庫爾勒1961—2010年氣候變化特征

趙勇軍，吳新國

（庫爾勒市氣象局，新疆 庫爾勒841000）

全球氣候變暖已成為氣候研究的熱點之一[1-3]，而全球氣候與環境是長期以來人與自然關系失調的結果。工業、農業、交通運輸的發展和城市化進程，使得人類對自然的干擾和破壞越來越嚴重。長期的累積過程導致了許多全球性的環境問題，其中最直接的就是全球氣候變暖。氣候是人類賴以生存的自然環境的重要組成部分，它的任何變化都會對自然生態系統以及社會經濟系統產生深遠的影響。

IPCC第3次評估報告指出：全球平均地表溫度自1861年以來一直在增高，20世紀增加了（0.6±0.2）℃。中國氣候近百年來也在變暖，中國的氣候學家對中國氣候變化的研究取得了大量有價值的結果。丁一匯、戴曉蘇[4]對中國近百年來溫度變化的研究結果進行了綜述，王紹武等[5]給出了中國近百年溫度序列。他們得到的較一致結論是：（1）近百年來中國氣候變化趨勢與全球總趨勢基本一致，全國氣溫上升了0.4～0.5℃，略低于全球平均的0.6℃；（2）中國20世紀初為冷期，其后逐步回升，到1940—1949年間達到最暖，之后又迅速變冷，且持續到70年代，然后再次出現回升。王紹武、陳隆勛、翟盤茂[6-8]的研究表明，近幾十年全國年降水量總體上呈減少趨勢，但西部降水量呈明顯的增多趨勢，尤以西北地區最為明顯，而西南一些地區有減少趨勢。左洪超等[9]對我國近50 a來的降水量的變化進行了研究，得出新疆地區是降水量增加最快的地區；丁一匯等[10]指出我國西北地區的氣候變化與全球氣候變化基本一致，目前仍屬于暖期。同時，施雅風等[11]的研究也表明，我國西北氣候可能從20世紀的暖干向暖濕轉型。何清等[12]研究指出，40 a來新疆氣溫呈明顯上升趨勢，后10 a（1991—2000年）比前30 a平均氣溫升高，降水變化的總趨勢是增濕明顯，后10 a與前30 a相比降水增加。

庫爾勒市位于新疆維吾爾自治區腹心地帶，天山南麓，塔里木盆地東北邊緣，孔雀河沖積、洪積平原上。地理坐標為東 85°14′10″～86°34′21″E，41°10′48″～42°21′36″N。庫爾勒市北部為天山余脈霍拉山，東部為庫魯克山和博斯騰湖，中部為開闊的綠洲平原。源于博斯騰湖的孔雀河，流經庫爾勒市中央，注入羅布泊（現注入卡拉水庫）。塔里木河流經庫爾勒市西南部邊緣。庫爾勒市平原的南部、西部與塔里木盆地相連，形成一個廣闊的扇形綠洲。由于北面有霍拉山，東面有庫魯克山的阻擋，北方的冷空氣和焉耆盆地的濕潤空氣侵入庫爾勒市境的勢力明顯減弱。該區光熱資源豐富，氣溫日較差和年較差大，大風風沙天氣多，降水少，蒸發大，空氣極端干燥。庫爾勒于1979年撤縣建市，經過三十多年發展，城市規模不斷擴大，城市建設用地規模迅速增長[13]，因此要考慮城市化對地面氣象要素變化的影響。本文分析了中部平原區的庫爾勒市地面主要氣象要素變化規律。

研究庫爾勒市氣候變化對于研究我國西北干旱半干旱地區的氣候變化趨勢，深入探究新疆極端干旱區綠洲氣候變化規律具有重要的社會經濟和生態意義，可為氣候變化基礎研究及相關部門應對氣候變化提供科學參考。

1 資料與方法

資料來源于庫爾勒氣象站1961—2010年年平均氣溫、年總降水量、年平均地面風速、年沙塵天氣、沙塵暴日數及年日照時數等資料，統計出了庫爾勒氣象站逐年年平均氣溫、年平均氣壓、年總降水量、年平均地面風速、年沙塵天氣、年沙塵暴日數及年日照時數，運用氣候趨勢分析及Mann-Kendall突變檢測[14]等方法分析各要素的變化。在Mann-Kendall突變檢測圖中，如果UF與UB在臨界值±1.96（α=0.05）之間有一個顯著的交點，且UF上升超過+1.96或下降<-1.96，則可以認為序列產生了突變，前者表示從低向高突變，后者表示從高向低突變，并且這個交點就是突變的開端，反之，則認為沒有突變產生。

