崔 蕾1潘 錚2郝振純3王振華4

（1.山西省人民政府防汛抗旱指揮部辦公室 山西太原 030002；2.內(nèi)蒙古龍旺地質(zhì)勘探有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古錫林浩特 026000；3.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇南京 210098；4.山西省氣象科學(xué)研究所 山西太原 030002）

20世紀(jì)以來特別是近幾十年的氣候變暖被認(rèn)為是人為因素導(dǎo)致溫室效應(yīng)增強(qiáng)所造成的[1]。我國學(xué)者任國玉等[2]分析總結(jié)了我國氣溫變化的趨勢和可能原因，并提到了城市變化對(duì)地面氣溫趨勢的影響。總結(jié)國內(nèi)外研究可看出，氣溫的研究方向目前有兩個(gè)重要的分支，一個(gè)是以分析氣象站實(shí)測數(shù)據(jù)為主的氣溫變化趨勢研究[3-5]，另一個(gè)是利用實(shí)測序列、氣象要素[6]、遙感[7-9]等方法分析城市熱島效應(yīng)。本文就前者進(jìn)行了山西省全省的歷史實(shí)測氣溫分析。

1 資料

山西省位于東經(jīng) 110°14′～114°33′，北緯 34°34′～40°43′之間，地處華北西部的黃土高原東翼，總體地勢輪廓呈“兩山夾一川”形勢，東西兩側(cè)是山地和丘陵，中部自東北至西南走向?yàn)榇槭匠料菖璧睾推皆?。境?nèi)氣候差異很大，由北向南漸次過渡為溫帶、暖溫帶和北亞熱帶。此外，全省氣象干旱的天氣系統(tǒng)受四種環(huán)流形勢的控制[10]：

1）當(dāng)東亞大槽較深，孟加拉灣低槽偏弱，又當(dāng)受東亞大槽后部的偏北氣流控制時(shí)，冷空氣下鋒消形成雨量稀少，易出現(xiàn)干旱天氣。

2）地面南部低壓較強(qiáng)，受此環(huán)流控制時(shí)，冷空氣難以南下，易出現(xiàn)干旱天氣。

3）西太平洋高壓脊西伸北上，長期控制山西天氣時(shí)，又當(dāng)亞洲中緯度呈兩槽一脊的形勢，北方地區(qū)或中南半島高壓穩(wěn)定，受其下沉氣流影響，易造成山西少雨持續(xù)干旱期。

4）當(dāng)蒙古高原上空出現(xiàn)“上高下高”結(jié)構(gòu)，及100、300、400、500 hPa各等壓面上，都是高壓所控制，高原上仍然是一個(gè)高于四周鄰近地區(qū)的暖脊，一旦這種高壓過程形成，山西便出現(xiàn)干旱。

經(jīng)資料可靠性、一致性分析后，選擇全省氣溫資料完整且站點(diǎn)資料齊全的106個(gè)氣象站點(diǎn)資料進(jìn)行氣溫研究，并將所有站點(diǎn)實(shí)測期資料統(tǒng)一插值到1960—2005年。本文以逐日平均、最低、最高氣溫資料為基礎(chǔ)，分析氣溫年代、季節(jié)變化，累積距平趨勢及與干旱的關(guān)系等。通過對(duì)全省氣溫站點(diǎn)和地形分析，為避免經(jīng)緯度和海拔對(duì)數(shù)據(jù)的影響，在需要時(shí)采用距平值進(jìn)行分析計(jì)算，同時(shí)對(duì)部分資料缺失站點(diǎn)進(jìn)行了相鄰站的插補(bǔ)延長。

2 山西省氣溫分析

2.1 氣溫年際變化分析

山西省屬于華北地區(qū)，由于南北地跨溫帶和暖溫帶兩個(gè)氣候帶，加之地形多變高差懸殊，因而南北氣候特征迥異。經(jīng)計(jì)算，在1960—2005年間，全省多年平均氣溫為9.40℃。通過歷史年份平均氣溫、最低氣溫和最高氣溫的多年均值分析可得出：三種氣溫距平值歷年的波動(dòng)基本一致，穩(wěn)定分布在各自的年均值附近（如圖1）。不同類型氣溫變幅存在差異：最高氣溫變幅較大，波動(dòng)明顯；最低氣溫和平均氣溫變幅較小，波動(dòng)不明顯且部分年份不一致。氣溫均呈上升趨勢，增溫速率略有不同：最高氣溫以0.30℃/10a的速率遞增，增溫較高；平均氣溫的增溫率為0.24℃/10a，最低氣溫的增溫率為0.26℃/10a。

