新疆50年日最高气温时空分布特征

李 臻，闫子煜，缪启龙

1.阳泉市气象局，山西阳泉 045000；2平定县气象局，山西平定 045200； 3.南京信息工程大学，江苏南京 210044

联合国政府间气候变化专门委员会表示，在过去的100年，全球的平均气温升高了0.74℃左右[1]。新疆地处亚欧大陆腹地，省内山脉与盆地相间排列，被喻称为“三山夹两盆”，地形、海拔、气候特征存在显著的差异，又是“一带一路”倡议的核心区和关键区。研究新疆的气候特征及其变化，对促进新疆经济社会的发展，服务于“一带一路”，都具有重要意义。

国内诸多学者对新疆高温气候进行了研究，黄成荣等[2]发现全疆最高气温有不同程度的上升；韩春光等[3]发现石河子地区平均最高气温的上升比最低气温的上升显著；迪丽达尔·艾再提约麦尔等[4]发现于田地区四季的气温均呈现上升态势；郭志梅等[5]得出中国北方地区近50年来，平均气温、日最高气温和日最低气温的增温幅度十分明显；吕婷等[6]发现阿勒泰地区平均气温、平均最高气温、平均最低气温均显著上升；齐贵英[7]发现阿拉善右旗季节性气温都以不同速度在增加；朱海江等[8]发现塔城年均气温以0.45℃/10年的速度增暖显著；祖丽皮耶·穆合合尔[9]发现乌鲁木齐市多年的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温均呈现上升趋势；李如琦等[10]发现新疆最高气温以沿天山北部的部分地区变化最为明显。左敏等[11]发现年平均最高气温的变化与年平均气温呈现出明显的地域差异。

1 研究区域与资料

根据地貌把新疆分为3个区域：南疆、北疆和天山[12]。天山山脉以北的区域划为北疆，天山山脉以南的区域划分为南疆，天山山脉所在的区域划分为天山。资料取自新疆97个站点1966—2015年的气象观测站的日最高气温资料。

2 年平均日最高气温的时空变化

2.1 年平均日最高气温的年变化

新疆地区的年平均日最高气温的年变化及其线性趋势所示（图1），逐年平均日最高气温的50年变化趋势率为0.307℃/10年。在20世纪90年代之前，升高变化趋势较为平稳缓慢，且波动较小，90年代后，年平均日最高气温有明显增加趋势，且波动较大。

气候变化国家评估报告显示，中国最高气温升高趋势变化率为0.1℃/10年[13]，年平均最高气温在黄河以北、95°E以西以增温为主[14]，最高气温升高趋势新疆远远大于全国平均。

南疆地区逐年平均日最高气温的50年平均变化率为0.277℃/10年。20世纪90年代之前，变化趋势较为平稳缓慢，90年代后的25年中有明显增加趋势，波动较大。北疆地区逐年平均日最高气温的50年平均变化率为0.334℃/10年。20世纪80年代之前，15年中升高变化趋势较为平稳。20世纪80~90年代变化波动很大，90年代后的25年中，增加趋势明显减弱，波动较大。天山地区平均日最高气温的50年平均变化率为0.328℃/10年。20世纪80年代之前，25年中变化趋势较为缓慢。20世纪80~90年代，10年中变化波动很大，但变化趋势基本比平均变化趋势小，90年代后的25年中，增加趋势明显增强，波动较大（图1）。

图1 平均日最高气温的年变化

2.2 日最高气温的小波分析

1966—2015年，新疆地区的平均日最高气温的周期变化在15~30年的时间范围内，呈现明显的“低—高—低—高—低”规律，且在27~30年的时间尺度内这种规律变化最为显著。平均日最高气温的小波方差最大峰值对应在29年左右的时间区间中，是新疆日最高气温年平均变化的主周期（图2）。

图2 新疆年平均日最高气温的Morlet连续小波分析和小波方差

1966—2015年春、夏、秋3个季节，新疆地区的季平均日最高气温的周期变化（图略）与年的周期变化基本相似。主周期大都在27~30年，12～15年的周期不明显。冬季主周期在12~16年的时间尺度范围内。

2.3 平均日最高气温的M-K检验

20世纪60~90年代，平均日最高气温增加趋势不太明显。20世纪90年代后，平均日最高气温增加趋势十分显著。20世纪90年代左右，UF统计量曲线超过UB统计量曲线，认为1990年前后为平均日最高气温变化的突变点（图3）。

图3 新疆年平均日最高气温的M-K检验

春季平均日最高气温突变点为2003年前后，夏季平均日最高气温变化的突变点为1996年前后，秋季平均日最高气温变化的突变点则在1994年左右，冬季平均日最高气温值突变点在1995年前后（图略）。

