羅萬琦，崔寧博,2，張青雯，馮 禹,3，龔道枝，呂名禮

(1. 四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610065；2. 南方丘區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066； 3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；4. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與 可持續(xù)發(fā)展研究所作物高效用水與抗災(zāi)減損國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；5. 上海華維節(jié)水灌溉股份有限公司，上海 201515)

0 引 言

自上世紀(jì)中期以來，全球氣候急劇變化，全球變暖已是十分明確的結(jié)論[1]。IPCC第5次評估報告指出1880～2012年全球平均地表溫度升高了0.85 ℃，近30 a持續(xù)高于1850年，并預(yù)估未來全球氣候變暖仍將持續(xù)[2,3]。氣候的急劇變化導(dǎo)致高溫干旱、暴雨洪澇等極端天氣頻發(fā)[4]，且強(qiáng)度不斷加劇，全球氣候變化正在多尺度、多方位、多層次地影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和人類生活。因此，深入研究全球氣候變化下各氣象因子的變化規(guī)律及相互作用機(jī)制，有助于探明未來氣候變化趨勢，為氣候變化背景下制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)防災(zāi)保產(chǎn)措施提供有效、科學(xué)的指導(dǎo)。

在全球變暖影響下，中國的氣候已經(jīng)發(fā)生顯著變化。國家氣候變化評估報告中指出，近100 a來中國年平均地表溫度明顯增加，升幅約為0.5～0.8 ℃，近50 a增溫尤其明顯，高于全球平均速率；近100 a和近50 a降水變化趨勢不顯著，但年際間波動較大[5]。胡琦等[6]發(fā)現(xiàn)1961-2014年中國氣候經(jīng)歷了3次由變濕到變干的過程，不同區(qū)域間干濕狀況變化差異很大。王英等[7]發(fā)現(xiàn)中國年均降水量在20世紀(jì)60-90年代有顯著下降的趨勢，但在90年代后期逐漸出現(xiàn)上升，北方地區(qū)出現(xiàn)變濕的跡象，而華北和東北南部地區(qū)表現(xiàn)出持續(xù)干旱的跡象。西北地區(qū)深居我國內(nèi)陸，地形復(fù)雜，是我國最典型的干旱地區(qū)，也是全球同緯度最干旱的地區(qū)之一[8]，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境和系統(tǒng)對氣候變化極其敏感，水資源缺乏極大程度上限制了社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境發(fā)展。近年來，在全球氣候變化影響下，西北地區(qū)氣候發(fā)生了顯著變化，引起大量學(xué)者關(guān)注。王亞敏等[9]發(fā)現(xiàn)1960-2005年西北地區(qū)低云量呈由東南向西北遞減的空間分布趨勢，且其與降水、相對濕度呈顯著正相關(guān)。李凈等[10]研究發(fā)現(xiàn)1990-2012年西北地區(qū)年輻射呈現(xiàn)“中部高，東西部低”的空間分布態(tài)勢。張翀等[11]研究發(fā)現(xiàn)1962-2000年西北地區(qū)的降水量表現(xiàn)出一定的周期性，空間上呈由東南向西北遞減的趨勢，整體呈上升態(tài)勢。

目前關(guān)于西北地區(qū)氣候因素的研究多局限于單個氣象因子[9-14]，尚未有對多個氣象因子相互作用下的氣候變化特征進(jìn)行深入研究的報道。因此，本文擬對近50 a來西北地區(qū)的氣溫、風(fēng)速、輻射、相對濕度、降水量等氣象因子的變化規(guī)律進(jìn)行分析，探究其對氣候變化的響應(yīng)特征，有助于減緩氣候變化負(fù)面影響并為相關(guān)防災(zāi)減災(zāi)政策制定提出有效建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西北地區(qū)地處青藏高原北部和東北部，是中國最典型的干旱地區(qū)[15]，面積約為中國國土面積的1/3，包括陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)及內(nèi)蒙古自治區(qū)西部。為保證氣象數(shù)據(jù)的可靠性和代表性，在選取站點(diǎn)時排除缺測較多的站點(diǎn)，對一些站點(diǎn)進(jìn)行插值處理，并確保選站在整個區(qū)域分布均勻，最終篩選出該區(qū)69個代表性站點(diǎn)(見圖1)1966-2016年的逐日氣象資料(氣象資料來源于中國氣象共享服務(wù)網(wǎng))，包括2 m處風(fēng)速、太陽輻射(使用Angstrom公式[16]由日照時數(shù)推算得出)、相對濕度(RH)、降水(P)以及日平均氣溫(Tmean)，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。