圖1 山西省歷年各氣溫距平趨勢圖

圖2 山西省歷年平均氣溫過程線及部分嚴(yán)重干旱年份分布

從圖2中左圖可以看出，全省平均氣溫呈整體上升趨勢：上世紀(jì)60年代偏低（為8.93℃），從70年代開始，各年代溫度都比60年代高。其中70、80年代平均氣溫值相差無幾，表明在這20年間，盡管溫度在各年中峰值不同，但平均值波動(dòng)不大。1990年之后的16年里，氣溫持續(xù)升高，導(dǎo)致90年代和21世紀(jì)的頭5年平均氣溫呈階梯狀上升。全省溫度在2000—2005年里達(dá)到最高，為10.01℃，較60年代升高了1.1℃。

同時(shí)，圖2中右圖也可看出，選取山西省上世紀(jì)60～80年代發(fā)生重度旱情的年份：1961、1962、1965、1968、1970、1972、1978、1980、1981、1986、1987 年這些年份均出現(xiàn)全省范圍的嚴(yán)重旱情[10]。對(duì)應(yīng)圖中可發(fā)現(xiàn)這些干旱年份基本都發(fā)生在年均氣溫較高年，或?yàn)闅鉁赜傻拖蚋叩霓D(zhuǎn)折年，說明氣溫對(duì)全省干旱情況有一定程度的影響。

2.2 氣溫季節(jié)變化分析

山西省地處中緯度大陸性季風(fēng)區(qū)，主要特征是：春季干旱多風(fēng)，夏季受海洋暖濕氣流影響，降水主要集中在7、8、9三個(gè)月，冬季雨雪稀少，干燥寒冷。

圖3 山西省各季節(jié)平均氣溫空間分布圖

通過對(duì)全省平均氣溫的空間分析，發(fā)現(xiàn)氣溫在不同季節(jié)溫度分布和趨勢各有不同（如圖3所示）。總體來看，氣溫從全省的東北向西南遞增。除五臺(tái)山、蘆芽山等山脈、高原地區(qū)在全年溫度都較低之外，從忻定盆地開始往南氣候較溫暖，同時(shí)，全省西部沿黃河一帶氣溫與同緯度的中原盆地基本一致，而東部山區(qū)氣溫等值線帶被零星分布的山脈隔斷，其溫度略低于盆地。

在春季和夏季，運(yùn)城盆地氣溫最高，而且高溫向臨汾盆地延伸；太原盆地的高溫區(qū)域不連續(xù)，而在呂梁山脈南北有兩個(gè)明顯的低溫點(diǎn)；全省東部地區(qū)溫度較周圍地區(qū)偏低（如圖3-a、b）。進(jìn)入秋、冬季，運(yùn)城盆地的高溫不再向北延伸，而忻定盆地的溫度卻可以延伸到大同盆地；整個(gè)呂梁山脈氣溫基本上自南向北均勻遞減，且太原盆地溫度分布均勻，沒有零星的高溫區(qū)；全省東南部高原區(qū)氣溫梯度變化不均（如圖3-c、d）。可以看出，這些溫度空間分布差異與海拔、緯度和季風(fēng)有一定關(guān)系。

圖4所示的是全省1960—2005年各個(gè)季節(jié)平均氣溫的變化趨勢分析。從累計(jì)距平曲線中可以看出，春季氣溫在前30多年中一直在波動(dòng)中略有下降，直到1996年開始，氣溫迅速升高并且一直持續(xù)到2005年，說明1996年是春季氣溫由降到升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；夏季氣溫在1964年左右較平均氣溫偏高，之后呈波動(dòng)下降趨勢，在1993和1996年分別達(dá)到兩個(gè)最低值，在1996年之后溫度開始回升且波動(dòng)幅度明顯，1996年也是夏季氣溫的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；秋季氣溫在1964至1974年下降明顯，之后降溫緩慢，在1986年距平值達(dá)到最低，氣溫回升過程中經(jīng)過1993年和1997年兩個(gè)波谷之后升溫顯著，所以秋季氣溫從1986年開始就經(jīng)歷由降到升的轉(zhuǎn)折，只是在1997年之后形成持續(xù)穩(wěn)定的升溫；冬季氣溫整體變幅較緩，累計(jì)距平緩慢降到1985年為最低點(diǎn)，之后氣溫一直處于較平穩(wěn)的上升狀態(tài)。

圖4 1960-2005年山西省各季節(jié)氣溫累計(jì)距平分析

綜上所述：每個(gè)季節(jié)累計(jì)距平曲線整體形狀大致相同，都是經(jīng)過30年左右的下降之后再上升，一般都有一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；各個(gè)季節(jié)的氣溫波動(dòng)不同，春季和冬季變幅相對(duì)較小，夏季和秋季變化劇烈；每個(gè)季節(jié)溫度的轉(zhuǎn)折年不盡相同。春、夏季為1996年，而秋季則在1986年有明顯的轉(zhuǎn)折，之后從1997年開始持續(xù)升溫，冬季在1985年就開始回溫。一年中全省四季氣溫在整體趨勢相似的情況下，變化各有不同。與此同時(shí)，從氣象上看，有些地區(qū)春季由于降水量少，蒸發(fā)量大，氣溫回升快，加之春季多風(fēng)，旱災(zāi)極易發(fā)生[11]。

