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user: 4. 气候变化特征分析 4.1. 各要素时间变化特征 4.1.1. 气温 近58年来哈密市年平均气温呈南部高、北部低的空间分布结构，年平均气温山南为10.2℃、山北为3.4℃。图1为1961~2018年哈密市年平均气温的年际变化曲线图。由图可见，近58a来哈密市气温总体呈增暖的变化趋势，山南区域年平均气温气候变化倾向率为0.211℃/10a，山北区域年平均气温气候变化倾向率为0.440℃/10a，变化趋势均通过了0.01水平的显著性检验(P < 0.01)，这与西北地区平均气温变化趋势(0.42℃/10a) [ 10 ] 一致，并且山北的升温趋势大于西北地区的趋势。从年际变化来看，2017年为山南区域近58a中最暖的年份，年平均气温正距平均达1.5℃，其次为2016年，年平均气温正距平为1.4℃；1976年是最冷的年份，年平均气温距平达1.1℃，最暖年份与最冷年份两者相差2.6℃。山北最暖年份出现在2013年，距平1.5℃，最冷年份出现在1984年，距平达−2.7℃，最暖年份与最冷年份两者相差达4.2℃。 近58a来哈密市四季平均气温同样呈上升的趋势，但增温空间分布并不完全一致(图略)。山南区域春季、夏季、秋季和冬季平均气温的气候变化倾向率分别为0.334℃/10a、0.195℃/10a、0.064℃/10a、0.187℃/10a，春季、夏季平均气温的变化趋势通过了0.01水平的显著性检验(P < 0.01)，秋季、冬季平均气温的变化未通过显著性检验。可见，各季节对气候增暖的贡献主要是春、夏季，秋、冬季对气候增暖的贡献很小。山北区域春季、夏季、秋季和冬季平均气温的气候变化倾向率分别为0.431℃/10a、0.509℃/10a、0.404℃/10a、0.359℃/10a，四季平均气温的变化趋势通过了0.01水平的显著性检验(P < 0.01)。各季节对气候增暖的贡献大小依次为：夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。 左洪超等 [ 11 ] [ 12 ] 研究指出，近50a中国平均气温与全球平均气温变化趋势一致，特别是从1970年开始中国平均气温增温幅度高于全球平均水平，中国年平均气温增温速率为0.25℃/10a。以上分析表明，哈密市年平均气温与中国和全球平均气温变化趋势相同，均呈上升趋势，山南区域上升速率接近全国平均变化，而山北区域年平均气温上升速率约为全国平均的1.8倍，近58a来哈密市山北区域和山南区域年平均气温上升了分别约1.2℃和2.6℃。 图1. 哈密市年平均气温年际变化 4.1.2. 降水量 图2为哈密市年降水量的变化趋势。由图可见，近58a来哈密市年降水量的波动较大，但总体呈增加的趋势，山南、山北区域的多年平均降水量分别为43.7 mm和167.4 mm，呈北多南少的空间分布特征。山南区域的年降水量从出现在2015年的最多值78.8 mm到出现在1997年的最少值9.2 mm，相差达到7倍多。山北区域年降水量的波动幅度较山南略小，降水量最多值出现在2017年(254.9 mm)，最少值出现在1985年(87.3 mm)，相差为2倍多。山南、山北区域年降水量的气候变化倾向率分别为3.743 mm/10a、10.06 mm/10a，变化趋势均通过了0.01水平的显著性检验(P < 0.01)。由5a滑动平均曲线进一步发现，山南区域60年代末降至最低点，70年代中期出现波峰后短暂下降，80年代至90年代处于小幅波动上升状态，2000年后明显上升至一个波峰后又开始缓慢下降。相邻年份之间也存在较大差异，1998年和1997年差值最大，相差56.7 mm。山北区域年降水量波动幅度较山南有所不同，60年代年降水量呈上升状态，60年代末出现第一个波峰，70年代中期出现第一个波谷，80年代至90年代与山南区域一致，处于小幅波动上升状态，在90年代末出现第二个明显的波峰，21世纪后降水量变化较大，在波动中趋于增加。1984与1985年之间降水量差值最大，相差120.5 mm。58a来，山南、山北区域年降水量年际标准差分别为17.5 mm、37.2 mm，以降水量距平百分率 ≥ 40%为多雨年、距平百分率 ≤ −40%为少雨年，介于两者之间为正常年份。