近60年商洛市气温变化特征分析

郭 莉，董淑珍，郑梦桃，杨晓瑾，刘 坤

(1.商洛市气象局,陕西商洛 726000；2.陕西省气象局秦岭和黄土高原生态环境气象重点实验室，西安 710016)

随着全球气候变暖及极端气候事件的不断加剧，气候变化已经成为全球关注的热点问题，气温和降水量的变化直接影响到我国的生态环境建设和经济发展[1]。近年来，不少学者从不同角度对中国西北地区气候变化开展了研究：丁一汇等[2-3]对中国近百年气候变化特征进行了研究，发现北方大部分地区变暖，西北、东北、华北为气候变暖最明显的地区；翟盘茂等[4]对中国近四十年最高、最低气温变化进行了研究，发现最高气温在95°E以东及黄河以南呈降温趋势，最低气温呈增温趋势；朱瑞杰等[5]对咸阳市近 60 a冬季气温变化趋势进行了分析，结果表明冬季最低气温的线性趋势率最大，2月气温的升高对冬季变暖贡献最大；李兴涛等[6]分析了50 a来咸阳市气候变化趋势，表明气温变化存在6、12、32 a冷暖交替的振荡周期；努尔比亚·吐尼牙孜等[7]通过分析塔里木盆地平均、最高、最低气温方差空间差异，表明地形对最低气温振幅的影响最明显。商洛地处秦岭腹地，南部为北亚热带气候，北部为暖温带气候，属大陆性季风气候区。在全球变暖的大背景下，关于商洛市气温变化的研究较少。本文根据商洛市7个国家气象站观测资料，分析气温变化特征及其主要原因，以期为开展本辖区气候变化的监测评估、气候资源开发利用及气候适应型城市建设等提供科学依据。

1 资料和方法

所用资料为商洛市7个国家气象站1961—2020年近60 a的日平均气温、月平均气温、月最高气温、月最低气温资料。采用数理统计、线性趋势分析、Mann-Kendall非参数检验(简称M-K检验)等方法，分析气温的年际变化特征、季节性差异、气温异常性以及极端性。季节划分：3—5月、6—8月、9—11月、12月—次年2月分别代表春季、夏季、秋季、冬季。多年平均值均指1961—2020年60 a平均值。

2 气温年际及季节变化特征

2.1 平均气温

近60 a来商洛市年平均气温为12.9 ℃，整体呈上升趋势，线性倾向率为0.219 ℃/10 a(图1)，低于全国升温水平(0.25 ℃/10 a)，高于陕南升温水平(0.199 ℃/10 a)[4]。

图1 1961—2020年商洛平均气温的年际变化

从平均气温年代际变化来看，21世纪比20世纪平均气温偏高0.6 ℃。与多年平均值相比，20世纪60、70、80年代分别偏低0.4、0.1、0.4 ℃，90年代、2001—2010年、2011—2020年分别偏高0.1、0.3、0.4 ℃。从气温距平来看，1961—1989年的29 a中仅8 a为正距平，其余年份为负距平；1990—2020年的31 a中有7 a为负距平，24 a为正距平。近10 a气温距平为0.4 ℃，近5 a为0.5 ℃，气温持续偏高。

对商洛市1961—2020年平均气温进行M-K突变检验(图2a)。分析UF曲线可知，1961—2020年平均气温呈增暖趋势，尤其是2005年之后，增暖趋势更为明显，超过了0.05显著性水平临界线。UF曲线与UB曲线在置信区内1987—1988年之间存在一个交点，即发生了突变。通过分析累积距平(图2b)发现，1961—2020年平均气温的累积距平呈“V”字型趋势，表明年平均气温先下降后上升，与陕西气温的变化趋势一致[8]。由此可以判断商洛年平均气温发生了由低温到高温的突变，突变时间在1987—1988年。

图2 1961—2020年商洛平均气温M-K检验(a)及累积距平(b)

近60 a冬、春、夏、秋季平均气温线性倾向率分别为0.220、0.331、0.188、0.230 ℃/10 a，四季平均气温均呈增暖趋势，其中春季增暖最明显，年平均气温增暖以春季贡献最大。

四季平均气温距平的年代际变化见表1。冬季平均气温与多年平均值相比，20世纪60年代偏高0.1 ℃，70、80年代分别偏低0.1、0.2 ℃，90年代后进入相对偏高期，90年代、2001—2010年、2011—2020年分别偏高0.4、0.5、0.3 ℃。春季平均气温与多年平均值相比，60、80、90年代分别偏低0.4、0.1、0.1 ℃；70年代、2001—2010年分别偏高0.1、1.1 ℃，呈明显升高趋势；2011—2020年又进入相对偏低期，偏低0.5 ℃。夏季平均气温呈波动变化，20世纪80年代、2011—2020年夏季平均气温较多年夏季平均值分别偏低0.6、0.5 ℃，60、70、90年代分别偏高0.4、0.2、0.2 ℃，2001—2010年持平。秋季平均气温距平，20世纪60年代偏低0.5 ℃，70、90年代和2001—2010年、2011—2020年分别偏高0.1、0.4 ℃和0.2、0.9 ℃，其中2011—2020年增暖最明显，80年代持平。

