近60年商洛市氣溫變化特征分析

郭 莉，董淑珍，鄭夢桃，楊曉瑾，劉 坤

(1.商洛市氣象局,陜西商洛 726000；2.陜西省氣象局秦嶺和黃土高原生態環境氣象重點實驗室，西安 710016)

隨著全球氣候變暖及極端氣候事件的不斷加劇，氣候變化已經成為全球關注的熱點問題，氣溫和降水量的變化直接影響到我國的生態環境建設和經濟發展[1]。近年來，不少學者從不同角度對中國西北地區氣候變化開展了研究：丁一匯等[2-3]對中國近百年氣候變化特征進行了研究，發現北方大部分地區變暖，西北、東北、華北為氣候變暖最明顯的地區；翟盤茂等[4]對中國近四十年最高、最低氣溫變化進行了研究，發現最高氣溫在95°E以東及黃河以南呈降溫趨勢，最低氣溫呈增溫趨勢；朱瑞杰等[5]對咸陽市近 60 a冬季氣溫變化趨勢進行了分析，結果表明冬季最低氣溫的線性趨勢率最大，2月氣溫的升高對冬季變暖貢獻最大；李興濤等[6]分析了50 a來咸陽市氣候變化趨勢，表明氣溫變化存在6、12、32 a冷暖交替的振蕩周期；努爾比亞·吐尼牙孜等[7]通過分析塔里木盆地平均、最高、最低氣溫方差空間差異，表明地形對最低氣溫振幅的影響最明顯。商洛地處秦嶺腹地，南部為北亞熱帶氣候，北部為暖溫帶氣候，屬大陸性季風氣候區。在全球變暖的大背景下，關于商洛市氣溫變化的研究較少。本文根據商洛市7個國家氣象站觀測資料，分析氣溫變化特征及其主要原因，以期為開展本轄區氣候變化的監測評估、氣候資源開發利用及氣候適應型城市建設等提供科學依據。

1 資料和方法

所用資料為商洛市7個國家氣象站1961—2020年近60 a的日平均氣溫、月平均氣溫、月最高氣溫、月最低氣溫資料。采用數理統計、線性趨勢分析、Mann-Kendall非參數檢驗(簡稱M-K檢驗)等方法，分析氣溫的年際變化特征、季節性差異、氣溫異常性以及極端性。季節劃分：3—5月、6—8月、9—11月、12月—次年2月分別代表春季、夏季、秋季、冬季。多年平均值均指1961—2020年60 a平均值。

2 氣溫年際及季節變化特征

2.1 平均氣溫

近60 a來商洛市年平均氣溫為12.9 ℃，整體呈上升趨勢，線性傾向率為0.219 ℃/10 a(圖1)，低于全國升溫水平(0.25 ℃/10 a)，高于陜南升溫水平(0.199 ℃/10 a)[4]。

圖1 1961—2020年商洛平均氣溫的年際變化

從平均氣溫年代際變化來看，21世紀比20世紀平均氣溫偏高0.6 ℃。與多年平均值相比，20世紀60、70、80年代分別偏低0.4、0.1、0.4 ℃，90年代、2001—2010年、2011—2020年分別偏高0.1、0.3、0.4 ℃。從氣溫距平來看，1961—1989年的29 a中僅8 a為正距平，其余年份為負距平；1990—2020年的31 a中有7 a為負距平，24 a為正距平。近10 a氣溫距平為0.4 ℃，近5 a為0.5 ℃，氣溫持續偏高。

對商洛市1961—2020年平均氣溫進行M-K突變檢驗(圖2a)。分析UF曲線可知，1961—2020年平均氣溫呈增暖趨勢，尤其是2005年之后，增暖趨勢更為明顯，超過了0.05顯著性水平臨界線。UF曲線與UB曲線在置信區內1987—1988年之間存在一個交點，即發生了突變。通過分析累積距平(圖2b)發現，1961—2020年平均氣溫的累積距平呈“V”字型趨勢，表明年平均氣溫先下降后上升，與陜西氣溫的變化趨勢一致[8]。由此可以判斷商洛年平均氣溫發生了由低溫到高溫的突變，突變時間在1987—1988年。

