石河子1955—2020年冬季负积温变化特征分析

张玲 安东亮 任岗

摘要 基于石河子市1955—2020年逐日平均气温观测数据，分析了近66年石河子冬季负积温变化特征，为合理利用冬季气候资源提供参考。结果表明：石河子冬季负积温总体呈减少趋势，气候倾向率为-31.7℃·d/10a，累积距平1987年出现了突变，≤0℃初日推迟，终日提前和持续日数减少，冷冬年份均出现在2000年之前，而暖冬在20世纪80年代到21世纪00年代间出现频次较多。

关键词 负积温;变化特征;石河子

中图分类号：S161.2 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）10–0061–03

在全球变暖的趋势下，我国西北地区气温上升速率高于全球平均水平，冬季气温升高幅度大于年均值[1-2]。范丽红等[3]研究表明了北疆近45年来气温总体呈现上升趋势，且气温变化存在明显的季节性。北半球中高纬度地区，冬季温度的升高可能是年平均气温升高的重要原因。负积温是冬季日平均气温稳定﹤0℃的累加，能综合反映冬季寒冷程度、持续时间和低温强度，是重要的农业气候生态指标之一。负积温及其持续日数的变化，对冬季采暖和供水、供热管道的设计和施工均有一定的影响。负积温影响区域植被演替进程，制约当地农作物和果树的安全越冬，与农业病虫害的发生、蔓延息息相关。桑建人等[4]研究了宁夏20个气象观测站1961—2004年冬季负积温逐渐变暖的特征;白婷[5]、周雪英等[6]分别分析了北疆和库尔勒的负积温;钱锦霞等[7]分析了山西省冬小麦种植区与负积温、冻害频率的关系;黄健等[8]研究指出2月气温、冬季气温与次年棉铃虫发生程度呈显著的负相关。

石河子市位于新疆北部，天山北麓中段，准噶尔盆地南缘，属于典型温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热，日照充沛。石河子垦区耕地面积约为2 556 km2，农业是重要的支柱产业，负积温的变化影响果树越冬，并与设施农业、农作物的产量、品质息息相关。了解石河子冬季温度，特别是负积温的变化情况，探索石河子冬季冷暖变化规律，降低因负积温变化对农业和生活的影响，以期为发展当地特色林果业与调整农业种植结构提供参考依据。

1 资料与方法

本文所用资料为石河子市气象站1955—2020年共66年的逐日气温和极端最低气温数据。负积温均采用绝对值进行描述，负积温绝对值越大表示温度越低，天气越寒冷。利用日平均气温资料，计算出逐年≤0℃初、终日及持续日数。初日定义为下半年（7月1日—12月31日）首次出现日平均气温≤0℃的日期，终日定义为上半年（1月1日—6月30日）最后一次出現日平均气温≤0℃的日期。负积温是统计初、终日间为日平均气温稳定≤0℃的累积值，用绝对值表示负积温。年代以10位数字为年代数字值，如1955—1960年为50年代，1961—1970年为60年代，2000—2010年为21世纪初00年代，以此类推。

通过使用线性倾向率，分析负积温变化趋势和变化幅度，累积距平法对石河子负积温的时间序列进行突变检验，采用负积温的标准偏差方法，分析冬季冷暖的异常年份，使用Excel 2010统计分析和制图。

2 结果与分析

2.1 负积温气候倾向率变化特征

由图1可以看出，石河子1955—2020年负积温总体呈现减少趋势，气候倾向率为-31.7℃/10a，并且通过了α=0.01的显著性检验，年平均负积温为1 319.1℃·d。近66年来，负积温最高值出现在1966年，为1 963.2℃·d;最低值出现在1989年，为878.7℃·d，不足最高值的1/2，比累年平均值低1/3。累年最高值和最低值均出现在前40年，从1995年起负积温的年变化幅度明显减弱，说明1955—1994年冬季气温年际波动较大，而近20年冬季气温逐渐上升并且年际差异较小。

前冬和后冬分别是从≤0℃初日至当年12月31日和1月1日至≤0℃终日这两段时间。由表1可知，石河子负积温前冬和后冬平均分别为432.2℃·d、886.9℃·d，前冬明显比后冬少，平均只有其一半，1989年前冬最少，仅有89.2℃·d，而后冬最少也有521.2℃·d，约是前冬的6倍，气候倾向率前冬明显小于后冬，增温速率分别为7.2℃·d/10 a和24.5℃·d/10 a。冬季各月平均负积温1月>12月>2月，说明冬季1月最为寒冷，2月最为温暖。这3个月的气候倾向率为1.27℃·d/a（2月）>0.95℃·d/a（1月）>0.2℃·d/a（12月），表明石河子冬季变暖贡献主要来自2月负积温的显著减少。从各时段的最多、最少负积温出现年份可知，只有1月最少值出现在2015年，其他极值均出现在2000年前，与逐年负积温变化趋势较一致，极端冷暖事件出现在前40年的概率较大。

2.2 负积温的突变分析

由图2可知，石河子1955—2020年负积温累积距平曲线呈先升后降的变化趋势，负积温在1987年出现了突变，突变后比突变前平均值减少了126.9℃·d。1955—1986年负积温距平变化比较剧烈，累积距平呈现曲折上升趋势，负积温仍然以正距平为主，且正距平数值明显大于负距平的绝对值，冬季总体处于相对偏冷时段。1987—2020年负积温距平变化幅度明显减小，累积距平曲线呈现迅速下降的趋势，此34年间有11年为正距平，其中1988—2006年出现了连续5年和6年的负距平，只有3个正距平，且这3个距平值也较小，此阶段为冬季增温迅速时期，冬季气温明显偏高。

