青海省海东市1961—2015年气温变化趋势和演变特征

裴玉芳，祁栋林，张启发，赵全宁

（1青海省民和县气象局，青海海东810801；2青海省气象科学研究所，西宁810001）

0 引言

气侯变暖是当今世界普遍关注和重视的焦点问题。IPCC第五次评估报告中指出，2003—2012年平均温度比1850—1900年平均温度上升了0.78%，预计2016—2035年全球平均地表温度将比1986—2005年升高0.3～0.7℃[1]。近百年来，中国气候变化趋势与全球变化趋势大致相同，但是不同的区域，其增温的趋势和幅度有着不同的差异[2-12]，受全球变化影响，青藏高原气候发生了较大的变化[13-22]。因此，近年来中国许多学者针对气候变化特征进行了大量的研究工作，王绍武[2]、任国玉[3]、唐国利[4]等指出，中国地表年平均气温明显增暖，增温速率(0.25℃/10 a)比同时期全球增温速率高得多，而且区域性差异明显；中国东北地区[5-6]、黄土高原[7]及青藏高原周边省份或地区[8-9]平均气温增暖趋势与全国基本一致；翟盘茂等[10]、唐红玉等[11]、马晓波等[12]研究了中国最高、最低气温的时空变化趋势特征，中国和青藏高原大部分地区及西北地区年和季平均最低气温的增暖幅度明显大于平均最高气温的增暖幅度；徐宗学等[13]和汪青春等[14]分别分析了西藏和青海省研究气温变化特征，西藏(0.30℃/10 a)和青海(0.36℃/10 a)气温变化趋势与全国气温变化趋势基本一致；青海省东部农业区[15]、河湟谷地[16]和西宁市[17]年和四季各年代的平均气温呈增温的趋势，冬季增温最显著；青海湖南部[18-19]、上游地区[20]和东部地区[21-22]平均气温总体均呈显著增温趋势。

海东市位于青海高原东部（35°26′—37°05′N，100°41′—103°04′E，海拔1650～4754 m），于2013年2月8日经国务院批准撤销海东地区，设立地级海东市，成为中国最年轻的地级市，也是青海省第二大城市，是青海省人口积聚区和主要的工农业生产发展区。现辖2区4县，即乐都区、平安区、互助县、民和县、化隆县、循化县，总面积1.32万km2，总人口162万人。受海拔高度和高原季风的影响，该地区属于高原大陆性气候。

目前，已有不少学者对青海省、东部农业区或河湟谷地气温的变化情况和空间分布特征等进行了大量研究，但是将海东市作为整体来研究的还很少。因此，研究该地区气温的气候特征和变化趋势很有必要，以期为可持续发展的合理规划、为政府决策提供气候学的科学依据，为当地农业生产和生态发展的科学开发利用提供重要依据，为气象预灾减灾提供科学参考，对未来气候趋势的预测等诸多方面都具有重要的现实意义和学术价值。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象资料来自青海省气象信息中心。选取青海省海东市资料完整且均匀分布的5个气象站（平安县气象站建站时间较晚，故未参加统计分析）1961—2015年月平均气温、最高气温和最低气温等时间序列数据（见表1），研究区域的四季划分按照3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季和l2月—次年2月为冬季建立气温序列资料并进行处理分析。

表1 青海省海东市气象站点地理坐标

1.2 研究方法

（1）分析气温随时间变化曲线，用线性倾向的最小二乘法[23]估计月、季和年平均气温气候变化趋势，并对变化趋势的显著性进行t检验；（2）采用Mann-Kendall方法[23]和累积距平法[23]相结合综合分析海东市55年来年平均气温的突变特征。

1.3 统计分析

采用Excel软件进行数据处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 基本气候特征

海东市的平均气温、最高气温和最低气温多年平均分别为6.2、13.8、0.3℃，标准差分别为0.68、0.77和0.80℃；春夏秋冬四季平均气温分别为7.6、16.7、6.3、-5.7℃，最高气温分别为15.1、23.6、13.6、2.7℃、最低气温分别为1.3、10.7、1.1、-12.1℃，这表明青海省海东市季节变化分明（见表2）。年平均气温、最高气温和最低气温的标准差分别为0.68、0.77、0.80℃，四季平均气温、最高气温和最低气温的标准差的表现略有不同，冬季标准差均最大，而标准差最小的季节不同，平均气温出现在夏秋季，最高气温出现在夏季，最低气温出现在春季。

表2 海东市1961—2015年气温年和四季平均和标准差 ℃

2.2 气温年内变化特征

图1为青海省海东市1961—1980年和2001—2015年的月平均气温的年内分布状况图（最高气温和最低气温图略）。从图1可以看出，月气温（平均、最高和最低）的年内变化均呈单峰型，月气温最小值均出现在1月，最大值也出现在7月；比较图中2条曲线发现，海东市增温显著趋势均表现在1—3月、6—8月及11—12月，而4—5月和9—10月上升幅度较小。