圖2 1961—2020年商洛平均氣溫M-K檢驗(a)及累積距平(b)

近60 a冬、春、夏、秋季平均氣溫線性傾向率分別為0.220、0.331、0.188、0.230 ℃/10 a，四季平均氣溫均呈增暖趨勢，其中春季增暖最明顯，年平均氣溫增暖以春季貢獻最大。

四季平均氣溫距平的年代際變化見表1。冬季平均氣溫與多年平均值相比，20世紀60年代偏高0.1 ℃，70、80年代分別偏低0.1、0.2 ℃，90年代后進入相對偏高期，90年代、2001—2010年、2011—2020年分別偏高0.4、0.5、0.3 ℃。春季平均氣溫與多年平均值相比，60、80、90年代分別偏低0.4、0.1、0.1 ℃；70年代、2001—2010年分別偏高0.1、1.1 ℃，呈明顯升高趨勢；2011—2020年又進入相對偏低期，偏低0.5 ℃。夏季平均氣溫呈波動變化，20世紀80年代、2011—2020年夏季平均氣溫較多年夏季平均值分別偏低0.6、0.5 ℃，60、70、90年代分別偏高0.4、0.2、0.2 ℃，2001—2010年持平。秋季平均氣溫距平，20世紀60年代偏低0.5 ℃，70、90年代和2001—2010年、2011—2020年分別偏高0.1、0.4 ℃和0.2、0.9 ℃，其中2011—2020年增暖最明顯，80年代持平。

綜上所述，商洛年平均氣溫呈增暖趨勢，四季平均氣溫以春季增暖最為明顯；各季平均氣溫年代際變化特點為20世紀60年代的春季和秋季為相對偏低期，冬季和夏季為相對偏高期，80年代為相對偏低期，70、90年代和2001—2010年為相對偏高期；年平均氣溫發生了由低溫到高溫的突變，突變時間在1987—1988年。

表1 1961—2020年商洛各季節平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫和距平的年代際變化 單位：℃

2.2 平均最高氣溫

近60 a來商洛市年平均最高氣溫為19.1 ℃，整體呈上升趨勢，線性傾向率明顯大于年平均氣溫，為0.434 ℃/10 a(圖3)，說明最高氣溫的升高，即白天氣溫的升高是導致年平均氣溫偏高的主要原因。從年代際變化來看，20世紀60、70、80年代比多年平均值分別偏低1.3、0.6、0.9 ℃，90年代起持續偏高。2013年是近60 a來平均最高氣溫最高的一年，較多年平均值偏高2.6 ℃。

圖3 1961—2020年商洛平均最高氣溫的年際變化

近60 a冬、春、夏、秋季平均最高氣溫線性傾向率分別為0.440、0.670、0.275、0.470 ℃/10 a，升溫幅度均大于平均氣溫。近60 a來春季增暖最明顯，秋季次之，夏季最小。

四季最高氣溫的年代際變化見表1。冬季平均最高氣溫與多年平均值相比，20世紀60年代持平，70、80年代均偏低0.7 ℃，90年代后進入相對偏高期，21世紀比20世紀高1.5 ℃。春季平均最高氣溫與多年平均值相比，1961—2000年大多偏低，21世紀開始大多偏高，60、70、80、90年代和2001—2010年、2011—2020年最高氣溫距平分別為-1.5、-0.7、-0.8、-0.5 ℃和1.5、1.6 ℃。夏季平均最高氣溫變化比較劇烈，60、70、80年代均比多年平均值偏低，但80年代比70年代降低了1.1 ℃；90年代比多年平均值偏高0.4 ℃，2001—2010年偏高0.1 ℃，2011—2020年偏高1.3 ℃。秋季與夏季變化趨勢基本一致，60、70、80年代平均最高氣溫均低于多年平均值，90年代后高于多年平均值。

