王飞，刘红霞，黄玲，董海英

（1.塔城地区气象局，新疆塔城 834700；2.呼图壁县气象局，新疆昌吉 831200）

1961—2012年塔城地区极端温度事件变化特征

王飞1，刘红霞1，黄玲2，董海英1

（1.塔城地区气象局，新疆塔城 834700；2.呼图壁县气象局，新疆昌吉 831200）

选用世界气象组织推荐的极端气候指数方法，对1961—2012年塔城地区6个极端气温指数进行分析，应用百分位法定义极端温度阈值，得出塔城地区极端温度事件变化的基本事实。结果表明：塔城地区近52 a来冷昼、冷夜事件和严寒日数分别以3.5 d/10 a、9.3 d/10 a和4.3 d/10 a的速率下降，突变点分别出现在1994、1988和1979年；暖昼、暖夜事件和高温日数分别以3.6 d/10 a、8.6 d/10 a和0.6 d/10 a的速率在上升，突变点分别出现在1989、1990和1973年；极端气温指标多存在25～28 a和5～8 a的振荡周期，在空间分布上，各指标的减少（增加）速率与纬度、地形相关，随纬度增加而多呈现出北部大，中部、南部小的特点。

塔城地区；极端温度事件；变化特征

近年来，随着全球气候变暖，各类极端气候事件（高温、低温、洪涝、干旱、暴雨、热浪等）频繁发生，全球范围内极端气候事件及其衍生灾害已经严重制约了人类社会、经济的发展和进步，直接威胁到人类赖以生存的生态环境，造成巨大的经济损失和人员伤亡。国内外学者对全球气候变暖背景下极端气候事件做了大量的研究工作[1-7]，翟盘茂等人[4]得出中国北方白天极端温度偏高的日数以0.8 d/10 a的趋势在增加，最低温度以2.0 d/10 a的趋势显著减少。黄琰等人[5]认为中国西北、北部地区的高、低温事件出现概率低、但极端性高，危害大。陈晓光等人[7]对宁夏的极端气温进行研究，发现宁夏地区最高气温＜0℃的日数在减少，＞30℃的高温日数在增加，最低气温在升温频数增加的同时，极端低温的频数也在增加，最高气温和最低气温的变化存在明显的极端化趋势。

新疆气象工作者对区域内极端气候事件也开展了大量的工作，取得了很多成果，早在2000年，陈颖、江远安等人[8]引用异常气候事件和极端气候事件的判别标准，分析了北疆43个观测站资料，总结出2009/2010年新疆北部冬季异常气候特征；通过分析得出在全球气候变暖的大背景下，新疆极端气候事件凸显多元性和复杂性。刘琳[9]等人利用新疆区域内48个站逐日降水资料，引入表征降水时间分配特征的极端降水集中度和集中期，重点分析了新疆的极端降水年内非均匀特性。张慧琴等人[10]对吐鲁番区域1960—2011年温度变化特征和突变进行了分析，得出吐鲁番区域气温在1996年发生了明显的暖突变。李海花等人[11]采用气候分析的方法对阿勒泰地区冬季极端最低气温进行了研究。塔城地区位于新疆西北部，属天气系统上游，气候变化的敏感区，是典型的大陆性干旱与半干旱气候区，每年极端高温、低温事件频繁发生，在地理纬度和地形等因素综合影响下，塔城地区境内各站气候有明显的区域特征。本文主要对塔城地区境内各类极端温度事件的时空变化特征进行研究，揭示其演变规律，对开展气象预报服务和防灾减灾工作具有重要的参考价值。

2 资料与方法

2.1 资料选取

本研究所用资料来源于新疆气象局信息中心，全部资料经过了严格的质量控制和疑误值订正。选取塔城地区境内（包括克拉玛依站）8个国家级地面气象观测站1961—2012年逐日最高气温、最低气温、日平均气温和气温日较差等。