通过分析，山南区域多雨年份是在1973、1988、1992、1995、1998、2002、2005、2010、2012、2015年，共10年，1963、1965、1966、1967、1969、1974、1977、1978、1985、1986、1991、1997、2011、2013年为少雨年，共14年，其余为正常年份，共34年；山北区域多雨年份是在1998、2007、2015年，共3年，1962、1963、1974、1985年为少雨年，共4年，正常年份共51年。可见哈密市多雨年份主要集中在21世纪，这一时期为多雨期，少雨年份主要集中在60年代，这一时期为少雨期。 图2. 哈密市年降水量、年日照时数年际变化 与年降水量相比，四季降水量变化趋势均较年降水量增加幅度偏小。山北春季、夏季、秋季、冬季降水量的气候变化倾向率分别为2.509 mm/10a、4.32 mm/10a、2.802 mm/10a、0.41 mm/10a，山南春季、夏季、秋季、冬季降水量的气候变化倾向率分别为0.458 mm/10a、1.952 mm/10a、0.877 mm/10a、0.462 mm/10a，变化趋势均未通过显著性检验(图略)。 4.1.3. 日照时数 日照时数是气候要素的重要组成部分，主要体现太阳辐射的强弱 [ 13 ]。通过分析哈密市年日照时数的变化趋势和5a滑动平均(图2)可见，哈密市日照时数的空间分布呈现南多北少的特征。近58a来山南区域年日照时数为3349.7 h，呈弱的增加趋势，气候变化倾向率为15.808 h/10a，未通过显著性检验；年日照时数最多为3672.9 h，出现在2009年，最少为3021.8 h，出现在1967年，两者相差651.1 h。5a滑动平均曲线进一步表明，60年代到70年代初年日照时数降至低点后回升，在80年代初期达到第一个波峰，此后开始回落，90年代末降至第二个波谷，80年代至90年代日照时数偏少，20世纪日照时数明显回升，至2010年前后升至最高点，然后开始迅速减少。山北区域年日照时数呈波动下降趋势，线性倾向率为−13.205 h/10a，其变化趋势也未通过显著性检验。58a平均日照时数为3142.8 h，1978年达到最大值3396.5 h，1998年最小，仅为2995.1 h，两者相差401.4 h。5a滑动平均显示，60年代到90年代末，年日照时数变化明显，60年代至70年代呈明显升高，70年代末达到第一个峰值，此后开始波动下降，90年代末降至最低点，2010年前后出现第二个峰值，此后开始回落。 从日照时数的季节变化来看，山南区域春季、夏季、秋季、冬季日照时数的气候变化倾向率分别为15.497 h/10a、3.011 h/10a、6.916 h/10a和2.898 h/10a，其中春季、秋季日照时数的变化通过了0.01水平的显著性检验(P < 0.01)，夏季、冬季日照时数的变化未通过显著性检验(图略)。山北区域各季日照时数的气候变化倾向率分别为春季0.471 h/10a、夏季−6.998 h/10a、秋季−2.161 h/10a和冬季−4.427 h/10a，各季日照时数的变化均未通过显著性检验(图略)。 4.2. 各要素年代际变化特征 4.2.1. 气温 表1给出了哈密市各年代的年、季气温距平值。由表1可见，山南区域年及各季平均气温的年代际差异较明显：年平均气温自21世纪80年代起逐年代上升，90年代略有下降，21世纪气温明显上升，2011~2018年气温较多年平均气温上升了0.5℃，较20世纪70年代的低温期上升约1.1℃。这一变化与我国增暖始于20世纪80年代后期、90年代增暖迅速的情况略有不同 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]。春、夏、秋季平均气温的年代际变化趋势与年平均气温一致，冬季年平均气温在20世纪80~90年代为偏暖期，20世纪60~70年代及进入21世纪的18年来均为偏冷期，这与全国趋势不同。 山北区域年平均气温的年代际变化与全国增暖趋势基本一致。年平均气温呈逐年代上升趋势，以20世纪60~70年代最冷，较平均值低1.1℃，90年代开始山北区域年平均进入偏暖期。春季平均气温年代际变化与年平均气温变化一致，夏、秋季平均气温20世纪60~90年代均为偏冷期，21世纪进入偏暖期；冬季平均气温则20世纪90年代至2010年为偏暖期，2011~2018年冬季平均气温仍为偏冷期。可见，在特殊的地理条件下，山南山北的平均气温变化趋势存在较大差异。 4.2.2. 