西安地区温度时空变化特征

薛 荣，翟 园，杨晓春 (陕西省西安市气象台，陕西西安710016)

2013年全球气温虽未创出高温纪录，但气温已超过了长期以来的平均值。近100年来(1906～2005年)全球平均地表温度上升了0.74℃，过去50年的升温速率几乎是过去100年的2倍，其中以北半球中高纬度大陆增温最为明显［1］。据最新气候变化国家评估报告显示，我国增温与北半球基本一致［2］，各地区对变暖的响应不尽相同［3］;时空分布上北方总体变暖速率比南方明显，冬季比夏、秋、春季明显［4］。近10年来，全球平均表面温度上升趋势有所减缓，但这种短期减缓并不意味着气候变化大趋势有所转变。从长期看，全球变暖趋势依然十分明显，到21世纪末全球升温幅度可能为2.6～4.8℃［5］。笔者在此利用1970～2013年西安市各区县观测站地面温度资料，从西安地区气温的年变化、季变化、月变化以及突变检验等方面分析近44年来西安地区温度的时空变化特征。

1 资料和方法

1.1 资料选取 西安市气象局下属7个气象基本站、1个气象基准站，在此选取具有代表性的7个区县基本站(周至、户县、长安、高陵、临潼、蓝田、城区)气象数据进行分析。在全市7个基本气象站中，其中周至县气象局于1956年建站，户县、长安、蓝田气象局于1959年建站，高陵气象局于1970年建站，临潼气象局于1958年建站，西安城区气象站于1951年建站、于2015年1月1日撤站，由于各站建站时间不一，为保障台站同步性和较长的观测以及资料的统一性，因此，剔除1970年之前的观测资料以及2013年之后的观测资料，选取西安地区1970～2013年的逐日、逐月气温资料进行分析。四季划分为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)和冬季(12月～次年2月)。

1.2 分析方法 主要利用DPS数据处理系统、MATLAB和SPSS系统对温度进行周期性、特征尺度的小波分析和Mann－Kendall(M－K)法的突变分析。利用功率谱分析西安地区年平均气温的频域特征，当功率谱估计值大于红噪音检验标准谱时，说明所对应的周期是显著的。空间分布图均利用Surfer和VB 2个软件进行二次开发，针对西安地区7个区站的情况进行温度分布图的自动绘制。

2 结果与分析

2.1 气温年际变化特征

2.1.1 平均气温时空分布。1970～2013年全市年平均气温线性趋势方程为 y=0.036 5x+12.882，拟合增长率为0.365℃/10a，相关系数为0.689，通过0.05水平检验，年平均气温呈现强正相关，说明年平均气温呈上升趋势，目前处于暖期。分段来看，20世纪90年代之前年平均气温呈下降趋势，1985年达序列最低点即最低年平均气温12.51℃，之后呈上升趋势，2013年上升到序列最高点即最高年平均气温15.39℃，两者相差2.88℃(图1)。44年平均气温为13.70℃，全市年平均气温自1993年之后均高于44年平均，1993年之前除1973和1977年外其余年份均低于44年平均。44年中高温年有21年，低温年有22年，正常年有1年(2003年)。从5年滑动曲线(图1)可以看出，20世纪80年代初期之前，西安地区年平均气温缓慢下降，80年代初期至中期快速下降，之后又缓慢上升，2006年之后又快速下降，2011～2013年进入快速上升趋势。