2.2 研究方法

采用百分位法对极端温度阈值进行定义，即将1961—2012年每个测站的逐日最高（低）气温按照升序排列，按Bonsal[12]等人研究方法得到该日第90（10）个百分位值定义为极端高（低）温阈值，如果该日某个值超过了阈值，则认为该日出现了一次极端温度事件。本文所选取的6个极端温度[13]指标见表1,其中将冷夜、冷昼和严寒日数统称为冷指标，暖昼、暖夜和高温日数统称为暖指标。同时根据计算方法不同，又分为相对指标（冷夜、冷昼、暖夜、暖昼）和绝对指标（高温日数、严寒日数）。

在进行时间变化特征分析时，只选用了塔城地区7个气象观测站资料；在进行空间分析时，加入了塔城地区境内克拉玛依站的资料。

运用线性趋势法对极端温度事件各指标进行一元线性回归[14]，用F检验对线性趋势方程进行检验，来判断线性趋势是否显著；采用Mann-Kendall方法和滑动t检验方法进行突变分析；使用墨西哥帽小波（Mexican Hat）函数进行周期分析；在进行空间插值分析时，主要采用普通克里金方法。

3 结果与分析

3.1 年代（际）变化特征

从塔城地区极端温度事件指标的演变曲线来看（图1），各指标在年际变化中都存在较大的波动，其中冷昼事件在20世纪60年代为增加趋势，20世纪70年代后呈现缓慢减少趋势，在1990年达到历史最低值为15 d，下降速率为3.5 d/10 a，波动幅度较大；冷夜事件在20世纪60年代为明显的增加趋势，70年代后开始迅速下降，进入21世纪初，下降速率开始变缓，基本维持在28 d以下，在2007年达到历史最低值为9 d，下降速率为9.3 d/10 a，波动幅度较小；暖昼事件从20世纪70年代后变化相对较平稳，呈缓慢的增加趋势，在1997年达历史最大值为78 d，在2008年后又呈现出微弱下降趋势，上升速率为3.6 d/10 a，在20世纪60年代波动幅度较大；暖夜事件年际变化趋势与暖日事件较为相似，但其增加趋势更为显著，上升速率为8.6 d/10 a。

从绝对指标的年际变化（图1）可以看出，高温日数上升速率为0.6 d/10 a，波动幅度较大，呈现微弱的上升趋势，在20世纪60年代呈现减少趋势，70年代为增加趋势，在1971—1986年期间又表现为减少趋势，之后在波动中缓慢上升，在1997年达到最高值，为20 d；比赵军等人[15]得出的乌鲁木齐高温日数下降速率（-2.4 d/10 a）要小很多，这也反映了塔城地区极端最高气温变化的敏感性较弱。严寒日数下降速率为4.3 d/10 a，波动幅度较小，在20世纪60年代呈现增加趋势，70年代初到80年代末，呈明显的减少趋势，在1992年达到最低值,仅为3 d，从90年代开始变化趋势不明显，在波动中略有上升。

申红艳和张明军等人[16-18]研究结果显示，西北各省冷昼、暖昼、冷夜和暖夜变幅分别在-2.9～-4.0 d/10 a、4.8～5.2 d/10 a、-5.1～-7.8 d/10 a、6.1～6.8 d/ 10 a之间。根据前面分析可知，塔城地区增暖趋势与西北各区域、全国是一致的，但增暖趋势更为明显，特别是冷夜的减幅和暖夜的增幅，这说明塔城地区比西北其它地区增暖趋势显著，主要贡献来自于夜间最低气温。

