蒲潔　刁曉蕓　賈健

摘 要：利用1961—2018年新疆地區(qū)國家氣象站逐日最高氣溫和最低氣溫等觀測資料，通過線性回歸、Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)等方法對氣溫日較差（Diurnal Temperature Range，以下簡稱DTR）進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明：年際變化上，新疆地區(qū)15個地（州、市）代表站，除哈密市DTR呈弱上升趨勢外，DTR整體呈現(xiàn)顯著下降趨勢，最大下降值約為0.6℃·10a-1，位于吐魯番市;在空間分布上，DTR大致呈現(xiàn)為新疆地區(qū)西北部下降幅度大，往東南方向逐漸遞減，西北降幅大，東南降幅小的趨勢，新疆地區(qū)的平均DTR下降趨勢不存在顯著的氣候突變點(diǎn)，在近60a一直趨于下降;在不同年代際上，DTR在1960—1970年相對偏大，在2000年個別地區(qū)出現(xiàn)了下降趨勢減緩或停止特點(diǎn);在季節(jié)和逐月時間尺度上，DTR呈現(xiàn)出明顯的年循環(huán)特征，基本上在秋季最大而冬季最小。

關(guān)鍵詞：新疆;氣溫日較差;時間尺度;變化特征

中圖分類號：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

全球氣候正經(jīng)歷著變暖的過程，100a來全球地面平均溫度上升了約0.85℃（IPCC第五次評估報告），我國平均氣溫總體的變化趨勢與全球平均氣溫變化趨勢基本相一致，但溫度增速卻高于世界同期水平[1-2]?，F(xiàn)階段研究表明，全球最高氣溫和最低氣溫均處于升高趨勢，且最低氣溫升高較最高氣溫明顯[3]。這種氣溫日夜升高趨勢不對稱性的存在對全球氣候變化有著重要影響，引起眾多學(xué)者的關(guān)注。氣溫日較差（Diurnal Temperature Range，簡稱DTR）也稱氣溫日振幅，是日最高氣溫與日最低氣溫的差值，DTR作為氣候變化研究的重要指標(biāo)之一，與平均氣溫的變化既有相關(guān)性，又相對獨(dú)立，對DTR進(jìn)行深入研究，能夠提供更多氣候變化相關(guān)信息，反映全球和區(qū)域性的氣溫變化幅度，對人類生存環(huán)境、氣候異常的影響和可持續(xù)發(fā)展研究具有特殊的參考價值[4-5]。近年來，國內(nèi)學(xué)者對DTR的時空變化特征、變化原因及其與氣象因子的關(guān)系做了許多分析。左洪超等[6]、陳文海等[7]在關(guān)于中國1950—2000年氣溫及降水變化的長期趨勢分析中，對我國的溫度變化特征進(jìn)行了比較深入地研究，并指出可能影響溫度變化的影響因子;陳鐵喜等[8]利用近50a的氣溫觀測資料對中國氣溫日較差進(jìn)行分析，指出我國DTR整體上呈下降趨勢，DTR平均減小幅度低緯度地區(qū)小于高緯度地區(qū);曹言等[9]利用最高、最低氣溫、年平均氣溫等資料，結(jié)合Mann-Kendall突變檢測和小波分析法對DTR進(jìn)行分析，得出云南省年平均、春季、夏季和冬季DTR整體呈減少趨勢，秋季呈上升趨勢;此外，還有很多學(xué)者開展了中國西北地區(qū)及青藏高原地區(qū)DTR變化方面的研究工作[10-15]。

對于新疆地區(qū)的氣溫日較差研究工作，白松竹等[16]指出阿勒泰地區(qū)四季日較差呈顯著減小趨勢，其中冬季最為明顯;劉強(qiáng)吉等[17]利用新疆額爾齊斯河流域氣象站點(diǎn)的氣溫數(shù)據(jù)，得出最低氣溫的快速升高和最高氣溫的緩慢升高是額爾齊斯河流域DTR減小的直接原因，影響流域DTR的主要因子為平均氣溫、降水量和平均風(fēng)速。上述研究工作的開展，多針對新疆局地區(qū)域，而對于整個新疆地區(qū)DTR的變化情況無具體描述。因此，本文利用1961—2018年新疆地區(qū)國家級氣象站點(diǎn)的逐日觀測資料，計(jì)算并分析DTR的時空變化特征，可為掌握地區(qū)氣候變化規(guī)律、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境改善提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

