et al. 2003)，秦岭地区的温度变化情况，从而为研究秦岭南北坡地区的环境变化、生态系统变化提供参考。

1.1 秦岭南北坡年均气温变化分析

1.1 秦岭南、北坡年均温度变化比较

从秦岭南、北坡两地温度的时间比较图1可以清楚的看出，这两地区的年平均温度基本上表现出明显的上升趋势，这两个地区的温度变化趋势方程可表述如下：

秦岭南坡年均温度变化趋势方程如：

y=0.0690x+13.120

秦岭北坡年均温度变化趋势方程如：

y=0.01228x+10.755

图1 秦岭南、北坡年均温度变化趋势

秦岭南坡地区近30年间，温度增加了2.28摄氏度，而秦岭北坡地区近30年间温度增加了约3.37摄氏度。明显的可以看的出来秦岭北坡地区比秦岭南坡地区温度增加的幅度要大一些。从温度升高和降低的变化时间上来看，1997年以前，温度变化表现为时高时低，具有一定的波动性。2000年、2004年、2008年秦岭南、北坡两地的温度同时降低，但之后均保持上升的趋势，自2010年以后温度逐年上升的趋势更加明显。

另外，秦岭南、北坡两地之间的温度差距越来越小。用秦岭南坡年均温度的时间序列减去秦岭北坡年均温度的时间序列，从而得到了温度差值的时间序列，并依据该序列数据作图(如图2)，后研究其线性变化趋势的方程：Y=-0.0538X+2.3653。温度差值由1983年的1.91 ℃减少到1997年的1.05 ℃和2012年的0.82 ℃，同时也进一步反映出秦岭北坡地区的温度增加幅度比秦岭南坡地区的温度增加幅度更大一些。

图2 秦岭南、北坡地区年均温度之差变化趋势

由图2中反应表明，秦岭南坡地区与秦岭北坡地区之间的温度差距并不是一直处于减小的趋势，1993年之前，这两个地区之间的温度差异不是很明显，但有加大的趋势。1993～1999年之间，这两个地区之间的温度差异表现非常明显，自1999年以后这两个地区之间的温度差异才表现为日渐较小。换另外一个角度考虑该问题，证明这种温度的减少趋势不存在明显的阶段性，而是接近于直线递减。

1.2 秦岭南北坡温度阶段性变化

秦岭南、北坡温度存在非常明显的阶段性变化(图3)。秦岭南坡地区1983年至1987年温度总体较低，低于30年以来平均温度，为负距平，表明这几年平均气温低。1988～1992年间，温度有所升高，但仍略低于30年的均值，仍表现为负距平。1993～1997年，温度在之前的基础上又有所下降，相比较而言更低于30年的均值。1998～2002年间，秦岭南坡温度上升，且明显高于30年来的平均温度，此阶段波动较为剧烈，增幅较大，表现为正距平。2003～2007年间，秦岭南坡地区气温有所下降，但仍高于30年来的平均气温。2008～2012年间，秦岭南坡气温急剧升高，显著的高于30年以来的平均温度，该阶段波动最为剧烈，增幅最大。

图3 秦岭南、北坡温度距平阶段性变化

秦岭北坡地区与秦岭南坡地区的温度变化趋势基本一致，但其仍表现出自身独特的一面，其温度增加幅度远远超过秦岭南坡。1983至1987年间，温度远低于秦岭南坡，表现为负距平，1988～1992年间，温度有所升高，其升高趋势基本和秦岭南坡的温度升高幅度一样，且仍表现为负距平。1993～1997年，该地区温度变化与秦岭南坡变化趋势相反，仍呈现递增趋势，几乎与秦岭南坡的温度接近，但距平仍为负值。1998～2002年间，秦岭北坡温度上升，不仅高于秦岭南坡的距平数值还明显高于30年来的平均温度，此阶段波动较为剧烈，增幅较大，表现为正距平。2003～2007年间，秦岭北坡地区气温有所下降，但不仅高于秦岭南坡气温距平还高于30年来的平均气温。2008～2012年间，秦岭北坡气温急剧升高，显著的高于秦岭南坡和30年以来的平均温度，该阶段波动最为剧烈，增幅最大。

