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      庫(kù)爾勒1961—2010年氣候變化特征

      2013-11-15 05:28:52趙勇軍吳新國(guó)
      沙漠與綠洲氣象 2013年1期
      關(guān)鍵詞:庫(kù)爾勒市庫(kù)爾勒沙塵

      趙勇軍,吳新國(guó)

      (庫(kù)爾勒市氣象局,新疆 庫(kù)爾勒841000)

      全球氣候變暖已成為氣候研究的熱點(diǎn)之一[1-3],而全球氣候與環(huán)境是長(zhǎng)期以來(lái)人與自然關(guān)系失調(diào)的結(jié)果。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展和城市化進(jìn)程,使得人類對(duì)自然的干擾和破壞越來(lái)越嚴(yán)重。長(zhǎng)期的累積過(guò)程導(dǎo)致了許多全球性的環(huán)境問(wèn)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(huán)境的重要組成部分,它的任何變化都會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

      IPCC第3次評(píng)估報(bào)告指出:全球平均地表溫度自1861年以來(lái)一直在增高,20世紀(jì)增加了(0.6±0.2)℃。中國(guó)氣候近百年來(lái)也在變暖,中國(guó)的氣候?qū)W家對(duì)中國(guó)氣候變化的研究取得了大量有價(jià)值的結(jié)果。丁一匯、戴曉蘇[4]對(duì)中國(guó)近百年來(lái)溫度變化的研究結(jié)果進(jìn)行了綜述,王紹武等[5]給出了中國(guó)近百年溫度序列。他們得到的較一致結(jié)論是:(1)近百年來(lái)中國(guó)氣候變化趨勢(shì)與全球總趨勢(shì)基本一致,全國(guó)氣溫上升了0.4~0.5℃,略低于全球平均的0.6℃;(2)中國(guó)20世紀(jì)初為冷期,其后逐步回升,到1940—1949年間達(dá)到最暖,之后又迅速變冷,且持續(xù)到70年代,然后再次出現(xiàn)回升。王紹武、陳隆勛、翟盤茂[6-8]的研究表明,近幾十年全國(guó)年降水量總體上呈減少趨勢(shì),但西部降水量呈明顯的增多趨勢(shì),尤以西北地區(qū)最為明顯,而西南一些地區(qū)有減少趨勢(shì)。左洪超等[9]對(duì)我國(guó)近50 a來(lái)的降水量的變化進(jìn)行了研究,得出新疆地區(qū)是降水量增加最快的地區(qū);丁一匯等[10]指出我國(guó)西北地區(qū)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(shí),施雅風(fēng)等[11]的研究也表明,我國(guó)西北氣候可能從20世紀(jì)的暖干向暖濕轉(zhuǎn)型。何清等[12]研究指出,40 a來(lái)新疆氣溫呈明顯上升趨勢(shì),后10 a(1991—2000年)比前30 a平均氣溫升高,降水變化的總趨勢(shì)是增濕明顯,后10 a與前30 a相比降水增加。

      庫(kù)爾勒市位于新疆維吾爾自治區(qū)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(biāo)為東 85°14′10″~86°34′21″E,41°10′48″~42°21′36″N。庫(kù)爾勒市北部為天山余脈霍拉山,東部為庫(kù)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(jīng)庫(kù)爾勒市中央,注入羅布泊(現(xiàn)注入卡拉水庫(kù))。塔里木河流經(jīng)庫(kù)爾勒市西南部邊緣。庫(kù)爾勒市平原的南部、西部與塔里木盆地相連,形成一個(gè)廣闊的扇形綠洲。由于北面有霍拉山,東面有庫(kù)魯克山的阻擋,北方的冷空氣和焉耆盆地的濕潤(rùn)空氣侵入庫(kù)爾勒市境的勢(shì)力明顯減弱。該區(qū)光熱資源豐富,氣溫日較差和年較差大,大風(fēng)風(fēng)沙天氣多,降水少,蒸發(fā)大,空氣極端干燥。庫(kù)爾勒于1979年撤縣建市,經(jīng)過(guò)三十多年發(fā)展,城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,城市建設(shè)用地規(guī)模迅速增長(zhǎng)[13],因此要考慮城市化對(duì)地面氣象要素變化的影響。本文分析了中部平原區(qū)的庫(kù)爾勒市地面主要?dú)庀笠刈兓?guī)律。

      研究庫(kù)爾勒市氣候變化對(duì)于研究我國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)的氣候變化趨勢(shì),深入探究新疆極端干旱區(qū)綠洲氣候變化規(guī)律具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)意義,可為氣候變化基礎(chǔ)研究及相關(guān)部門應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)參考。