图1 月平均气温年内变化

2.3 气温的年际变化趋势

图2是青海省海东市1961—2015年年气温的年际变化及其线性变化趋势曲线。表3和表4分别给出了青海省海东市四季和各月气温的变化趋势，表4给出了海东市各站年气温及变化趋势。由图2a可知，1961—2015年青海省海东市年平均气温在4.9～7.7℃，年平均气温在波动中逐渐上升，线性趋势为0.33℃/10 a，通过0.001的显著性检验，55年来平均气温增加了1.8℃，说明青海省海东市年平均气温极显著增加趋势。平均气温多年平均值为6.2℃，最大值出现在2013年和2015年(7.7℃)，最小值出现在1967年(4.9℃)；从季节变化来看，四季平均气温均呈增加趋势，其中冬季增幅最大，达0.49℃/10 a，春季和秋季次之，为0.28℃/10 a，夏季增温幅度最小，为0.27℃/10 a，可见青海省海东市年平均气温变化趋势与全国及青海省变化趋势一致，但增暖速率却明显高于全国(0.25℃/10 a)[10]、辽宁(0.20℃/10 a)[6]、甘肃(0.29℃/10 a)[8]、黄土高原(0.31℃/10 a)[7]和西宁市(0.10℃/10 a)[17]低于青海省(0.36℃/10 a)[14]、青海湖上游地区(0.41℃/10 a)[20]、中国东北地区(0.38℃/10 a)[5]接近青海省东部农业区(0.32℃/10 a)[15]和青海湖南部地区(0.33℃/10 a)[18]，表明该地区对全球变化的响应较敏感。在1990年以前，所有年份均在气候平均值以下，并在1967出现了近55年的最低值(4.9℃)，之后的近25年以正距平为主，80%以上的年份都在气候平均值以上。

图2 青海省海东市1961—2015年气温的年际变化

1961—2015年青海省海东市年平均最高气温在11.9～15.3℃，线性趋势为0.33℃/10 a，通过0.001的显著性检验（见图2b），55年来平均气温增加了1.8℃，说明青海省海东市年平均最高气温极显著增加趋势。平均最高气温多年平均值为13.8℃，最大值出现在1998年和2013年(15.3℃)，最小值出现在1967年(11.9℃)；从季节变化来看，四季平均最高气温均呈增加趋势，其中冬季增幅最大，达0.39℃/10 a，秋季次之，为0.35℃/10 a，春季增温幅度最小，为0.29℃/10 a。

1961—2015年青海省海东市年平均最低气温在-1.0～2.0℃，年平均最低气温线性趋势为0.43℃/10 a，通过0.001的显著性检验（见图2c），55年来平均最低气温增加了2.4℃，多年平均值为0.3℃，2015年出现最大值(2.0℃)，1970年出现最小值(-1.0℃)；从季节变化来看，四季平均最低气温均呈增加趋势，其中冬季增幅最大，达0.68℃/10 a，夏季次之，分别为0.39℃/10 a，春季增温幅度最小，为0.31℃/10 a。

从各月平均气温、最高气温和最低气温的变化趋势来看（见表4），平均气温和最高气温除8月外及平均最低气温全部月份，均通过了0.05以上的显著性检验，特别是2月增温最明显，气候倾向率分别为0.65℃/10 a、0.55℃/10 a和0.81℃/10 a，表明海东市月平均气温、最高气温和最低气温增温趋势显著。

受地形、经纬度和海拔高度等地理因素影响，海东市多年平均气温、最高气温和最低气温及其变化趋势具有明显的地域差异（见表5）。近55年海东市年平均气温、最高气温和最低气温的最低值均出现在海拔最高的化隆站，分别为2.7、10.0、-3.1℃；年最低气温的最高值出现在海拔最低的民和站(2.6℃)，年平均气温和最高气温的最高值并未出现海拔最低的民和站(8.2℃)，而出现在海拔次低的循化站(8.9℃)，这可能与循化站处于黄河沿岸，水体的热容量较大，在吸收同样热量的情况下温度变化缓慢，从而延缓了陆面温度的变化。各站年平均气温、最高气温和最低气温的气候倾向率分别在(0.25～0.42)℃/10 a、(0.24～0.47)℃/10 a和(0.32～0.53)℃/10 a之间，互助站的年平均气温和最高气温的气候倾向率最大，分别为0.42℃/10 a和0.47℃/10 a；而年最低气温的气候倾向率以乐都为高值区(0.53℃/10 a)，年平均气温和最低气温的气候倾向率均以循化站为低值中心，分别为0.25℃/10 a和0.32℃/10 a，年最高气温的气候倾向率以民和站为低值中心(0.24℃/10 a)，平均气温和最低气温的变化趋势分布特征是从南向北增温幅度逐渐增大，而最高气温的变化趋势表现为从西向东增温幅度逐渐减小，气温日较差的变化趋势为从东向西减幅逐渐减小。

