石河子1955—2020年冬季負積溫變化特征分析

張玲 安東亮 任崗

摘要 基于石河子市1955—2020年逐日平均氣溫觀測數(shù)據(jù)，分析了近66年石河子冬季負積溫變化特征，為合理利用冬季氣候資源提供參考。結(jié)果表明：石河子冬季負積溫總體呈減少趨勢，氣候傾向率為-31.7℃·d/10a，累積距平1987年出現(xiàn)了突變，≤0℃初日推遲，終日提前和持續(xù)日數(shù)減少，冷冬年份均出現(xiàn)在2000年之前，而暖冬在20世紀80年代到21世紀00年代間出現(xiàn)頻次較多。

關鍵詞 負積溫;變化特征;石河子

中圖分類號：S161.2 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）10–0061–03

在全球變暖的趨勢下，我國西北地區(qū)氣溫上升速率高于全球平均水平，冬季氣溫升高幅度大于年均值[1-2]。范麗紅等[3]研究表明了北疆近45年來氣溫總體呈現(xiàn)上升趨勢，且氣溫變化存在明顯的季節(jié)性。北半球中高緯度地區(qū)，冬季溫度的升高可能是年平均氣溫升高的重要原因。負積溫是冬季日平均氣溫穩(wěn)定﹤0℃的累加，能綜合反映冬季寒冷程度、持續(xù)時間和低溫強度，是重要的農(nóng)業(yè)氣候生態(tài)指標之一。負積溫及其持續(xù)日數(shù)的變化，對冬季采暖和供水、供熱管道的設計和施工均有一定的影響。負積溫影響區(qū)域植被演替進程，制約當?shù)剞r(nóng)作物和果樹的安全越冬，與農(nóng)業(yè)病蟲害的發(fā)生、蔓延息息相關。桑建人等[4]研究了寧夏20個氣象觀測站1961—2004年冬季負積溫逐漸變暖的特征;白婷[5]、周雪英等[6]分別分析了北疆和庫爾勒的負積溫;錢錦霞等[7]分析了山西省冬小麥種植區(qū)與負積溫、凍害頻率的關系;黃健等[8]研究指出2月氣溫、冬季氣溫與次年棉鈴蟲發(fā)生程度呈顯著的負相關。

石河子市位于新疆北部，天山北麓中段，準噶爾盆地南緣，屬于典型溫帶大陸性氣候，冬季長而嚴寒，夏季短而炎熱，日照充沛。石河子墾區(qū)耕地面積約為2 556 km2，農(nóng)業(yè)是重要的支柱產(chǎn)業(yè)，負積溫的變化影響果樹越冬，并與設施農(nóng)業(yè)、農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)息息相關。了解石河子冬季溫度，特別是負積溫的變化情況，探索石河子冬季冷暖變化規(guī)律，降低因負積溫變化對農(nóng)業(yè)和生活的影響，以期為發(fā)展當?shù)靥厣止麡I(yè)與調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

本文所用資料為石河子市氣象站1955—2020年共66年的逐日氣溫和極端最低氣溫數(shù)據(jù)。負積溫均采用絕對值進行描述，負積溫絕對值越大表示溫度越低，天氣越寒冷。利用日平均氣溫資料，計算出逐年≤0℃初、終日及持續(xù)日數(shù)。初日定義為下半年（7月1日—12月31日）首次出現(xiàn)日平均氣溫≤0℃的日期，終日定義為上半年（1月1日—6月30日）最后一次出現(xiàn)日平均氣溫≤0℃的日期。負積溫是統(tǒng)計初、終日間為日平均氣溫穩(wěn)定≤0℃的累積值，用絕對值表示負積溫。年代以10位數(shù)字為年代數(shù)字值，如1955—1960年為50年代，1961—1970年為60年代，2000—2010年為21世紀初00年代，以此類推。

通過使用線性傾向率，分析負積溫變化趨勢和變化幅度，累積距平法對石河子負積溫的時間序列進行突變檢驗，采用負積溫的標準偏差方法，分析冬季冷暖的異常年份，使用Excel 2010統(tǒng)計分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 負積溫氣候傾向率變化特征

由圖1可以看出，石河子1955—2020年負積溫總體呈現(xiàn)減少趨勢，氣候傾向率為-31.7℃/10a，并且通過了α=0.01的顯著性檢驗，年平均負積溫為1 319.1℃·d。近66年來，負積溫最高值出現(xiàn)在1966年，為1 963.2℃·d;最低值出現(xiàn)在1989年，為878.7℃·d，不足最高值的1/2，比累年平均值低1/3。累年最高值和最低值均出現(xiàn)在前40年，從1995年起負積溫的年變化幅度明顯減弱，說明1955—1994年冬季氣溫年際波動較大，而近20年冬季氣溫逐漸上升并且年際差異較小。

前冬和后冬分別是從≤0℃初日至當年12月31日和1月1日至≤0℃終日這兩段時間。由表1可知，石河子負積溫前冬和后冬平均分別為432.2℃·d、886.9℃·d，前冬明顯比后冬少，平均只有其一半，1989年前冬最少，僅有89.2℃·d，而后冬最少也有521.2℃·d，約是前冬的6倍，氣候傾向率前冬明顯小于后冬，增溫速率分別為7.2℃·d/10 a和24.5℃·d/10 a。冬季各月平均負積溫1月>12月>2月，說明冬季1月最為寒冷，2月最為溫暖。這3個月的氣候傾向率為1.27℃·d/a（2月）>0.95℃·d/a（1月）>0.2℃·d/a（12月），表明石河子冬季變暖貢獻主要來自2月負積溫的顯著減少。從各時段的最多、最少負積溫出現(xiàn)年份可知，只有1月最少值出現(xiàn)在2015年，其他極值均出現(xiàn)在2000年前，與逐年負積溫變化趨勢較一致，極端冷暖事件出現(xiàn)在前40年的概率較大。