圖1 西北地區(qū)站點(diǎn)分布Fig.1 Northwest site distribution

1.2 研究方法

1.2.1 Mann-Kendall檢驗(yàn)

Mann-Kendall(M-K)檢驗(yàn)法屬于非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，對于不服從一定分布規(guī)律的樣本數(shù)據(jù)，使用該檢驗(yàn)可有效減少異常值干擾，并且可定量分析時間變化趨勢[17,18]。大多數(shù)氣象水文數(shù)據(jù)不滿足從一分布且多為偏態(tài)，因此非常適合使用M-K檢驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而且可靠度高、運(yùn)用簡便，目前該方法被世界氣象組織(World Meteorological Organization，WMO)推薦并廣泛應(yīng)用于氣象資源領(lǐng)域。因此采用M-K檢驗(yàn)法對西北地區(qū)各氣象因子進(jìn)行時間序列趨勢分析和突變規(guī)律研究，其主要計(jì)算公式為[11]：

式中：xk和xt為樣本數(shù)據(jù)值；n為數(shù)據(jù)集合長度；t為時間序列。

具體使用方法可參考文獻(xiàn)[19]。

1.2.2 小波分析

小波分析(wavelet analysis)基于Fourier分析，能明確揭示時間序列的多種變化規(guī)律并定性預(yù)估研究樣本的未來發(fā)展趨勢，該時頻局部變化分析方法近年來發(fā)展較快，目前在多個工程應(yīng)用領(lǐng)域如信號處理、大氣科學(xué)等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。本文采用Morlet小波分析研究西北地區(qū)各氣象因子的多時間尺度周期變化規(guī)律，其連續(xù)小波變換為：

由于文章篇幅有限，此處不具體列出計(jì)算步驟，詳細(xì)方法參見文獻(xiàn)[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 西北地區(qū)近50 a氣象因子時間變化趨勢

2.1.1 年內(nèi)變化

表1為西北地區(qū)近50 a各氣象因子月均值。為更好分析各氣象因子年內(nèi)變化，此處采用月傾向率說明年內(nèi)變化趨勢。表1顯示，風(fēng)速在年內(nèi)呈先增大后減小變化規(guī)律，整體以0.029 7 m/(s·m)的月傾向率降低，最大值(2.21 m/s)發(fā)生在4月，最小值(1.38 m/s)在12月；輻射在年內(nèi)呈先上升后下降的單峰趨勢，月傾向率為﹣0.224 1 MJ/(m2·d·m)，6月出現(xiàn)最大值(23.39 MJ/(m2·d))，12月出現(xiàn)最小值[8.29 MJ/(m2·d)]；相對濕度在年內(nèi)表現(xiàn)為年末、年初高于年中，月均值為50.03%，月傾向率為0.829 4%/m；降水量在年內(nèi)呈先上升后下降趨勢，降水量主要集中在5-9月，月均值為19.24 mm，7月最大(48.51 mm)、1月最小(2.78 mm)，月傾向率為0.805 5 mm/m；氣溫在年內(nèi)呈先上升后下降的單峰趨勢，7月最大(21.28 ℃)、1月最小(-9.33 ℃)，月傾向率為0.536 7 ℃/m，月均值為7.31 ℃。