對(duì)全省四季平均氣溫進(jìn)行年代變化分析可知：春季，各年代氣溫呈上升趨勢，從上世紀(jì)60年代（10.28℃）一直到21世紀(jì)頭5年（11.86℃），增溫1.58℃；夏季，從上世紀(jì)60年代開始到80年代氣溫呈下降趨勢，80年代的平均氣溫為21.74℃，之后升溫顯著，至2005年達(dá)到22.42℃；秋季，從60年代開始整體呈增溫趨勢，但在21世紀(jì)頭5年較90年代氣溫略低，為9.60℃；冬季，氣溫一直處于上升狀態(tài)，從60年代（-5.83℃）到2004年（-3.46℃），增溫幅度為1.37℃。

最終可以看出，春、冬兩季氣溫變化一致，且增溫幅度相近；秋季升溫趨勢明顯，但在2000年之后氣溫有所回落；而夏季則有先降溫后升溫的特點(diǎn)，雖然最終溫度較平均值更高，但與整體升溫趨勢不符。

2.3 氣溫變化空間分布

研究全省升溫的狀態(tài)，可將氣溫較低且平穩(wěn)的20世紀(jì)60年代截去，從70年代增溫開始時(shí)看全省溫度變化分布。

圖5 1970年后山西省氣溫變化分布矢量圖

圖5為山西省從上世紀(jì)70年代開始至2005年多年平均溫度變化的空間分布矢量圖。圖中箭頭的指向是氣溫減少的方向，可以看出近36年來，全省溫度較高和較低的空間分布與地形基本吻合。其中大同、忻定、太原、臨汾、運(yùn)城這五個(gè)串聯(lián)盆地溫度都呈向外輻射狀，說明這些地區(qū)多年平均氣溫在全省都是較高的。另外長治盆地和陽泉市，其氣溫也向四周呈輻射狀。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，若只有海拔和緯度影響，全省氣溫箭頭方向應(yīng)該大致都是從南向北的，但在大同、太原、臨汾、運(yùn)城、陽泉、長治等地，箭頭指向四周，其中太原和臨汾兩地尤為明顯。結(jié)合地理位置與實(shí)際情況來看，以上均為大城市所在，因此，除了海拔和緯度影響之外，人為因素對(duì)氣溫影響顯著。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)山西省氣溫資料的分析，得出：

（1）在1960—2005年間，全省多年平均氣溫為9.40℃。其中，從20世紀(jì)80年代后期到90年代開始增溫，一直持續(xù)到2005年。最高氣溫以0.30℃/10a的速率遞增，平均氣溫的增溫率為0.24℃/10a，最低氣溫的增溫率為0.26℃/10a。三種氣溫距平值歷年的波動(dòng)基本一致，變幅略有差異。同時(shí)，全省嚴(yán)重干旱年份基本都發(fā)生在年均氣溫較高年，或?yàn)闅鉁赜傻拖蚋叩霓D(zhuǎn)折年，得出氣溫對(duì)全省干旱情況有一定程度的影響。

（2）氣溫整體從全省的東北向西南遞增，但不同季節(jié)各地區(qū)氣溫空間分布不同。同時(shí)，各季節(jié)升溫的轉(zhuǎn)折年份也不同：春、夏季為1996年，而秋季則在1986年有明顯的轉(zhuǎn)折，之后從1997年開始持續(xù)升溫，冬季在1985年就開始回升。此外，四季平均氣溫的年代變化也不同。

總之，春、冬兩季氣溫變化一致，且增溫幅度相近；秋季升溫趨勢明顯，但在2000年之后氣溫有所回落；而夏季則先降溫后升溫。

（3）從氣溫變化的空間分布可看出，全省中部一連串東北至西南走向的沉陷盆地和平原溫度較高且升溫幅度較大，該地區(qū)也是大中城市密集分布的區(qū)域。這些地區(qū)四季的溫度等值線空間分布不同，且全省平均氣溫變化分布不僅與地形有關(guān)，人類活動(dòng)影響也很明顯。

綜上所述，山西省在近46年中，氣溫有上升的趨勢，但不同年代、不同季節(jié)和不同地理位置的溫度變化不同。氣溫對(duì)全省干旱情況有影響，并且人類活動(dòng)對(duì)氣溫影響顯著。

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