气候变暖背景下乌鲁木齐市四季变化特征分析

Analysis on Four-Season Variation Characteristics in Urumqi City in the Context of Climate Warming

摘要: 基于乌鲁木齐市4个气象观测站1959~2018年逐日平均气温，根据新疆四季划分标准和5d滑动平均法，对乌鲁木齐市不同区域逐年的四季进行了划分。分析结果表明米东区、城区、达坂城镇区具有明显的四季，而南山中山带仅有春季和冬季。达坂城镇区春季开始日期呈提早趋势，米东区和达坂城镇区夏季开始日期呈提早趋势，米东区秋季开始日期呈推迟趋势，米东区和达坂城镇区冬季开始日期呈推迟趋势。米东区春季日数呈减少趋势，米东区和达坂城镇区夏季日数呈增多趋势，城区秋季日数呈增多趋势，米东区和达坂城镇区冬季日数呈减少趋势。

Abstract: Based on the average daily temperature of 4 meteorological observatories in Urumqi from 1959 to 2018, four seasons in different areas of Urumqi City were analyzed according to Four-Season Division Standard in Xinjiang and the 5d Moving Average Method. The analysis results showed that four seasons were obvious in Midong District, the urban area, and Dabancheng Town area, while the middle part of Nanshan Mountain saw only spring and winter. The starting date of spring was in an early trend in Dabancheng Town area, so did the summer start date in Midong District and Town area, while the start date of autumn in Midong District showed a trend of postponement, so did the winter start date in Midong District and Dabancheng Town area. The number of spring days in Midong District decreased, while the number of summer days in Midong District and Dabancheng Town area increased. The number of autumn days in the urban area increased, while the number of winter days in Midong District and Dabancheng Town area decreased.

1. 引言

近50年来全球气温明显增高 [1] [2] [3] 。IPCC第五次评估报告显示，1880~2012年全球平均气温升高了0.85℃ [4] [5] ，其中，1951~2012年气温的上升速率是1880年以来的10倍。极端天气与气候事件发生的频率和强度也相应出现了明显变化，气候变化问题已转变成影响全人类可持续发展的政治问题，早已引起国际社会广泛关注 [6] ，揭示不同区域气温变化的精细规律，已成为气候变化研究的重要任务 [7] [8] [9] 。21世纪关于气候变化以及极端气候事件的研究取得了一些进展 [10] [11] [12] [13] 。

气候变化的结果对人类的影响是多尺度、全方位、多层次的，毫无疑问，在气候变化的大背景下必然会导致四季格局发生变化，郁珍艳等 [14] 、缪启龙等 [15] 、张克新等 [16] 、王雷等 [17] 学者分别对中国及各地四季的起始日期进行了研究，结果表明中国四季开始日期为春夏季提前，秋冬季推迟，夏季提前最明显；Menzel et al. [18] 研究表明欧洲春季开始的时间提前了6 d，秋季结束日推迟了4.8 d，植物的生长季延长了10.8 d；Defila et al. [19] 对瑞士的四季变化进行研究，结果表明春季有明显的提前趋势，而秋季推迟的趋势不明显。尽管诸多学者对中国四季变化特征进行了分析研究，但由于研究的范围较大，且使用的资料较少 [20] ，同时划分的标准与新疆四季划分的标准不一致 [21] [22] [23] ，到目前还没有学者对乌鲁木齐市四季变化特征进行分析研究。因此本文选取乌鲁木齐市作为研究区，通过对乌鲁木齐市各地四季起始日期、四季出现日数的变化特征进行分析，分析结果有助于人们更加合理地安排生产生活和调整农业布局。

2. 研究区概况和数据来源

乌鲁木齐位于新疆中部，地处天山北麓、准噶尔盆地南缘，总面积14,216.3 km²，属于中温带大陆性干旱气候，昼夜温差大，寒暑变化剧烈，气候干燥，平原降水少，山区降水较多，无霜期短。

文中所用乌鲁木齐市4个气象站1959~2018年逐日平均气温来源于新疆气象局数据平台(CIMISS)，4个气象站均为国家级气象站，数据均由审核部门进行了严格的质量控制，数据准确无误，具有较好的代表性和连续性，其中乌鲁木齐市气象站曾出现过搬迁但对资料的均一性并无影响 [24] 。资料的年限和代表区域见表1，将乌鲁木齐市划分为米东区、城区、达坂城镇区、南山中山带。