秦岭南、北坡气温阶段性变化趋势基本保持一致(表1)分析标准差和变异系数的数据可清楚的表明：变异系数和标准差呈现出先增后减再增再减，温度呈现明显的波动变化。1983～1987年，秦岭南坡的标准差和变异系数最大，说明这个时段秦岭南坡温度变化幅度是30年来温度变化幅度最大的时段。2003～2007年，秦岭南坡的标准差和变异系数最小，说明这个时段秦岭南坡的温度变化幅度是30年来温度变化最小的时段。1993～1997年间，秦岭北坡的标准差和变异系数最大，说明这个时段，秦岭北坡的温度变化幅度是近30年来温度变化最大的。1988～1992年间，秦岭北坡的标准差和变异系数最小，说明这个时段秦岭北坡的温度变化幅度是近30年来温度变化最小的。同时数据表明，30年来秦岭南坡温度变化幅度与秦岭北坡温度变化幅度相比，一般变化较为剧烈，变幅较大。

表1 秦岭南北坡不同时段温度平均值、标准差及C.V值

2 秦岭南北坡温度季节性变化

对将近30年来秦岭南坡和秦岭北坡温度的季节性变化分析发现，秦岭山区南坡和北坡的温度季节性变化十分明显。夏季温度较高，冬季温度基本都较低。从各个季节温度的数值上看，秦岭南坡温度基本明显高于秦岭北坡的温度。冬季，秦岭南北坡温度基本均不足3 ℃，春季温度值次之，夏季秦岭南坡温度比秦岭北坡温度高约0.77 ℃，秋季秦岭南北坡温度处于向冬季过渡期，相对于夏季，温度明显变化，降幅较大(见表2)。

表2 秦岭南北坡四季平均温度

秦岭南北坡两个地区之间的温度季节性变化，无论是从变化步调方面还是从变化趋势方面看，均呈现一致性。

由图4、图6、图7可知，秦岭南北坡两地区的温度变化趋势都表现呈上升的趋势特点：

春季秦岭南坡气候温度的直线方程为：

y=0.1369x+10.478

春季秦岭北坡气候温度的直线方程为：

y=0.2279x+7.6225

夏季秦岭南坡气候温度的直线方程为：

y=0.0622x+24.457

夏季秦岭北坡气候温度的直线方程为：

y=0.0852x+23.239

秋季秦岭南坡气候温度的直线方程为：

y=0.0144x+15.810

秋季秦岭北坡气候温度的直线方程为：

y=0.0613x+14.230

冬季秦岭南坡气候温度的直线方程为：

y=0.0623x+1.7356

冬季秦岭北坡气候温度的直线方程为：

y=0.1164x+2.1582

图4 秦岭南北坡春季平均温度变化趋势

图5 秦岭南北坡夏季平均温度变化趋势

2.1 前半年春、夏季温度比较

由图4和图5对比分析情况来看，春季秦岭南北坡温度增长幅度较大，但南坡的温度增长幅度比北坡要大一些，而夏季，南北坡也均表现为小幅度的温度上浮，说明前半年秦岭南北坡温度上升主要集中在春季。同时根据春季温度变化分析得出，自1993年以后，春季温度才有了较大幅度的升高，至1999年温度升至近30年来最高点，之后，温度上升幅度有所下降。单独分析夏季温度变化图得出，2004年之前，总体的温度呈缓慢上升的趋势，自2004年以后，温度急剧上升，但相对春季温度的变化幅度而言，有所不及。总体而言，30年来，秦岭南北坡两地前半年温度越来越高，表现出春季升温的强烈特点。

