温泉县近50年气候变化特征分析

吴 烨， 刘卫平， 古丽格娜·海力力

（1.中国气象局 乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002；2.新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，新疆 乌鲁木齐 830054；3.新疆气象信息中心，新疆 乌鲁木齐 830002）

温泉县近50年气候变化特征分析

吴 烨1，2， 刘卫平3， 古丽格娜·海力力3

（1.中国气象局 乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002；2.新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，新疆 乌鲁木齐 830054；3.新疆气象信息中心，新疆 乌鲁木齐 830002）

基于新疆温泉县气象站1963-2012年的月平均气温和降水量数据，采用线性回归、累积距平、Mann-Kendall突变检验及Morlet小波分析等方法，对温泉县近50年气候变化特征进行分析。结果表明：温泉县近50年内，年平均气温和年降水量上升趋势显著，速率分别为0.19℃/10a和20.3mm/10a；年平均气温在1996年发生了由低到高的突变，2005年后升高显著，降水量在1985年发生了由少到多的突变，1997年后增多显著；年平均气温在1980年以前具有16年左右的长周期变化，其后以8年左右的周期变化为主，年降水量在1980年以前和1995年以后，以14年左右的长周期变化为主，期间以6年的短周期变化为主。

气候变化；线性回归；突变检验；小波分析

在全球变暖的大背景下，20世纪以来，我国地面气温上升显著，华北地区降水量减少明显，西部地区降水量趋于增多［1］。新疆气候出现由暖干向暖湿转变的特征［2-4］，近50年来新疆气温呈上升趋势，平均增长率为0.27℃/10a［5-6］；年降水量总体呈增加的变化趋势，平均增幅为0.67mm/a［7-8］。新疆博州地区气候呈较明显的暖湿化趋势，对当地农牧业生产产生一定影响［9］。温泉县作为博尔塔拉河和精河的前沿，研究该区域气候变化特征能为博州地区农牧业生产、生态保护、防灾减灾提供科学依据。

1 研究区概况

新疆温泉县位于博尔塔拉蒙古自治州西北部，博尔塔拉河上游河谷地带，天山西段北麓、准噶尔盆地西缘，南、西、北三面环山，中间是谷地平原，谷口向东，地势西高东低，落差较大。该县属大陆性中温带干旱半干旱气候，四季不分明，冬季漫长不严寒，夏季短促不炎热。

2 资料来源与研究方法

文章选取通过新疆气象信息中心质检和逻检的温泉气象站1963-2012年的逐月平均气温和降水量数据，季节划分为冬季（12月-次年2月）、春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）。

为保证气候特征分析结果的真实性和准确性，必须对数据序列进行均一性检验。采用标准正态检验（SNHT）方法对温泉平均气温和降水量数据进行均一性检验。选择同一气候区350km范围内各要素相关性最好的3个台站作为待检台站的参考台站。待检序列的参考序列、检验序列建立方法和SNHT均一性检验方法详见文献［10-12］。结果表明，温泉年平均气温、年降水量均没有达到95%的显著性水平，不存在非均一性的断点，该站平均气温、降水量数据序列不存在断点，台站迁移未对数据均一性造成明显影响，无须对数据进行订正，可直接用于气候变化特征分析。采用线性倾向估计法分析气候变化趋势，使用累积距平法判断长期显著的演变趋势及持续性变化，选用Mann-Kendall法分析序列变化趋势和突变点，运用Morlet小波分析法分析时间序列变化的规律性。具体数理推导详见文献［13］。

3 结果与分析

3.1 气温年代际变化

近50年来，温泉县年平均气温呈上升趋势，上升速率为0.19℃/10a，1984年为平均气温最低点，为2.4℃，较多年平均气温偏低1.58℃；2006年为平均气温最高点，为5.3℃，较多年平均气温偏高1.32℃。对年平均气温变化做线性回归分析表明，年平均气温趋势系数可通过α=0.01的显著性水平检验，增温趋势明显。

从季节来看，平均气温春、秋、冬三季均随时间的增加呈上升趋势，冬季升温最快，为0.53℃/10a，秋季为0.24℃/10a，春季为0.06℃/10a，夏季平均气温呈下降趋势，变化率为0.05℃/10a。因此，从季节上说，冬季对年平均气温增温贡献最大，夏季对年平均气温增暖起削弱作用。对各季平均气温变化做线性回归分析表明，冬季可通过α=0.01的显著性水平检验，增温趋势明显，秋季增温不如冬季显著，通过α=0.05的显著性水平检验，春、夏季均未通过α=0.05的显著性水平检验，增温、降温趋势不明显。累积距平结果显示在1963-1976年温泉县气温呈下降趋势，气温小幅回升出现在1977-1983年，1983年到1996年再次下降，1997-2012年气温呈持续增加趋势。

图1 温泉县年、季平均气温变化趋势及年平均气温累积距平曲线

3.2 降水年代际变化

近50年，年降水量呈波动变化，但总趋势是上升的，增加速率为20.30mm/10a，1968年为降水量最低点，仅为77.80mm，较多年平均降水量偏少154.91mm；1999年为降水量最高点，为394.30mm，较多年平均降水量偏高161.59mm。对年降水量变化做线性回归分析表明，年降水量上升趋势显著，可通过α=0.001的显著性水平检验。