      1 資料與方法

      資料來(lái)源于庫(kù)爾勒氣象站1961—2010年年平均氣溫、年總降水量、年平均地面風(fēng)速、年沙塵天氣、沙塵暴日數(shù)及年日照時(shí)數(shù)等資料,統(tǒng)計(jì)出了庫(kù)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(fēng)速、年沙塵天氣、年沙塵暴日數(shù)及年日照時(shí)數(shù),運(yùn)用氣候趨勢(shì)分析及Mann-Kendall突變檢測(cè)[14]等方法分析各要素的變化。在Mann-Kendall突變檢測(cè)圖中,如果UF與UB在臨界值±1.96(α=0.05)之間有一個(gè)顯著的交點(diǎn),且UF上升超過(guò)+1.96或下降<-1.96,則可以認(rèn)為序列產(chǎn)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(gè)交點(diǎn)就是突變的開端,反之,則認(rèn)為沒(méi)有突變產(chǎn)生。

      2 年平均氣溫、年平均氣壓

      根據(jù)庫(kù)爾勒逐年年平均氣溫作出趨勢(shì)線y=0.028 8x-11.025(圖1a),50 a的增溫率達(dá)到 0.29 ℃/10 a,說(shuō)明50 a來(lái)庫(kù)爾勒市氣溫明顯呈上升趨勢(shì)。20世紀(jì)60—90年代中期年平均氣溫負(fù)距平明顯,為相對(duì)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(duì)偏暖期。20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初與20世紀(jì)60年代相比距平值升高1.3℃,年平均氣溫也升高了1.3℃。庫(kù)爾勒氣溫變化趨勢(shì)與我國(guó)西北地區(qū)、新疆氣溫的變化趨勢(shì)相一致,尤以1995年以后的升溫最為明顯,這可能與庫(kù)爾勒近十幾年經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、城市建筑面積和水泥陸面增長(zhǎng)有關(guān)。為進(jìn)一步分析,本文選取一臨近庫(kù)爾勒的氣象站進(jìn)行對(duì)比。選取的標(biāo)準(zhǔn)是:(1)與庫(kù)爾勒緯度相近;(2)在塔克拉瑪干沙漠的方位與庫(kù)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(tái)氣象站,將同時(shí)期的多項(xiàng)資料進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比輪臺(tái)氣象站同時(shí)期氣溫資料,發(fā)現(xiàn)用輪臺(tái)近50a逐年年平均氣溫所作的趨勢(shì)線y=0.042 6x+10.094,50 a的增溫率達(dá)到0.43℃/10 a,比庫(kù)爾勒氣象站氣溫增長(zhǎng)還要快。輪臺(tái)氣象站周邊城市化程度小,可排除城市化對(duì)氣溫的影響。庫(kù)爾勒近幾十年大力改善人居環(huán)境,發(fā)展綠地,2011年庫(kù)爾勒市人均公共綠地面積達(dá)10.9 m2,可能在一定程度上減緩了氣溫上升的速度。

      根據(jù)圖1b可知,庫(kù)爾勒逐年年平均氣壓呈波動(dòng)變化的趨勢(shì),所做的線性趨勢(shì)擬合效果不佳,相關(guān)系數(shù)太小,因此在圖中未做趨勢(shì)線。但大致可看出,庫(kù)爾勒市在20世紀(jì)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(xù)較高,進(jìn)入21世紀(jì),呈下降趨勢(shì)。

      從庫(kù)爾勒市年平均氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線(圖1c)可以看出,20世紀(jì)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(shì),自1997年開始上升的趨勢(shì)更加顯著,并且在該年發(fā)生了增溫突變??梢哉f(shuō),近50 a來(lái)庫(kù)爾勒市年平均氣溫上升趨勢(shì)明顯。這與我國(guó)整個(gè)西北地區(qū)年平均氣溫上升并在20世紀(jì)90年代存在突變的大背景相一致[15]。庫(kù)爾勒年平均氣壓無(wú)突變,因此不列出相應(yīng)突變檢驗(yàn)圖。

      3 年降水量

      庫(kù)爾勒市近50 a來(lái)的降水量變化趨勢(shì)不明顯(圖2)。年降水量在各個(gè)年代、年際的情況不同。大致可以分為以下幾個(gè)階段:

      (1)1961—1980年的降水相對(duì)偏少,為相對(duì)干旱期。

      (2)1981—1990年,年降水量增加顯著。這一時(shí)期為相對(duì)濕潤(rùn)期。主要是1987—1990年連續(xù)4 a降水相對(duì)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(duì)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(dá)到86.3 mm,對(duì)當(dāng)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(qū)的降水都集中在夏季相一致。

      經(jīng)分析,庫(kù)爾勒年降水量不存在突變。

      4 年平均地面風(fēng)速

      4.1 趨勢(shì)分析

      庫(kù)爾勒市地面風(fēng)速呈減小趨勢(shì),但這種趨勢(shì)不太明顯,擬合趨勢(shì)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(tái)氣象站地面風(fēng)速數(shù)據(jù)顯示,地面風(fēng)速變化趨勢(shì)線為y=-0.019 3x+1.793 4,也呈減少趨勢(shì),但減小速率只有0.19(m/s)/10 a,小于庫(kù)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(kù)爾勒市地面風(fēng)速減小的趨勢(shì),明顯可分為以下幾個(gè)階段:

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

      (2)1996—2010年為第二個(gè)增減過(guò)程。1996—2000年年平均地面風(fēng)速呈增長(zhǎng)趨勢(shì),增長(zhǎng)幅度較大。2000年之后風(fēng)速又開始呈明顯的減少趨勢(shì)。