2 年平均氣溫、年平均氣壓

根據庫爾勒逐年年平均氣溫作出趨勢線y=0.028 8x-11.025（圖1a），50 a的增溫率達到 0.29 ℃/10 a，說明50 a來庫爾勒市氣溫明顯呈上升趨勢。20世紀60—90年代中期年平均氣溫負距平明顯，為相對偏冷期，90年代中期以后，年平均氣溫正距平顯著增加，為相對偏暖期。20世紀90年代到21世紀初與20世紀60年代相比距平值升高1.3℃，年平均氣溫也升高了1.3℃。庫爾勒氣溫變化趨勢與我國西北地區、新疆氣溫的變化趨勢相一致，尤以1995年以后的升溫最為明顯，這可能與庫爾勒近十幾年經濟社會快速發展、城市建筑面積和水泥陸面增長有關。為進一步分析，本文選取一臨近庫爾勒的氣象站進行對比。選取的標準是：（1）與庫爾勒緯度相近；（2）在塔克拉瑪干沙漠的方位與庫爾勒相近；（3）同樣少受博斯騰湖、天山山脈影響；（4）城市化程度很小。綜合考慮選取了輪臺氣象站，將同時期的多項資料進行對比。對比輪臺氣象站同時期氣溫資料，發現用輪臺近50a逐年年平均氣溫所作的趨勢線y=0.042 6x+10.094，50 a的增溫率達到0.43℃/10 a，比庫爾勒氣象站氣溫增長還要快。輪臺氣象站周邊城市化程度小，可排除城市化對氣溫的影響。庫爾勒近幾十年大力改善人居環境，發展綠地，2011年庫爾勒市人均公共綠地面積達10.9 m2，可能在一定程度上減緩了氣溫上升的速度。

根據圖1b可知，庫爾勒逐年年平均氣壓呈波動變化的趨勢，所做的線性趨勢擬合效果不佳，相關系數太小，因此在圖中未做趨勢線。但大致可看出，庫爾勒市在20世紀70年代中期前年平均氣壓稍低，在70年代至90年代中期年平均氣壓持續較高，進入21世紀，呈下降趨勢。

從庫爾勒市年平均氣溫Mann-Kendall統計量曲線（圖1c）可以看出，20世紀70年代中期以前氣溫呈小幅度震蕩，此后氣溫開始緩慢上升，而從1984年開始呈明顯的增加趨勢，自1997年開始上升的趨勢更加顯著，并且在該年發生了增溫突變。可以說，近50 a來庫爾勒市年平均氣溫上升趨勢明顯。這與我國整個西北地區年平均氣溫上升并在20世紀90年代存在突變的大背景相一致[15]。庫爾勒年平均氣壓無突變，因此不列出相應突變檢驗圖。

3 年降水量

庫爾勒市近50 a來的降水量變化趨勢不明顯（圖2）。年降水量在各個年代、年際的情況不同。大致可以分為以下幾個階段：

（1）1961—1980年的降水相對偏少，為相對干旱期。

（2）1981—1990年，年降水量增加顯著。這一時期為相對濕潤期。主要是1987—1990年連續4 a降水相對較多。

（3）1991—2010年，年降水量年際震蕩頻繁，但總降水量不多，也為相對干旱期。

（4）年降水量在1966年、1981年、1987—1990年有顯著增加。尤其是1981年7、8月降水總量達到86.3 mm，對當年降水總量影響突出。

（5）降水量主要集中在夏季。這與新疆大部分地區的降水都集中在夏季相一致。

經分析，庫爾勒年降水量不存在突變。

4 年平均地面風速

4.1 趨勢分析

庫爾勒市地面風速呈減小趨勢，但這種趨勢不太明顯，擬合趨勢線為y=-0.025 3x+3.096，其減小率為0.25（m/s）/10 a（圖3）。而同期相鄰的輪臺氣象站地面風速數據顯示，地面風速變化趨勢線為y=-0.019 3x+1.793 4，也呈減少趨勢，但減小速率只有0.19（m/s）/10 a，小于庫爾勒市的減小速率，這與上文中氣溫變化的影響因素是一致的。