以上分析表明，近60 a來商洛市年平均最高氣溫呈顯著增暖趨勢，年平均最高氣溫的升高是導致年平均氣溫偏高的主要原因，季節變化以春季增暖最為明顯。季節平均最高氣溫的年代際變化特點為20世紀60—80年代為相對偏低期，除90年代春季仍相對偏低外，其它季節90年代起為相對偏高期。

2.3 平均最低氣溫

商洛市年平均最低氣溫的線性傾向率小于平均氣溫和最高氣溫，為0.187 ℃/10 a(圖4)。1961—1987年年平均最低氣溫大多低于多年平均值，1988年開始大多高于多年平均值。20世紀60—90年代和2001—2010年、2011—2020年平均最低氣溫與多年平均值的距平分別為-0.7、0.0、-0.1、-0.1 ℃和0.3、0.6 ℃。

近60 a商洛市冬季、春季、夏季、秋季平均最低氣溫的線性傾向率分別為-0.403、0.170、0.290、0.221 ℃/10 a。近60 a來夏季增溫最明顯，秋季次之，冬季最小。冬季、春季和秋季增溫幅度小于平均氣溫和最高氣溫，夏季增溫幅度大于平均氣溫和最高氣溫。

四季最低氣溫的年代際變化見表1。冬季平均最低氣溫，60年代低于多年平均值，70—90年代持平，進入21世紀后呈快速上升趨勢，21世紀比20世紀高0.6 ℃。春季平均最低氣溫，20世紀60、70、80、90年代均低于多年平均值，距平分別為-0.7、-0.2、-0.5、-0.7 ℃，2001—2010年持平，2011—2020年呈顯著上升趨勢，距平為2.1 ℃。夏季平均最低氣溫，20世紀60、70、80、90年代和2001—2010年、2011—2020年與多年平均值距平分別為-0.5、-0.3、-0.6、-0.5 ℃和-0.3、1.9 ℃。秋季與夏季變化趨勢一致，60—90年代、2001—2010年均小于多年秋季平均值，2011—2020年呈快速上升趨勢，偏高0.8 ℃。

以上分析表明，商洛年平均最低氣溫線性傾向率小于平均氣溫和最高氣溫；季節變化以夏季增溫最明顯，各季最低氣溫年代際變化特點為1961—2000年為相對偏低期；2001—2010年夏季和秋季相對偏低，春季持平，冬季2001年起為相對偏高期；春、夏、秋季2011—2020年為相對偏高期。

3 氣溫異常性特征

采用距平級別標準(表2)[9]，分析商洛近60 a來平均氣溫的異常性，發現顯著偏暖年份為2013和2016年，偏暖年份為1998、1999、2002、2006、2007和2014年，偏暖和顯著偏暖年份大多出現在2000年以后；異常偏冷年份為1964和1968年，顯著偏冷年份為1963年，偏冷年份為1965、1966、1976、1984、1989和1993年，異常偏冷、顯著偏冷和偏冷年份大多出現在20世紀90年代以前，尤其集中在20世紀60年代。

表2 距平級別

對四季氣溫異常性分析發現：近60 a來商洛春季偏暖年份為2005、2006、2007、2009和2015年，顯著偏暖年份為2001、2008、2014、2018、2019和2020年，異常偏冷年份為1963年，顯著偏冷年份1964、1977和1997年，偏冷年份為1965、1980、1981、1989、1992和1994年；夏季偏暖年份為1966、1967、1995、2006和2013年，異常偏暖年份為2016年，顯著偏冷年份為2017和2019年，偏冷年份為2018年；秋季偏暖年份為1973、1978、1980、1982、1983、1987、1988、1991、1995、2001、2002、2005、2007、2008、2010、2011和2015年，異常偏暖年份為1998和2016年，顯著偏暖年份為1977、1990、1999、2006、2013和2014年，異常偏冷年份為2018年，偏冷年份為1962和2019年；冬季偏暖年份為1966、1986、2000、2001和2008年，顯著偏暖年份為1978、2006和2017年，異常偏暖年份為1998年，異常偏冷年份為1964、1967和1969年，顯著偏冷年份為1976年，偏冷年份為1971、1983和2007年。總體上，秋季偏暖年份最多，春季偏冷年份最多。