      總的看來(lái),這50 a來(lái)庫(kù)爾勒市地面風(fēng)速呈顯著減少趨勢(shì),且表現(xiàn)為以上兩個(gè)略呈階梯狀的“增長(zhǎng)—減少”的階段。

      4.2 突變檢測(cè)

      圖3為庫(kù)爾勒市年地面風(fēng)速M(fèi)ann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線,從圖中可以看出,1970年以前年平均地面風(fēng)速存在小幅波動(dòng),但趨勢(shì)不明顯。從1970年開始到2010年,年地面風(fēng)速呈減小趨勢(shì),但沒(méi)有明顯的突變。這與整個(gè)西北地區(qū)年平均地面風(fēng)速減小的大背景相一致[12]。

      5 年沙塵日數(shù)和年沙塵暴日數(shù)

      5.1 趨勢(shì)分析

      圖4為庫(kù)爾勒市年總沙塵日數(shù)和年總沙塵暴日數(shù)變化趨勢(shì),擬合趨勢(shì)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(shì),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(shù)大部分在50 d以上,1984年以后年沙塵日數(shù)迅速減少,降低到50 d以下。年沙塵暴日數(shù)變化趨勢(shì)與年沙塵日數(shù)變化相似,1978年之前年沙塵暴日數(shù)波動(dòng)性較大,總體較多,自1978年開始迅速減少,進(jìn)入21世紀(jì)基本上沒(méi)有沙塵暴發(fā)生。比較近50 a來(lái)沙塵天氣和沙塵暴年日數(shù)不同年代的差異,可以得出,兩者都是在20世紀(jì)60年代最多,其中沙塵天氣日數(shù)在80年代不斷減少,90年代以后沙塵日數(shù)在50 d/a以下。但沙塵暴日數(shù)70年代中后期迅速減少,之后趨近于無(wú)。同期相鄰的輪臺(tái)氣象站,近50 a年沙塵日數(shù)變化不大,沒(méi)有減小的趨勢(shì);而年沙塵暴日數(shù)存在波動(dòng)性,但也沒(méi)有減小的趨勢(shì)。兩站的這種差異,也是與城市化率、綠化率有關(guān)。

      5.2 突變檢測(cè)

      圖4c和4d為庫(kù)爾勒市年沙塵天氣日數(shù)和年沙塵暴日數(shù)Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線。從圖中可知,1961—1972年年沙塵日數(shù)成波動(dòng)狀態(tài),還略有增加,1972—2006年年沙塵日數(shù)呈下減少趨勢(shì)。2007年之后,年沙塵日數(shù)呈微小增加趨勢(shì),突變年為1984年。年沙塵暴日數(shù)變化與年沙塵日數(shù)變化規(guī)律相似,1961—1976年年沙塵暴日數(shù)呈波動(dòng)狀態(tài),但日數(shù)較多,1977年以后沙塵暴日數(shù)迅速減小,經(jīng)Mann-Kendall方法檢驗(yàn)不存在明顯的突變。

      6 年日照時(shí)數(shù)

      圖5為庫(kù)爾勒市年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì),擬合趨勢(shì)線方程為y=-5.587x+302 4.6,呈減少趨勢(shì),減小速率為55.9 d/10 a。1982年之前年日照時(shí)數(shù)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(dòng),波動(dòng)頻率較大,但都在2 600 h以上。1989年以后,庫(kù)爾勒年日照時(shí)數(shù)波動(dòng)性增大,且在1990年和1998年前后一度降到2 600 h以下。20世紀(jì)90年代中后期到2001年,庫(kù)爾勒年日照時(shí)數(shù)基本處于一個(gè)低谷。

      7 結(jié)論與討論

      由上述分析可以得到下列主要結(jié)論:

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

      (2)50 a來(lái)庫(kù)爾勒市的年平均氣溫呈現(xiàn)出明顯的突變,出現(xiàn)在1997年;年平均地面風(fēng)速?zèng)]有突變;年沙塵日數(shù)突變發(fā)生在1983年;年沙塵暴日數(shù)沒(méi)有突變。可見,庫(kù)爾勒市年平均氣溫和年沙塵日數(shù)突變均發(fā)生在20世紀(jì)90年代。這與新疆氣候變化趨勢(shì)相一致,也同當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)的發(fā)展有關(guān)。

      (3)50 a來(lái)庫(kù)爾勒市氣候變化趨勢(shì)與全國(guó)氣溫升高的變化趨勢(shì)大體一致,尤其與北疆綠洲的石河子地區(qū)氣候變化趨勢(shì)相一致[18-19]。氣溫、地面風(fēng)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(lái)越突出[20]。隨著人口迅速增加,工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展等等,都對(duì)各地區(qū)的大氣條件、環(huán)境要素產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響各地區(qū)氣候。因此,如何在城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)合理地改善、利用氣候資源是擺在我們面前的重要課題,應(yīng)該引起全社會(huì)的重視。

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      中亞信息(2019年2期)2019-04-22 01:54:10
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