3.2 突变检验

由图2a、2b中可以看出，塔城地区冷昼事件在±1.96临界线之间有3个交叉点，分别为1990年、1991年和1994年，为进一步确定突变点，对冷昼事件的三个交叉点作不同时间的滑动t检验，结果表明1994年通过了n1=n2=3，13，14，16时的信度（a= 0.05）检验，确定1994年为突变点，冷昼事件在2003年以后下降趋势超过了a=0.05显著性水平的临界线，说明从2003年以后塔城地区冷昼事件下降趋势非常显著；冷夜事件的下降趋势在1983年以后变得极为显著，超过了负的临界线，UFK和UBK曲线在临界线以外相交于1988年，不能确定是否突变，所以对冷夜事件的突变点1988年作不同时间的滑动t检验，发现在n1=n2=3，4，12，14时,通过了a=0.05的信度检验，该突变点是可信的。暖昼事件在1989年发生了突变，1998年后上升趋势变得非常显著；暖夜事件的上升趋势在1987年后表现的非常显著，在1990年发生了突变现象。由图2可知，高温日数在1972年以前呈波动下降趋势，之后表现为明显的上升趋势，2000年后这种趋势超过了0.05显著性水平的临界线，变得非常显著，高温日数在±1.96临界线之间有5个交叉点，分别出现在1962年、1963年、1965年、1966年和1973年,从图中看出1962年、1963年、1965年和1966年显然不是突变点，对1973年进行滑动t检验，发现在n1=n2=5，6，10时,通过了a=0.05的信度检验，故突变点出现在1973年；严寒日数在1972年以前呈现出明显的上升趋势，之后大幅下降，1987年后下降趋势特别显著，突变点出现在1979年。

从整体来说，塔城地区极端温度事件均出现了突变，但各指标的突变年份略有不同，突变点大多集中在1990年附近。

3.3 周期分析

塔城地区1961—2012年冷昼事件和冷夜事件存在2个周期，一个是25 a左右的显著周期,通过了0.05的信度检验；一个是5～6 a的周期,未通过0.05的信度检验。从图3c、图3d可看出暖昼、暖夜事件存在26～28 a、5～7 a左右的周期，26～28 a振幅一直较强,通过了0.05的信度检验，其中暖昼事件在20世纪60—80年代初还存在10 a左右的短周期；暖夜事件在60—90年代末存在15 a左右的短周期。从图3e可知高温日数存在25～27 a、8～10 a的显著周期，均通过了0.05的信度检验。从图3f可知严寒日数存在27 a左右的显著周期，通过了0.05的信度检验；另外还存在一个4～5 a的弱振荡周期。

3.4 空间分布特征

对塔城地区极端温度事件研究发现，极端温度事件各指标变化在趋势上不仅表现出了较大的年际间变化，而且在地理分布上还表现出比较明显的地域性差异。

3.4.1 相对指标的空间分布

1961—2012年塔城地区各站冷昼和冷夜事件均在减少，冷昼事件除乌苏和克拉玛依站外,其它各站均通过了0.05的显著性检验，各站减少幅度在-0.94～4.76 d/10 a之间，减少幅度较大的地区主要集中在塔城北部四县（市），减幅最大为塔城站，减幅最小的为克拉玛依和乌苏，减少幅度分别为0.94 d/ 10 a和1.84 d/10 a。冷夜事件各站表现为显著的减少趋势，均通过了0.05的显著性检验，减幅在-6.38～11.96 d/10 a之间，减少幅度最大为托里和额敏，减幅均超过了11 d/10 a；减幅最小出现在克拉玛依，其次是乌苏（图4）。

对暖昼和暖夜事件的线性趋势研究发现，暖昼、暖夜事件表现为一致的增加趋势，与时间序列的相关性较好，均通过了0.05的显著性水平检验。暖昼事件各站增幅在0.01～5.37 d/10 a之间,增加幅度最大出现在塔城站达5.37 d/10 a，增加幅度最小的出现在克拉玛依，增幅为0.01 d/10 a，其次是和布克赛尔，增幅为2.52 d/10a。暖夜事件各站变幅在3.89～11.01 d/10 a之间，增加幅度较大的地区主要集中在塔城北部，增加幅度较小的地区出现在乌苏和克拉玛依。

3.4.2 高温日数和严寒日数的空间分布特征

在对高温日数进行分析时，和布克赛尔站近52 a只出现了2次，故在作线性倾向值的空间分析时，将该站进行了剔除。

塔城地区高温日数总体呈现出南多北少，中间多，四周少的特点，最多出现在克拉玛依和乌苏，分别为26.5 d和17.6 d，最少出现在和布克赛尔和托里，不足1 d。塔城地区高温日数大部分地区均呈现为增加趋势，但增加幅度较小，只有塔城站通过了0.05的显著性检验，说明塔城站高温日数与时间的相关性最好，增加速率最显著；高温日数线性变幅在-0.84～1.35 d/10 a之间，增幅最小值为0.22 d/10 a（沙湾站），最大值为1.35 d/10 a（塔城站）。只有托里和克拉玛依呈现出微弱的减少趋势，减少幅度分别为0.1 d/10 a、-0.84 d/10 a之间（图5）。