综上所述，商洛年平均气温呈增暖趋势，四季平均气温以春季增暖最为明显；各季平均气温年代际变化特点为20世纪60年代的春季和秋季为相对偏低期，冬季和夏季为相对偏高期，80年代为相对偏低期，70、90年代和2001—2010年为相对偏高期；年平均气温发生了由低温到高温的突变，突变时间在1987—1988年。

表1 1961—2020年商洛各季节平均气温、平均最高气温、平均最低气温和距平的年代际变化 单位：℃

2.2 平均最高气温

近60 a来商洛市年平均最高气温为19.1 ℃，整体呈上升趋势，线性倾向率明显大于年平均气温，为0.434 ℃/10 a(图3)，说明最高气温的升高，即白天气温的升高是导致年平均气温偏高的主要原因。从年代际变化来看，20世纪60、70、80年代比多年平均值分别偏低1.3、0.6、0.9 ℃，90年代起持续偏高。2013年是近60 a来平均最高气温最高的一年，较多年平均值偏高2.6 ℃。

图3 1961—2020年商洛平均最高气温的年际变化

近60 a冬、春、夏、秋季平均最高气温线性倾向率分别为0.440、0.670、0.275、0.470 ℃/10 a，升温幅度均大于平均气温。近60 a来春季增暖最明显，秋季次之，夏季最小。

四季最高气温的年代际变化见表1。冬季平均最高气温与多年平均值相比，20世纪60年代持平，70、80年代均偏低0.7 ℃，90年代后进入相对偏高期，21世纪比20世纪高1.5 ℃。春季平均最高气温与多年平均值相比，1961—2000年大多偏低，21世纪开始大多偏高，60、70、80、90年代和2001—2010年、2011—2020年最高气温距平分别为-1.5、-0.7、-0.8、-0.5 ℃和1.5、1.6 ℃。夏季平均最高气温变化比较剧烈，60、70、80年代均比多年平均值偏低，但80年代比70年代降低了1.1 ℃；90年代比多年平均值偏高0.4 ℃，2001—2010年偏高0.1 ℃，2011—2020年偏高1.3 ℃。秋季与夏季变化趋势基本一致，60、70、80年代平均最高气温均低于多年平均值，90年代后高于多年平均值。

以上分析表明，近60 a来商洛市年平均最高气温呈显著增暖趋势，年平均最高气温的升高是导致年平均气温偏高的主要原因，季节变化以春季增暖最为明显。季节平均最高气温的年代际变化特点为20世纪60—80年代为相对偏低期，除90年代春季仍相对偏低外，其它季节90年代起为相对偏高期。

2.3 平均最低气温

商洛市年平均最低气温的线性倾向率小于平均气温和最高气温，为0.187 ℃/10 a(图4)。1961—1987年年平均最低气温大多低于多年平均值，1988年开始大多高于多年平均值。20世纪60—90年代和2001—2010年、2011—2020年平均最低气温与多年平均值的距平分别为-0.7、0.0、-0.1、-0.1 ℃和0.3、0.6 ℃。

近60 a商洛市冬季、春季、夏季、秋季平均最低气温的线性倾向率分别为-0.403、0.170、0.290、0.221 ℃/10 a。近60 a来夏季增温最明显，秋季次之，冬季最小。冬季、春季和秋季增温幅度小于平均气温和最高气温，夏季增温幅度大于平均气温和最高气温。

四季最低气温的年代际变化见表1。冬季平均最低气温，60年代低于多年平均值，70—90年代持平，进入21世纪后呈快速上升趋势，21世纪比20世纪高0.6 ℃。春季平均最低气温，20世纪60、70、80、90年代均低于多年平均值，距平分别为-0.7、-0.2、-0.5、-0.7 ℃，2001—2010年持平，2011—2020年呈显著上升趋势，距平为2.1 ℃。夏季平均最低气温，20世纪60、70、80、90年代和2001—2010年、2011—2020年与多年平均值距平分别为-0.5、-0.3、-0.6、-0.5 ℃和-0.3、1.9 ℃。秋季与夏季变化趋势一致，60—90年代、2001—2010年均小于多年秋季平均值，2011—2020年呈快速上升趋势，偏高0.8 ℃。

以上分析表明，商洛年平均最低气温线性倾向率小于平均气温和最高气温；季节变化以夏季增温最明显，各季最低气温年代际变化特点为1961—2000年为相对偏低期；2001—2010年夏季和秋季相对偏低，春季持平，冬季2001年起为相对偏高期；春、夏、秋季2011—2020年为相对偏高期。

