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user: 4. 结果与分析 4.1. 对流层顶温度年际变化趋势 从时间趋势上来看，我国西北干旱区对流层顶温度年、季节变化比较明显，其全年平均温在−58.5℃~−61℃，春季平均温最高为−59℃，夏季平均温最低为−61.3℃；最高温发生在春季达到−56.3℃，最低温出现在夏季为−63.5℃。 在过去的35年，西北干旱区对流层顶温度的年际、四季变化均呈现下降趋势(图2)。对流层顶温度变化的Mann-Kendall非参数检验结果(表1)表明：我国西北干旱区对流层顶春季的下降趋势不显著，下降速率只有0.28℃/10a；而全年、夏季、秋季和冬季的下降趋势显著，均通过0.05显著性水平的检验，其中夏季的下降速率最快，为0.88℃/10a；秋季(0.53℃/10a)、全年(0.51℃/10a)、冬季(0.35℃/10a)的下降速率依次减缓。对流层顶温度变化的季节差异可能与不同季节对流层顶接受的各种大气辐射的强弱有关。西北干旱区对流层顶温度在80~90年代之间发生突变，主要表现为80年代突变后温度升高，90年代突变后温度降低，存在单突变点和多突变点。全年(1992)、夏季(1994)和秋季(1992)只有一个突变点，突变后温度下降1℃~2℃，突变前后平均温度相差较大。全年突变前平均温为−59℃，突变后为−60.5℃，夏季突变前平均温为−60℃，突变后为−62℃，秋季突变前平均温为−59.5℃，突变后为−61℃。冬季存在两个突变年份，即1986、1988年，在1986年突变后平均温升高至−58.5℃，1988年突变后平均温降低到−60℃。春季的变化更为复杂，在过去35年共有3个突变年份，在1983年突变后平均温升高，在1992年突变后平均温降低，而后在1994年突变后平均温又再次升高。不难发现，在90年代温度突变后，对流层顶平均温降低，可能与年代际的气候变化有关。 4.2. 对流层顶温度变化率的空间分布 从空间分布来看，近35年西北干旱区对流层顶温度的年际变化率在年、季节变化方面表现出不同的空间差异(图3)。对流层顶温度全年变化速率在−0.75℃/10a~−0.27℃/10a范围内，在空间呈现东北–西南向分布，中间区域的变化率高于两边。昆仑山、阿尔金山以北，天山以南之间的区域对流层顶温度下降速率较快，两侧逐渐递减，阿尔泰山以及准噶尔盆地下降速率最慢。 春季西北干旱区对流层顶温度整体变化速率不大，在−0.62℃/10a~−0.10℃/10a内。在研究区范围内山区下降速率高于其周围盆地的下降速率。其中昆仑山、天山的下降速率最为明显，而塔里木盆地以及其往东的40˚N地区温度下降速率最为缓慢。 夏季对流层顶温度下降趋势最为显著，全区下降速率跨度最大。其空间分布与全年的较为相似，呈现东北–西南向条带分布。昆仑山与祁连山相接的地方下降速率最大达到−1.48℃/10a，而阿尔泰山、准噶尔盆地和天山的西北部温度下降速率最低，只有−0.0988℃/10a。 秋季西北干旱区对流层顶温度的下降速率南北差异大，同一纬度区域的变化速率相差较小。南部昆仑山的下降速率最快为0.93℃/10a，阿尔泰山下降速率最慢为0.22℃/10a。而中部的天山地区下降速率高 图2. 1980~2014年西北干旱区对流层顶温度年际变化趋势 Table 1 The trend and sharp change of tropopause temperature in the arid region of Northwest Chin 时间 趋势检验 突变年份 趋势项 趋势值 值 显著性H 0 a 全年 −0.0514t + 102.65 −4.4877 1.96 显著R 1992 b 春季 −0.0281t + 56.036 −1.3917 1.96 不显著A 1983， 1992， 1994 b 夏季 −0.088t + 175.67 −4.1752 1.96 显著R 1994 b) 秋季 −0.0527t + 105.29 −3.4367 1.96 显著R 1992 b) 冬季 −0.0345t + 68.866 −2.045 1.96 显著R 1986， 1988 b) 表1. 