本文使用的氣象資料來自新疆地區(qū)所屬國家氣象站的最高溫度、最低溫度觀測數(shù)據(jù)，依據(jù)資料的連續(xù)性及最長時段性等標(biāo)準(zhǔn)，其中由于建站時間的不同，為保證各站數(shù)據(jù)在分析中的一致性，選取1961年1月1日—2018年12月31日共58a的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這期間部分站由于建站時間較晚缺測值較多而被剔除，選取剩余的96站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆地區(qū)海拔及站點(diǎn)地理分布

新疆維吾爾自治區(qū)地理范圍大，地形差異顯著，人口分布和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)有很大的差異性。從所選取的國家氣象觀測站（圖1）海拔高度分布可以看出，新疆境內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)的海拔高度相差較大，海拔最低的為吐魯番市，海拔高度<100m，天山山區(qū)部分站點(diǎn)海拔高度>3000m，但總體上看，大多站點(diǎn)分布在海拔較低、坡度相對較為平緩的地帶。這些站點(diǎn)所在的區(qū)域，大部人口分布較為稠密，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動相對發(fā)達(dá)，也在一定程度上表明選取這些站點(diǎn)進(jìn)行研究的合理性。圖中紅色站點(diǎn)為新疆地區(qū)15個地（州、市）的代表站點(diǎn)。

2.2 新疆地區(qū)年平均DTR的年際變化特征

對新疆地區(qū)15個地（州、市）代表站點(diǎn)1961—2018年間年DTR進(jìn)行分析（圖2），可以看出，除東疆地區(qū)的哈密市（圖2f）呈現(xiàn)弱上升趨勢（0.07℃·10a-1），其余地（州、市）代表站點(diǎn)均呈現(xiàn)出一致下降趨勢，DTR下降最明顯的出現(xiàn)在吐魯番（圖2g），下降趨勢為0.6℃·10a-1;其次為昌吉，下降趨勢為0.4℃·10a-1。除阿勒泰（圖2d）DTR下降趨勢變化不明顯（約為0.01℃·10a-1）外，在呈下降趨勢的14個站中，有6個站（烏魯木齊、阿克蘇、吐魯番、和田、昌吉、塔城）下降幅度大于0.3℃·10a-1，5個站（石河子、喀什、伊寧、庫爾勒、克拉瑪依）下降幅度在0.2～0.3℃·10a-1之間。

上述DTR呈現(xiàn)下降趨勢的各站中，大部分站都表現(xiàn)出一致、連續(xù)的下降趨勢，但是個別站（如昌吉）雖然下降值較大，在近些年其趨勢卻是呈現(xiàn)上升的。大致在2000年之后，昌吉的DTR由歷史最低值約10℃上升到早期（如1960年）的14℃左右，單獨(dú)看2010年之后和1960年，其DTR幾乎保持不變。這一特征說明不同站的DTR在下降趨勢還有一定的年代際變化特征。

由于DTR下降的幅度在各站表現(xiàn)并不一樣，因此為得到DTR下降趨勢在整個新疆區(qū)域內(nèi)的分布，進(jìn)一步針對分析新疆地區(qū)國家氣象站點(diǎn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖3），1961—2018年除北疆北部、南疆西部及東疆地區(qū)的個別區(qū)域外，新疆地區(qū)年平均的DTR基本上都呈減小趨勢。其中，DTR減小最大的地區(qū)位于東疆地區(qū)的哈密市西北部，為0.8～0.9℃·10a-1，各站DTR下降范圍大致在0.01～0.6℃·10a-1。計(jì)算結(jié)果表明，新疆地區(qū)的平均DTR年際時間序列（圖略）也呈現(xiàn)出顯著減小的特征，減小值為0.3℃·10a-1。

