西北地区年平均地面最低温度特征分析

赵 磊,华 维,王来荣,尹乃侠

(1.麟游县气象局,陕西麟游 710599;2.成都信息工程学院,成都 610225)

西北地区年平均地面最低温度特征分析

赵 磊1,华 维2,王来荣1,尹乃侠1

(1.麟游县气象局,陕西麟游 710599;2.成都信息工程学院,成都 610225)

利用西北地区222个测站1951—2005年共55年的地面最低温度观测资料,采用主值函数法、小波分析和Mann-Kendall突变检验等方法,分析西北地区年平均地面最低温度的时间演变趋势、空间分布特征及周期变化。结果表明:西北地区年平均地面最低温度在青海高原、帕米尔高原、天山山脉和准格尔盆地东侧存在多个与海拔高度和纬度有关的闭合低中心。1951—2005年西北地区地面温度总体呈上升趋势,线性趋势率为0.27℃/10 a。西北地区在高原地区年平均地面最低温度增长最慢,河西走廊区域年平均地面最低温度增长最快。20世纪50年代到80年代年平均地面最低温度较低,1992—1993年期间有明显的突变,之后变暖趋势明显;小波分析表明西北地区年平均地面最低温度存在准28 a的周期变化。

西北地区;地面最低温度;时空特征;小波分析;Mann-Kendall方法

中国西北地区地处干旱和半干旱的气候区,部分地区年降水量不足200 mm,少数地区年降水量不足50 mm,近一半的土地面积范围在干旱或半干旱气候区,其面积约占全国干旱和半干旱土地总面积的85%。西北地区作为我国中纬度西风带的上游,其近地层大气和地表的热变化对我国大部分地区的降水、沙尘等天气气候有着较大影响[1-2]。目前,对西北地区的降水和气温变化的研究[3-6]较多,但对地面最低温度的研究较少。本文利用西北地区222个测站共55年的地面最低温度观测资料,分析西北地区年平均地面最低温度的空间分布特征和时间演变趋势,对正确认识西北地区气候变化特征、合理利用气候资源、趋利避害、防灾减灾、保护和改善当地生态环境等有重要意义。

1 资料和方法

选取西北地区绝大部分的站点,遍及陕西、青海、甘肃、宁夏和新疆的西北五省区以及内蒙古西部共222个测站,1951—2005年逐日地面最低温度观测资料,统计各站年平均地面最低温度及区域年平均最低温度,并对个别站点个别时次的资料进行简单插补。采用Mann-Kendall方法[7]分析西北地区年平均地面最低温度变化趋势和突变,采用小波分析方法分析西北地区年平均地面最低温度变化的多尺度时域、频域结构和变化趋势和周期特性。

2 地面最低温度空间分布特征

西北地区1951—2005年平均地面最低温度(图1a)呈现以下特点:西北地区东部纬度越高,地面最低温度越低,而在西部则无规律,其主要原因是西北地区西部处于青藏高原的北侧天山山脉与塔里木盆地之间,高度差较大。地面最低温度闭合低中心位于青海高原、帕米尔高原、天山山脉和准格尔盆地东侧的高海拔地区。塔里木盆地平均地面最低温度在-6℃左右,而四周地面最低温度异常偏低,为-18℃～-21℃,此外,陕南为西北地区年平均地面最低温度唯一的正值区。西北地区年均地面最低温度分布特征与文献[8-9]的研究结论基本一致。

从图1b可看出,在河西走廊西部敦煌附近地面最低温度呈显著降低趋势,线性趋势率最小为-0.6℃/10 a,其余地区地面最低温度均呈显著增加趋势,正值闭合区域大部分位于盆地,如塔里木盆地的东侧(0.6℃/10 a)为线性趋势率最大地区,在高原和山脉地区地面最低温度升温缓慢,最大线性趋势率仅为0.3℃/10 a。分析表明西北地区近年来地面最低温度升高趋势明显。

3 年均地面最低温度的时间演变特征

3.1 年均地面最低温度的年代际变化趋势

表1为西北地区年平均地面最低温度的年代际均值。从20世纪50年代初到70年代地面最低温度一直呈下降趋势,呈负距平,且60年代降温最明显,降低了0.39℃;70年代地面最低温度最低,为-9.78℃;从20世纪80年代到21世纪初一直呈上升趋势,呈正距平,且升温趋势越来越明显。总体趋势是地面最低温度先降温再升温,且进入21世纪以来,升温幅度较明显。

