克拉玛依夏季0℃层高度变化及与降水量和冰雹的关系

岳斌　史昀　徐梓杰

摘 要：利用1981年-2012年克拉玛依市51243站夏季（6月-8月）0℃层高度、日降水量及冰雹资料，分析近32年来克拉玛依市夏季0℃层平均高度变化趋势及其与历年降水量及冰雹变化之间的关系，并用Mann-Kendall法对年际0℃层高度变化进行突变检验。结果表明：①克拉玛依市夏季0℃层平均高度近32年来总体呈“平稳-上升-下降”趋势，其中20世纪80年代末至90年代末经历了明显的上升阶段，90年代后期至21世纪为下降阶段，2000年前后突变显著；②夏季0℃层高度与日降水量呈现相反的变化趋势，但在0℃层高度与日降水量和冰雹的相关性分析中并没有明显的体现。

关键词：克拉玛依；0℃层高度；突变分析；相关性分析

中图分类号：P426 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0187-02

1 引言

高空大气作为气候系统的重要组成部分，其高空气温变化趋势逐渐成为气候变化研究的基础，高空气温变化在气候研究中越来越重要。0℃层高度变化反映高空冷气团和暖气团的环流变化，不同区域的环流特点对局地0℃层高度变化有很强的影响，因此0℃层高度是气象预报工作提前反应气温的重要特性层[1]；同时，夏季0℃层高度是判断层状云降水的重要指标，0℃层高度对研究云微物理机制以及人工影响天氣均有很重要的意义[2]。

近年来，关于0℃层高度变化与高山冰雪融化、河流径流量变化，以及洪水之间关系的研究较多[3-4]，而关于0℃层高度变化、以及其与降水、冰雹等要素的相关性研究较少。克拉玛依属于温带沙漠气候，水资源条件先天不足，在气候和人类活动的影响下，生态环境脆弱，干旱是基本特征，通过研究0℃层高度的变化，进一步了解克拉玛依的气候特征以及与降水的相关性显得尤为重要。因此本文在前人研究的基础上[5]，通过月、年际等时间尺度分析克拉玛依区域夏季0℃层高度变化特征，探讨0℃层高度与降水量和冰雹等要素的相关性特征，为克拉玛依气候变化研究提供服务。

2 资料来源和分析方法

2.1 资料来源

本文采用克拉玛依市气象局整编的1981年-2012年6月-8月克拉玛依市51243站逐日08时和20时两个时次的0℃层高度资料、逐日的日降水量资料以及逐月的冰雹资料。其中，将08时和20时0℃层高度资料处理为逐月平均值，再求6月-8月的平均值作为夏季0℃层高度。

2.2 分析方法

气象要素的气候倾向率采用一次线性方程：

式中Yi为气象要素的拟合值；t1为时间（1981年-2012年）；a1为线性趋势项（即为每年的气候倾向率）。上式可以看作一种特殊的、最简单的线性回归形式。它的含义是用一条合理的直线表示与时间之间的关系。

利用Mann-Kendall方法对0℃层高度进行了突变检验，此方法是一种分才疏统计检验方法。其优点是不需要要本遵从一定的分布，同时也不受个别异常值的干扰，能够客观的表征样本序列的整体变化趋势。并且采用Pearson简单相关系数就夏季0℃层高度和地面气温、降水量以及海拔高度之间的相关性进行了分析。

3 夏季0℃层高度变化分析

3.1 夏季0℃层高度变化特征

图1给出克拉玛依51243探空站6月-8月0℃层最大高度、平均高度、最低高度分布。通过计算得知：0℃层夏季平均高度为3915m，平均最大高度为4117m，出现在1998年。其中7月0℃层高度最高，平均值为4050m，而平均最大高度为4322m，出现在1999年，6月的0℃层高度最低，平均值为3751m，平均最低高度为3473m，出现在2009年。从各月0℃层变化来看，7月较6月0℃层高度平均增高了299m，8月略低于7月，降低105m。可以看出7月0℃层高度增高幅度最大，也最快。