图6 秦岭南北坡秋季平均温度变化趋势

图7 秦岭南北坡冬季平均温度变化趋势

2.2 后半年秋、冬季温度变化比较

由图6和图7对比分析情况来看，冬季秦岭南北坡温度增长幅度较大，但北坡的温度增长幅度比南坡要大一些，而秋季，南北坡也均表现为小幅度的温度上浮，说明后半年秦岭南北坡温度上升主要集中在冬季。同时根据秦岭北坡冬季温度变化分析得出，自1995年以后，冬季温度才有了较大幅度的升高，至2012年温度升至近30年来最高点。而南坡温度保持着稳步增长的态势，仅1995至1997年间温度变幅较大。单独分析秋季温度变化图得出：1992年之前，南北坡地区温度变幅较大，但温度基本呈微上升态势；自1993至2007年间，南北坡地区温度变幅下降，温度仍保持一定的上升幅度，但略低于1992年之前的增长趋势。总体而言，30年来，秦岭南北坡两地后半年温度越来越高，表现出冬季升温的强烈特点。

2.3 30年年均气温变化空间分布

通过对近30年来秦岭南北坡地区温度变化分布图的研究分析可看出，热量在秦岭南北坡两个地区分布极其不均衡，与南坡地区温度相比，其北坡地区的平均温度明显较低。从地理位置上看，秦岭山区一线是我国亚热带和暖温带地区的分界线(即南方和北方的分界线)。但南北坡气温地域性比较明显，南坡地区的温度变化特征是以安康地区为中心(其年均温度为14.18 ℃)，呈逐渐向四周扩散递减的趋势，且在安康以北的地区该地区的纬度线几乎与该地区的气温分布曲线平行。而秦岭北坡地区则形成了以西安为中心的突兀的高温地带，年平均气温则呈现12.657 ℃。在此地区，温度的等高线则呈现向高纬度地区凸出的特点。另外，可能因为所处的地理位置和地形的原因，在北方地区的太白山区和南方地区的商洛蟒岭地区分别形成了一个明显的低温区，两者相比较而言，可能是因为太白山是秦岭最高山峰的原因，其年均温才仅为8.2 ℃，明显低于商南地区的气温(11.5 ℃)。在北坡地区西安以北地区和太白山区的纬度线几乎和等温线平行，其分布呈现明显的地区分布性。同时，研究表明，西安和安康两个高温区的形成可能与人们的活动有很大的关系(见图8)(张永琴等 2001;赵听奕 2003；吴方正等 2003；何云玲 2009；邓振墉等 2008)。

图8 秦岭南北坡地区近30年来平均气温分布图

2.4 秦岭南北坡的气温突变分析

近30年来，气温的突变已经作为一个十分重要的气候变化规律之一，得到了越来越多的人们的重视。这里所说的气候突变，应该从气候的状态变化来加以认识，即就是在一个较长的气候序列中，从一个气温均值到另一个气温均值期间的急剧变化，表现为气候状态的不联系性。对这样气候突变的分析和检验大多采用以下两种分析方法：①信噪比(统计量)的参数检验法；②Mann-Kendall 非参数检验法。相比较于Mann-Kendall 非参数检验法，统计量的参数检验法简单，实用，容易理解和分析，因此，本研究将采用统计量的参数检验法来检验气温的突变。

图9 秦岭南坡气温距平变化及其距平累积曲线

图10 秦岭北坡气温距平变化及其距平累积曲线

为研究秦岭南北坡气温的突变年份，笔者首先分别绘制了秦岭南坡和秦岭北坡的气温距平累积曲线(见图9、图10)，秦岭南北坡两地气温距平累计曲线都有几个气温最高值，结合秦岭南北坡两地之间的气温距平时序曲线，秦岭南坡分别在1999年、2002年为当地气温的转折点；秦岭北坡则分别在1998年、2002年为气温变化转折点。为了检测这几个转折点是不是真正的存在，可用如下公式进行检测分析：转折年相邻气候段的平均值之差|y1-y2|与标准差(σ1+σ2)的比值，即可表述为S/N=|y1-y2|/(σ1+σ2)。

