摘要: 为了研究西宁气候变化特征，本文利用1960~2019年西宁逐日气温、降水量、日照时数和相对湿度数据，通过线性倾向趋势分析、滑动平均和Mann-Kendall检验，对各气象要素的年际变化趋势和突变进行分析。结果表明：西宁年气温呈现显著上升趋势，变化速率为0.07℃/10a，近60 a年平均气温为6.0℃，年平均气温在1970年前后发生了突变。年降水量的上升趋势极为显著，变化率为17.55 mm/10a，年降水量的平均值为392.9 mm，M-K检验发现年降水量在90年代末期发生突变。年日照时数呈极显著的下降趋势，变化率为−63.9 h/10a，年日照时数的平均值为2643.5 h，年日照时数的突变发生在1987年。西宁年平均相对湿度虽呈上升的趋势，但并不显著，其变化率为0.33%/10a，平均值为56%，平均相对湿度在1992年可能发生突变。
Abstract:
In order to study the characteristics of climate change in Xining, daily temperature, precipitation, sunshine duration and relative humidity data from 1960 to 2019 in Xining were used to analyze the interannual variation trends and abrupt changes of various meteorological elements through linear trend analysis, moving average and Mann-Kendall test. The results show that the annual temperature in Xining presents a significant upward trend, with a rate of 0.07˚C/10a, and the average temperature in the recent 60 years is 6.0˚C. The annual average temperature has a sudden change around 1970. The annual precipitation increased significantly with a change rate of 17.55 mm/10a, and the average annual precipitation was 392.9 mm. The M-K test showed that the annual precipitation changed dramatically in the late 1990 s. The annual sunshine duration showed a very significant downward trend with a change rate of −63.9 h/10a, and the average annual sunshine duration was 2643.5 h. The mutation of annual sunshine duration occurred in 1987. Although the annual mean relative humidity in Xining showed an upward trend, it was not significant, with a change rate of 0.33%/10a and an average of 56%. The average relative humidity may have a sudden change in 1992.
1. 引言
全球变暖是当今世界各国最为关心的环境问题，也是全球民众最为耳熟能详的环境问题。全球气温、降水和风速等气候要素在过去几十年中都有十分显著的变化。IPCC第四次气候变化评估报告 [1] 指出：从1906年到2005年间，全世界平均气温上升了0.74℃，过去50 a的变暖幅度是过去100年的两倍。到21世纪末，全球平均气温预计将上升1.1℃~6.4℃，气候变化是不争的事实。IPCC第五次评估报告 [2] 显示：在北半球，1983~2012年可能是过去1400年中最热的30 a。IPCC第六次评估报告 [3] 显示，未来几十年若不大规模减少温室气体的排放，升温将超过1.5℃。王绍武 [4] 的研究认为，近一个世纪以来全世界气候变化的主要特征是变暖，趋势为0.5℃/100a。在过去的100年里，中国的温度上升的趋势是1.3℃~1.7℃/100a [5]。近50年来，青海省气温呈现回升的趋势，降水量逐渐增长 [6]。冯川玉 [7] 通过对青藏高原1961~2019年降水量的变化分析发现，青藏高原59年来年降水量呈现增加趋势，降水量的变化率高达6.1 mm/10a，年际降水量不断增加。张少婷等 [8] 通过对1960~2013年青海省28个站点的日照时数时空分布特征的分析发现，青海省日照空间分布呈现出由东南向西北梯度递增的趋势。裴玉芳等 [9] 基于1961~2015年青海省海东市5个气象站的气候资料，研究表明：在过去55 a里随着气候的变暖，海东市降水量减少，整体呈现出不明显的“暖干化”趋势。
西宁位于中国西北部和青海省东部，是青藏高原的东方门户，也是世界的高海拔城市之一。其气候变化的高原特征显著，是中国气候变化的敏感区。本文通过对西宁气候变化特征分析，研究西宁气候变化趋势，为气候变化的适应与缓解提供理论依据。
2. 资料与方法
2.1. 资料概况
本文主要分析了1960~2019年间西宁地区气候变化特征，选取的数据是中国气象数据网提供的西宁站1960~2019年逐日的日平均气温、日降水量、日平均相对湿度和日照时数。
2.2. 研究方法
用线性倾向估计分析西宁气侯要素的变化趋势，从滑动平均序列曲线图来诊断其变化趋势 [10]。用Mann-Kendall (M-K)突变检验来分析气候的突变时间，然后使用t检验来进一步验证是否发生了突变 [10]。
3. 研究结果
3.1. 气温的变化特征