表1 西北地區(qū)近50 a氣象因子月均值Tab.1 Monthly mean value of meteorological factors for the last 50 years in Northwest China

2.1.2 年際變化

圖2為西北地區(qū)近50 a氣象因子年際變化趨勢及M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果。圖2(a1)顯示，近50 a來風(fēng)速整體呈下降趨勢，傾向率為-0.105 m/(s·10 a)，最大值(2.11 m/s)出現(xiàn)在1972年，最小值(1.54 m/s)出現(xiàn)在2002年，多年平均值為1.74 m/s，波動范圍為1.54～2.11 m/s。圖2(a2)顯示，風(fēng)速整體呈較明顯的下降趨勢,僅在1968-1978年呈不顯著(P>0.05)局部上升趨勢，其余年份均呈下降趨勢，1983-1984年降幅顯著(P<0.05)，1985-2016年降幅極顯著(P<0.01)，在1984年出現(xiàn)突變點(diǎn)，突變后下降趨勢明顯增大。

圖2(b1)顯示，近50 a來輻射整體呈下降趨勢，傾向率為-0.054 MJ/(m2·d·10 a)，最大值(16.77 MJ/(m2·d))出現(xiàn)在1997年，最小值(15.89 MJ/(m2·d))出現(xiàn)在1992年，多年平均值為16.31 MJ/(m2·d)，波動范圍為15.89～16.77 MJ/(m2·d)。圖2(b2)顯示，輻射在1966-1974年呈不顯著的局部上升趨勢，1974年后開始下降，在1987-1988、1990-1991年降幅顯著(P<0.05)，1992-2016年降幅極顯著(P<0.01)，在1981年出現(xiàn)突變點(diǎn)，突變前呈不顯著上升趨勢，突變后呈下降趨勢，1981-1989年降幅逐漸增加，1990-2016年降幅趨于穩(wěn)定。

圖2(c1)顯示，近50 a來相對濕度整體呈下降趨勢，傾向率為-0.378%/(10 a)，1967年最大(53.19%)，2013年最小(47.10%)，多年平均值為50.05%，波動范圍為47.10～53.19%。圖2(c2)顯示，相對濕度在1966-1975年呈局部緩增趨勢，在1976-2016年呈下降趨勢，且降幅逐漸增大，1986-1987年降幅顯著(P<0.05)，1988-2016年降幅極顯著(P<0.01)，在1991年出現(xiàn)突變點(diǎn)，整體下降趨勢較明顯。

圖2(d1)顯示，近50 a來降水整體呈上升趨勢，傾向率為4.9 mm/(10 a)，2016年出現(xiàn)最大值(273.68 mm)，1997年出現(xiàn)最小值(186.44 mm)，多年均值為230.70 mm，波動范圍為186.44～273.68 mm。圖2(d2)顯示，降水在1966-1977、1986-1987年呈局部下降趨勢，但降幅不顯著(P>0.05)，其余年份均呈上升趨勢，2013-2015年增幅顯著(P<0.05)，2016年增幅極顯著(P<0.01)，2010年出現(xiàn)突變點(diǎn)，突變前增幅不顯著，突變后上升趨勢明顯增加。

圖2(e1)顯示，近50 a來氣溫以0.427 ℃ /(10 a)的傾向率呈上升趨勢，最大值(8.64 ℃)出現(xiàn)在2016年，最小值(5.79 ℃)在1967年，多年均值為7.37 ℃，波動范圍為5.79～8.64 ℃。圖2(e2)顯示，氣溫在1966-1970年呈局部下降趨勢，降幅不顯著(P>0.05)，1970年后進(jìn)入上升階段，1980-1981、1987-1988年增幅顯著(P<0.05)，1989-2016年增幅極顯著(P<0.01)，僅在1984-1986年增幅有減緩現(xiàn)象，突變點(diǎn)發(fā)生在1991年，突變后上升趨勢明顯增大。

