趙曉萌，蔡新玲，衛(wèi)星君，李 明

(1.陜西省氣象局秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710016；2.陜西省氣候中心，西安 710014；3.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

IPCC第五次評(píng)估報(bào)告(AR5)明確指出，全球氣候系統(tǒng)變暖的事實(shí)是毋庸置疑的，1880到2012年全球海陸表面平均溫度升高了0.85 ℃[1-2]，1951—2017年中國(guó)陸地區(qū)域年平均氣溫也呈顯著上升趨勢(shì)增，增溫速率為0.24 ℃/10 a，近20年是20世紀(jì)以來(lái)的最暖時(shí)期[3-6]，有研究指出不同地區(qū)氣溫的變化趨勢(shì)并不一致，北方地區(qū)增暖明顯[7]。我國(guó)氣溫年際變化和變化趨勢(shì)存在明顯的地區(qū)、季節(jié)差異。在總趨勢(shì)升高的基礎(chǔ)上，具有前期降溫、后期升溫、冬季升溫、夏季降溫等特點(diǎn)[8]。

在氣候?qū)W中，四季的劃分取決于氣溫的變化。氣溫升高，導(dǎo)致在一定標(biāo)準(zhǔn)條件下的四季起止時(shí)間和長(zhǎng)度也發(fā)生明顯的改變，而四季的時(shí)空變化對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。四季變化在空間上存在較大的區(qū)域性差異，表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性[9-10]。地處我國(guó)西北甘肅、寧夏、青海四省區(qū)春、夏季起始日序呈提前，秋、冬季起始日序呈延遲特征[10]。陜西地處青藏高原東北側(cè)的中國(guó)大陸腹地，四季分明，是氣候變化的敏感區(qū)域之一，該區(qū)域的氣候變化也受到眾多學(xué)者的關(guān)注。本文主要分析研究氣候變暖在區(qū)域和季節(jié)上的差異，分析陜西省近年四季起始日期、長(zhǎng)度、平均氣溫及其相應(yīng)的變化趨勢(shì)，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的合理配置和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)布局的合理調(diào)整等具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家信息中心，為1961—2017年逐日平均氣溫資料。氣象站分布如圖1。

圖1 陜西省氣象站分布

1.2 陜西省四季劃分方法

天文四季具有理論意義，氣候四季具有實(shí)用價(jià)值。為使季節(jié)劃分能更好地反應(yīng)陜西各地的氣候寒暖且符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，采用中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[11]氣候季節(jié)的劃分方法，以5日滑動(dòng)平均氣溫作為四季起始和結(jié)束的指標(biāo)。計(jì)算5 d 滑動(dòng)平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，再以滑動(dòng)平均中滿(mǎn)足上述四季溫度閾值的第一天作為四季起始日[12]。如果根據(jù)上述判定的初日比平均初日早15 d以上，需作二次判斷，則需計(jì)算至再一次出現(xiàn)連續(xù)5 d滑動(dòng)平均氣溫達(dá)到閾值，兩次過(guò)程之間，滿(mǎn)足季節(jié)閾值范圍的日數(shù)≥不滿(mǎn)足的閾值范圍內(nèi)的日數(shù)，則以初次判斷的初日為準(zhǔn)，否則以第二次判斷的初日為準(zhǔn)[13]。得到每個(gè)站點(diǎn)每年的四季起始時(shí)間、長(zhǎng)度、平均氣溫，計(jì)算各臺(tái)站1981—2010年的四季平均起始日期和長(zhǎng)度及1961—2017年氣候傾向率，再以GIS為平臺(tái)分析陜西四季變化特征。

2 陜西省四季氣候特征

2.1 四季起始日期

陜西省四季多年平均起始日期與緯度和海拔高度有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖2)。漢江河谷地帶3月23日前進(jìn)入春季，是陜西省春季開(kāi)始最早的地區(qū)；秦嶺南麓淺山區(qū)、關(guān)中大部和陜北黃河沿線3月24日—4月2日入春；隨著氣溫逐漸升高，陜北黃土高原溝壑區(qū)自東向西逐步入春，位于秦嶺北側(cè)海拔高度1 543 m的太白 4月19日入春，而海拔高度2 064.9 m的華山5月1日入春，表明秦嶺山區(qū)為全省最晚入春區(qū)域。

