我国西北风日气候变化特征对比分析

我国西北风日气候变化特征对比分析

东风区是指中国大陆受到东亚季风气候影响的地区，包括大兴安岭以东、内蒙古高原以南、青藏高原东缘司。高原靠近高原，气候多样。夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。随着季节的推移，风向和降水发生了显著变化。而以受中纬度西风环流影响为主体的西北地区为西北西风区,它主要是指贺兰山以西,青藏高原以北的广大地区,受中纬度西风扰动、亚洲季风和高原季风的共同影响,它地处欧亚大陆内部,横跨青藏高原,蒙新高原和黄土高原,地形复杂,天气气候多样,与季风区有着很大的差异。西风区与季风区主要影响系统的不同,决定了气温变化和变化幅度的差异。全球气温变暖导致冰川融化、南北极剧减、水资源的供需矛盾、森林和生态系统的变化以及农业产量不稳等环境和社会问题,公众对气候变化的关注与日俱增,然而气候变化的原因非常复杂,不同地区的气候变化各有其不同特征。丁一汇等分析了我国近百年来温度的变化情况,发现中国的增温与北半球相似,但具体的变化过程和幅度上又与全球变化有着明显的差异;刘莉红等对我国近百年来的温度突变进行了分析,表明我国目前处于温度偏高阶段,并将持续一段时间;张晶晶等研究了近50a中国气温变化的区域差异及其与全球气候变化的联系,指出我国的气温变化与全球气候变化有一定程度的相关关系,不同季节,响应全球大气变化的区域也不同;王海平等[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]对不同地区的气温、地温的变化特征进行了研究;然而对于西北西风区和季风区的温度变化的时空差异及其成因的研究并不多见,故笔者对比分析了季风区与西风区年平均气温的时空变化特征及温度变率特征,这对进一步分析西北西风区和东部季风区的气候差异及其成因有着重要作用。1数据来源和方法1.1资料与时间序列的控制年平均气温资料来源于中国气象局国家气象信息中心,其中包括西北干旱区的138个站资料和东部季风区的375个站点资料,时间序列长度均从1964\_2006年共43a,该资料经过严格质量控制。1.2各要素平均速率的估计研究方法主要为趋势分析、变化速率分析、相关性分析、可靠性检验等。多年平均值利用1964\_2006年气温资料进行平均;计算距平时,平均值用1971\_2000年资料。变化速率(即倾向率)的计算公式如下,它实际上是用最小二乘进行估计得到的某一要素和时间的线性回归系数: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预测年平均气温在时空上的变化特征的比较2.1山系向的变化从年平均气温分布上(图略)可以看出,季风区和西风区的年平均气温受海拔高度和地形的影响显著,等值线的走向与山系走向密切相关,祁连山、秦岭等东西走向的山系,其周围等温线呈纬向分布;而贺兰山、六盘山、太行山等南北走向或准南北走向的山系,其两侧等温线略成径向分布,其突进高原的部分则形成明显的槽;显然山区成为冷中心,河谷盆地则成为暖区;且季风区受纬度影响明显,受纬度及海陆热力差共同影响的结果是等温线走向为东北\_西南方向。2.2大尺度影响系统对比为便于对西北西风区和季风区的气温变化特征进行对比,分别进行年平均气温的距平变化分析,求出1964\_2006年西北区和季风区逐年气温距平的年际变化(图1),可以看出1964\_2006年西北西风区和东部季风区的平均气温均是明显的上升趋势,西北西风区变化趋势较季风区趋势更为明显,西风区升温率为0.389℃/10a,而季风区升温率为0.278℃/10a,相当于43a来,西北西风区温度上升了1.67℃,季风区只上升了1.2℃;受大尺度天气系统影响,西风区与季风区的时间变化规律基本一致,总体是在波动中呈一致的上升趋势,其一致性达到0.9202,通过0.001可靠性检验。但由于各影响系统在不同区域的相对强弱变化以及各区域的中小尺度影响系统的不同,导致了相较于东部季风区,西风区的年际变化更为剧烈,年际变化幅度大,季风区气温波动变化平缓且幅度小,西风区的年际最大变化幅度是1966\_1967年的0.98℃,季风区的最大变化幅度是1975\_1976年的0.91℃,1980年之前,西北西风区的波动幅度比东部季风区大,季风区变化平缓且幅度相对小,甚至有些年份两地呈反向变化,但1980年之后,两地变化趋于一致,且西风区的年际变化幅度较季风区更为明显,两地均呈现出波动中明显上升趋势。