2.2 周期變化

將西北地區(qū)近50 a氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理，再進(jìn)行Morlet小波變換分析其多時間尺度周期變化規(guī)律，得到各氣象因子的小波變換系數(shù)時頻分布圖及小波方差(見圖3)。

圖3(a1)表明，風(fēng)速周期在近50 a內(nèi)以25～29 a的時間尺度最為密集，小波系數(shù)正負(fù)交替，中心時間尺度為28 a，同時在1966-1985年存在15～18 a的周期表現(xiàn)，中心尺度為18 a；1985-2010年20～23 a的周期表現(xiàn)較明顯，中心時間尺度為22 a。由小波方差圖[見圖3(a2)]可知，小波方差最大值對應(yīng)時間尺度為28 a，因此風(fēng)速在28 a時間尺度下振蕩最為劇烈，28 a為其變化的第1周期，22、18 a為第2、3周期。

圖2 西北地區(qū)近50 a各氣象因子年際變化趨勢及Mann-Kendall突變檢驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Interannual trends of meteorological factors and Mann-Kendall mutation test results in the past 50 years in Northwest China

圖3 西北地區(qū)近50 a各氣象因子小波變換系數(shù)時頻分布圖及小波方差圖Fig.3 Time-frequency distribution and wavelet variance map of wavelet transform coefficients for each meteorological factor in the past 50 years in Northwest China

圖3(b1)表明，輻射在1985-2000年出現(xiàn)20～23 a的周期變化，但表現(xiàn)較弱，中心尺度為22 a；而在50 a內(nèi)以25～30 a的時間尺度最為密集，小波系數(shù)正負(fù)交替，中心時間尺度為28 a；在28a時間尺度對應(yīng)下的小波方差達(dá)到最大，因此28 a為變化的第1周期，22 a為第2周期[見圖3(b2)]。

圖3(c1)表明，相對濕度在1975-2005年以20～23 a的時間尺度較密集，在1995-2016年以14～16 a的時間尺度較密集，中心尺度分別達(dá)到22、15 a；但在近50 a內(nèi)，26～29 a的周期變化表現(xiàn)最為明顯，且以28 a時間尺度振蕩最為劇烈，小波方差達(dá)到最大，因此28 a為變化的第1周期，22、15 a分別為第2、3周期[見圖3(c2)]。

圖3(d1)表明，降水在1976-2008年出現(xiàn)較明顯的19～24 a的周期變化，中心尺度為22 a，在1995-2016年表現(xiàn)10～15 a的周期變化，中心尺度為13 a，而在50 a內(nèi)，周期變化以25～30 a的時間尺度最為密集，且在28 a時間尺度的小波系數(shù)正負(fù)交替最明顯，振蕩最為強(qiáng)烈，因此28 a為降水變化的第1周期，22、13 a為第2、3周期[見圖3(d2)]。

圖3(e1)表明，溫度在1972-2010年12～15 a周期變化比較明顯，1982-2000年5～7 a的周期變化也較明顯，中心尺度分別為14、6 a，在近50 a內(nèi)以25～30 a的時間尺度最為密集，在28 a處小波系數(shù)正負(fù)交替最為明顯，28 a為中心尺度，且在28 a時間尺度下的小波方差達(dá)到最大，因此28 a為第1周期，14、6 a為第2、3周期[見圖3(e2)]。