表3 青海省海东市四季气温的变化趋势

表4 青海省海东市各月气温线性气候倾向率

表5 青海省海东市各站年气温及变化趋势的时空分布

通过以上的统计分析很明显可以看出，海东市整体和各站冬季气温的变化率均大于其他季节以及年平均气温的变化率，说明冬季气温对年气温的升高影响都是最大的，这与中国气温呈现冬季气温增温明显趋势一致[3-4]。

2.4 气温的年代际变化

从海东市各年代气温平均值与气候平均值进行对比（见表6），可以看出，年和四季平均气温、最高气温和最低气温在1960s—1980s基本为负距平，为偏冷期，2000s为正距平，为偏暖期。从年代际距平的变化还可以看出，年平均气温和最低气温在1990s、2000s增幅分别为0.6℃和0.8℃，年最高气温在1980s—1990s增幅为0.6℃，增暖趋势明显。在季节上，夏秋季平均气温在1990s、2000s增幅分别为0.8℃和0.6℃，春季平均气温在1980s—1990s增幅为0.8℃，冬季平均气温在1980s—1990s和1990s—2000s增幅均为0.6℃；春秋冬季最高气温在1980s—1990s增幅分别为0.9、0.6、0.6℃。夏季最高气温在1990s—2000s增幅为0.8℃；夏秋冬季平均最低气温在1990s—2000s增幅分别为0.8、1.0、0.9℃，春季在1980s—1990s增幅为0.6℃。

2.5 气温的突变分析

用Mann-Kendall法对海东市1961—2015年气温进行突变检验分析（见图3a～c）。由图3可以看出，1961—1986年平均气温和最高气温曲线呈现缓慢下降，进入1990年后呈现快速上升趋势，最低气温曲线在1970前有短暂的波动下降趋势，1971—1985年间缓慢波动上升趋势，1986年开始进入快速上升趋势，平均气温、最高气温和最低气温的上升趋势分别在1998年、1997年和1988年超过了显著性水平0.05的置信水平，平均气温、最高气温UF曲线与UB曲线在置信区间内有1个交点（1996—1997年和1993年）；最低气温UF曲线与UB曲线在置信区间外有1个交点（1996—1997年）。

累积距平分析（见图3d～f）结果显示，1961—2015年海东市年气温累积距平均呈现先下降后上升的趋势，平均气温、最高气温在1961—1996年、最低气温在1961—1997年呈下降趋势，平均气温、最高气温在1997—2015年、最低气温1998—2015年呈上升趋势，说明海东市平均气温、最高气温和最低气温经历了下降到上升的过程，平均气温、最高气温和最低气温气候突变可能发生在1996—1997年左右。

表6 青海省海东市气温的年代际距平 ℃

通过以上2种方法分析，从而推断出海东市年平均气温和最低气温在1996—1997年、最高气温在1993年发生了由低温到高温的突变。

3 结论与讨论

本研究通过对1961—2015年青海省海东市年平均气温、平均最高和最低气温的变化特征进行分析，得出如下主要结论：

图3 海东市年平均气温、最高气温和最低气温的Mann-Kendall突变检验和累积距平

（1）海东市55年来年平均气温、最高气温和最低气温增长率分别为0.33℃/10 a、0.33℃/10 a和0.43℃/10 a，呈极显著的增温趋势,与全国及青海省变化趋势一致，但增暖速率却明显高于全国、接近青海省东部农业区而低于青海省，表明该地区对全球变化的响应较敏感。从年代际变化来看，平均气温和最低气温（最高气温）在1990年之后(1980s—1990s)增暖趋势明显。

（2）海东市55年来四季平均气温、最高气温和最低气温存在着非对称性显著的增温趋势。以最低气温增温更明显，冬季增温对年平均气温增高贡献最大，三者增温的强弱在时间和空间上均表现出不一致性。与我国最低气温的增暖幅度明显大于平均最高气温的增暖幅度和呈现冬季气温增温明显的趋势一致。

（3）海东市年平均气温和最低气温突变开始的具体时间是1996—1997年，最高气温于1993年发生了突变。近55年青海省海东市年和四季的平均气温、最高气温和最低气温增温趋势显著，且增温幅度存在季节和区域差异，这种趋势在全球变暖的大背景下有可能在未来持续相当长的时间，由此会影响该地区内水资源的收支平衡，土地荒漠化加剧，干旱等气象灾害日益严重，进一步影响当地农业生产与人民生活。为此，应采取加强生态保护工作的实施，不断完善气候变化综合监测系统，从而更好的适应气候变暖。本研究中未涉及到气温增温趋势影响因素的分析，还需要进一步加强。