克拉瑪依夏季0℃層高度變化及與降水量和冰雹的關系

岳斌　史昀　徐梓杰

摘 要：利用1981年-2012年克拉瑪依市51243站夏季（6月-8月）0℃層高度、日降水量及冰雹資料，分析近32年來克拉瑪依市夏季0℃層平均高度變化趨勢及其與歷年降水量及冰雹變化之間的關系，并用Mann-Kendall法對年際0℃層高度變化進行突變檢驗。結果表明：①克拉瑪依市夏季0℃層平均高度近32年來總體呈“平穩-上升-下降”趨勢，其中20世紀80年代末至90年代末經歷了明顯的上升階段，90年代后期至21世紀為下降階段，2000年前后突變顯著；②夏季0℃層高度與日降水量呈現相反的變化趨勢，但在0℃層高度與日降水量和冰雹的相關性分析中并沒有明顯的體現。

關鍵詞：克拉瑪依；0℃層高度；突變分析；相關性分析

中圖分類號：P426 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0187-02

1 引言

高空大氣作為氣候系統的重要組成部分，其高空氣溫變化趨勢逐漸成為氣候變化研究的基礎，高空氣溫變化在氣候研究中越來越重要。0℃層高度變化反映高空冷氣團和暖氣團的環流變化，不同區域的環流特點對局地0℃層高度變化有很強的影響，因此0℃層高度是氣象預報工作提前反應氣溫的重要特性層[1]；同時，夏季0℃層高度是判斷層狀云降水的重要指標，0℃層高度對研究云微物理機制以及人工影響天氣均有很重要的意義[2]。

近年來，關于0℃層高度變化與高山冰雪融化、河流徑流量變化，以及洪水之間關系的研究較多[3-4]，而關于0℃層高度變化、以及其與降水、冰雹等要素的相關性研究較少。克拉瑪依屬于溫帶沙漠氣候，水資源條件先天不足，在氣候和人類活動的影響下，生態環境脆弱，干旱是基本特征，通過研究0℃層高度的變化，進一步了解克拉瑪依的氣候特征以及與降水的相關性顯得尤為重要。因此本文在前人研究的基礎上[5]，通過月、年際等時間尺度分析克拉瑪依區域夏季0℃層高度變化特征，探討0℃層高度與降水量和冰雹等要素的相關性特征，為克拉瑪依氣候變化研究提供服務。

2 資料來源和分析方法

2.1 資料來源

本文采用克拉瑪依市氣象局整編的1981年-2012年6月-8月克拉瑪依市51243站逐日08時和20時兩個時次的0℃層高度資料、逐日的日降水量資料以及逐月的冰雹資料。其中，將08時和20時0℃層高度資料處理為逐月平均值，再求6月-8月的平均值作為夏季0℃層高度。

2.2 分析方法

氣象要素的氣候傾向率采用一次線性方程：

式中Yi為氣象要素的擬合值；t1為時間（1981年-2012年）；a1為線性趨勢項（即為每年的氣候傾向率）。上式可以看作一種特殊的、最簡單的線性回歸形式。它的含義是用一條合理的直線表示與時間之間的關系。

利用Mann-Kendall方法對0℃層高度進行了突變檢驗，此方法是一種分才疏統計檢驗方法。其優點是不需要要本遵從一定的分布，同時也不受個別異常值的干擾，能夠客觀的表征樣本序列的整體變化趨勢。并且采用Pearson簡單相關系數就夏季0℃層高度和地面氣溫、降水量以及海拔高度之間的相關性進行了分析。

3 夏季0℃層高度變化分析

3.1 夏季0℃層高度變化特征

圖1給出克拉瑪依51243探空站6月-8月0℃層最大高度、平均高度、最低高度分布。通過計算得知：0℃層夏季平均高度為3915m，平均最大高度為4117m，出現在1998年。其中7月0℃層高度最高，平均值為4050m，而平均最大高度為4322m，出現在1999年，6月的0℃層高度最低，平均值為3751m，平均最低高度為3473m，出現在2009年。從各月0℃層變化來看，7月較6月0℃層高度平均增高了299m，8月略低于7月，降低105m。可以看出7月0℃層高度增高幅度最大，也最快。