不同季节降水量变化趋势不同，增幅分别为：春季1.73mm/10a，夏季12.05mm/10a，秋季3.22mm/10a，冬季3.29mm/10a，尤以夏季对全年降水量增加贡献最大。冬季可通过α=0.001的显著性水平检验，增加趋势显著，夏季可通过显著性水平α=0.01的检验，增加趋势较明显，春季和秋季均未通过显著性水平α=0.05的检验，增加趋势不明显。累积距平曲线表明1985-1986年之前年降水量呈下降趋势，1986年后年降水量逐渐增加。

图2 温泉县年、季降水量变化趋势及年降水量累积距平曲线

3.3 气温和降水突变分析

在Mann-Kendall突变检验中，如果UF或UB的值大于0，表示序列呈上升趋势，反之表示呈下降趋势，当它们超过临界值±1.96（α=0.05）时，表示上升或下降趋势明显。如果在临界线之间两条曲线出现交点，则可以认为序列产生了突变，交点对应的时间就是突变开始的时刻。图3显示，近50年温泉县年平均气温在1996年发生了由低到高的突变，且2005年以后气温升高趋势明显，通过了α=0.05显著性水平检验。降水量在1985年出现由少到多的突变，1997年以后增加更为明显，通过了α=0.05的显著性水平检验。突变检验结果与线性回归的整体变化趋势吻合，这与新疆气候由“暖干”向“暖湿”转变的特征吻合（胡汝骥，2002）。

图3 温泉县气温和降水Mann-Kendall突变检验

3.4 周期分析

对温泉县近50年平均气温采用Morlet小波法分析其时间序列变化的规律性，即周期变化特征。如图4所示，图4a形成各种尺度正负相间的振荡中心，说明年平均气温包含了多个不同尺度的周期变化。观察发现，正负闭合中心最为明显出现在8年和16年的时间尺度上。其中1963-1980年间，16年周期振荡较为稳定，而1981-2012年间，8年周期振荡较为稳定。联系能量分布图4b，年平均气温在1980年以前以16年左右的长周期变化为主，其后以8年左右的周期变化为主。

图4 温泉县年平均气温小波分析的（a）周期和（b）能量分布

采用Morlet小波法分析温泉县近50年年降水量周期变化特征。如图5所示，年降水量在6年、12年和14年的时间尺度上正负闭合中心最明显。其中1963-1980年间14年周期振荡较为稳定，而1981-1995年间6年周期振荡较为稳定。1995年后以14年左右的周期振荡为主。由能量分布图5b可知，1980年以前和1995年以后，降水量以长周期变化为主，1980-1995年期间以短周期变化为主。

图5 温泉县年降水量小波分析的（a）周期和（b）能量分布

4 结论

（1）温泉县近50年春、秋、冬三季平均气温呈上升趋势，其中冬季增温最明显为0.53℃/10a，夏季平均气温呈下降趋势为0.05℃/10a。平均气温在1996年发生了由低到高的突变，且2005年以后升高趋势显著。

（2）近50年来年降水量及四季降水量均呈上升趋势，尤其夏季对全年降水量增加贡献最大，为12.05mm/10a。降水量在1985年出现由少到多的突变，1997年以后突变明显。

（3）年平均气温在1980年以前具有16年左右的长周期变化，其后以8年左右的周期变化为主，年降水量在1980年以前和1995年以后，以14年左右的长周期变化为主，期间以6年的短周期变化为主。

（4）温泉县气温及降水量变化与全疆变化一致，符合新疆气候由“暖干”向“暖湿”转变的特征。

［1］翟盘茂，邹旭恺.1951-2003年中国气温和降水变化及其对干旱的影响［J］.气候变化研究进展，2005，1（1）：16-18.

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Analysis on the Characteristics of Clim ate Change in W enquan Coun try in Recen t 50 Years

WU Ye1，2， LIUWei-ping3， Guligena·HILILI3
（1.Institute ofDesertM eteorology，China M eteorological Administration，Urumqi，Xinjiang，830002，China；2.Xinjiang Laboratory of Lake Environmentand Resourcesin Arid Zone，Urumqi，Xinjiang，830054，China；3.Xinjiang M eteorological Information Center，Urumqi，Xinjiang，830002，China）

Based onmonthly air temperature and precipitation data in Wenquan Countymeteorological stations from 1963 to 2012.Linear regression，accumulatedanomaly，Mann-Kendalland waveletanalysisare used to analyze on climate change characteristicsof this region.Themain resultswere as follows：annualmean temperature and precipitation are in an increasing trend in the recent50 years，temperature trendsgoupwardswith the rate of0.19℃/ 10a，the trend of precipitation goesup at the rate of 20.30mm/10a；The sudden change from low to high hasoccurred in annualmean air temperature in 1996，it is rising significantly after 2005；annual precipitation occurred from less tomore in 1985，increased significantly after 1997.Waveletanalysis shows that the annualmean air temperature has 16 years long period changes，then it changeswith 8 years period；before 1980 and after 1995，it has 14 years long period changes，theotherperiods isgiven 6 yearsshortchanges.

Climate change；Linear regression；Mann-Kendall；Waveletanalysis

P467

A

1008-9659（2016）02-0029-05

2016-03-26

新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室开放基金项目（XJDX0909-2012-14）；中国沙漠气象科学研究基金（Sqj2015011）。

吴烨（1982-），女，新疆和静人，硕士研究生，主要从事应对气候变化研究。