圖2 陜西省多年平均四季起始日期空間分布

陜西漢江河谷地帶、關(guān)中平原和陜北黃河沿線于5月29日—6月9日間進(jìn)入夏季；6月上旬全省海拔高度1 000 m以下的地區(qū)入夏；海拔高度在1 100 m的陜北黃土溝壑區(qū)和秦巴山區(qū)于6月中旬、下旬陸續(xù)入夏。值得注意是就多年平均而言，宜君、華山和太白常年無(wú)夏季。

陜西省入秋起始日期表現(xiàn)為自陜北北部向關(guān)中、陜南推進(jìn)。陜北北部海拔高度1 600 m以上的地區(qū)率先于7月24—8月3日入秋；陜北黃土高原溝壑區(qū)和秦嶺淺山區(qū)8月14日；關(guān)中、漢江河谷地帶入秋時(shí)間在9月3—13日。

陜西入冬時(shí)間總體為北早南遲。海拔高度較高的陜北黃土高原和秦嶺入冬較早，出現(xiàn)在10月2—11日；陜北黃河沿線于10月21—29日入冬；關(guān)中、陜南入冬較遲，11月8日以后，其中安康、旬陽(yáng)、白河入冬最遲，出現(xiàn)在11月17日。

2.2 四季平均長(zhǎng)度

陜西省春、夏兩季長(zhǎng)度相當(dāng)，冬季最長(zhǎng)，秋季最短(圖3)。陜西春季平均有75 d。榆林大部、黃河沿線及關(guān)中中、東部春季最短，只有58～68 d；受到海拔高度的影響，延安大部和安康大部春季略長(zhǎng)，平均有69～88 d；秦嶺西部山區(qū)、渭北春季較長(zhǎng)，達(dá)到100 d以上；勉縣、佛坪最長(zhǎng)，達(dá)到108 d。夏季平均72 d，延安西部黃土高原夏季最短，只有不到7 d。其中宜君、太白和華山多年平均無(wú)夏季，太白和華山是高山站，而宜君屬于高原地貌，海拔高度雖低于太白和華山，但緯度偏北，日夜溫差較大，屬于山區(qū)氣候。榆林、延安北部以及秦嶺山區(qū)海拔高度1 800 m以上的地區(qū)夏季平均長(zhǎng)度28～67 d，陜北黃河沿線大部、關(guān)中、陜南夏季達(dá)88～107 d。

圖3 陜西省四季多年平均長(zhǎng)度空間分布(單位：d)

陜西秋季平均66 d，為四季最短。榆林北部、延安西部、渭北及秦嶺海拔高度2 000 m以上的山地秋季較長(zhǎng)，達(dá)85～92 d；陜北中部、關(guān)中西部漢江河谷秋季平均長(zhǎng)度為69～84 d；關(guān)中東部、陜北黃河沿線秋季最短，只有53～60 d。陜西冬季平均長(zhǎng)度最長(zhǎng)，達(dá)153 d。陜北大部、渭北、秦嶺高海拔地區(qū)氣溫低，冬季時(shí)間長(zhǎng)達(dá)174～211 d；關(guān)中大部、巴山地區(qū)氣溫稍高，冬季平均長(zhǎng)度為136～173 d；漢江河谷地區(qū)海拔低且平均氣溫高，冬季平均116～135 d。

2.3 四季平均氣溫

春季(圖4)全省平均氣溫16.3 ℃。陜北北部、關(guān)中東部、關(guān)中南部、陜南東部多年平均氣溫為16.9～17.3 ℃；陜北大部、關(guān)中中東部、陜南西部春季平均氣溫為15.5～16.8 ℃；陜北西部、關(guān)中西北部春季氣溫較低，為14.7～15.3 ℃。夏季全省平均氣溫24.0 ℃。陜北北部22.8～25.0 ℃；陜北西部、關(guān)中北部夏季最為涼快，平均氣溫22.1～22.7 ℃；關(guān)中東部24.4～25.7 ℃，關(guān)中西部22.8～25.0 ℃；陜南大部夏季多年平均氣溫23.7～25.7 ℃，其中安康南部地區(qū)最炎熱，為25.1～25.7 ℃。秋季全省平均氣溫15.7 ℃。榆林北部、延安西部、渭北及秦嶺海拔高度2 000 m以上的山地多年平均長(zhǎng)度長(zhǎng)且平均氣溫也高，達(dá)16.8～18.2 ℃；黃河沿線、關(guān)中北部、陜南東部以及漢江河谷地帶秋季平均氣溫較低，只有15.7～16.2 ℃。冬季全省平均氣溫2.8 ℃，多年平均氣溫呈緯向分布，陜北-1.0～2.0 ℃， 關(guān)中大部0.5～3.4 ℃，關(guān)中西南部、陜南大部3.5～6.0 ℃。