2.3 冬季≤0℃初、终日和持续日数年代际变化

表2分别计算了各年代际，日平均气温≤0℃初、终日和持续日数的平均与历年平均的距平值。由表2可知，石河子冬季≤0℃初日平均为11月10日，总体呈推迟趋势，最早出现在1972年10月17日，最晚出现在1994年12月3日。20世纪60年代为初日最早时段，21世纪00年代为≤0℃出现最晚时段;50～80年代的初日距平均早于历年平均1～5 d，21世纪00年代和10年代分别比历年晚7 d、5 d，20世纪90年代与历年持平。≤0℃终日平均为3月17日，50年代、70年代平均分别偏晚7 d和5 d，60年代和80年代到00年代平均偏早1～4 d，10年代与历年相同。冬季≤0℃持续日数在逐渐减少，50年代持续日数最多，21世纪00年代持续日数最少，20世纪50～80年代比历年平均偏多0.8～8.5 d，90年代至10年代比历年平均减少了1.2～10.3 d;90年代比80年代减少了2.0 d，21世纪00年代比90年代减少了9.1 d。石河子≤0℃初日推迟、终日提前和持续日数的减少，在一定程度上印证了冬季气候变暖的特征。

2.4 冷、暖冬年分布特征

近年来，气候极端事件频发，通常采用标准偏差法，分析气象要素异常年，本文用冷冬和暖冬来描述冬季的冷暖程度，负积温距平高于标准差为冷冬，低于标准差为暖冬，中间年份为正常年。从表3可知，石河子1955—2020年的66年间出现冷冬12年、暖冬8年、平年46年，冷冬年份平均负积温距平为391.2℃·d，暖冬年份平均负积温距平为-317.4℃·d。冷冬年份都分布在2000年之前，特别是50～70年代出现频次数较多，每个年代际均出现了3年，而20世纪90年代只在1993年出现了1次。暖冬年份除1957年和1962年外，均分布在20世纪80年代到21世纪00年代间，这期间每个年代际均出现了2年暖冬。20世纪70年代只有冷冬年份较多，未出现暖冬年份，说明这段时期冬季处于偏冷时段，80～90年代冷、暖冬交替出现，极端气候事件增加，这也再次证实石河子冬季气候变暖开始于80年代末期（表3）。

3 结束语

石河子冬季负积温年平均为1 319.1℃·d，呈31.7℃·d/10 a的减少趋势，前冬温度明显高于后冬，整个冬季1月最寒冷，2月温度升高对冬季变暖贡献最大。累积距平分析表明1987年出现负积温的突变，各年代际间负积温变化差异较大，≤0℃持续日数明显减少，冷冬主要出现在1993年之前，20世纪80年代末～21世纪00年代为温度迅速上升期，在此期间暖冬出现概率较高，近10年冬季变暖后年际间温度差异较小。石河子冬季负积温总体呈现减少趋势，但在不同时段，其变化特征又有所差异，对冬季气温变化的研究还不完善，随着气候的不断变化，进一步研究本地冬季气候变暖具有重要意义。

参考文献

[1] 赵传成，王雁，丁永建，等.西北地区近50年气温及降水的时空变化[J].高原气象，2011，30（2）：385-390.

[2] 李庆祥，董文杰，李伟，等.近百年中国气温变化中的不确定性估计[J].科学通报，2010，55（16）：1544-1554.

[3] 范丽红，何清.新疆天山山區与南北疆气候变化及其影响的比较研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2006.

[4] 桑建人，刘玉兰，韩世涛，等.宁夏冬季负积温变化特征[J].气象科技，2007，27（2）： 202-207.

[5] 白婷.北疆近50年负积温变化特征分析[J].吉林农业，2013（4）：448-457.

[6] 周雪英，吉春容，李小川.库尔勒1959—2008年冬季气温及负积温变化特征[J].沙漠与绿洲气象，2009，3（4）：39-42.

[7] 钱锦霞，李娜，韩普.冬季气候变暖对山西省冬小麦可种植区的影响[J].地理学报，2014，69（5）：672-680.

[8] 黄健，马雷凯.积雪和冬季气候条件对棉铃虫年发生程度的影响[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（5）：25-28.

责任编辑：黄艳飞

Analysis on Variation Characteristics of Negative Accumulated Temperature in Winter in Shihezi from 1955 to 2020

ZHANG Ling et al（Center for central Asia Atmosphere Science Research， Urumqi， Xinjiang 830002）

Abstract Based on the observation data of daily mean temperature in Shihezi city from 1955 to 2020， the characteristics of negative accumulated temperature in winter in shihezi city in recent 66 years were investigated， which could provide reference for rational use of winter climate resources. The results show that the negative accumulated temperature in winter in Shihezi presents a decreasing trend， and the climate trend rate is -31.7℃·d/10a. The cumulative anomaly has a sudden change in 1987， with the onset of the day delayed， the length of the day advanced and the duration of the day decreased. The cold winter years all occurred before 2000， while the warm winter occurred more frequently from 1980s to 2000s.

Key words Negative accumulated tempe-rature; Change characteristics; Shihezi