3 气温异常性特征

采用距平级别标准(表2)[9]，分析商洛近60 a来平均气温的异常性，发现显著偏暖年份为2013和2016年，偏暖年份为1998、1999、2002、2006、2007和2014年，偏暖和显著偏暖年份大多出现在2000年以后；异常偏冷年份为1964和1968年，显著偏冷年份为1963年，偏冷年份为1965、1966、1976、1984、1989和1993年，异常偏冷、显著偏冷和偏冷年份大多出现在20世纪90年代以前，尤其集中在20世纪60年代。

表2 距平级别

对四季气温异常性分析发现：近60 a来商洛春季偏暖年份为2005、2006、2007、2009和2015年，显著偏暖年份为2001、2008、2014、2018、2019和2020年，异常偏冷年份为1963年，显著偏冷年份1964、1977和1997年，偏冷年份为1965、1980、1981、1989、1992和1994年；夏季偏暖年份为1966、1967、1995、2006和2013年，异常偏暖年份为2016年，显著偏冷年份为2017和2019年，偏冷年份为2018年；秋季偏暖年份为1973、1978、1980、1982、1983、1987、1988、1991、1995、2001、2002、2005、2007、2008、2010、2011和2015年，异常偏暖年份为1998和2016年，显著偏暖年份为1977、1990、1999、2006、2013和2014年，异常偏冷年份为2018年，偏冷年份为1962和2019年；冬季偏暖年份为1966、1986、2000、2001和2008年，显著偏暖年份为1978、2006和2017年，异常偏暖年份为1998年，异常偏冷年份为1964、1967和1969年，显著偏冷年份为1976年，偏冷年份为1971、1983和2007年。总体上，秋季偏暖年份最多，春季偏冷年份最多。

4 气温极端性特征

采用文献[10-11]10个极端气温指数(表3)及分析方法计算商洛市极端气温指数。相对指数阈值采用1981—2010年统计数据为比较基期数据。

表3 选定的极端气温指数

近60 a来，商洛市极端最高气温的线性倾向率为0.502 ℃/10 a，极端最低气温的线性倾向率为-0.426 ℃/10 a。暖夜日数随时间的变化呈增多趋势，冷夜日数随时间的变化呈减少趋势，线性倾向率分别为5.175 d/10 a和-2.513 d/10 a，表明商洛1961—2020年夜间气温呈显著变暖趋势；冷昼日数、暖昼日数随时间的变化均呈增多趋势，线性倾向率分别为5.720、7.224 d/10 a，暖昼日数增多趋势较冷昼日数明显，表明白天气温呈增高趋势；昼指数的变化较相应的夜指数变化更为突出，暖昼日数的变化更大。同时表征热指数的夏日日数、热夜日数线性倾向率分别为8.445、4.724 d/10 a，表征冷指数的冰日日数、霜日日数线性倾向率分别为-0.736、-9.943 d/10 a，也表明近60 a来商洛气温呈升高趋势(图5)。

5 结论

(1)近60 a来商洛年平均气温在波动中呈上升趋势，线性倾向率小于全国平均水平。21世纪比20世纪偏高0.6 ℃；20世纪60—80年代均比多年平均值偏低，60、80年代最冷，90年代起呈上升趋势，21世纪后升温显著。四季平均气温均呈上升趋势，其中春季线性倾向率最大，年平均气温的升高以春季贡献最大；各季平均气温的年代际变化特点为20世纪60年代的春季和秋季为相对偏低期，冬季和夏季为相对偏高期，80年代为相对偏低期，70、90年代和2001—2010为相对偏高期；年平均气温发生了由低温到高温的突变，突变时间在1987—1988年。

(2)近60 a来商洛年平均最高气温、最低气温均呈上升趋势，年平均最高气温的线性倾向率大于年平均最低气温的线性倾向率，即白天升温较夜间升温明显，最高气温对升温贡献最大。平均最高气温以春季升温最明显，各季平均最高气温的年代际变化特点为20世纪60—80年代为相对偏低期，除90年代春季仍相对偏低外，其他季节90年代起为相对偏高期。各季中平均最低气温以夏季升温最为明显，年代际变化特点为1961—2000年为相对偏低期，2001-2010年夏季和秋季为相对偏低期，春季持平，冬季2001年起为相对偏高期，春、夏、秋季2011—2020年为相对偏高期。

图5 1961—2020年商洛市极端气温指数的年际变化(虚线为趋势线)

(3)通过近60 a来商洛市平均气温异常性分析发现，偏暖年份多出现在2000年以后，偏冷年份多集中在20世纪60年代。秋季偏暖年份最多，春季偏冷年份最多。

(4)近60 a商洛市极端最高气温有显著年际变化，暖夜日数呈增多趋势，冷夜日数呈减少趋势，冷昼日数、暖昼日数均呈增多趋势，但冷昼日数的线性倾向率小于暖昼日数，昼指数变化较夜指数变化更明显。表征热指数的夏日日数、热夜日数随时间呈增多趋势，表征冷指数的冰日日数、霜日日数呈减少趋势。通过热指数、冷指数分析，进一步说明商洛呈增温趋势。