新、旧气候态的差异及其对新疆气候评价业务的影响

张婧莉，吴秀兰，姚俊强，李 娜，曹 萌

（1.新疆气候中心，新疆 乌鲁木齐 830002；2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002；3.哈密市气象局，新疆 哈密 839000）

世界气象组织（WMO）规定，气象要素和气候变量的气候平均值是其最近三个整年代的平均值或统计值，需每隔10 a 进行一次更新[1]。为保证与国际气候业务工作一致，中国气象局规定自2022 年1 月1日起，中国各级气象部门在气候业务中使用1991—2020 年新气候态，替换1981—2010 年旧气候态。

在全球变暖的大背景下，气候变化问题日益突出，前人研究已指出作为气候分析中的基准气候条件，气候态在不断地改变，由于气候平均值的改变致使所表征的变量距平也发生变化，从而对气候业务等造成一定影响[2]。林婧婧等[3]研究指出，总体上不同时期中国气温随时间推移表现出增温趋势且增幅不断增大，降水也呈增多态势，不同气候态标准对评价气温、降水等要素及相关极端高值或低值出现的概率等具有不同程度的影响。晏红明等[4]指出，气候态变化对中国不同气象要素影响不同，总体上气温影响比降水更突出，冬半年气温影响大于夏半年，降水影响集中在春季和秋季。对于不同区域不同气候态下气候的变化特征则各有差异。东北大部分地区1981—2010 年所表征的气候较1971—2000 年偏暖、偏湿，气候态的改变在一定程度上影响了极端事件、冷暖冬事件及ENSO 事件等的评估[5-6]。对于西南地区来说，大部分地区1981—2010 年较1971—2000 年更暖、更干，气候态的更替对该区域冬季气温、汛期降水的评价影响较大[7-8]。西北地区气候呈暖湿趋势发展[9-12]，不同气候态随时间推移呈一致增温特征。

近30 年来，新疆气候暖湿化趋势明显，变暖程度逐渐增强[13]，1981—2010 年所表征的气候较1971—2000 年偏暖、偏湿，影响了新疆的冷暖冬等事件评估[14]。前人研究成果多集中于1981—2010 年及之前时段的气候平均值。对于国家最新启用的1991—2020 年气候平均值，尚未有针对新疆区域的研究，本文重点讨论采用新气候态后新疆不同区域气温、降水的变化及其对新疆气候评价业务的影响，从而进一步认识新疆气候变化的规律，更好地为新疆气候业务和决策服务工作提供参考依据。

1 数据与方法

1.1 数据

为与新疆气候评价业务接轨，选用新疆100 个国家气象站点的逐日平均气温及降水量资料，其中北疆37 站、天山山区14 站、南疆38 站的平均值分别作为北疆、天山山区、南疆区域的值（图1），从时间和空间尺度上进行气候平均值变化特征分析。文中数据来源于新疆气象信息中心，经过严格的质量审核。

图1 北疆、天山山区、南疆代表气象站点分布及海拔高度

1.2 气象要素差值计算

根据现行气候业务中气温距平、降水距平百分率的定义，平均气温新、旧气候态的差值用新平均值减去旧平均值的距平（ΔT）表示，降水量新、旧气候态的差值用新平均值相对于旧平均值的距平百分率（ΔP）表示，将1981—2010 年的平均气温记为T1，降水量的平均值为P1，1991—2020 年的平均气温记为T2，降水量的平均值为P2，则：

文中利用u 检验[15]诊断新气候态与旧气候态气象要素均值之间是否具有显著性差异。u 检验是检验气候稳定性常用的方法之一，可用于检验某地区的气候状况是否稳定，也可用于检验不同地区气候变化是否存在显著性差异，其统计量u 的计算公式为：

2 新、旧气候态下气温、降水差异

2.1 气温

2.1.1 年平均气温

新气候态下，新疆区域年平均气温为8.5 ℃，相比旧气候态平均值增加0.3 ℃。北疆、天山山区及南疆新气候态平均值均高于旧气候态，且增幅均为0.3 ℃（表1）。年平均气温的新、旧气候态差值分布显示（图2a），全疆仅库车、柯坪站年平均气温减小，其余大部地区显著增温0.2～0.4 ℃，其中伊犁州西部、阿勒泰东部、哈密市北部及和田南部区域显著增温0.4～0.6 ℃，霍尔果斯和巴里坤增幅最大，为0.7 ℃。在年尺度，新气候态气温平均值的升高导致气温距平下降，因此基于旧气候态下的偏暖年发生了变化。