S/N被称为信噪比，依据相关规定，S/N>1时，则被认为该年份发生了气候突变，否则就被认为是一次气温转折，不能认为是突变。利用以上描述的方法对秦岭南坡各温度极低点进行检验分析，计算结果为仅1996年S/N=1.125，通过了0.001置信水平检测。对秦岭北坡各温度极低高进行检验分析，得出：1994年S/N=1.131，通过了0.001置信水平检测。故可以认为：秦岭南坡和秦岭北坡则分别在1996年和1994年发生了气温由冷到暖的突变。该研究结果与魏风英的研究结果基本吻合。通过本研究表明：自1993～1999年间，秦岭南、北坡地区曾各出现过一次显著性的突变，由之前明显的低温、寒冷转变为高温、暖和。这种由冷变暖是近百年历史中最为显著的一次。

3 结 论

秦岭南坡地区近30年间，温度增加了2.28 ℃，而秦岭北坡地区近30年间温度增加了约3.37 ℃。也进一步反映出秦岭北坡地区的温度增加幅度比秦岭南坡地区的温度增加幅度更大一些。同时据秦岭南北坡地区温度阶段性变化研究表明，秦岭北坡地区与秦岭南坡地区的温度变化趋势基本一致，但其仍表现出自身独特的一面，其温度增加幅度远远超过秦岭南坡；从季温度变化幅度方面分析，秦岭山区南坡和北坡的温度季节性变化十分明显。夏季温度较高，冬季温度基本都较低。从各个季节温度的数值上看，秦岭南坡温度基本明显高于秦岭北坡的温度。冬季，秦岭南北坡温度基本均不足3 ℃，春季温度值次之，夏季秦岭南坡温度比秦岭北坡温度高约0.77 ℃，秋季秦岭南北坡温度处于向冬季过渡期，相对于夏季，温度明显变化，降幅较大。从温度的空间变化方面分析，秦岭南北坡地区热量分布极其不均，分别形成了以安康和西安为中心两大高温中心。

参考文献：

[1] 张井勇, 董文杰, 叶笃正. 中国植被覆盖对夏季气候影响的新证据[J]. 科学通报, 2003,48(1): 91-95.

[2] 张利平. 气候变暖及对我国的社会影响[J]. 自然杂志, 2000,22(1): 44-48.

[3] 张 强, 邓振铺.全球气候变化对我国西北地区农业的影响[J]. 生态学报, 2008,28(3):1210-1218.

[4] 张养才, 王石立, 李 文.中国亚热带农业气候资源研究汇[M]. 北京: 气象出版社,2001.

[5] 张永琴, 彭补拙, 缪启龙.气候变化对江苏省经济的影响研究[J]. 长江流域资源与环境,2001,10(1):8-14.

[6] 张永勤, 缪启龙. 气候变化对区域经济的影响及其对策研究[J]. 自然灾害学报, 2001,10(2):121-126.

[7] 章基嘉, 徐祥德, 苗俊峰.气候变化及其对农作物生产潜力的影响[J]. 气象, 1992,18(8):3-7.

[8] 赵 峰, 千怀遂.全球变暖影响下农作物气候适宜性研究进展[J]. 中国生态农业学报,2004,12(2):134-137.

[9] 赵听奕, 蔡运龙.区域土地生产潜力对全球气候变化的响应评价一以中国北方农牧交错带中断为例[J]. 地理学报, 2003,55(4):554-590.

[10] 周锁锉, 田广生, 缪启龙.气候变化对长江三角洲未来环境经济影响的研究[J]. 南京气象学院学报,1999,22(增刊):500-505.