圖4 陜西省四季多年平均氣溫空間分布(單位：℃)

2.4 四季變化趨勢(shì)特征

2.4.1 起始日期年際變化 1961—2017年陜西四季起始日(圖5)分析結(jié)果與任妍等[12]研究結(jié)論基本一致。春季起始日期有提前趨勢(shì)，氣候傾向率為-1.9 d/10 a，其中關(guān)中西北部春季起始日期平均每10 a提前2.6～5.0 d，關(guān)中中南部提前0.1～2.5 d，陜南大部提前0.1～2.5 d。關(guān)中、陜北大部通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。陜西夏季起始日期有提前的趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.7 d/10 a，其中延安和秦嶺南北兩側(cè)大部分地區(qū)夏季起始日期每10 a提前0.1 d，陜北北部、關(guān)中南部和陜南中西部地區(qū)提前0～0.4 d左右。陜西秋季起始日期有推后趨勢(shì)，氣候傾向率為0.1 d/10 a。其中關(guān)中平原秋季起始日期每10 a提前0.1～1.6 d，咸陽(yáng)南部、寶雞大部、安康中部以及商洛大部提前0～4.0 d；陜北大部、渭北以及漢中盆地、安康南部推后0～2.0 d，佛坪、宜川推后2.0～4.0 d。陜西冬季起始日期有推后趨勢(shì)，氣候傾向率為0.9 d/10 a。其中延安東部的清澗、關(guān)中銅川、彬縣、旬邑及陜南丹鳳、商南等地冬季起始日期每10 a提前0～2.0 d；全省其他地區(qū)推后0.1～4.4 d，陜北南部的富縣和陜南的平利冬季起始日期推后2.4～4.4 d。

圖5 1961—2017年陜西省四季起始日氣候傾向率(單位為d/10 a；+為通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn))

2.4.2 四季長(zhǎng)度年際變化 近57年陜西春季長(zhǎng)度有延長(zhǎng)趨勢(shì)(圖6)，氣候傾向率為0.9 d/10 a，其中陜北黃河沿線、關(guān)中北部、渭北、寶雞北部以及商洛大部平均每10 a延長(zhǎng)2.0～4.0 d。陜西夏季長(zhǎng)度有延長(zhǎng)趨勢(shì)，氣候傾向率為0.8 d/10 a。其中陜北北部呈延長(zhǎng)趨勢(shì),每10 a延長(zhǎng)1.0～5.0 d，而黃河沿岸、延安南部地區(qū)以及咸陽(yáng)北部的旬邑、淳化等地縮短1.0～5.0 d；關(guān)中大部和漢中地區(qū)則呈現(xiàn)每10 a延長(zhǎng)1.0～3.0 d的趨勢(shì)，陜南的商洛縮短2.0～5.0 d，安康縮短0～1.0 d。關(guān)中的長(zhǎng)安、渭南、潼關(guān)、戶(hù)縣通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。陜西秋季長(zhǎng)度有延長(zhǎng)趨勢(shì)， 氣候傾向率為0.8 d/10 a，其中陜北榆林平均每10 a延長(zhǎng)0～1.0 d，關(guān)中平原延長(zhǎng)0.1～2.3 d，安康、漢中東部延長(zhǎng)0.2～2.5 d。冬季全省一致縮短，氣候傾向率為-2.5 d/10 a，其中陜北西部、 商洛東部、 安康南部平均每10 a縮短0～2.0 d，延安南部、關(guān)中南部縮短4.0～5.0 d，關(guān)中的千陽(yáng)、寶雞縣地區(qū)則縮短2.6～5.2 d，全省有40個(gè)站通過(guò)了顯著性0.05的檢驗(yàn)。

圖6 陜西省四季長(zhǎng)度氣候傾向率(單位為d/10 a；+為通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn))