由图2可见，全市年平均气温空间分布不均，同时也具有地域差异，自南向北递增，西安地区南部低温、北部高温。主城区年平均温度最高(15.11℃)，考虑与城市热岛有关，需要进一步研究，蓝田年平均温度最低(13.15℃)，两地相差1.96℃。西安地区7个区县年平均气温与全市年平均气温变化趋势大体一致，均是呈上升趋势，同时有其地域的特殊性。周至年平均气温最高是15.50℃，出现在2006年，最低是12.60℃，出现在1976年，历年平均气温是13.85℃，年际标准差为0.78℃，44年中高温年有10年(1995、1997、1998、1999、2001、2002、2005、2006、2007、2013 年)，低温年有 7年(1970、1975、1976、1980、1983、1985、1985 年)。城区年平均气温最高是15.90℃，出现在2013年，最低是12.70℃，出现在1985年，历年平均气温是15.11℃，年际标准差为0.90℃，44 年中高温年有 8 年(1999、2002、2005、2006、2007、2009、2010、2013 年)，低温年有 9 年(1970、1972、1975、1976、1980、1983、1985、1985、1993 年)。长安年平均气温最高是 15.10℃，出现在2006年，最低是12.57℃，出现在1985年，历年平均气温是13.55℃，年际标准差为0.56℃，44年中高温年有7 年(1995、1998、1999、2002、2005、2006、2013 年)，低温年有 5年(1976、1983、1985、1985、1993 年)。户县年平均气温最高是16.00℃，出现在2013年，最低是12.70℃，出现在1985年，历年平均气温是15.03℃，年际标准差为0.81℃，44年中高温年有 7 年(1998、1999、2002、2005、2006、2007、2013年)，低温年有 9 年(1970、1972、1975、1976、1980、1983、1985、1985、1993年)。蓝田年平均气温最高是15.80℃，出现在2013年，最低是12.10℃，出现在1985年，历年平均气温是13.15℃，年际标准差为0.56℃，44年中高温年有6年(1997、1998、1999、2002、2006、2013 年)，低温年有7 年(1976、1980、1983、1985、1985、1992、1993 年)。高陵年平均气温最高是15.70℃，出现在2013年，最低是12.50℃，出现在1985年，历年平均气温是13.60℃，年际标准差为0.71℃，44年中高温年有5 年(2006、2007、2010、2012、2013 年)，低温年有6 年(1976、1980、1983、1985、1985、1993 年)。临潼年平均气温最高是15.50℃，出现在2013年，最低是12.60℃，出现在1985年，历年平均气温是13.71℃，年际标准差为0.61℃，44 年中高温年有5 年(2002、2006、2007、2010、2013 年)，低温年有8 年(1970、1976、1980、1983、1985、1985、1992、1993 年)。

可见，近44年西安地区的各个区县高温年与低温年不相一致，周至、长安为高温年占主导，其余5个区县为低温年占主导，周至高温年最多，临潼高温年最少，城区、户县低温年最多，长安低温年最少，户县和城区基本一致。低温年主要集中在20世纪90年代之前，高温年主要集中在90年代之后，说明西安地区年平均气温增温是明显的。

2.1.2 突变分析 1970～2013年全市年平均气温 Mann-Kendall突变检验(图3)显示，UF与UB在1994年置信区内有明显交点，说明西安全市年平均气温时间序列分布在1994年发生突变，与此同时，在1994年之前UF基本在0以下，1994年之后UF始终大于0的同时随时间上升，直到2000年超出置信区外，可见，2000年全市年平均气温突变增高达最大值，趋势越来越明显。

2.1.3 频域特征。由图4可见，1970～2013年西安年平均气温存在显著的24年长周期变化震荡，且通过α=0.05的显著性检验，其中滑动平均长度取5年。

2.1.4 各区县年平均气温与全市对比。从西安地区各区县年平均气温与全市历年平均气温对比(图5)可以看出，7个区县中有3个区县年平均气温低于历年年平均气温，分别为蓝田、高陵、长安，其中蓝田偏低最多，偏低0.56℃，高陵偏低最少，偏低0.10℃，长安偏低0.26℃;4个区县年平均气温高于历年年平均气温，分别为主城区、周至、户县、临潼，其中主城区偏高最多，偏高0.51℃，临潼偏高最少，偏高0.05℃，周至偏高0.15℃，户县偏高0.33℃。

2.2 气温季变化特征

2.2.1 时间变化。分析1970～2013年全市四季平均气温随时间变化趋势发现，全市春季平均气温最低为12.55℃(1976年)，最高为16.78℃(2013年);夏季平均气温最低为23.51℃(1983年)，最高为27.62℃(1997年);秋季平均气温最低为11.89℃(1981年)，最高为15.36℃(1998年);冬季平均气温最低为 －0.55℃(1985年)，最高为3.28℃(2007年)。由此可见，平均气温最低出现在冬季，跨幅最小出现在秋季，平均气温最高出现在夏季，跨幅最大出现在春季。经分析，近44年来全市春季、夏季、秋季和冬季平均气温的线性拟合增长率分别为 0.622、0.219、0.302 和 0.315℃/10a，可见，西安市四季平均气温均为增温趋势，夏秋季趋势变化没有春冬季大，这与其他人的研究成果一致［6－7］。