2.3 西北地區(qū)氣象因子空間分布特征

圖4為西北地區(qū)近50 a選取站點(diǎn)各氣象因子的空間分布情況。圖4(a)顯示，近50 a來西北地區(qū)風(fēng)速空間分布整體連續(xù)性不強(qiáng)，受地形條件的的影響，山谷、高山以及平原處風(fēng)速較大，盆地、高原背風(fēng)坡的風(fēng)速較小，大部分區(qū)域的平均風(fēng)速都在1 m/s以上，風(fēng)速大值區(qū)主要位于西北地區(qū)東南部，整個區(qū)域出現(xiàn)了2個較明顯的大值中心，分別位于青海的伍道梁站(35°22′N、93°08′E)和甘肅的馬鬃山站(41°80′N、97°03′E)。圖4(b)顯示，近50 a輻射呈明顯的由中部向東西兩側(cè)遞減的趨勢，從整個西北地區(qū)來看輻射量分布為東部大西部小，其中大值區(qū)主要集中在青海省北部、甘肅西北部以及內(nèi)蒙古西部區(qū)域，新疆北部為輻射的小值分布區(qū)，空間分布并沒有突出的大值中心，2個小值中心分別位于內(nèi)蒙古的包頭站(40°67′N、109°85′E)、新疆的巴侖臺站(42°73′N、86°30′E)。圖4(c)顯示，相對濕度呈中部小兩側(cè)大的空間分布態(tài)勢，濕度低值區(qū)集中在新疆、青海、甘肅交界處以及內(nèi)蒙古東部分區(qū)域，新疆西北和西北全區(qū)東南部相對濕度有增加趨勢，整個西北地區(qū)相對濕度指數(shù)較低。圖4(d)顯示，近50 a年降水呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢，新疆吐魯番盆地東部以及塔里木盆地中東部分布最少，并以此為中心向外逐漸增加，降水最多區(qū)域分布在西北地區(qū)東南部，而新疆西北部亦有增加趨勢。圖4(e)顯示，近50 a來整個西北地區(qū)氣溫偏高，大部分區(qū)域年平均氣溫均在5 ℃以上，青海省溫度空間分布低于其他省份，氣溫高值區(qū)分布在新疆吐魯番和塔里木盆地大部分區(qū)域，2個大值中心分別是新疆的吐魯番站(42°93′N、89°20′E)和和田站(37°13′N、79°93′E)，2個較明顯的小值中心都位于青海省內(nèi)，分別是瑪多站(34°92' N、98°22' E)和伍道梁站(35°22′N、93°08′E)。

圖4 西北地區(qū)近50 a各氣象因子空間分布特征Fig.4 Spatial distribution characteristics of meteorological factors in the past 50 years in Northwest China

2.4 相關(guān)性分析

表2為西北地區(qū)近50 a各氣象因子的相關(guān)性分析結(jié)果。表2顯示，風(fēng)速與輻射和相對濕度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與氣溫呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，僅與相對濕度呈負(fù)相關(guān)。輻射除與相對濕度呈負(fù)相關(guān)，與其余因子均呈正相關(guān)關(guān)系，且與風(fēng)速、降水和氣溫的相關(guān)性都達(dá)極顯著水平(P<0.01)。相對濕度與風(fēng)速呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性達(dá)極顯著水平(P<0.01)，其與輻射、降水及氣溫也呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性均未達(dá)顯著水平。降水與風(fēng)速、輻射及氣溫正相關(guān)，且與輻射和氣溫相關(guān)性達(dá)極顯著水平(P<0.01)，與相對濕度成不明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。氣溫僅與相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其他因子均呈正相關(guān)關(guān)系，且與輻射和降水相關(guān)性極顯著(P<0.01)，與風(fēng)速相關(guān)性顯著(P<0.05)。

表2 西北地區(qū)近50 a各氣象因子間的相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficients between meteorological factors in the past 50 years in Northwest China