从变化曲线可以看出,1985年是年平均气温变化的一个转折点,1964\_1985年,西风区与季风区的年平均气温距平变化复杂,二者的升温率分别为0.17℃/10a、0.09℃/10a,1985\_2006年,二者表现为一致的升温趋势,升温率分别为0.61℃/10a、0.44℃/10a,均是增温的主要时段;近43a来,西风区的最暖年出现在2006年,气温正距平1.34℃,西风区的最冷年份出现在1967年,气温负距平-1.24℃,正负距平差2.58℃。而季风区的最暖年气温正距平1.18℃,出现在1998年,最冷年份出现在1969年,其气温负距平-0.86℃,最高气温和最低气温变幅2.04℃,可见西风区的气温变化幅度较季风区大。2.3相邻年代间的差值为进一步对比分析西风区与季风区的气温变化,分别计算西风区和季风区年平均气温距平的年代际变化(表1),可以看出,西风区与季风区的年代最低气温均出现在20世纪60年代,两年代间的差值也均为正值,而西风区的相邻年代间的差值均比季风区同时代间的差值大,其中季风区90年代与80年代温度之差为0.46℃,达到季风区年代际变温最大,此时,西风区的变温为0.49℃;西风区年代际变温最大是21世纪初与20世纪90年代之差,最大为0.50℃,而此时季风区的年代际温度之差为0.25℃,这说明了西风区与季风区的气温上升的趋势均是随着时间的推移而增加的,且是从90年代之后升高最明显。3气温变率的可靠性利用气候倾向率分别来计算各站的气温变率,西风区1站和季风区4站共只有5站具有负温度变率,其余各站均为正温度变率,并利用α检验,对各站气温变率的可靠性进行检验,其中大部分都通过0.1的信度检验,可以看出,在季风区和西风区均是明显的升温趋势。3.1天山山脉内温度变化率分布分析西风区和季风区的温度变率的空间分布(图2),可以看出,西风区的温度变率(图2A)最大值位于西北地区中南部—新疆东南部的阿尔金山脉东侧(38°N,90°E),其最大变温率为0.96℃/10a,最小的温度变率位于天山山脉中部(42°N,83°E),其变率为-0.054℃/10a;在88\_92°E的带状区域里是增温趋势最强的区域,气温变化率达到0.55℃/10a以上,温度变率大的区域主要位于新疆西北部、新疆东部至青海西部的带状分布区及内蒙中部地区,其温度变率均≥0.4℃/10a;季风区的温度变率的空间分布(图2B)上,温度变率最大值位于40°N,115°E的京津地区,最大变温率为0.63℃/10a,最小温度变率位于云贵高原的25°N,102°E,变温率为-0.172℃/10a,其≥0.4℃/10a位于受季风影响相对弱的北部地区,主要是西安-天津以西、以北的华北、东北地区。3.2气温的年际变化为进一步分析西风区和季风区年平均气温变率的差异,分别在两地选出5个升温率最大站进行对比分析(表2),可以看出,季风区升温率最大的5站均位于33°N以北,而西风区升温率最大的5站分布较分散,西风区代表站的升温率均较季风区的最大升温率大;从西风区和季风区升温率最大的5站的年气温距平(图3)可以看出,代表站气温的年际变化的一致性较区域年平均变化更为明显,其相关系数达到0.936,通过0.001可靠性检验。西风区与季风区代表站均是1987年之前以负温度距平为主,随着时间的推移和温度的升高,1987之后为正温度距平;1998年之后,西风区的气温距平较季风区气温距平明显偏高,说明该年是个突变点,这是因为1998年以后,西风区的年降水减少明显,空气湿度也明显降低,对全球增温的反映更敏感,使西风区的气温比季风区的升高更明显。西风区代表站年平均气温距平变化幅度大,其最大距平值为2.16℃,最小距平值为-2.04℃,其温度最高年较最低年升高了4.2℃,而季风区代表站气温变化幅度小,最大距平值为1.6℃,最小距平值为-1.54℃,其温度最高年较最低年升高了3.14℃。4季风区和私家车区均有升温趋势1)受大尺度天气系统影响,西风区与季风区的时间变化规律基本一致,总体是在波动中呈一致的上升趋势;但西风区的年际变化更为剧烈,年际变化幅度大,而季风区气温波动变化平缓且幅度小。2)季风区和西风区均是明显的升温趋势:西风区温度变率大的区域主要位于新疆西北部、新疆东部至青海西部的带状分布区及内蒙中部地区,