表1 新疆不同区域年和四季平均气温新、旧平均值变化 ℃

图2 新疆年（a）及春季（b）、夏季（c）、秋季（d）、冬季（e）平均气温新、旧气候态差值分布（单位：℃）

2.1.2 季平均气温

全疆四季平均气温的新、旧气候态差值显示出一致增温特征（表1），春季增幅最为明显（0.6 ℃），夏、秋季次之（0.3 ℃），冬季增幅最小（0.2 ℃），北疆、天山山区及南疆均为春季增幅最大。春季北疆增温幅度大于天山山区和南疆；夏季和冬季各分区增幅均一致；秋季南疆增幅最大，北疆和天山山区增幅一致。

新疆季平均气温的新、旧气候态差值分布表现为：春季全疆呈一致增温特点，夏、秋、冬季除个别地区下降外，其他地区均升高，但各季升温幅度有差异，新春季增幅最大，冬季增幅最小（图2b～2e）。春季全疆大部显著增温0.4～0.8 ℃，北疆、吐鲁番和哈密增幅超过0.6 ℃；夏季全疆大部增温0.2～0.6 ℃，伊犁州、阿勒泰东部、哈密及巴州南部等地显著增温0.4～0.6 ℃，减小的地区为阿克苏的柯坪、库车，巴州的巴仑台，克州的阿图什，减幅为0.1～0.4 ℃；秋季大部增幅为0.2～0.6 ℃，喀什和和田大部增温显著，增幅为0.4～0.6 ℃，减小的地区为阿克苏的柯坪、库车，巴州的若羌，减幅为0.1～0.4 ℃；冬季大部增幅为0.1～0.4 ℃，塔什库尔干增幅（0.9 ℃）最大，减小的地区主要分布在北疆、阿克苏、巴州及哈密的个别地区，减幅为0.1～0.4 ℃。

2.1.3 月平均气温

在新气候态下，全疆月平均气温仅有北疆和南疆的1 月、天山山区的1 和12 月减小，其余各月均为增加，但各月增幅差异较大，各区域同一月份增幅也存在差异。北疆各月增幅在0.1～1.0 ℃，其中4 月增幅（1.0 ℃）最大，其次为3 月（0.9 ℃），12 月无变化，其余各月增幅在0.1～0.5 ℃；天山山区各月增幅在0.2～0.8 ℃，3 月增幅（0.9 ℃）最大，4 月（0.7 ℃）次之，其余各月在0.2～0.5 ℃；南疆各月增幅在0.2～0.7 ℃，3、4 月增幅最大，其余各月在0.2～0.3 ℃。总体来说，各区域增幅最大的月份均为3 和4 月，其次为冬春季过渡月（2 月）和春夏季过渡月（6 月），各区域仅天山山区和南疆4 月新、旧气候态差异通过显著性检验（图3）。

图3 不同区域新、旧气候态的气温距平逐月变化

总体上，新气候态平均值相比旧气候态平均值是增大的，全疆各月新、旧气候态差值的空间分布型大致可分为3 种类型：

第一类为全疆一致增加型，包括2—4 月。全疆新平均值均增加且增加幅度较大，北疆增幅在0.4～1.3 ℃，南疆为0.2～1.0 ℃。3、4 月增幅大于2 月，4 月增幅最大，尤其在北疆大部、吐鲁番、哈密等地，增幅在1.0 ℃以上。

第二类为全疆大部增加型，包括5—12 月。全疆大部分地区气温上升，增幅普遍在0.2～0.6 ℃，下降的区域主要集中在阿克苏西部和东部、巴州北部和南部。

第三类为全疆大部减少型，仅在1 月。全疆仅伊犁州、阿勒泰、克州、喀什、和田和哈密等地的个别地区增加0.1～0.8 ℃，其余地区均为减少，且北疆减幅大于南疆，北疆大部减幅在0.2～0.7 ℃，南疆大部减幅在0.1～0.4 ℃。

2.2 降水

2.2.1 年平均降水量

新气候态下，新疆区域年平均降水量为177.3 mm，相比旧气候态平均值增加4%（表2），北疆、天山山区及南疆均为增多，天山山区增幅（5.0%）最大，南疆次之（4.4%），北疆最小（3.1%）。年降水量新、旧气候态的差值百分率分布（图4a）显示，北疆大部、南疆西部、巴州北部和哈密年降水量增加0.1%～20%，其中阿克苏西部、克州、喀什、和田西部增加10%～20%；减少的区域在昌吉州西部、阿克苏东部、巴州及吐鲁番大部，减幅为0.1%～10%。各地年降水量新、旧气候态的差值百分率变化均不显著。

