我國西北風日氣候變化特征對比分析

東風區是指中國大陸受到東亞季風氣候影響的地區，包括大興安嶺以東、內蒙古高原以南、青藏高原東緣司。高原靠近高原，氣候多樣。夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。隨著季節的推移，風向和降水發生了顯著變化。而以受中緯度西風環流影響為主體的西北地區為西北西風區,它主要是指賀蘭山以西,青藏高原以北的廣大地區,受中緯度西風擾動、亞洲季風和高原季風的共同影響,它地處歐亞大陸內部,橫跨青藏高原,蒙新高原和黃土高原,地形復雜,天氣氣候多樣,與季風區有著很大的差異。西風區與季風區主要影響系統的不同,決定了氣溫變化和變化幅度的差異。全球氣溫變暖導致冰川融化、南北極劇減、水資源的供需矛盾、森林和生態系統的變化以及農業產量不穩等環境和社會問題,公眾對氣候變化的關注與日俱增,然而氣候變化的原因非常復雜,不同地區的氣候變化各有其不同特征。丁一匯等分析了我國近百年來溫度的變化情況,發現中國的增溫與北半球相似,但具體的變化過程和幅度上又與全球變化有著明顯的差異;劉莉紅等對我國近百年來的溫度突變進行了分析,表明我國目前處于溫度偏高階段,并將持續一段時間;張晶晶等研究了近50a中國氣溫變化的區域差異及其與全球氣候變化的聯系,指出我國的氣溫變化與全球氣候變化有一定程度的相關關系,不同季節,響應全球大氣變化的區域也不同;王海平等[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]對不同地區的氣溫、地溫的變化特征進行了研究;然而對于西北西風區和季風區的溫度變化的時空差異及其成因的研究并不多見,故筆者對比分析了季風區與西風區年平均氣溫的時空變化特征及溫度變率特征,這對進一步分析西北西風區和東部季風區的氣候差異及其成因有著重要作用。1數據來源和方法1.1資料與時間序列的控制年平均氣溫資料來源于中國氣象局國家氣象信息中心,其中包括西北干旱區的138個站資料和東部季風區的375個站點資料,時間序列長度均從1964\_2006年共43a,該資料經過嚴格質量控制。1.2各要素平均速率的估計研究方法主要為趨勢分析、變化速率分析、相關性分析、可靠性檢驗等。多年平均值利用1964\_2006年氣溫資料進行平均;計算距平時,平均值用1971\_2000年資料。變化速率(即傾向率)的計算公式如下,它實際上是用最小二乘進行估計得到的某一要素和時間的線性回歸系數:k=∑i=1n(xiti)?1n(∑i=1nxi)(∑i=1nti)∑i=1nt2i?1n(∑i=1nti)2k=∑i=1n(xiti)-1n(∑i=1nxi)(∑i=1nti)∑i=1nti2-1n(∑i=1nti)22預測年平均氣溫在時空上的變化特征的比較2.1山系向的變化從年平均氣溫分布上(圖略)可以看出,季風區和西風區的年平均氣溫受海拔高度和地形的影響顯著,等值線的走向與山系走向密切相關,祁連山、秦嶺等東西走向的山系,其周圍等溫線呈緯向分布;而賀蘭山、六盤山、太行山等南北走向或準南北走向的山系,其兩側等溫線略成徑向分布,其突進高原的部分則形成明顯的槽;顯然山區成為冷中心,河谷盆地則成為暖區;且季風區受緯度影響明顯,受緯度及海陸熱力差共同影響的結果是等溫線走向為東北\_西南方向。2.2大尺度影響系統對比為便于對西北西風區和季風區的氣溫變化特征進行對比,分別進行年平均氣溫的距平變化分析,求出1964\_2006年西北區和季風區逐年氣溫距平的年際變化(圖1),可以看出1964\_2006年西北西風區和東部季風區的平均氣溫均是明顯的上升趨勢,西北西風區變化趨勢較季風區趨勢更為明顯,西風區升溫率為0.389℃/10a,而季風區升溫率為0.278℃/10a,相當于43a來,西北西風區溫度上升了1.67℃,季風區只上升了1.2℃;受大尺度天氣系統影響,西風區與季風區的時間變化規律基本一致,總體是在波動中呈一致的上升趨勢,其一致性達到0.9202,通過0.001可靠性檢驗。但由于各影響系統在不同區域的相對強弱變化以及各區域的中小尺度影響系統的不同,導致了相較于東部季風區,西風區的年際變化更為劇烈,年際變化幅度大,季風區氣溫波動變化平緩且幅度小,西風區的年際最大變化幅度是1966\_1967年的0.98℃,季風區的最大變化幅度是1975\_1976年的0.91℃,1980年之前,西北西風區的波動幅度比東部季風區大,季風區變化平緩且幅度相對小,甚至有些年份兩地呈反向變化,但1980年之后,兩地變化趨于一致,且西風區的年際變化幅度較季風區更為明顯,兩地均呈現出波動中明顯上升趨勢。