2.2 負積溫的突變分析

由圖2可知，石河子1955—2020年負積溫累積距平曲線呈先升后降的變化趨勢，負積溫在1987年出現(xiàn)了突變，突變后比突變前平均值減少了126.9℃·d。1955—1986年負積溫距平變化比較劇烈，累積距平呈現(xiàn)曲折上升趨勢，負積溫仍然以正距平為主，且正距平數(shù)值明顯大于負距平的絕對值，冬季總體處于相對偏冷時段。1987—2020年負積溫距平變化幅度明顯減小，累積距平曲線呈現(xiàn)迅速下降的趨勢，此34年間有11年為正距平，其中1988—2006年出現(xiàn)了連續(xù)5年和6年的負距平，只有3個正距平，且這3個距平值也較小，此階段為冬季增溫迅速時期，冬季氣溫明顯偏高。

2.3 冬季≤0℃初、終日和持續(xù)日數(shù)年代際變化

表2分別計算了各年代際，日平均氣溫≤0℃初、終日和持續(xù)日數(shù)的平均與歷年平均的距平值。由表2可知，石河子冬季≤0℃初日平均為11月10日，總體呈推遲趨勢，最早出現(xiàn)在1972年10月17日，最晚出現(xiàn)在1994年12月3日。20世紀60年代為初日最早時段，21世紀00年代為≤0℃出現(xiàn)最晚時段;50～80年代的初日距平均早于歷年平均1～5 d，21世紀00年代和10年代分別比歷年晚7 d、5 d，20世紀90年代與歷年持平?！?℃終日平均為3月17日，50年代、70年代平均分別偏晚7 d和5 d，60年代和80年代到00年代平均偏早1～4 d，10年代與歷年相同。冬季≤0℃持續(xù)日數(shù)在逐漸減少，50年代持續(xù)日數(shù)最多，21世紀00年代持續(xù)日數(shù)最少，20世紀50～80年代比歷年平均偏多0.8～8.5 d，90年代至10年代比歷年平均減少了1.2～10.3 d;90年代比80年代減少了2.0 d，21世紀00年代比90年代減少了9.1 d。石河子≤0℃初日推遲、終日提前和持續(xù)日數(shù)的減少，在一定程度上印證了冬季氣候變暖的特征。

2.4 冷、暖冬年分布特征

近年來，氣候極端事件頻發(fā)，通常采用標準偏差法，分析氣象要素異常年，本文用冷冬和暖冬來描述冬季的冷暖程度，負積溫距平高于標準差為冷冬，低于標準差為暖冬，中間年份為正常年。從表3可知，石河子1955—2020年的66年間出現(xiàn)冷冬12年、暖冬8年、平年46年，冷冬年份平均負積溫距平為391.2℃·d，暖冬年份平均負積溫距平為-317.4℃·d。冷冬年份都分布在2000年之前，特別是50～70年代出現(xiàn)頻次數(shù)較多，每個年代際均出現(xiàn)了3年，而20世紀90年代只在1993年出現(xiàn)了1次。暖冬年份除1957年和1962年外，均分布在20世紀80年代到21世紀00年代間，這期間每個年代際均出現(xiàn)了2年暖冬。20世紀70年代只有冷冬年份較多，未出現(xiàn)暖冬年份，說明這段時期冬季處于偏冷時段，80～90年代冷、暖冬交替出現(xiàn)，極端氣候事件增加，這也再次證實石河子冬季氣候變暖開始于80年代末期（表3）。

3 結(jié)束語

石河子冬季負積溫年平均為1 319.1℃·d，呈31.7℃·d/10 a的減少趨勢，前冬溫度明顯高于后冬，整個冬季1月最寒冷，2月溫度升高對冬季變暖貢獻最大。累積距平分析表明1987年出現(xiàn)負積溫的突變，各年代際間負積溫變化差異較大，≤0℃持續(xù)日數(shù)明顯減少，冷冬主要出現(xiàn)在1993年之前，20世紀80年代末～21世紀00年代為溫度迅速上升期，在此期間暖冬出現(xiàn)概率較高，近10年冬季變暖后年際間溫度差異較小。石河子冬季負積溫總體呈現(xiàn)減少趨勢，但在不同時段，其變化特征又有所差異，對冬季氣溫變化的研究還不完善，隨著氣候的不斷變化，進一步研究本地冬季氣候變暖具有重要意義。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛

Analysis on Variation Characteristics of Negative Accumulated Temperature in Winter in Shihezi from 1955 to 2020

ZHANG Ling et al（Center for central Asia Atmosphere Science Research， Urumqi， Xinjiang 830002）

Abstract Based on the observation data of daily mean temperature in Shihezi city from 1955 to 2020， the characteristics of negative accumulated temperature in winter in shihezi city in recent 66 years were investigated， which could provide reference for rational use of winter climate resources. The results show that the negative accumulated temperature in winter in Shihezi presents a decreasing trend， and the climate trend rate is -31.7℃·d/10a. The cumulative anomaly has a sudden change in 1987， with the onset of the day delayed， the length of the day advanced and the duration of the day decreased. The cold winter years all occurred before 2000， while the warm winter occurred more frequently from 1980s to 2000s.

Key words Negative accumulated tempe-rature; Change characteristics; Shihezi