图1为1960~2019年西宁气温的年际变化趋势图。从图中可以看出，1960~2019年西宁的年平均气温呈现上升的趋势，气温的变化速率为0.07℃/10a，相关系数r为0.261，通过了α = 0.05置信度显著性检验，表明西宁年平均气温增加趋势显著。从5年滑动平均曲线来看，1984~1991年和2013~2019年的两个时段气温偏高，而1995~2000年气温相对偏低。1960~2019年西宁年平均气温为6.0℃，最高温出现在1994年，达到7.1℃，最低温出现在1967年，仅为4.9℃，气温最高年和气温最低年的气温相差2.2℃。
Figure 1. Interannual trends of temperature
图1. 气温的年际变化趋势
如图2所见，年平均气温的UF曲线在1965年转为正值，即年平均气温从1965年开始呈现上升，UF曲线在1980年超过0.05的信度线，说明从1980年开始年平均气温显著增加。在0.05的置信水平之间UF曲线与UB曲线交于1965年、1966~1967年、1968~1969年和1970年，经过t检验，发现1970年通过了α = 0.05的显著性检验，说明年平均气温在1970年前后发生了突变。
Figure 2. M-K mutation test of temperature
图2. 气温的M-K突变检验
3.2. 降水量的变化特征
图3为1960~2019年西宁年降水量的年际变化图。可以看出，1960~2019年西宁年降水量表现为上升的趋势，年降水量的变化速率为17.55 mm/10a，r为0.508，通过了α = 0.001的显著性水平检验，表明西宁年降水量的上升趋势极显著。从5年滑动平均曲线来看，总体呈现为波动的上升趋势。近60 a西宁的年降水量平均值为392.9 mm，最高年份出现在1967年，为541.2 mm，最低年出现在1966年，仅为196.2 mm，年降水量最高值和最低值相差345.0 mm，变幅较大。
Figure 3. The interannual trend of precipitation
图3. 降水量的年际变化趋势
如图4所示，西宁年降水量的UF曲线在1992年转为正值，从1992年开始呈现上升趋势，UF曲线在2005年超过0.05的信度线，可以看出在2005年后西宁年降水量的增加趋势是显著的。在0.05信度线之间UF曲线与UB曲线交于1997年、1998年和2000年，经过t检验，显示年降水量在90年代末期开始发生突变。
Figure 4. M-K mutation test of precipitation
图4. 降水量的M-K的突变检验
3.3. 日照时数的变化特征
图5为1960~2019年西宁日照时数的年际变化图。可以看出，1960~2019年西宁的年日照时数表现为下降的趋势，变化速率为−63.9 h/10a，相关系数r为0.684，通过了α = 0.001的显著性水平检验，表明西宁年日照时数下降的趋势极显著。由5年滑动平均曲线可以看出，1978~2005年表现为波动的下降，2005~2012年为上升的时段。近60 a西宁的日照时数平均值为2643.5 h，日照时数最长年出现在1963年达到3000 h，该年西宁每天的日照时数大约8.2 h左右，日照时数最短年出现在2019年，为2298.8 h，该年西宁每天的日照时数大约6.3 h左右，日照时数最长年和日照时数最短年的日照时间相差701.2 h。
Figure 5. Interannual variation trend of sunshine duration
图5. 日照时数的年际变化趋势
西宁年日照时数由UF曲线(图6)可见，1986年UF线转变为负值，从1986年开始呈现为下降的趋势，UF曲线在1993年超过0.05的信度线，说明年日照时数从1993年开始显著下降。在置信水平之间UF曲线与UB曲线交于1987年，西宁年日照时数的突变时间为1987年。
Figure 6. M-K mutation test of sunshine duration
图6. 日照时数的M-K突变检验
3.4. 相对湿度的变化特征
图7为1960~2019年西宁相对湿度的年际变化图。可以看出，1960~2019年西宁的相对湿度表现为缓慢的上升趋势，相对湿度的变化速率为0.33%/10a，相关系数r为0.196，未通过α = 0.05的显著性水平检验，即相对湿度的上升趋势不显著。从5年滑动平均曲线来看，1992~1997年为相对湿度的上升时间段，1997~2006年为下降时段。1960~2019年西宁年相对湿度的平均值为56%，西宁相对湿度的最大年出现在1967年，为62%，西宁相对湿度的最小年出现在1980年和1991年，为50%，西宁相对湿度的最大年和最小年的相对湿度相差12%。
Figure 7. The interannual trend of relative humidity
图7. 相对湿度的年际变化趋势
由UF曲线(图8)可见，自1960年以来，西宁年平均相对湿度发展趋势为波动状态，呈现减小后又增大的趋势，1999年UF线转为正值，即从1999年开始上升，直到2018年超过了α=0.05的检验线。UF和UB两条曲线有3个明显的交点，分别是1960年、1961年和1992年，经过t检验，发现突变年可能发生在1992年。
Figure 8. M-K mutation test of relative humidity
图8. 相对湿度的M-K突变检验
4. 结论
本文利用西宁站的观测资料，分析了西宁地区1960~2019年气候变化特征，得到以下主要结论：西宁年气温呈现显著上升趋势，变化速率为0.07℃/10a，近60 a年平均气温为6.0℃。M-K检验表明，年平均气温在1970年前后发生了突变。年降水量的上升趋势极为显著，变化率为17.55 mm/10a，年降水量的平均值为392.9 mm。M-K检验发现年降水量在90年代末期发生突变。年日照时数呈极显著的下降趋势，变化率为−63.9 h/10a，年日照时数的平均值为2643.5 h，年日照时数的突变发生在1987年。西宁年平均相对湿度虽呈上升的趋势，但并不显著，其变化率为0.33%/10a，平均值为56%，M-K检验结果表明，平均相对湿度在1992年可能发生突变。
基金项目
成都信息工程大学2022年大学生创新创业训练计划项目(202210621036)资助。
参考文献
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。