庫爾勒市地面風速減小的趨勢，明顯可分為以下幾個階段：

（1）1961—1996年為第一個增減過程。1965年以前年平均地面風速呈增加趨勢，1966、1967年連續下降，其后1967年躍升，自1969年又開始呈總體下降趨勢。并于1991年降到50 a來的最低值，比平均值低0.9 m/s。

（2）1996—2010年為第二個增減過程。1996—2000年年平均地面風速呈增長趨勢，增長幅度較大。2000年之后風速又開始呈明顯的減少趨勢。

總的看來，這50 a來庫爾勒市地面風速呈顯著減少趨勢，且表現為以上兩個略呈階梯狀的“增長—減少”的階段。

4.2 突變檢測

圖3為庫爾勒市年地面風速Mann-Kendall統計量曲線，從圖中可以看出，1970年以前年平均地面風速存在小幅波動，但趨勢不明顯。從1970年開始到2010年，年地面風速呈減小趨勢，但沒有明顯的突變。這與整個西北地區年平均地面風速減小的大背景相一致[12]。

5 年沙塵日數和年沙塵暴日數

5.1 趨勢分析

圖4為庫爾勒市年總沙塵日數和年總沙塵暴日數變化趨勢，擬合趨勢線方程分別為y=-1.433x+2 890，y=-0.076 6x+3.253 1，兩者都呈明顯減少趨勢，減小速率分別為14.3 d/10 a和0.77 d/10 a。1984年之前年沙塵天氣日數大部分在50 d以上，1984年以后年沙塵日數迅速減少，降低到50 d以下。年沙塵暴日數變化趨勢與年沙塵日數變化相似，1978年之前年沙塵暴日數波動性較大，總體較多，自1978年開始迅速減少，進入21世紀基本上沒有沙塵暴發生。比較近50 a來沙塵天氣和沙塵暴年日數不同年代的差異，可以得出，兩者都是在20世紀60年代最多，其中沙塵天氣日數在80年代不斷減少，90年代以后沙塵日數在50 d/a以下。但沙塵暴日數70年代中后期迅速減少，之后趨近于無。同期相鄰的輪臺氣象站，近50 a年沙塵日數變化不大，沒有減小的趨勢；而年沙塵暴日數存在波動性，但也沒有減小的趨勢。兩站的這種差異，也是與城市化率、綠化率有關。

5.2 突變檢測

圖4c和4d為庫爾勒市年沙塵天氣日數和年沙塵暴日數Mann-Kendall統計量曲線。從圖中可知，1961—1972年年沙塵日數成波動狀態，還略有增加，1972—2006年年沙塵日數呈下減少趨勢。2007年之后，年沙塵日數呈微小增加趨勢，突變年為1984年。年沙塵暴日數變化與年沙塵日數變化規律相似，1961—1976年年沙塵暴日數呈波動狀態，但日數較多，1977年以后沙塵暴日數迅速減小，經Mann-Kendall方法檢驗不存在明顯的突變。

6 年日照時數

圖5為庫爾勒市年日照時數變化趨勢，擬合趨勢線方程為y=-5.587x+302 4.6，呈減少趨勢，減小速率為55.9 d/10 a。1982年之前年日照時數大部分在3 000 h/a以上，之后直到 1988年，基本上在3 000 h上下小幅波動，波動頻率較大，但都在2 600 h以上。1989年以后，庫爾勒年日照時數波動性增大，且在1990年和1998年前后一度降到2 600 h以下。20世紀90年代中后期到2001年，庫爾勒年日照時數基本處于一個低谷。

7 結論與討論

由上述分析可以得到下列主要結論：

（1）在全球變暖的大背景下近50 a來庫爾勒市氣候變化的總趨勢是氣溫升高，年降水量不穩定、地面風速減小、沙塵日數減少、沙塵暴日數減少，日照時數略呈下降趨勢。其中氣溫升高速率為0.29℃/10 a，地面風速減小速率為 0.25（m/s）/10 a，沙塵日數減少速率為14.3 d/10 a，沙塵暴日數減少速率為0.77 d/10 a。這與同期相鄰輪臺站的數據變化明顯不同。這可能與庫爾勒快速的城市化、地面建筑增高和綠化面積的增加有關。