3.2 夏季0℃层高度年际变化

克拉玛依51243站1981年-2012年夏季6月-8月0℃层最大、平均、最低高度逐月变化。

1981年以来克拉玛依夏季0℃层高度变化的细节和变化趋势，为了过滤短波，显示出平稳的气候变化，用3年滑动平均进行平滑处理。并在给出0℃层高度变化曲线的同事也给出3年滑动平均曲线和多项式趋势线，以便于对照分析。由图2克拉玛依1981年-2912年夏季0℃层高度距平变化曲线可以看出，克拉玛依夏季0℃层高度变化总体呈现上升趋势，趋势线的斜率为2.9161。1981年至1990年表现为平稳波动，1990年初至1999年为逐年迅速上升，2000年至2010位表现为陡降。1998年为0℃层高度达到最高值，2009年达到最低值，所以克拉玛依区域夏季0℃层高度变化自1981年总体呈现出“平稳-上升-下降”趋势。

3.3 夏季0℃层高度突变分析

施雅风[6]等根据近年来全球变化下西北区域气候响应的事实，提出了西北气候由暖干向暖湿转型的问题。通过上述分析可以看出，进32年来克拉玛依夏季0℃层高度也发生了一些变化，这是否也是一种气候转型的信号，或者是气候突变的一种反应，我们有必要对其变化程度进行突变检验。

从图3可以看出，0℃层高度变化在1981年至今一直呈现出超过显著性水平0.05的临界线波动维持的状态；从1992年至2000年呈现出突变上升，甚至在2000年初超过0.001显著性水平（u0.001=2.56），表明克拉玛依0℃层高度的上升趋势是十分显著的。根据UF和UB曲线交点的位置，确定克拉玛依夏季0℃层高度从1980年代初就呈现突变现象，具体是从1990年代开始显著增暖。

3.4 夏季0℃层高度年代际以及各年代逐月距平变化特点

表1给出6月-8月各年代0℃层高度距平变化和各月变化情况。从平均变化情况可以看出，20世纪80年代0℃层高度相对偏低，而90年代和本世纪的0℃层高度相对偏高，90年代尤为偏高。从个月变化来看，在不同月份，各年代0℃层高度变化趋势并没有明显差异，基本上是整体偏高或偏低，本世纪00年代的7月除外，相对0℃层平均高度偏低明显。

4 0℃层高度与各要素的相关分析

4.1 夏季日降水量及冰雹的变化特征

图4给出了克拉玛依1981年-2012年夏季日降水量的距平变化。由多项式拟合曲线可以看出，20世纪80年代到90年代前期基本呈下降趋势，90年代后期至今为上升趋势。这一变化与图2的克拉玛依0℃层高度呈相反的变化趋势，尤其是20年代末的相反变化明显。

4.2 夏季0℃层高度与日降水量及冰雹的关系

对32年0℃层高度、日降水量以及冰雹的夏季平均值进行归一化处理后，进行相关分析，結果显示克拉玛依0℃层高度与日降水量、冰雹之间的相关性并不显著。夏季0℃层高度与日降水量之间的相关性系数为0.0653，为弱的正相关；0℃层高度与冰雹之间的相关性系数为-0.05845，为弱的负相关。

5 结论与讨论

克拉玛依夏季0℃层高度32年总体呈上升趋势，20世纪80年代至20世纪末为明显的上升阶段，21世纪初为相对下降阶段。0℃层高度的上升意味着高空中低层大气气温在升高，说明近年来通过克拉玛依气温的稳定维持，不仅是城市绿化治理成果，也与高空中低层的气温下降有关。夏季0℃层高度变化与降水量的变化趋势相反，尤其是20世纪末。但这种相反的变化趋势在相关性分析中反应并不明显。综合以上分析可以得知，克拉玛依夏季0℃层高度的上升是多方面因素引起的，具体原因有待进一步的研究。

参考文献

[1]宫恒瑞.春季融雪期0℃层高度与乌鲁木齐河径流量的关系[J].干旱研究所，2010，27 （1）：69-74.

[2]黄秀媚.广东省0℃层高度变化分析.广东气象，2011，（6）：56-57，61.

[3]毛炜峰.0℃层高度与夏季阿克苏河洪水的关系[J].冰川冻土，2004，26（6）：06-06.

[4]王永莉.和田河夏季流量对区域0℃层高度变化的响应[J].气候变化研究进展，2008-5，4（3）：1673-1719.

[5]马雪宁.黄河流域夏季0℃层高度变化及与地面气温和降水量的关系[J].资源科学，2011，33（12）：2302-2307.

[6]施雅风.中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨[J]. 第四纪研究，2003，23（2）.

[7]张广新.新疆43a来夏季0℃层高度变化和突变分析[J].冰川冻土，2005-6，27（3）：1000-0240.

[8]马雪宁.黄河流域夏季0℃层高度变化及与地面气温和降水量的关系[J].资源科学，2011，33（12）：2302-2307.