1954—2016年西宁市区气温变化特征

朱宝文，张令振，谢启玉，张 崇

(1.青海省气象干部培训学院，西宁810001；2.青海省气象学会秘书处，西宁 810001；3.青海省西宁市气象局，西宁 810003；4.陆军部装备部驻沈阳地区军事代表局驻长春地区第一军事代表室，长春 130022)

0 引言

研究表明，全球气候变化已经对地球系统大气圈、生物圈、冰雪圈产生了广泛而深刻的影响[1]。中国位于地球环境变化速率最大的东亚季风区，其环境具有空间上的复杂性、时间上的易变性，对外界变化的响应和承受力具有敏感和脆弱的特点[2]。随着全球经济的迅速发展，越来越多的人口集中居住于城市，城市规模不断扩大和人口迅速膨胀使城市热岛效应进一步加剧。近年来，中国学者对北京、上海、南京、天津、武汉、西安等城市热岛效应及形成原因等开展了大量的研究，并取得了一定的成果[3-5]。

西宁市地处青藏高原东北部，是高原唯一人口超过百万的城市。在气候变暖和城市热岛效应的双重影响下，西宁市气温也在不断升高。张建新[6]等利用城区1957—1992年气象观测资料，分析发现西宁平均气温呈明显上升趋势，且城市化推进对气温上升有明显影响。于斌[7]等分析1961—2004年西宁市气温变化与热岛效应后发现，西宁市的热岛效应总体呈减弱趋势。文章利用1954—2016年西宁站气温资料，运用气候统计分析方法，分析西宁市区不同时间尺度气温变化特征、气候突变和异常特性，以揭示气候变化和城市热岛效应影响下西宁市区气温变化的客观规律，为城市气象服务和防灾减灾提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料

西宁站原址位于城西区五四大街18号(101°46′E、36°37′N，以下简称市区站)，1980年以前，观测站周边以居民为主，建筑较少，观测环境很好。随着城市化进程的进一步扩张，观测站附近建筑物逐渐增多，目前观测场周围高楼林立，成为一个典型的城市观测站。1995年西宁站迁至城北区廿里铺乡(101°45′E、36°44′N，以下简称廿里铺站)，海拔高度由2，261.2 m上升至2，295.2 m，升高34 m，由于海拔高度与周边环境不同，廿里铺站平均气温较市区低2.0 ℃左右，并且近年来该差值有增大趋势[8]。

选取1954—2016年西宁市区站气温资料，其中1954—1994年资料为该站作为国家基本气象观测站获取的数据，经过严格的数据审核和质量控制。1995—2008年，市区站作为辅助观测站(一般站)观测获取气象资料，数据经青海省气候中心审核和质量控制。2009年以后，该站利用CAWS600自动气象观测站获取气象数据，未进行审核与质量控制。为保证2009—2016年自动观测气温资料的可靠性，对自动观测获取的数据进行质量控制和均一性检验。质量控制按以下步骤操作：1)最高气温减去最低气温为负值，标识为错误值，利用廿里铺站观测数据建立线性关系订正；2)超出研究时段平均值4倍标准差的记录[9]，标识为可疑值，经分析未出现可疑值；3)最高气温和最低气温的平均值与平均气温的差值大于5时，根据降水量及降水时段以及廿里铺站数据分析数据合理性；4)部分缺测数据，利用廿里铺站观测资料建立线性方程订正。

1.2 研究方法

利用逐日平均气温、最高气温和最低气温，根据不同时间尺度计算生成平均气温数据，按12月至次年2月为冬季、3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季生成四季平均气温序列。计算1954—2016年平均气温、最高气温和最低气温平均值作为研究时段平均值。利用某季气温倾向率占四季气温倾向率之和的百分率，分析该季气温上升对年平均气温上升的贡献率。将气温距平大于2倍标准差作为异常偏冷或偏暖[10，11]，分析气温的异常特征。气候突变是气象要素变化过程中存在的某种不连续现象，因此常用累积距平曲线来确定，即：

(1)

(2)

2 结果分析

2.1 年变化

图1为1954—2016年西宁市区平均、最高和最低气温的年际变化。可以看出西宁市区平均气温、最高气温和最低气温均呈上升趋势，且气候变化倾向率均通过α=0.01的显著性水平检验，其中平均气温每10 a上升0.52 ℃，最高气温上升幅度最缓慢，每10 a上升0.41 ℃，最低气温上升幅度最快，每10 a上升0.65 ℃。由此可见，西宁市区气温上升主要由最低气温上升造成，这与已有研究结论一致，同时可以看出西宁市区最高和最低气温存在明显的非对称变化。西宁市年平均气温线性趋势高于北半球[0.064 ℃/10 a]和全国[0.076 ℃/10 a]的线性趋势[12，13]，表明西宁市区的增暖趋势与全球增暖一致，但增暖幅度更为明显。

图1 1954—2016年西宁市区平均、最高和最低气温的年际变化

由1954—2016年西宁市区平均气温、最高气温和最低气温距平的年际变化可以看出，1954—1986年，西宁市区年平均、最高和最低气温距平基本都为负值，明显表现为冷期。1987—1997年气温明显升高，平均、最低和最高气温分别升高1.0 ℃、0.8 ℃和1.4 ℃，1998—2016年气温较前期继续升高，表现为暖期，平均、最低和最高气温较1987—1997年分别升高1.2 ℃、1.1 ℃和1.1 ℃，较1954—1997年分别升高1.9 ℃、1.7 ℃和2.2 ℃。气温距平的阶段性变化同样可以看出最低气温增幅大于最高气温，呈非对称性变化。