在对严寒日数的空间分布特征进行分析时发现,塔城地区严寒日数表现出盆地多、山区少的特征（图6a）,全地区平均为24.5 d，最多为额敏站，为32.7 d，最少为裕民站，为14.5 d。严寒日数线性倾向率表现为一致的减少趋势,线性倾向率在-2.94～-6.49 d/10 a之间，均通过了显著性检验。减少速率最显著的地区在托里，为6.49 d/10 a，克拉玛依减幅最小，为2.94 d/10 a。

总之，对本文所定义的6个极端温度事件指标分析后发现，近52 a来塔城地区各站极端暖指标多呈增加趋势，极端冷指标均呈减少趋势，极端最高气温变化最敏感的是塔城站，极端最低气温变化最敏感的是托里和额敏站，而克拉玛依站对两者变化均不敏感。再对数据作进一步分析发现，塔城地区各站极端最低气温指标的线性变幅都大于最高气温指标的线性变幅，这也说明两种指标的线性变化存在不对称性。

4 结论

（1）塔城地区1961—2012年冷昼、冷夜事件和严寒日数呈下降趋势，20世纪60年代为微弱增加趋势，70年代后在波动中迅速减少，下降速率分别为3.5 d/10 a、9.3 d/10 a、4.3 d/10 a；暖昼、暖夜事件则总体呈上升趋势，20世纪60年代呈下降趋势，进入70年代后开始显著增加，2008年后上升速率变缓略呈下降趋势，上升速率分别为3.6 d/10 a、8.6 d/ 10 a；高温日数总体呈缓慢上升趋势，上升速率为0.6 d/10 a。这反映出塔城地区增暖趋势非常显著，明显高于西北地区和全国的增暖趋势。

（2）塔城地区各极端温度指标均发生了显著的突变，但各指标的突变年份略有不同，冷昼、冷夜、暖昼、暖夜、高温日数和严寒日数的突变点分别出现在1994、1988、1989、1990、1973、1979年。

（3）塔城地区极端温度各指标存在25～28 a和5～8 a的振荡周期。25～28为主振荡周期，较显著，通过了0.05的信度检验。

（4）近52 a来塔城地区各站冷指标均在减少，暖指标大多均在增加，减少（增加）速率多呈现出北部大，中部、南部小的特点，各站极端最低气温指标的线性变幅都大于最高气温指标的线性变幅，这说明两种指标的线性变化存在不对称性。

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Characteristics of Extreme Temperature Events During 1961-2012 in Tacheng Area

WANG Fei1，LIU Hongxia1，HUANG Ling2，DONG Haiying1
（1.Tacheng Meteorological Bureau，Tacheng 834700，China；2.Hutubi Meteorological Bureau，Changji 831200，China）

With extreme climate index method recommended by the World Meteorological Organization,the regional index of six extreme temperatures from 1961 to 2012 were analyzed in order to understand the region changes of extreme temperature events.Results show that in the area during recent 52 years cold days,cold night event and frost days had 3.5，9.3，and 4.3 d/10 a drop rate,and the mutation happened in 1994，1988 and 1979；warm day,warm evening events and high temperature days had a rise rate of 3.6,8.6,and 0.6 d10 a,and the mutation happened in 1989, 1990 and 1973；Extreme temperatures were about 25～28 a and oscillation period,about 5～8 a,in the spatial distribution of each index rate of decrease（increase）presented small changes in northern,central and southern parts.

Tacheng area;extreme temperature events;variation characteristics

P468

A

1002-0799（2015）02-0044-08

王飞，刘红霞，黄玲，等.1961—2012年塔城地区极端温度事件变化特征[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（2）：44-51.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.02. 007

2014-06-17；

2014-07-02

塔城地区气象局科研课题（201201）。

王飞（1973-），男，高级工程师，主要从事农业气象研究工作。E-mail：593374659@qq.com