西北干旱区对流层顶温度变化趋势及突变检验结果 a H 0 ，即原假设，指对流层顶气温变化趋势不明显；显著性检验水平a = 0.05；A代表接受原假设；R代表拒绝原假设。 b 表示突变年份通过0.05的显著性检验水平。 图3. 西北干旱区对流层顶温度年际变化空间分布图 于其两侧的盆地(塔里木盆地、准噶尔盆地)和祁连山北部的区域。 冬季对流层顶温度变化速率与秋季有些相同之处，天山及其中部向南的部分区域下降速率在秋季的基础上有所加强，而不同于秋季的是昆仑山地区的下降速率则低于天山其中部向南的区域。冬季对流层顶温度的变化速率整体空间分布呈现出由天山及其中部向南的区域组成的“T型”区域向其周围的区域扩散的分布，下降速率由“T型”区域向外逐渐减慢的。天山西部及昆仑山东北部的部分区域温度下降速率最快为−0.50℃/10a，甘肃河西走廊地区下降速率最慢为−0.12℃/10a。 西北干旱区对流层顶的年际变化率在全年和四季表现出不同的空间分布，这可能与大气环流、季节性的天气尺度系统活动和下垫面的性质等有关。 4.3. 对流层顶温度与地表温度的相关性 对流层顶是一个很强的大气阻挡层，在其下方，地表和大气之间不断地进行着热量交换和水汽交换。近年来随着温室气体的大量排放和人类活动的显著增长，导致地表温度升高，全球变暖，高空大气和地表之间的联系越来越密切。在2003年Sausen and Santer就曾对对流层顶高度升高和温度下降的原因时进行解释，发现自然因素并不能全部解释这一现象，而造成这一现象的主要原因是人类活动导致的地表增温 [ 7 ] 。为了进一步研究在全球变暖的大气候背景下西北干旱区对流层顶温度变化与地面温度之间的关系，对西北干旱区的地表温度与对流层顶温度的年际变化特征进行相关性分析。用统计拟合方法建立线性方程，拟合方程中x为对流层顶温度，y为地表温度，R为对流层顶温度和地表温度的相关系数，F为F检验中的统计量。 西北干旱区地表年平均气温在近35年呈上升趋势，增温速率达到0.289℃/10a。地表温度与对流层顶温度年际变化趋势相反，从散点图可以看出，各个点分布规律，说明两者具有一定的关联性。对西北干旱区对流层顶年平均温度和地表年平均温度的35年进行相关的显著性检验，其线性拟合的方程： ，线性拟合相关系数 (自由度f = 35 - 2)，通过0.01显著性水平。对拟合方程进行F检验，其F统计量 ，则在置信水平 下，拟合方程是显著的。拟合方程的结果表明西北干旱区对流层顶年平均温度与地表年平均温有非常显著的负相关关系，说明对流层顶温度与地表温度有很强的关联性，对于西北干旱区底层大气对对流层顶大气有一定的影响。 4.4. 对流层顶温度年际变化率与海拔的关系探讨 对流层顶的温度在一定程度上受下垫面作用，不同高程位置的对流层顶温度变化率也不同，而西北干旱区地形复杂，有高海拔的大型山脉，也有低于海平面值的盆地，因此探讨西北干旱区的海拔高度与对流层顶温度变化速率之间的关系，有助于理解海拔对对流层顶温度变化的理解。用统计拟合方法建立回归方程，并进行相关关系的显著性检验和回归模型的显著性检验。方程中x为西北干旱区对流层顶温度的变化速率，y为对应的海拔高度，R为对流层顶温度的变化速率和海拔高度的相关系数，F为回归模型F检验的统计量，N为格点数即样本数。 从海拔高度与对流层顶温度年际变化速率相关分析的结果(表2)可以看出，夏季西北干旱区对流层顶温度变化率与海拔高度没有相关性，而全年和其他季节的对流层顶温度变化率与海拔高度呈正相关，即海拔越高，对流层顶温度的下降速率越快。其中与秋季的相关性最高，相关系数R = −0.355，通过了0.01的显著性水平；利用F检验对秋季对流层顶温度变化率和海拔的回归方程 进行显著性检验，得到在置信水平 下回归方程是显著的。全年、春季和冬季的对流层顶温度变化率和海拔的相关性通过0.05显著性水平，回归方程F统计量在置信水平 下也是显著的。综上，说明西北干旱区海拔高度与夏季对流层顶温度变化率没有相关性，与全年和其他季节均有显著的相关关系。