1951—2005年西北地区年平均地面最低温度的变化总体呈升高趋势 (图2),线性趋势率为0.276℃/10 a,说明地面最低温度上升速度较快。西北地区的地面最低温度20世纪50年代开始表现为整体略微下降趋势,70年代初期开始又缓慢上升,1987年后波动升高。

因西北地区范围比较大,选取6个代表站分析其年平均地面最低温度的变化趋势,以便了解西北地区不同区域地面最低温度的变化趋势及不同地区之间的差异,其中兰州代表西北地区中部河西走廊区域,西宁代表西北地区南部高原地区,西安代表西北地区东部区域,包头代表西北地区北部区域,吐鲁番代表西北地区西部盆地区域,银川站代表西北地区东北部宁夏平原及其附近区域。由图3可看出,6个站点地面最低温度均为逐步增长趋势。兰州增长最快,为 “快速升温型”,其线性趋势率为0.506℃/10 a;西宁增长最慢,为“稳定温度型”,其线性趋势率为0.155℃/10 a;银川站线性趋势也比较小,呈现 “稳定升温型”,线性趋势率仅为0.16℃/10 a;西安、包头和吐鲁番与全区平均情况较接近,线性趋势率分别为0.296℃/10 a、0.234℃/10 a和0.201℃/10 a。综合分析,西北地区南部高原地区年平均地面最低温度增长最慢,河西走廊区域年平均地面最低温度增长最快。

3.2 年均地面最低温度突变分析

采用Mann-Kendall方法对西北地区年平均地面最低温度进行突变检验 (图4),年统计值均通过0.05的显著性水平。年平均地面最低温度在1951—1970年为缓慢降温趋势,1970—1980年降温趋势显著增加,1980年之后降温趋势减弱, 1992—1993年前后出现了明显的年代际突变,之后为较缓慢的上升趋势,1995年之后升温明显。

4 年平均地面最低温度的周期分析

采用小波分析法对西北地区222个地表站点55年的年平均地面最低温度的主要变化周期进行分析(图5),时间尺度为1～4a小波方差基本维持在0.05左右,4～30 a小波方差逐步升高到1.2,30～64 a小波方差逐步降低。结果显示,西北地区年平均地面最低温度的小波方差只有1个极大值,小波方差最大达到了1.2,对应28 a的时间尺度,是西北地区年平均地面最低温度变化的显著时间尺度。

5 结论

本文对1951—2005年西北地区222个测站年平均地面最低温度资料采用主值函数、M-K突变检验和小波分析方法等对西北地区年平均地面最低温度的空间结构和时间演变趋势进行了分析,得出如下结论。

(1)西北地区地面最低温度在天山山脉、塔里木盆地西侧帕米尔高原、准格尔盆地东侧、青藏高原北部青海高原上有较强的低中心,且海拔越高,年平均地面最低温度越低,纬度越高,年平均地面最低温度越低。

(2)1951—2005年西北地区地面温度总体呈升高趋势,线性趋势率为0.27 6℃/10 a。西北地区在高原地区年平均地面最低温度增长最慢,河西走廊区域年平均地面最低温度增长最快。20世纪50年代到80年代年平均最低温较低,1992—1993年期间有明显的突变,之后变暖趋势明显。西北地区年平均地面最低温度存在准28 a的周期变化。

(3)所用数据为西北地区222个测站1951—2005年共55年的地面最低温度资料,站点较多、时间跨度长,能够反映西北地区地面最低温度的年代纪及周期变化,但地面最低温度资料没有更新到近年,结论有失延续性。今后将着重研究近年来的西北地区地面最低温度变化,验证其周期规律是否准确,为西北地区气候趋势预测提供科学的依据。

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P423.3

:A

赵磊,华维,王来荣,等.西北地区年平均地面最低温度特征分析[J].陕西气象,2015(5):37-40.

1006-4354(2015)05-0037-04

2014-12-25

赵磊(1992—),男,汉族,陕西眉县人,学士,技术员,从事天气预报及研究。