（2）50 a來庫爾勒市的年平均氣溫呈現出明顯的突變，出現在1997年；年平均地面風速沒有突變；年沙塵日數突變發生在1983年；年沙塵暴日數沒有突變。可見，庫爾勒市年平均氣溫和年沙塵日數突變均發生在20世紀90年代。這與新疆氣候變化趨勢相一致，也同當地生態建設的發展有關。

（3）50 a來庫爾勒市氣候變化趨勢與全國氣溫升高的變化趨勢大體一致，尤其與北疆綠洲的石河子地區氣候變化趨勢相一致[18-19]。氣溫、地面風速等氣候要素的變化還受天文、地理等因素影響，但人為因素的影響越來越突出[20]。隨著人口迅速增加，工業、運輸業快速發展等等，都對各地區的大氣條件、環境要素產生影響，進而影響各地區氣候。因此，如何在城市建設、經濟發展的同時合理地改善、利用氣候資源是擺在我們面前的重要課題，應該引起全社會的重視。

[1]鄒旭愷，張強.近半個世紀我國干旱變化的初步研究[J].應用氣象學報，2008，19（6）：679-687.

[2]邊多，杜軍.近40年西藏“一江兩河”流域氣候變化特征[J].應用氣象學報，2006，17（2）：169-175.

[3]繆啟龍，許遐禎，潘文卓.南京56年來冬季氣溫變化特征[J].應用氣象學報，2008，19（5）：620-626.

[4]丁一匯，戴曉蘇.中國近百年來的溫度變化 [J].氣象，1994，20（12）：19-26．

[5]王紹武，葉瑾琳，龔道溢.近百年中國氣溫序列的建立[J].應用氣象學報，1998，9（4）：392-401．

[6]王紹武，聾道溢.全新世幾個特征時期的中國氣溫[J].自然科學進展，2000，10（4）：325-332．

[7]陳隆勛，邵永寧，張清芬，等.近四十年來中國氣候變化的初步分析[J].應用氣象學報，1991，2（2）：164-173．

[8]翟盤茂.中國降水極值變化趨勢檢測 [J].氣象學報，1999，57（2）：208-2l6．

[9]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（2）：238-244.

[10]丁一匯，王守榮.中國西北地區氣候與生態環境概論[J].北京：氣象出版社，2001：77-l54．

[11]施雅風，沈水平，胡汝驥.西北氣候由暖干向暖濕轉型的信號、影響和前景初步探討[J].冰川凍土，2002，24（2）：219-226．

[12]何清，楊青，李紅軍.新疆40a來氣溫、降水和沙塵天氣變化[J].冰川凍土，2003，25（4）：423-427.

[13]孜比布拉·司馬義，張永福，殷志剛，等.庫爾勒市城市化與土地利用變化關聯性分析[J].新疆農業科學，2010，47（5）：1025-1029.

[14]魏風英.現代氣候診斷與預測技術[M].北京:氣象出版社，1999：69-72．

[15]王鵬祥，楊金虎，張強，等.近半個世紀來中國西北地區氣候變化基本特征[J].地球科學進展，2007，22（6）：649-656.

[16]施雅風，沈水平，胡汝驥.西北氣候由暖干向暖濕轉型的信號影響和前景初步探討 [J]．冰川凍土，2002，24（2）：219-226．

[17]施雅風，沈永平，李棟梁，等.中國西北氣候由暖干向暖濕轉型的特征和趨勢探討[J].第四紀研究，2003，23（2）：154-164．

[18]范麗紅，何清，崔彥軍，等.近40a石河子地區氣候暖濕化特征分析[J].干旱氣象，2006，24（1）：14-17.

[19]徐影，丁一匯，趙宗慈.近30年人類活動對東亞地區氣候變化影響的檢測與評估 [J].應用氣象學報，2002，13

（5）：513-525．

[20]謝莊，曹鴻興.北京最高和最低氣溫的非對稱變化[J].氣象學報，1996，54（4）：501-506.