整體上，這與陳鐵喜[9]等指出的我國DTR整體呈下降趨勢研究結(jié)果是一致的。

為進(jìn)一步確定新疆地區(qū)DTR的趨勢變化，使用Mann-Kendall趨勢突變檢驗(yàn)方法對上述地區(qū)DTR時間序列進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)（結(jié)果如下圖4和圖5所示），分別為15個代表站和新疆地區(qū)96站平均的檢驗(yàn)結(jié)果。由圖4可見，在15個代表站中除喀什、阿勒泰、哈密、昌吉、阿圖什之外，各站DTR時間序列均沒有明顯的趨勢突變時間，在過去近60a呈現(xiàn)為一致的下降趨勢。上述各站中，如果按照不同的年代來看，哈密大致在2000年前無明顯的趨勢變化（UF和UB線表現(xiàn)不一致），2000年后開始出現(xiàn)弱的上升趨勢;除哈密外，剩余的14站在1960年及之后的一段時間全部呈現(xiàn)下降趨勢（UF和UB線均<0），在1990—2000年，其下降趨勢變得不再明顯（喀什、阿勒泰、昌吉、阿圖什、庫爾勒等）。

圖5為新疆地區(qū)所有站（96站）平均的DTR時間序列Mann-Kendall方法趨勢檢驗(yàn)結(jié)果。可見自1961—2010年UF和UB線均<0，表明新疆地區(qū)整體上DTR呈現(xiàn)出一致的下降趨勢;并且兩者的交點(diǎn)位于=1.96之外，說明新疆地區(qū)平均的DTR下降趨勢不存在顯著的氣候突變點(diǎn)，在過去近60a來DTR一直在下降。

2.3 新疆地區(qū)DTR的年代際變化特征

為了得到年平均DTR在不同年代際大致的演變情況，選取1971—2000年作為氣候平均的參考時期，計(jì)算得到年平均DTR在不同年代際（最近一個年代為2010—2018年）的異常場分布（圖6），可以看出，新疆地區(qū)各地在不同年代際之間DTR的變化特征，1960—1970年（圖6a、6b）新疆地區(qū)年平均的DTR異常場相對于氣候態(tài)（1971—2000年）呈現(xiàn)出較為明顯的偏大（最大約1.5℃）;這與各代表站趨勢檢驗(yàn)的結(jié)果是保持一致的，即在1960—1970年新疆地區(qū)的DTR整體上相對氣候態(tài)偏大，因此在之后一段時間內(nèi)DTR均呈現(xiàn)下降趨勢。在圖6c、6d中表現(xiàn)為DTR異常值開始減小，并逐漸開始相對于氣候值偏暖，說明DTR趨勢的下降是持續(xù)的，這一趨勢持續(xù)到2000年左右，以哈密—巴州—阿克蘇地區(qū)一線為代表的部分地區(qū)DTR異常值和整體表現(xiàn)開始相反（圖6e、6f紅色部分），表明在其它地區(qū)DTR由于不斷下降從而相對氣候值開始偏小時，這些地區(qū)的DTR下降趨勢停止，反而開始增加（圖6e、6f紅色部分），這與上述Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)方法得到的結(jié)果一致，并確定了DTR下降趨勢發(fā)生逆轉(zhuǎn)地區(qū)的范圍。

2.4 新疆地區(qū)DTR的逐月的變化分析

新疆地區(qū)地處西北，晝夜溫差大、四季分明，因此DTR有顯著的年循環(huán)，DTR年平均值取決于DTR在不同月份的演變。為確定DTR在年循環(huán)中逐月相對變化的大小，給出了氣候平均的DTR逐月演變（圖7），可以看出，在1a中的不同月份均是北疆地區(qū)DTR較小而南疆地區(qū)的DTR較大。在逐月DTR演變過程中，整個新疆地區(qū)的DTR的最大值基本上出現(xiàn)在9月份，在達(dá)到最大值之后開始迅速減小，于12月達(dá)到1a中的最小值。夏季（6—8月）的3個月DTR分布僅是次大的。這說明，新疆地區(qū)DTR年平均序列中，冬季和夏季是對DTR影響最大的2個季節(jié)。