表2 新疆不同区域年和四季降水量新、旧平均值变化

图4 新疆年（a）及春季（b）、夏季（c）、秋季（d）、冬季（e）降水量新、旧气候态的差值百分率分布（单位：%）

2.2.2 季平均降水量

在新气候态下，新疆4 个季节降水量均增多，冬季增幅（7.0%）最大，秋季最小（1.5%），其中，北疆、天山山区四季均为增多，南疆春季减少，其他3 个季节均为增多，增多特征不显著。春季天山山区增幅大于北疆，南疆略减少；夏季天山山区增幅大于北疆和南疆；秋季南疆增幅大于北疆和天山山区，且各分区增幅相差不大；冬季南疆增幅最大，北疆和天山山区增幅相近。对于同一区域，各分区均呈现冬季增幅最大，秋季最小的特征，天山山区的气候平均值增幅大于南疆和北疆，变化均较平缓。

从各季节新、旧气候态的差值百分率分布（图4b～4e）可知，在新气候态下，各季节整体表现为全疆大部降水增多，但区域分布存在较大差异。春季全疆大部增幅普遍在10%以下，克州、喀什及和田的部分区域增幅为10%～20%，平均值相对减少的区域主要分布在塔城北部、阿克苏、和田东部、巴州南部和哈密北部，减幅为0.1%～20%；夏季全疆大部增幅在20%以下，南疆西部增幅为10%～20%，减小的区域为塔城南部至昌吉西部，阿克苏东部经巴州南部至吐鲁番一带，减幅均在10%以下；秋季北疆西部和北部、南疆西部增幅在0.1%～20%，阿克苏西部、和田东部增幅在30%以上，减小的区域为塔城南部至昌吉州一带、阿克苏东部、巴州及东疆，减幅为0.1%～20%；冬季全疆除个别地区减少外，大部分区域降水增加，昌吉州东部、南疆西部、巴州南部、吐鲁番增幅为10%，尤其巴州南部和吐鲁番，增幅在30%以上。

2.2.3 月平均降水量

全疆各月降水量平均值的变化存在明显的时空差异。时间上，北疆、天山山区和南疆区域降水量呈明显的季节内尺度变化特征，各月降水量增减幅度不一致（图5）。北疆大部分月降水增加，8 月增幅（15.8%）最大，3、5、7、10 月减少，减幅均在6%以下；天山山区3、9、10 月降水量减少，减幅均在5%以下，其余月降水量增加，11 月增幅（14.5%）最大；南疆3、4、7、10 月减少，减幅为3.7%～20.8%，3 月减幅最大，其余各月增幅在2.9%～28.3%，11 月增幅最大。总体而言，南疆各月增减幅度变化较大，北疆和天山山区较小，且变化幅度均未通过显著性检验。

图5 不同区域新、旧气候态的降水差值百分率逐月变化

空间分布上，全疆各月降水量变化大致可分为以下3 种类型：

第一类为全疆大部增加型，包括1、2、4、6、8、11、12 月。除个别地区减小外，全疆降水量一致增加，但增幅差异较大，南疆增幅普遍大于北疆。其中2、11、12 月增幅较大，在30%～100%，个别区域甚至达100%以上，1、6、8 月增幅次之，增幅在0.1%～60%。减小的区域在不同月份的分布也有明显变化，11、12 月减小区域较小且分散在全疆，其余5 个月则相对集中、连片，其中1、2、6 月集中于天山南北两侧，4、8 月集中于塔里木盆地中部和南疆西部山区，减幅均≤20%。

第二类为全疆大部减少型，包括3、7、10 月。全疆大部分区域新平均值比旧平均值小，塔里木盆地减幅较大，在20%～50%，北疆减幅较小，为0.1%～10%。增加的区域分散在北疆北部、南疆西部和巴州南部区域，增幅为0.1%～20%，个别地区增幅≥20%。

第三类为北疆大部减少南疆部分增加型，包含5、9 月。北疆大部减幅在10%～20%，仅在博州以东的天山山区及巴州北部的部分区域增加，增幅为0.1%～20%；南疆增加的区域集中在南疆西部，增幅为10%～77%，其余地区均为减小，减幅为10%～30%。

3 气候平均值更替对气候评价业务的影响

3.1 平均气温、降水量

气候态更替对新疆气候影响评价造成一定影响，尤其对于新、旧气候态差异较大的地区和时段。以北疆3 月平均气温为例，分别以旧平均值-0.5 ℃和新平均值0.4 ℃为基准，根据现行的月气候影响评价中气温距平的6 级评价标准，对1961—2021 年的共61 a 中3 月平均气温进行评价（表3），结果表明：新平均值替换旧平均值后，北疆3 月气温的评价结果发生了显著变化，特低年份由17 a 增加到23 a，略高年份由10 a 减少到7 a，特高年份由14 a 减少到9 a，偏高年份减少了1 a，略低年份增加了3 a，偏低年份保持不变。由于平均气温气候平均值基准的增大，平均气温的等级整体由正距平向负距平方向调整。