2.2.2 空间变化。1970～2013年西安地区四季平均气温空间分布大体趋势是自南向北递增。春季西安地区平均气温为13.57(蓝田)～15.89 ℃(城区)，夏季平均气温为25.35(长安)～25.91℃(城区)，秋季平均气温为13.21(蓝田)～13.89 ℃(城区)，冬季平均气温为0.52(蓝田)～1.77 ℃(户县)。西安地区南部的蓝田和长安温度偏低，可能与沿秦岭山麓气候有关，还需进一步研究。而城区平均气温最高，其地理位置不在西安地区最北部，考虑与城市热岛效应有关，户县冬季平均气温最高。冬季空间分布比较稀薄，夏季空间分布比较密集。全年最高平均气温集中在夏季，同时夏季空间变化最小;全年最低平均气温集中在冬季，同时冬季空间变化最大。

2.3 气温月际变化特征 分析1970～2013年西安地区各区县及全市1～12月月平均气温(图6)可见，全市月平均气温为－0.36～26.66℃;各站全年月平均气温变化趋势与全市平均基本一致;各区县最低月平均气温出现在1月份的蓝田(－1.29℃)，各区县最高月平均气温出现在7月份的城区(26.95℃)。西安地区1～12月中月平均气温9月份长安站最低，其余月份均为蓝田站最低;3～9月城区最高，10月～次年2月户县最高。全年最低气温出现在1月，同时1月平均气温空间变化最大，全年最高气温出现在7月，同时7月平均气温空间变化最小。

1970～2013年西安地区各区县月平均气温大体趋势是东部低、西部高，南部低、北部高。1月西安地区月平均气温为 －1.29(蓝田)～0.18 ℃(户县)，2月平均气温为2.30(蓝田)～3.52 ℃(户县)，3月平均气温为7.68(蓝田)～8.88 ℃(城区)，4月平均气温为 13.93(蓝田)～15.38 ℃(城区)，5月平均气温为19.06(蓝田)～20.51℃(城区)，6月平均气温为25.68(蓝田)～25.38 ℃(城区)，7月平均气温为26.55(蓝田)～26.95 ℃(城区)，8月平均气温为25.90(蓝田)～25.51 ℃(城区)，9月平均气温为 19.59(长安)～20.12 ℃(城区)，10月平均气温为13.70(蓝田)～15.30 ℃(户县)，11月平均气温为6.30(蓝田)～7.55℃(户县)，12月平均气温为0.26(蓝田)～1.62 ℃(户县)。

3 小结

(1)近44年西安市平均气温为13.70℃，随时间变化呈上升趋势，目前处于暖期，拟合增长率0.365℃/10a，1985年处于历史最低点，2013年处于历史最高点，两者相差2.88℃，全市平均高温年与低温年基本相当，周至、长安为高温年占主导，其余5个区县为低温年占主导，户县和城区基本一致，低温年主要集中在20世纪90年代之前，高温年主要集中在90年代之后，说明西安地区年平均气温增温是明显的。1994年为全市年平均气温突变年，2000年全市年平均气温突变增高达最大值，趋势越来越明显，近44年存在显著的24年长周期变化震荡。

(2)全市四季均为增温，春季增幅最大，大体趋势是自南向北递增，因秦岭山麓气候影响，南部的蓝田和长安温度偏低，城市热岛效应导致城区气温最高。冬季空间分布比较稀薄，夏季空间分布比较密集。全年最高平均气温集中在夏季，同时夏季空间变化最小;全年最低平均气温集中在冬季，同时冬季气温空间变化最大。

(3)西安地区全年最低气温出现在1月，同时1月平均气温空间变化最大，全年最高气温出现在7月，同时7月平均气温空间变化最小。各区县月平均气温空间分布情况除9月份为长安区最低外，其余月份均为蓝田站最低;3～9月城区最高，10月～次年2月户县最高。

［1］IPCC.Climate change 2007:Synthesis report:An assessment of the Intergovernmental Panel on Climate Change［R］.UK:Cambridge University Press，2007:26.

［2］《气候变化国家评估报告》编写委员会.气候变化国家评估报告［M］.北京:科学出版社，2007:26.

［3］蔡新玲，王繁强，吴素良.陕北黄土高原近42年气候变化分析［J］.气象科技，2007，35(1):55 －58.

［4］王绍武，董光荣.中国西部环境演变评估:第一卷:中国西部环境特征及其演变［M］.北京:科学出版社，2002:128.

［5］刘石磊.全球变暖速度减缓但大趋势依旧［N］.北方新报，2014－03－03.

［6］高蓓，栗珂，李艳丽.陕西近40年气候变化特征的分析［J］.成都信息工程学院学报，2006(2):290－295.

［7］王建鹏，孙继松，杜继稳，等.西安地区气温的年代际变化及其受城市化进行的影响［J］.气候与环境研究，2009，15(5):535 －555.