4 氣溫極端性特征

采用文獻[10-11]10個極端氣溫指數(表3)及分析方法計算商洛市極端氣溫指數。相對指數閾值采用1981—2010年統計數據為比較基期數據。

表3 選定的極端氣溫指數

近60 a來，商洛市極端最高氣溫的線性傾向率為0.502 ℃/10 a，極端最低氣溫的線性傾向率為-0.426 ℃/10 a。暖夜日數隨時間的變化呈增多趨勢，冷夜日數隨時間的變化呈減少趨勢，線性傾向率分別為5.175 d/10 a和-2.513 d/10 a，表明商洛1961—2020年夜間氣溫呈顯著變暖趨勢；冷晝日數、暖晝日數隨時間的變化均呈增多趨勢，線性傾向率分別為5.720、7.224 d/10 a，暖晝日數增多趨勢較冷晝日數明顯，表明白天氣溫呈增高趨勢；晝指數的變化較相應的夜指數變化更為突出，暖晝日數的變化更大。同時表征熱指數的夏日日數、熱夜日數線性傾向率分別為8.445、4.724 d/10 a，表征冷指數的冰日日數、霜日日數線性傾向率分別為-0.736、-9.943 d/10 a，也表明近60 a來商洛氣溫呈升高趨勢(圖5)。

5 結論

(1)近60 a來商洛年平均氣溫在波動中呈上升趨勢，線性傾向率小于全國平均水平。21世紀比20世紀偏高0.6 ℃；20世紀60—80年代均比多年平均值偏低，60、80年代最冷，90年代起呈上升趨勢，21世紀后升溫顯著。四季平均氣溫均呈上升趨勢，其中春季線性傾向率最大，年平均氣溫的升高以春季貢獻最大；各季平均氣溫的年代際變化特點為20世紀60年代的春季和秋季為相對偏低期，冬季和夏季為相對偏高期，80年代為相對偏低期，70、90年代和2001—2010為相對偏高期；年平均氣溫發生了由低溫到高溫的突變，突變時間在1987—1988年。

(2)近60 a來商洛年平均最高氣溫、最低氣溫均呈上升趨勢，年平均最高氣溫的線性傾向率大于年平均最低氣溫的線性傾向率，即白天升溫較夜間升溫明顯，最高氣溫對升溫貢獻最大。平均最高氣溫以春季升溫最明顯，各季平均最高氣溫的年代際變化特點為20世紀60—80年代為相對偏低期，除90年代春季仍相對偏低外，其他季節90年代起為相對偏高期。各季中平均最低氣溫以夏季升溫最為明顯，年代際變化特點為1961—2000年為相對偏低期，2001-2010年夏季和秋季為相對偏低期，春季持平，冬季2001年起為相對偏高期，春、夏、秋季2011—2020年為相對偏高期。

圖5 1961—2020年商洛市極端氣溫指數的年際變化(虛線為趨勢線)

(3)通過近60 a來商洛市平均氣溫異常性分析發現，偏暖年份多出現在2000年以后，偏冷年份多集中在20世紀60年代。秋季偏暖年份最多，春季偏冷年份最多。

(4)近60 a商洛市極端最高氣溫有顯著年際變化，暖夜日數呈增多趨勢，冷夜日數呈減少趨勢，冷晝日數、暖晝日數均呈增多趨勢，但冷晝日數的線性傾向率小于暖晝日數，晝指數變化較夜指數變化更明顯。表征熱指數的夏日日數、熱夜日數隨時間呈增多趨勢，表征冷指數的冰日日數、霜日日數呈減少趨勢。通過熱指數、冷指數分析，進一步說明商洛呈增溫趨勢。