1975～2013年秦嶺牛背梁保護區氣溫變化研究

馮林林，劉榮娟 (西北大學城市與環境學院，陜西西安710127)

近百年來，全球氣候變暖已經成為了不爭的事實［1］。全球氣候變化研究重點集中在脆弱生態區和自然地理過渡地帶［2］。秦嶺作為我國暖溫帶與亞熱帶分界線，受到國內外學者的關注，對秦嶺南北氣候變化也進行了大量研究［3－7］，如周旗等［4－5］研究發現秦嶺南北增溫趨勢明顯，氣溫突變出現在20世紀90年代;張立偉等［6］分析指出1960～2009年秦嶺南北平均氣溫、極端氣溫均呈增溫趨勢，但幅度不同。秦嶺山地東西跨度大，地形復雜，其內部小區域氣候變化更能反映區域環境對全球變化的適應特征，牛背梁保護區橫跨秦嶺南北兩側。筆者在此利用秦嶺31個氣象站點的氣溫數據，采用Kriging插值法、趨勢分析法、M-K檢驗法研究了1975～2013年牛背梁保護區年尺度、季節尺度上的平均氣溫和極端氣溫的變化規律。

1 資料與方法

1.1 研究區概況 牛背梁自然保護區位于秦嶺山脈東段(108°45'～109°04'E、33°45'～33°56'N)，陜西省柞水、寧陜、長安三縣(區)交界處，海拔1 156～2 802 m，牛背梁(2 802 m)為秦嶺東段最高峰，屬于秦嶺亞高山山地，北緩南陡，與秦嶺中西段“南緩北陡”形成明顯對照，屬暖溫帶半濕潤季風氣候，年均溫2～10℃，年降水量850～950 mm，極端最高氣溫31.1 ℃，極端最低氣溫 －21.6 ℃，無霜期130 d 左右［8］。

1.2 數據來源 所用的氣溫數據為秦嶺山地31個氣象站點的逐月數據，來源于陜西省氣象局和中國氣象科學數據共享服務網，時間跨度為1975～2013年。

1.3 分析方法 采用Kriging插值法對氣溫數據進行插值，將生成的溫度場空間數據與DEM數據疊加，并以研究區矢量圖為掩膜，對氣溫柵格數據進行裁剪，獲取研究區1975～2013年的氣溫數據集;運用M-K檢驗法對年尺度與季尺度上的平均氣溫和極端氣溫的變化進行突變檢驗。

2 結果與分析

2.1 年尺度上氣溫變化特征

2.1.1 年均溫和年極端氣溫變化。由牛背梁保護區年氣溫變化曲線(圖1)可知，1975～2013年該地區年均溫呈顯著上升趨勢，線性傾向率為0.30℃/10a，低于西北地區1960～2005年年均溫變化幅度(0.37 ℃/10a)［9］，但高于陜南地區1961 ～2009 年氣溫變化率(0.12 ℃ /10a)［5］。近39 年來極端最低氣溫和極端最高氣溫變化率分別為0.36、0.29℃/10a，說明牛背梁保護區是全球氣候變暖的一個重要響應區域，氣溫升高趨勢非常顯著，且極端最低氣溫的升高最為突出。

2.1.2 年氣溫M-K檢驗分析。1980～1994年UF＜0，說明在此期間年均溫基本呈下降趨勢，UF和UB曲線交于信度線之間，交點為1994年，說明年均溫在1994年發生了趨暖性突變，早于陜南年均氣溫突變年份(1997年)［5］;年均溫在1999年超過了0.05顯著性水平臨界值，即氣溫升高達到顯著。極端低溫與極端高溫均在1994年前后發生了趨暖性突變，其中極端高溫的波動情況與年均溫相似，突變之前呈下降趨勢，突變后氣溫呈上升趨勢，但氣溫顯著升高發生在2000年，比年均溫推遲1年;極端最低溫的突變年在1994年，遲于陜南地區極端低溫的突變年［6］，在突變之前極端低溫的升高與降低交替出現，而突變之后氣溫明顯升高，且在1998年升高趨勢達到顯著。