3 日最高气温的空间分布

3.1 年平均日最高气温的空间分布

新疆地区50年平均日最高气温值整体上由南向北呈现高—低—高—低（图4），南疆50年日最高气温平均值基本介于15℃~22℃之间，且南疆大部分介于18℃~22℃之间，北疆北部基本介于0℃~8℃之间，北疆南部基本介于12℃~ 15℃之间。高温区集中出现在南疆，50年日最高气温平均值的极大值为吐鲁番（20.9℃）。天山东部存在明显的冷区，以天山大西沟、巴音布鲁克2个站点为例（冷区中心），天山大西沟为0.1℃，巴音布鲁克为3.3℃。南疆西部也存在2个冷区，即吐尔尕特（3.0℃）和塔什库尔（11.1℃），这极大程度上与吐尔尕特（海拔3 504.4 m）、塔什库尔（海拔3090.1 m）海拔有关。

图4 新疆地区50年平均日最高气温的空间 分布

南疆50年春季平均日最高气温基本介于18℃~26℃之间，且南疆大部分介于22℃~26℃之间，北疆北部基本介于0℃~15℃之间，北疆南部基本介于15℃~18℃之间。50年春季平均日最高气温的极大值为吐鲁番（25.8℃）。天山东部存在明显的冷区中心，即天山大西沟（0.2℃）和巴音布鲁克（5.9℃）。

南疆50年夏季平均日最高气温大部分介于31℃~39℃之间，北疆中部及其西部基本介于30℃~33℃之间，北疆东部基本介于24℃~28℃之间。50年夏季平均日最高气温的极大值为吐鲁番（38.9℃）。天山东部区域存在明显的冷区中心，即天山大西沟（9.5℃）和巴音布鲁克（17.6℃）。

南疆地区50年秋季平均日最高气温基本介于16℃～21℃之间，北疆北部50年秋季平均日最高气温基本介于0℃~10℃之间，北疆南部基本介于13℃~16℃之间。新疆的热区集中出现在南疆南部以及中部地区，50年秋季平均日最高气温为吐鲁番（21.4℃）。天山东部区域存在明显的冷区中心，即天山大西沟（0.5℃）和巴音布鲁克（5.8℃）。

50年冬季平均日最高气温南疆地区基本介于0℃～4℃之间，北疆北部和中部基本介于-7℃～-16℃之间，北疆东西部基本介于-3℃～-7℃之间。新疆的热区集中出现在南疆西南部地区（图5）。

图5 新疆地区50年四季平均日最高气温的空间分布

3.2 极值分布

3.2.1 50年新疆日最高气温的年极大值及年平均的空间分布日最高气温年极大值是指某站每年一个最高的日最高气温。可见高温区主要分布在南疆沙漠中东部的大部分地区和北疆中部沙漠地区（图6），南疆均在35℃以上，大范围日最高气温平均年极大值≥40℃，最大值出现在吐鲁番（45.4℃），这是我国最为炎热的地区。

图6 日最高气温年极大值50年平均值的空间分布

3.2.2 日最高气温50年极大值的空间分布在每一个站50年中选取一个日最高气温的最高值，这些数据是不同年份的，新疆地区日最高气温50年内极大值主要分布在南疆中东部和北疆部分地区（表1）。

表1 新疆日最高气温50年内极大值温度超过45℃的站点及出现日期

3.2.3 高温日数分析50年内日最高气温≥35℃的天数最多的地方集中在吐鲁番地区，平均每年日最高气温≥35℃的天数为102 d。各站点50年内日最高气温≥40℃的天数最多的地方在南疆大部和吐鲁番地区，每年平均日最高气温≥40℃的天数为40 d。新疆≥35℃最多天数年份的站点均为吐鲁番，2008年为126 d。≥40℃最多天数年份的站点也为吐鲁番，2008年为64 d。可见，吐鲁番为我国最炎热的地区,不仅温度高而且高温持续时间长。

4 结论

利用新疆97个站点1966—2015年的日最高气温资料，分析了新疆地区最高气温的时间分布以及空间分布。主要结论如下。

（1）新疆50年的平均日最高温的多年变化是不断升高的，变化趋势率为0.307℃/10年，较全国最高气温升高趋势变化率为0.1℃/10年大许多，表明新疆升温明显高于全国。

（2）小波分析表明：新疆平均日最高气温的周期变化为30年左右；并于1990年前后发生突变。

（3）新疆地区50年平均日最高气温的空间分布变化较大，为0℃~22℃，由南向北，呈高—低—高—低的态势，这是由新疆实际地形所致。

（4）日最高气温年极大值50年平均的高温区主要分布在南疆的大部分地区和北疆中部沙漠地区，日最高气温年极大值50年的平均值出现在吐鲁番。

（5）日最高气温50年的极大值主要分布在南疆的大部分地区和北疆中部沙漠地区。

（6）50年内日最高气温≥35℃和≥40℃的天数最多的地方都集中在吐鲁番地区。可见吐鲁番地区和南疆东部沙漠地区是中国最热的地区，温度高且持续时间长。