2.4.3 四季長(zhǎng)度年代際變化 陜西省四季分明。全省春季長(zhǎng)度有緩慢延長(zhǎng)的趨勢(shì)(圖7)，從20世紀(jì)60—90年代，入春時(shí)間平均在4月2日，進(jìn)入21世紀(jì)，入春時(shí)間提前至3月22日，2010年以來(lái)更是提前至3月16日。春季長(zhǎng)度有緩慢延長(zhǎng)的趨勢(shì)，90年代之前趨勢(shì)不明顯。21世紀(jì)以來(lái)，全省春季長(zhǎng)度明顯增加，入春時(shí)間較常年提前15 d左右。陜西省入夏時(shí)間在20世紀(jì)60—90年代之間有緩慢延后的趨勢(shì)，從60年代的6月6日入夏發(fā)展到80年代的6月12日入夏，進(jìn)入21世紀(jì)以后，入夏時(shí)間顯著提前，2000年以后入夏時(shí)間提前至6月3日。夏季長(zhǎng)度僅80年代平均73 d，其他均在80 d以上，且夏季結(jié)束時(shí)間也明顯推后。全省秋季的起始時(shí)間在緩慢延后，60年代平均8月21日入秋，到了2010年以后平均8月25日入秋，同時(shí)全省秋季長(zhǎng)度變化不明顯，但21世紀(jì)以來(lái)秋季起始日期明顯向后移動(dòng)，且結(jié)束時(shí)間也后延。陜西入冬時(shí)間在過(guò)去幾十年呈明顯的延后趨勢(shì)，其中60年代平均在10月27日入冬，到了21世紀(jì)，平均入冬時(shí)間為11月1日；但冬季結(jié)束時(shí)間卻在顯著提前，20世紀(jì)60—90年代，冬季結(jié)束時(shí)間在3月31日，而21世紀(jì)的近20年中，冬季平均結(jié)束時(shí)間提前至3月22日。相應(yīng)的，冬季長(zhǎng)度顯著縮短，從155 d縮短至143 d。四季長(zhǎng)度的明顯變化會(huì)對(duì)氣候資源利用有較大影響。夏季延長(zhǎng)，夏季降溫能耗增加，冬季縮短會(huì)減少供暖能耗[14]。冬季縮短有利于害蟲(chóng)和病原體安全過(guò)冬。同時(shí)，氣溫升高，黃土高原蘋(píng)果主產(chǎn)地在整體上春季呈提前趨勢(shì)，秋季呈推遲趨勢(shì)，果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育期和果樹(shù)生長(zhǎng)季呈延長(zhǎng)趨勢(shì)[15]。

圖7 陜西省四季起止日期及長(zhǎng)度年代際變化

3 結(jié)論與討論

(1)陜西省多年平均四季起始日期春、夏兩季長(zhǎng)度相當(dāng)，春季平均75 d，夏季72 d；冬季平均日數(shù)最長(zhǎng)，達(dá)153 d。秋季最短，平均66 d。

(2)1961—2017年陜西四季起始日氣候傾向率分別為-1.9 d/10 a(春季)、-0.7 d/10 a(夏季)、0.1 d/10 a(秋季)、0.9 d/10 a(冬季)；陜西四季長(zhǎng)度氣候傾向率分別為0.9 d/10 a(春季)、0.8 d/10 a(夏季)、0.8 d/10 a(秋季)、-2.5 d/10 a(冬季)。

(3)21世紀(jì)以來(lái)，隨著氣候變暖加劇，陜西省春季長(zhǎng)度明顯延長(zhǎng)，入春時(shí)間較常年提前15 d左右。入夏時(shí)間顯著提前且結(jié)束時(shí)間推后，夏季延長(zhǎng)。秋季起始日期明顯后延，且結(jié)束時(shí)間也后延。冬季入冬時(shí)間推后，結(jié)束時(shí)間卻在顯著提前。

(4)對(duì)陜西而言，盡管不同氣候帶對(duì)氣候變暖的時(shí)間和空間的響應(yīng)有明顯差異，但四季變化總體呈現(xiàn)出春夏季變長(zhǎng)、秋冬季縮短的特征，是氣候變化的重要體現(xiàn)。在應(yīng)對(duì)氣候變化時(shí)，更要適應(yīng)季節(jié)變化的規(guī)律，適當(dāng)調(diào)整農(nóng)業(yè)布局和生態(tài)景觀格局，以提高對(duì)熱量資源的利用效率，因地制宜，分類(lèi)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)陜西的可持續(xù)發(fā)展。