注：**表示極顯著水平(P<0.01), *表示顯著水平(P<0.05)。

3 討 論

中國西北地區(qū)近50 a平均氣溫為7.37 ℃，呈極顯著上升趨勢[增幅為0.427 ℃/(10 a)]，與全球變暖的增溫趨勢一致[4]。氣溫上升成因復(fù)雜，目前認(rèn)為全球變暖的主要原因是太陽能被大氣層吸收，通過大氣環(huán)流等作用在地球各圈層間進(jìn)行再分配[21]，人類活動也對氣溫變化造成巨大影響，如溫室氣體排放、過度砍伐森林以及臭氧層空洞等也是影響能量分配的重要原因[2]。西北地區(qū)氣溫上升的同時降水量也表現(xiàn)為總體增加趨勢[增幅為4.9 mm/(10 a)]，近50 a西北地區(qū)平均年降水量為230.70 mm，這與張翀等[11]研究結(jié)論相符，說明西北地區(qū)整體降水量呈上升態(tài)勢。西北地區(qū)降水和氣溫表現(xiàn)上升，但風(fēng)速、輻射和相對濕度均呈下降趨勢，其中風(fēng)速和輻射下降趨勢較明顯，而相對濕度總體變化不大，這可能與西北地區(qū)的地形地貌條件有關(guān)。陳勇航等[22]研究發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)總云量高值在天山、昆侖山、祁連山一帶，云層較厚導(dǎo)致長波輻射難以透過，太陽輻射能量降低，當(dāng)太陽能量傳遞到地面，其短波輻射被地面吸收而長波輻射將被反射，此時較厚的云層將阻擋輻射能量逸散[23]，進(jìn)一步導(dǎo)致氣溫上升。

本研究發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)近50 a來各氣象因子都呈周期性變化，波動形式均表現(xiàn)為非線性波動，呈現(xiàn)“增大--減小”的振蕩規(guī)律。氣候變化往往表現(xiàn)為多時間尺度周期振蕩，且小時間尺度的周期變化通常嵌套在大時間尺度周期變化中，不同時間尺度下氣候變化的作用機(jī)制和影響因子不同。目前認(rèn)為大時間尺度上氣候主要受地球軌道參數(shù)周期變化影響，在海洋環(huán)流、海平面、溫室氣體濃度、大氣溶膠含量等相互作用和驅(qū)動下發(fā)生變化[24]，而關(guān)于小時間尺度下的作用機(jī)制尚不明確。因此在當(dāng)前全球氣候急劇變化直接影響糧食安全、水安全、生態(tài)安全的背景下，在大研究范圍下對小時間尺度的變化規(guī)律進(jìn)行深入研究是明確氣候變化趨勢和驅(qū)動因素的積極措施。

各個氣象因子都具有較明顯的空間分布特征，受西北地區(qū)地形分布差異的影響，風(fēng)速空間變化呈現(xiàn)出西部總體較小并有小值中心、中東部風(fēng)值較大并有大值中心和東部分布均勻3個區(qū)域差異。陳少勇等[25]定量分析西北地區(qū)近47 a日照時數(shù)分布特征發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)日照時數(shù)從東南向西北減少，甘肅、青海、新疆交界處是全區(qū)日照的高值區(qū)，日照時數(shù)和太陽輻射成正相關(guān)關(guān)系，日照時數(shù)的增加將導(dǎo)致輻射量的增強(qiáng)，從而輻射在近50 a表現(xiàn)出中部輻射較強(qiáng)的空間分布規(guī)律。受地形地勢的影響，近50 a來氣溫和降水量的空間分布差異較大，新疆地區(qū)的塔里木盆地?fù)碛兴死敻缮衬?，該區(qū)域輻射強(qiáng)、降水極少，是整個西北地區(qū)氣溫分布的高值區(qū)；水汽輸送與地理位置對降水的影響較大，且地形對降水的分配起到一定驅(qū)動作用，西北地區(qū)地形復(fù)雜，高原、平地、盆地、荒漠交替存在，因此導(dǎo)致降水空間分布的明顯差異。