3.2 夏季0℃層高度年際變化

克拉瑪依51243站1981年-2012年夏季6月-8月0℃層最大、平均、最低高度逐月變化。

1981年以來克拉瑪依夏季0℃層高度變化的細節和變化趨勢，為了過濾短波，顯示出平穩的氣候變化，用3年滑動平均進行平滑處理。并在給出0℃層高度變化曲線的同事也給出3年滑動平均曲線和多項式趨勢線，以便于對照分析。由圖2克拉瑪依1981年-2912年夏季0℃層高度距平變化曲線可以看出，克拉瑪依夏季0℃層高度變化總體呈現上升趨勢，趨勢線的斜率為2.9161。1981年至1990年表現為平穩波動，1990年初至1999年為逐年迅速上升，2000年至2010位表現為陡降。1998年為0℃層高度達到最高值，2009年達到最低值，所以克拉瑪依區域夏季0℃層高度變化自1981年總體呈現出“平穩-上升-下降”趨勢。

3.3 夏季0℃層高度突變分析

施雅風[6]等根據近年來全球變化下西北區域氣候響應的事實，提出了西北氣候由暖干向暖濕轉型的問題。通過上述分析可以看出，進32年來克拉瑪依夏季0℃層高度也發生了一些變化，這是否也是一種氣候轉型的信號，或者是氣候突變的一種反應，我們有必要對其變化程度進行突變檢驗。

從圖3可以看出，0℃層高度變化在1981年至今一直呈現出超過顯著性水平0.05的臨界線波動維持的狀態；從1992年至2000年呈現出突變上升，甚至在2000年初超過0.001顯著性水平（u0.001=2.56），表明克拉瑪依0℃層高度的上升趨勢是十分顯著的。根據UF和UB曲線交點的位置，確定克拉瑪依夏季0℃層高度從1980年代初就呈現突變現象，具體是從1990年代開始顯著增暖。

3.4 夏季0℃層高度年代際以及各年代逐月距平變化特點

表1給出6月-8月各年代0℃層高度距平變化和各月變化情況。從平均變化情況可以看出，20世紀80年代0℃層高度相對偏低，而90年代和本世紀的0℃層高度相對偏高，90年代尤為偏高。從個月變化來看，在不同月份，各年代0℃層高度變化趨勢并沒有明顯差異，基本上是整體偏高或偏低，本世紀00年代的7月除外，相對0℃層平均高度偏低明顯。

4 0℃層高度與各要素的相關分析

4.1 夏季日降水量及冰雹的變化特征

圖4給出了克拉瑪依1981年-2012年夏季日降水量的距平變化。由多項式擬合曲線可以看出，20世紀80年代到90年代前期基本呈下降趨勢，90年代后期至今為上升趨勢。這一變化與圖2的克拉瑪依0℃層高度呈相反的變化趨勢，尤其是20年代末的相反變化明顯。

4.2 夏季0℃層高度與日降水量及冰雹的關系

對32年0℃層高度、日降水量以及冰雹的夏季平均值進行歸一化處理后，進行相關分析，結果顯示克拉瑪依0℃層高度與日降水量、冰雹之間的相關性并不顯著。夏季0℃層高度與日降水量之間的相關性系數為0.0653，為弱的正相關；0℃層高度與冰雹之間的相關性系數為-0.05845，為弱的負相關。

5 結論與討論

克拉瑪依夏季0℃層高度32年總體呈上升趨勢，20世紀80年代至20世紀末為明顯的上升階段，21世紀初為相對下降階段。0℃層高度的上升意味著高空中低層大氣氣溫在升高，說明近年來通過克拉瑪依氣溫的穩定維持，不僅是城市綠化治理成果，也與高空中低層的氣溫下降有關。夏季0℃層高度變化與降水量的變化趨勢相反，尤其是20世紀末。但這種相反的變化趨勢在相關性分析中反應并不明顯。綜合以上分析可以得知，克拉瑪依夏季0℃層高度的上升是多方面因素引起的，具體原因有待進一步的研究。

參考文獻

[1]宮恒瑞.春季融雪期0℃層高度與烏魯木齊河徑流量的關系[J].干旱研究所，2010，27 （1）：69-74.

[2]黃秀媚.廣東省0℃層高度變化分析.廣東氣象，2011，（6）：56-57，61.

[3]毛煒峰.0℃層高度與夏季阿克蘇河洪水的關系[J].冰川凍土，2004，26（6）：06-06.

[4]王永莉.和田河夏季流量對區域0℃層高度變化的響應[J].氣候變化研究進展，2008-5，4（3）：1673-1719.

[5]馬雪寧.黃河流域夏季0℃層高度變化及與地面氣溫和降水量的關系[J].資源科學，2011，33（12）：2302-2307.

[6]施雅風.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）.

[7]張廣新.新疆43a來夏季0℃層高度變化和突變分析[J].冰川凍土，2005-6，27（3）：1000-0240.

[8]馬雪寧.黃河流域夏季0℃層高度變化及與地面氣溫和降水量的關系[J].資源科學，2011，33（12）：2302-2307.