從變化曲線可以看出,1985年是年平均氣溫變化的一個轉折點,1964\_1985年,西風區與季風區的年平均氣溫距平變化復雜,二者的升溫率分別為0.17℃/10a、0.09℃/10a,1985\_2006年,二者表現為一致的升溫趨勢,升溫率分別為0.61℃/10a、0.44℃/10a,均是增溫的主要時段;近43a來,西風區的最暖年出現在2006年,氣溫正距平1.34℃,西風區的最冷年份出現在1967年,氣溫負距平-1.24℃,正負距平差2.58℃。而季風區的最暖年氣溫正距平1.18℃,出現在1998年,最冷年份出現在1969年,其氣溫負距平-0.86℃,最高氣溫和最低氣溫變幅2.04℃,可見西風區的氣溫變化幅度較季風區大。2.3相鄰年代間的差值為進一步對比分析西風區與季風區的氣溫變化,分別計算西風區和季風區年平均氣溫距平的年代際變化(表1),可以看出,西風區與季風區的年代最低氣溫均出現在20世紀60年代,兩年代間的差值也均為正值,而西風區的相鄰年代間的差值均比季風區同時代間的差值大,其中季風區90年代與80年代溫度之差為0.46℃,達到季風區年代際變溫最大,此時,西風區的變溫為0.49℃;西風區年代際變溫最大是21世紀初與20世紀90年代之差,最大為0.50℃,而此時季風區的年代際溫度之差為0.25℃,這說明了西風區與季風區的氣溫上升的趨勢均是隨著時間的推移而增加的,且是從90年代之后升高最明顯。3氣溫變率的可靠性利用氣候傾向率分別來計算各站的氣溫變率,西風區1站和季風區4站共只有5站具有負溫度變率,其余各站均為正溫度變率,并利用α檢驗,對各站氣溫變率的可靠性進行檢驗,其中大部分都通過0.1的信度檢驗,可以看出,在季風區和西風區均是明顯的升溫趨勢。3.1天山山脈內溫度變化率分布分析西風區和季風區的溫度變率的空間分布(圖2),可以看出,西風區的溫度變率(圖2A)最大值位于西北地區中南部—新疆東南部的阿爾金山脈東側(38°N,90°E),其最大變溫率為0.96℃/10a,最小的溫度變率位于天山山脈中部(42°N,83°E),其變率為-0.054℃/10a;在88\_92°E的帶狀區域里是增溫趨勢最強的區域,氣溫變化率達到0.55℃/10a以上,溫度變率大的區域主要位于新疆西北部、新疆東部至青海西部的帶狀分布區及內蒙中部地區,其溫度變率均≥0.4℃/10a;季風區的溫度變率的空間分布(圖2B)上,溫度變率最大值位于40°N,115°E的京津地區,最大變溫率為0.63℃/10a,最小溫度變率位于云貴高原的25°N,102°E,變溫率為-0.172℃/10a,其≥0.4℃/10a位于受季風影響相對弱的北部地區,主要是西安-天津以西、以北的華北、東北地區。3.2氣溫的年際變化為進一步分析西風區和季風區年平均氣溫變率的差異,分別在兩地選出5個升溫率最大站進行對比分析(表2),可以看出,季風區升溫率最大的5站均位于33°N以北,而西風區升溫率最大的5站分布較分散,西風區代表站的升溫率均較季風區的最大升溫率大;從西風區和季風區升溫率最大的5站的年氣溫距平(圖3)可以看出,代表站氣溫的年際變化的一致性較區域年平均變化更為明顯,其相關系數達到0.936,通過0.001可靠性檢驗。西風區與季風區代表站均是1987年之前以負溫度距平為主,隨著時間的推移和溫度的升高,1987之后為正溫度距平;1998年之后,西風區的氣溫距平較季風區氣溫距平明顯偏高,說明該年是個突變點,這是因為1998年以后,西風區的年降水減少明顯,空氣濕度也明顯降低,對全球增溫的反映更敏感,使西風區的氣溫比季風區的升高更明顯。西風區代表站年平均氣溫距平變化幅度大,其最大距平值為2.16℃,最小距平值為-2.04℃,其溫度最高年較最低年升高了4.2℃,而季風區代表站氣溫變化幅度小,最大距平值為1.6℃,最小距平值為-1.54℃,其溫度最高年較最低年升高了3.14℃。4季風區和私家車區均有升溫趨勢1)受大尺度天氣系統影響,西風區與季風區的時間變化規律基本一致,總體是在波動中呈一致的上升趨勢;但西風區的年際變化更為劇烈,年際變化幅度大,而季風區氣溫波動變化平緩且幅度小。2)季風區和西風區均是明顯的升溫趨勢:西風區溫度變率大的區域主要位于新疆西北部、新疆東部至青海西部的帶狀分布區及內蒙中部地區,