3 結(jié)論

從年際變化上看，新疆地區(qū)15個地（州、市）代表站，除哈密市DTR呈弱上升趨勢外，DTR整體呈現(xiàn)顯著下降趨勢，最大下降值約為0.6℃·10a-1，位于吐魯番市。

從空間分布上看，除北疆北部、南疆西部及東疆地區(qū)的個別區(qū)域外，新疆地區(qū)的年平均DTR整體呈減小趨勢，總體趨勢下降0.3℃·10a-1。

新疆地區(qū)的平均DTR下降趨勢不存在顯著的氣候突變點(diǎn)，在近60a一直趨于下降。

在不同年代際上，DTR在1960—1970年相對偏大，在2000年后個別地區(qū)出現(xiàn)下降趨勢減緩或停止特點(diǎn)。

在DTR逐月演變上，DTR在1—9月持續(xù)增大，后迅速減小，至12月達(dá)到最小值。

參考文獻(xiàn)

[1]?王紹武，龔道溢.氣候變暖問題爭議的分析[J].地理研究，2001，20（02）：153-160.

[2]David R E，Briony H，Philip D J，et al.Maximum and minimum temperature trends for the globe[J].Science，1997，277（5324）：364-367.

[3]?史培軍，孫劭，汪明，等.中國氣候變化區(qū)劃（1961—2010年）[J].中國科學(xué)，2014，44（10）：2294-2306.

[4]?周宇，史軍，孫國武，等.1873—2009年上海氣溫日較差變化及其影響因素[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2012，28（01）：24-30.

[5]?王凱，陳正洪，劉可群，等.華中區(qū)域1960—2005年平均最高、最低氣溫及日較差的變化特征[J].氣候與環(huán)境研究，2010，15（04）：418-424.

[6]?左洪超，呂世華，胡隱樵.中國近50年氣溫及降水量的變化趨勢分析[J].高原氣象，2004，23（02）：238-244.

[7]?陳文海，柳艷香，馬柱國.中國1951—1997年氣候變化趨勢的季節(jié)特征[J].高原氣象，2002， 21（03）：252-257.

[8]?陳鐵喜，陳星.近50年中國氣溫日較差的變化趨勢分析[J].高原氣象，2007，26（01）：150-157.

[9]?曹言，王杰，柴素盈，等.1970—2014年云南省氣溫日較差變化特征及影響因子[J].水土保持研究，2018，25（06）：100-108.

[10]?范麗軍，韋志剛，董文杰.西北干旱區(qū)地氣溫差的時空特征分析[J].高原氣象，2004，23（03）： 360-367.

[11]?馬曉波，李棟梁.青藏高原近代氣溫變化趨勢及突變分析[J].高原氣象，2003，22（05）：507-512.

[12]?蔡英，李棟梁，湯懋蒼，等.青藏高原近 50 年來氣溫的年代際變化[J].高原氣象，2003，22（05）：464-470.

[13]?李躍清，李崇銀.青藏高原東側(cè)地區(qū)夏季氣溫變化及其可能成因[J].高原氣象，2003，22（S1）：24-31.

[14]?馬鵬里，王若升，王寶靈，等.我國西北地區(qū)地面最高和最低氣溫變化及分布的特征[J].高原氣象， 2002，21（05）：509-513.

[15]?李躍清.近40年青藏高原東側(cè)地區(qū)云、日照、溫度及日較差的分析[J].高原氣象，2002， 21（03）：327-332.

[16]?白松竹，李煥，田忠峰.阿勒泰地區(qū)氣溫日較差的氣候變化特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2012，28（02）：77-80.

[17]?劉淑慧.松嫩平原蘇打鹽堿地滴灌土壤水鹽調(diào)節(jié)機(jī)制與鹽堿化草場恢復(fù)重建方法研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院，2012.

（責(zé)任編輯 周康）