表3 两个气候平均值基准下北疆3 月气温的评价对比

同样对降水进行评价，以南疆11 月降水为例，分别以旧平均值1.3 mm 和新平均值1.7 mm 为基准，参照现行的月气候影响评价中降水距平百分率的六级评价标准，对1961—2021 年的61 a 中11 月降水进行评价，结果表明：平均值改变后，南疆11 月降水的评价结果发生了明显变化，特少年份由30 a增加到35 a，偏多年份由1 a 增加到2 a，特多年份由14 a 减少到11 a，略多年份由3 a 减少到1 a，略少年份由4 a 减少到3 a，偏少年份保持不变，与气温类似，降水等级整体由正距平百分率向负距平百分率调整。

3.2 冷、暖冬事件

根据国家标准《暖冬等级》（GB/T 21983—2020）和《冷冬等级》（GB/T 33675—2017）的定义，使用不同时期平均气温气候态的±0.43 个标准差挑选1981—2021 年新疆冬季暖冬和冷冬事件年（图6）。以旧气候态平均值为基准的暖冬年和冷冬年分别为15和11 a，以新气候态平均值为基准的暖冬和冷冬年分别为14 和13 a，即新、旧气候态的更替使暖冬年减少、冷冬年增多。可见对于近几十年来新疆暖冬、冷冬事件需要重新进行评估。

图6 1981—2021 年新疆冬季平均气温的变化以及冷、暖冬年份的划分

4 讨论与结论

4.1 讨论

本文重点讨论了1991—2020 年与1981—2010年新疆气温、降水气候平均值的差异及对气候评价业务的影响，有助于提升新疆气候评价业务水平以及提高全球变暖背景下对新疆气候变化的认识。气候平均值的变化过程非常复杂，自20 世纪70 年代以来，全球表面温度保持迅速上升趋势，而自2000年左右，全球表面温度的上升趋势开始减弱，甚至停滞，显著上升趋势明显减弱，增温停滞现象于2013—2014 年结束[16-17]。我国1951—2020 年不同时段气候态下的气温平均值变化趋势与全球变暖趋势一致[4]，尤其是在1971—2000 年到1981—2010 年的上升趋势显著。通过对比分析新疆1971—2020 年3个不同时段的气温气候平均值发现[14]与全国气温平均值的变化存在同样的情况，每次新的气候态均会使得气温距平减小，表现为气候变暖趋势减缓特征。

全球气候变暖的影响是多方面的，每30 a 气候平均值的改变对气候业务的影响范围甚广，本文仅分析了气候平均值更替对气温、降水的影响，而对于最高气温、最低气温、日照、大气环流、海温等因子的影响还有待进一步研究。

4.2 结论

（1）新气候态下，北疆、天山山区、南疆年和季气温的新平均值比旧平均值均增加，各区域年气温增幅均为0.3 ℃，但季气温增幅存在一定差异。各区域春季气温增幅最大、冬季最小。月气温，北疆和南疆1 月减小、天山山区1 和12 月减小，其余各月上升，不同区域升幅差异较大，升幅最大的月份均为3 和4 月，其次为冬春季过渡月（2 月）和春夏季过渡月（6月），5—10 月升幅普遍较小。各月新、旧平均值差值分布可分为全疆一致增加型（2、3、4 月）、全疆大部增加型（5—12 月）、全疆大部减少型（1 月）。

（2）新气候态下，新疆降水量区域平均值为177.3 mm，相比旧气候态平均值增加4%。年、季、月降水量变化表现出较大的时间、空间差异。年降水量增幅，天山山区＞南疆＞北疆。季降水量，全疆大部区域增加，少数区域减少，冬季增幅最明显，秋季最小，天山山区四季变化较北疆和南疆更显著。月降水量，北疆3、5、7、10 月减少，天山山区3、9、10 月减少，南疆3、4、7、10 月减少，其余各月均增加，南疆各月增幅变化较明显。各月新、旧平均值差值分布可分为全疆大部增加型（1、2、4、6、8、11、12 月）、全疆大部减少型（3、7、10 月）和北疆大部减少南疆部分增加型（5、9 月）。

（3）气候态更替对新疆气候影响评价造成一定影响，尤其对于新旧气候态差异较大的地区和时段。气候平均值更替后，气温距平和降水距平百分率偏高的特征将弱化，等级整体由正距平向负距平调整，基于旧气候态的气温等级、降水等级及冷暖冬年份等也需重新评估。