降水量 对哈密市降水量分年代进行统计，并利用文献 [ 9 ] 中的变差系数法计算变差系数(表2)，可见，各年代平均年降水量存在较大差异。山南区域年降水量从20世纪60年代至2001~2010年呈逐年代增加的趋势，在2011~2018年略有下降，但进入21世纪后，各年代降水量均大于平均值。年降水量在各年代年际差异也十分明显，60年代变差系数为0.479，达到最大值，本世纪初变差系数最小，为0.273，说明60年代降水量年际间波动较为剧烈，而本世纪初波动幅度较平缓，年际间差异较小。山北区域年降水量在21世纪之前同山南区域一样，呈逐年代增加的趋势，在20世纪90年代年降水量多于多年平均值，2001~2010年下降至略少于平均值，2011~2018年为各年代中降水量最多时期，达197.7 mm，较多年平均值偏多30 mm。各年代变差系数以2001~2010年最大，为0.231，20世纪80年代变差系数最小，为0.144，说明2001~2010年山北区域年降水量存在较大的年际差异。 Table 1 Annual and seasonal average temperature in different years in Hami from 1961 to 201 区域 年份 年 春季 夏季 秋季 冬季 山南 1961~1970 −0.4 −0.3 0.0 −0.2 −0.9 1971~1980 −0.5 −0.8 0.0 0.3 −1.7 1981~1990 −0.1 −0.3 −0.1 0.0 0.1 1991~2000 −0.2 −0.1 −0.6 −0.6 0.4 2001~2010 0.4 0.5 0.7 0.5 −0.6 2011~2018 0.6 1.4 1.2 0.1 −0.4 山北 1961~1970 −1.1 −0.6 −1.0 −1.5 −1.4 1971~1980 −1.1 −1.2 −1.2 −0.7 −1.4 1981~1990 −0.7 −0.6 −0.8 −0.8 −0.4 1991~2000 0.1 0.0 −0.1 −0.1 0.4 2001~2010 0.7 0.6 0.9 0.8 0.1 2011~2018 0.7 1.4 1.1 0.1 −0.2 表1. 1961~2018年哈密市各年代年、季气温距平 Table 2 Annual and seasonal precipitation in different years in Hami from 1961 to 201 区域 年份 年 春季 夏季 秋季 冬季 变差 系数 平均值 变差 系数 平均值 变差 系数 平均值 变差 系数 平均值 变差 系数 平均值 山南 1961~1970 0.479 27.4 1.442 6.0 0.505 15.4 0.909 4.2 0.903 1.4 1971~1980 0.405 37.1 1.368 6.7 0.539 18.1 0.866 7.2 0.625 5.3 1981~1990 0.356 37.9 0.809 5.8 0.626 18.3 0.436 10.2 1.166 3.4 1991~2000 0.469 42.4 0.767 8.9 0.655 21.4 0.790 8.5 0.642 4.1 2001~2010 0.273 50.8 0.767 10.6 0.399 21.5 0.913 12.0 0.923 6.2 2011~2018 0.431 44.3 0.635 6.1 0.527 27.6 0.466 6.7 1.096 3.8 山北 1961~1970 0.189 144.6 0.393 25.7 0.257 90.2 0.276 22.5 0.466 5.9 1971~1980 0.176 150.1 0.369 28.9 0.215 83.1 0.244 28.7 0.518 9.2 1981~1990 0.144 160.1 0.465 32.5 0.347 87.8 0.298 34.1 0.512 5.5 1991~2000 0.201 175.4 0.584 35.0 0.218 103.6 0.426 32.4 0.403 5.1 2001~2010 0.231 166.7 0.333 35.8 0.404 85.0 0.285 35.0 0.403 11.0 2011~2018 0.177 197.7 0.227 37.0 0.175 114.2 0.388 38.1 0.420 7.3 表2. 