通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)各氣象因子間具有顯著相關(guān)性及復(fù)雜的作用機(jī)制，風(fēng)速與輻射呈極顯著正相關(guān)，大氣氣溶膠含量的增加是輻射量減少的主要原因[25]，風(fēng)速增大有利于氣溶膠的擴(kuò)散，從而可能增強(qiáng)地表太陽輻射，此外風(fēng)速與相對濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)，風(fēng)速變化引起水汽壓差的顯著變化，由于風(fēng)速的增大導(dǎo)致水汽壓差增大從而相對濕度下降，但在本研究中風(fēng)速與相對濕度同呈下降趨勢，綜合考慮其他因子影響因素，氣溫的顯著上升對相對濕度的減少作用掩蓋了風(fēng)速、輻射減少對相對濕度的增大作用，最終導(dǎo)致濕度下降。輻射除與風(fēng)速極顯著正相關(guān)外，還與氣溫和降水極顯著正相關(guān)，氣溫越高通常意味著日照時數(shù)較長且空氣中云水含量較少，將進(jìn)一步引起輻射的增強(qiáng)。另外氣溫與相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是由于溫度越高將導(dǎo)致飽和水汽壓越大，從而引起相對濕度下降。

進(jìn)行深層次的氣候變化趨勢及驅(qū)動因素研究時應(yīng)綜合考慮地理位置、地形地貌條件等因子對氣候變化的影響，本文在進(jìn)行西北地區(qū)氣象因子變化特征分析時未考慮地理因素，存在很大不足，在今后的研究中將從“蒸發(fā)悖論”等更多方面和更大區(qū)域范圍出發(fā)，對氣象因子變化規(guī)律和主導(dǎo)因子進(jìn)行深度探究。

4 結(jié) 論

全球變暖已是不爭的事實(shí)，西北地區(qū)作為中國最典型的干旱地區(qū)，在全球氣候變化背景下已經(jīng)發(fā)生了顯著氣候變化。本文采用線性趨勢、M-K檢驗(yàn)法、Morlet小波分析、GIS反距離加權(quán)插值等分析方法對中國西北地區(qū)近50 a來氣象因子的時空變化特征進(jìn)行分析，主要得到以下結(jié)論。

(1)各氣象因子年際變化趨勢較明顯，風(fēng)速、輻射、相對濕度總體呈下降趨勢，降幅分別為0.105 m/(s·10 a)、0.054 MJ/(m2·d·10 a)和0.378%/(10 a)；而降水與氣溫呈上升趨勢，近50 a來西北地區(qū)年降水量增加了50 mm、年平均溫度上升了2.18 ℃，增幅分別為4.9 mm/(10 a)、0.427 ℃/(10 a)。

(2)各氣象因子在近50 a存在局部突變，均只有一個突變點(diǎn)，但突變發(fā)生時間不同。風(fēng)速突變點(diǎn)發(fā)生在1984年左右，輻射突變點(diǎn)發(fā)生在1981年左右，相對濕度、降水、氣溫突變時間分別在1992、2009、1991年左右。

(3)各氣象因子均存在“增--減”的周期性變化，表現(xiàn)為多時間尺度周期振蕩。風(fēng)速、輻射、相對濕度、降水及氣溫均為非線性波動，呈“增大--減小”的變化規(guī)律，其變化主周期較一致地呈現(xiàn)為28 a，但各氣象因子的小時間尺度周期變化具有差異。

(4)各氣象因子空間分布趨勢明顯，存在區(qū)域性差異。風(fēng)速整體分布不連續(xù)，存在明顯的小值和大值中心；整個西北區(qū)中部輻射強(qiáng)，東西兩側(cè)輻射較弱；相對濕度在西北地區(qū)中部出現(xiàn)3個小值區(qū)，兩側(cè)濕度較高，總體呈中部小兩側(cè)較大的分布趨勢；降水由東南向西北遞減，基本連續(xù)分布；除青海省外西北地區(qū)整體氣溫指數(shù)較高。

(5)各氣象因子間相關(guān)性明顯，響應(yīng)關(guān)系復(fù)雜。風(fēng)速與輻射呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與相對濕度極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；輻射與降水和氣溫均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；降水與氣溫顯著正相關(guān)(P<0.01)；氣溫與風(fēng)速成顯著正相關(guān)(P<0.05)。

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