2.2 季节变化

由1954—2016年西宁市区四季平均、最高和最低气温的年际变化可以看出，西宁市区四季平均、最高和最低气温均呈极显著上升趋势，且最低气温气候变化倾向率最大，平均气温次之，最高气温最小，即最低气温上升最明显，最高气温上升最缓慢。春季、夏季和秋季最高气温每10 a上升幅度分别为0.36 ℃、0.38 ℃、0.36 ℃，冬季略高，每10 a上升0.44 ℃；春季、夏季和秋季平均气温每10 a上升幅度分别为0.45 ℃、0.40 ℃、0.46 ℃，远小于冬季0.72 ℃；最低气温冬季增幅最大，为1.04 ℃/10 a，秋季次之，每10 a上升0.58 ℃，春季和夏季增幅缓慢，分别为0.54 ℃、0.53 ℃。综上所述，西宁市区气温的升高主要由夜晚最低气温升高所致，这与近年来研究表明的气候变暖主要发生在夜间，即最低气温增加幅度大于最高气温结论一致[14，15]。在四季平均、最高和最低气温中，冬季增温最明显，其中平均气温气候倾向率比年趋势增加0.21 ℃/10 a，最低气温气候倾向率比年趋势增加0.39 ℃/10 a，说明西宁市区出现暖冬的趋势越来越明显。不同季节气温上升对年平均气温上升的贡献率不同，夏季贡献率最小，为20.0%；春季和秋季气温上升对年平均气温的贡献率略高于夏季且两季贡献率相当，冬季气温上升对年平均气温上升的贡献率最大，为35.0%。

2.3 月变化

由1954—2016年各月平均、最高和最低气温的气候倾向率可以看出，近63 a除3月最高气温外，西宁市区各月平均、最高和最低气温上升趋势均通过α=0.01的显著性水平检验，且上升幅度基本都是最低气温最大，平均气温次之，最高气温最小。冬半年气温上升幅度大于夏半年，尤以冬季12月至次年2月上升明显，其中2月气温上升幅度最大，平均、最高和最低气温每10 a分别上升0.78 ℃、0.51 ℃和1.07 ℃。7月和9月平均气温上升幅度最小，为0.37 ℃/10 a，3月最高气温上升幅度最小，为0.28 ℃/10 a，7月最低气温上升幅度最小，为0.47 ℃/10 a。

2.4 年代际变化

由1954—2016年西宁市区气温10 a滑动平均可以得出，西宁市区2011—2016年最高气温较前一时段略有下降，其他时段平均气温、最高气温和最低气温年际值均呈上升趋势。平均气温由1960—1969年的5.6 ℃上升至2001—2010年的7.9 ℃，上升了2.3 ℃，2011—2016年平均气温值较1954—1960年高2.6 ℃；1960—1969年的最高气温平均值为13.4 ℃，比多年平均值低0.7 ℃，到2001—2010年升至15.4 ℃，比多年平均值偏高1.3 ℃；最低气温上升幅度更明显，1961—1970年平均值为-0.5 ℃，比多年平均值偏低1.4 ℃，1971—1980年上升至0.3 ℃，上升了0.8 ℃，2011—2016年平均值为2.8 ℃，较多年平均值偏高1.9℃，较1954—1960年偏高3.4 ℃，上升幅度远大于平均气温和最高气温。

2.5 气温异常分析

由1954—2016年西宁市区平均、最高和最低气温的异常年份统计可以看出，西宁市区年平均气温未出现异常偏冷年份，暖年为2016年；最高气温在1967年出现冷年，2010和2016年出现暖年；最低气温未出现冷年，2016年出现暖年。春季，平均、最高和最低气温均未出现异常偏冷现象，平均气温和最高气温在2009年、2013年出现异常偏暖，最低气温在2016年出现异常偏暖；夏季未出现异常偏冷现象，平均气温和最高气温在2010年、最低气温在2013年出现异常偏暖；秋季，平均气温在2006年、2013年、2016年出现异常偏暖现象，最高气温1981年出现异常偏冷，2002年、2006年、2010年出现异常偏暖，最低气温1956年出现异常偏冷，2013年、2016年出现异常偏暖现象；冬季平均气温在1954年和1967年出现异常偏冷，2015年出现异常偏暖；最高气温在1954年、1967年出现异常偏冷，2010年出现异常偏暖；最低气温2015年、2016年连续2 a出现异常偏暖现象。1954年以来，西宁市区最冷的5 a依次为1967年、1954年、1955年、1956年和1970年，最暖的5 a是2016年、2015年、2013年、2010年和2006年。1954—2016年，2000年以来发生气候异常的频次最高，达24次，占总气候异常次数的77.4%(含年异常)；其次是1960-1969年，为3次；1980—1989年只出现1次最高气温秋季气候异常偏冷；1970—1979年未出现气候异常年份。2000年以后发生的24次均为异常偏暖，这可能是气候变暖和城市热岛效应共同造成的影响。

2.6 气温突变检验

利用累积距平曲线方法和信噪比检验方法，分析西宁市区气温序列长期变化的突变现象。年平均气温、最高气温和最低气温均在1987年出现突变，即1987年之前，气温处于较低时段，1987年之后，气温上升较快，跃变至较温暖时段。四季气候突变年份不尽相同：春季平均气温和最高气温在1996年发生突变，最低气温在1987年发生突变；夏季，平均气温在1996年发生突变，最高气温在1993年发生突变，最低气温1987年；秋季平均气温在1996年发生突变，最高气温在1995年发生突变，最低气温在1987年发生突变；冬季平均气温在1985年发生突变，最高气温和最低气温在1987年发生突变。这与中国华北、西南、西北等地区年、季平均温度突变时间基本相同。

3 结束语

文章利用1954—2016年西宁市区气温观测资料分析了西宁市区气温变化特征，运用气候统计分析方法，揭示了西宁市区气温变化的客观规律，为气象服务工作提供一定参考。