1961~2018年哈密市各年代年、季降水量距平百分率 就哈密市各季节降水量的年代际变化来看，山南区域春、夏、秋、冬四季平均降水量最大值分别出现在2001~2010年、2011~2018年、2001~2010年、2001~2010年，最小值分别出现在80年代、60年代、60年代、60年代，可见山南区域各季节降水量年代际变化与年降水量变化较为一致，在21世纪为降水量偏多时期，60年代为降水量偏少时期。春、夏、秋、冬各季节降水量变差系数最大值分别出现在60年代(1.442)、90年代(0.655)、2001~2010年(0.913)、80年代(1.166)，变差系数最小值分别出现在2011~2018年(0.635)、2001~2010年(0.399)、80年代(0.436)、70年代(0.625)。山北区域春、夏、秋、冬四季平均降水量最大值分别出现在2011~2018年、2011~2018年、2011~2018年、2001~2010年，最小值分别出现在60年代、70年代、60年代、90年代。春、夏、秋、冬各季节降水量变差系数最大值分别出现在90年代(0.584)、2001~2010年(0.404)、90年代(0.426)、70年代(0.518)，变差系数最小值分别出现在2011~2018年(0.227)、2011~2018年(0.715)、70年代(0.244)、90年代~2010年(0.403)。可见，山南区域各季节降水量变差系数明显大于山北区域，说明山南区域降水量的年际变化大于山北区域。 4.2.3. 日照时数 从日照时数的年代际变化来看(表3)，山南区域20世纪60~70年代年日照时数均为正距平，距平值分别为38.9 h和44.6 h，80~90年代开始转为负距平，90年代日照时数最少，距平值达−117.3 h，进入21世纪的18年日照时数持续偏多。各个季节日照时数的年代际变化不尽相同，春季日照时数在20世纪60~90年代均为负距平，21世纪以来持续偏多；夏季日照时数与年日照时数的年代际变化一致；秋季与冬季的日照时数年代际变化一致，仅90年代为负距平，其它年代均为正距平。四季日照时数的最多年与最少年份别相差了101.8 h、79.8 h、67.7 h、71.6 h。 Table 3 Annual and seasonal sunshine hours in different years in Hami from 1961 to 201 区域 年份 年 春季 夏季 秋季 冬季 山南 1961~1970 38.9 −8.3 32.6 37.3 38.0 1971~1980 44.6 −9.0 0.8 25.1 26.3 1981~1990 −25.8 −23.3 −13.4 6.8 4.3 1991~2000 −117.3 −22.5 −31.6 −30.4 −32.7 2001~2010 143.0 45.9 44.9 23.6 28.5 2011~2018 164.0 78.5 48.2 8.2 38.9 山北 1961~1970 15.2 −10.8 16.2 −3.0 12.7 1971~1980 155.9 46.6 44.6 28.9 35.7 1981~1990 21.8 12.4 2.3 −0.8 7.7 1991~2000 −41.7 −10.2 −26.5 −4.2 −0.9 2001~2010 20.1 −2.1 24.1 4.8 −6.8 2011~2018 18.0 28.7 −19.8 −5.3 −13.7 表3. 1961~2018年哈密市各年代年、季日照时数距平 山北区域年日照时数仅在20世纪90年代为负距平，其它年代均为正距平，且以70年代日照时数最多，距平值达155.9 h。春季日照时数在20世纪60年代为负距平，距平值为−10.8 h，70~80年代开始转为正距平，90年代~2010年又转为负距平，2011~2018年日照时数增多，转为正距平；夏季日照时数在20世纪90年代和2011~2018年为负距平，其它年代均为正距平，以70年代日照时数最多，距平值达44.6 h；秋季日照时数仅70年代和2001~2010年为正距平，其余年代均为负距平；冬季在20世纪60~80年代为正距平，90年代开始转为负距平并持续。四季日照时数的最多年与最少年份别相差了57.4 h、71.1 h、34.2 h、49.4 h。