2.2 季節尺度上氣溫變化特征

2.2.1 四季均溫和極端氣溫變化。從表1可看出，近39年來牛背梁保護區四季均溫變化存在很大差異，1975～2013年春季、夏季和冬季均呈上升趨勢，增溫速率分別為1.28、1.09、0.62 ℃ /10a，秋季比較特殊，整體呈下降趨勢，減小速率為0.69℃/10a。四季極端低溫與極端高溫的變化呈現類似的特點，即春、夏、冬季呈升高趨勢，秋季下降;其中春、夏、秋3季極端氣溫的變化速率以極端高溫變化最為突出，變化率分別為1.71、1.13、－0.86 ℃ /10a，冬季以極端低溫(0.74℃/10a)上升明顯。說明近39年來極端氣溫春季和夏季氣溫呈顯著上升趨勢，并主要表現為高溫的上升，秋季氣溫呈明顯下降趨勢，且主要表現為高溫的降低，冬季氣溫也呈上升趨勢，并以極端低溫的升高最顯著。

2.2.2 四季氣溫M-K檢驗分析。對比四季均溫和極端氣溫的M-K檢驗結果(表1)可知，四季均溫突變年均滯后于年均溫的突變，春季、夏季和冬季平均氣溫分別在1997、1998和1999年出現了統計意義上的暖突變，而秋季均溫在1998年進入相對偏冷的氣候狀態中;四季極端低溫的突變點分別出現在1997、1997、1998、2000年，其中春季、夏季和冬季表現為暖突變，而秋季則呈冷突變;四季極端高溫的突變點分別為1 997、1998、1998、1999年，也表現為秋季為冷突變，其他季節為暖突變。

表1 1975～2013年牛背梁保護區四季氣溫變化率及突變年份統計

3 結論

牛背梁保護區是氣候變暖的響應區域，年尺度上，研究區均溫與極端氣溫的波動頻率具有一致性，均表現為顯著的上升趨勢，其中極端低溫上升最為顯著，且均在1994年發生了溫度上升的突變;季節尺度上，四季氣溫變化差異較大，春季、夏季和冬季的平均氣溫和極端氣溫均呈明顯上升趨勢，秋季則呈降低趨勢，其中春季和夏季主要表現為極端高溫的上升，冬季極端低溫的升高最顯著，秋季主要表現為極端高溫的降低。四季氣溫的突變年份集中在20世紀90年末和21世紀初。

［1］秦大河，陳振林，羅勇，等.氣候變化科學的最新認知［J］.氣候變化研究進展，2007，3(2):63 －73.

［2］高翔，白紅英，張善紅，等.1959－2009年秦嶺山地氣候變化趨勢研究［J］.水土保持通報，2012，32(1):207 －211.

［3］延軍平，鄭宇.秦嶺南北地區環境變化響應比較研究［J］.地理研究，2001(5):576－582.

［4］周旗，卞娟娟，鄭景云.秦嶺南北1951－2009年的氣溫與熱量資源變化［J］.地理學報，2011(9):1211 －1218.

［5］李雙雙，延軍平，萬佳.全球氣候變化下秦嶺南北氣溫變化特征［J］.地理科學，2012(7):853 －858.

［6］張立偉，宋春英，延軍平.秦嶺南北年極端氣溫的時空變化趨勢研究［J］.地理科學，2011(8):1007 －1011.

［7］宋佃星，延軍平，馬莉.近50年來秦嶺南北氣候分異研究［J］.干旱區研究，2011，28(3):492 －498.

［8］張昌貴，李景俠，強曉鳴.陜西牛背梁國家級自然保護區生態評價［J］.西北農林科技大學學報(自然科學版)，2009(2):73－80.

［9］王勁松，費曉玲，魏峰.中國西北近50a來氣溫變化特征的進一步研究［J］.中國沙漠，2008，28(7):724－732.