Table 1. Basic information of four meteorological stations

表1. 4个气象站的基本情况

3. 研究方法及四季划分标准

四季日数(日期)趋势分析采用一元线性回归模型描述 [25] [26] [27] [28] ，即： $y=a+bx$

式中，y为每个季节的日数(日期)，x为时间，b为线性趋势项。

5d滑动平均法求算稳定通过某界限温度的起止日期，其具体方法见文献 [20] [29] [30] 。

划分四季的方法主要包括公历法、农历法、24节气划分法、天文法 [31] 、气候四季划分法 [21] [32] ，这些方法与新疆的气候特点及农事活动不相适应，因此20世纪80年代气象学者根据新疆的气候特点制定了四季划分标准 [22] [23] ：当连续5d滑动平均气温稳定(T_5D) ≥ 0℃时，5d滑动平均首日记为春季开始；当T_5D ≥ 20℃时，5d滑动平均首日记为夏季开始；当T_5D < 20℃时，5d滑动平均首日记为秋季开始；当T_5D < 0℃时，5d滑动平均首日记为冬季开始。本文采用新疆划分四季的标准进行分析研究。

4. 结果与分析

按照新疆四季划分标准分析发现，在1959~2018年期间，南山中山带仅有春、冬季，没有夏、秋季。米东区、城区、达坂城镇区全年四季分明。

4.1. 四季起始日期的变化

在1959~2018年期间春季开始日期，达坂城镇区呈明显的提早趋势，每10 a提早1.6 d (P = 0.05)，春季开始的平均日期为3月23日，最早的年出现在2008年2月28日，最晚的年出现在2003年4月20日，分别比平均日期提前和推迟了24 d和28 d。自1959~2018年米东区、城区、南山中山带春季开始日期没有出现显著的变化趋势，春季开始的平均日期，米东区为3月18日、城区为3月21日、南山中山带为4月12日。

夏季开始的平均日期米东区为6月5日、城区为6月20日、达坂城镇区为7月4日。60 a内城区夏季开始日期没有出现明显变化，但米东区、达坂城镇区呈明显的变化趋势，分别表现出3.2 d/10 a (P = 0.01)、2.4 d/10 a (P = 0.10)的提早趋势。

秋季开始的平均日期米东区为为8月28日、城区为为8月19日、达坂城镇区为8月1日。60 a内城区、达坂城镇区秋季开始日期没有出现明显变化，但米东区呈明显的增加趋势，表现出1.7 d/10 a (P = 0.10)的推迟趋势。

冬季开始的平均日期米东区为11月9日、城区为11月6日、达坂城镇区为11月5日、南山中山带为10月16日。60 a内城区、南山中山带冬季开始日期没有增减变化趋势，但米东区、达坂城镇区冬季开始日期呈明显的推迟趋势，它们的变化趋势分别为1.8 d/10 a (P = 0.02)、2.0 d/10 a (P = 0.01)。

4.2. 四季日数变化趋势

米东区、城区、达坂城镇区、南山中山带春季平均日数分别为79、90、104、187 d。60 a内城区、达坂城镇区、南山中山带春季日数没有明显的变化趋势，但米东区春季日数呈明显的减小趋势，表现出2.5 d/10 a (P = 0.02)的减少趋势(图1)。

Figure 1. Interannual variation of spring days in urumqi city

图1. 乌鲁木齐市春季日数的年际变化

米东区、城区、达坂城镇区夏季平均日数分别为85、60、28 d。城区近60 a来夏季日数没有明显的变化，但米东区、达坂城镇区夏季日数均呈增多的变化趋势，每10 a分别增加4.9 d (P = 0.001)、2.8 d (P = 0.001) (图2)。

Figure 2. Interannual variation of summer days in urumqi city

图2. 乌鲁木齐市夏季日数的年际变化

米东区、城区、达坂城镇区秋季平均日数分别为72、79、95 d。近60 a来米东区、达坂城镇区秋季日数没有明显的变化，但城区秋季日数呈增多的变化趋势，每10 a增加2.5 d (P = 0.10) (图3)。

Figure 3. Interannual variation of autumn days in urumqi city

图3. 乌鲁木齐市秋季日数的年际变化

米东区、城区、达坂城镇区、南山中山带冬季平均日数分别为129、135、138、178 d。近60 a来城区、南山中山带冬季日数没有明显的变化，但米东区、达坂城镇区冬季日数呈减少的变化趋势，每10 a分别减少2.3 d (P = 0.05)、3.6 d (P = 0.001) (图4)。

Figure 4. Interannual variation of winter days in urumqi city

图4. 乌鲁木齐市冬季日数的年际变化

5. 结论

乌鲁木齐市所辖的4个行政区域，四季明显的有米东区、城区、达坂城镇区，而南山中山带仅有春季和冬季。

在1959~2018年期间，春季开始日期达坂城镇区呈提早趋势(−1.6 d/10 a)；夏季开始日期米东区、达坂城镇区呈提早趋势，分别为−3.2 d/10 a、−2.4 d/10 a；秋季开始日期米东区呈推迟趋势(1.7 d/10 a)；冬季开始日期米东区、达坂城镇区呈推迟趋势，分别为1.8 d/10 a、、2.0 d/10 a。

在四季日数年际变化方面，春季日数米东区呈明显的减少变化趋势(−2.5 d/10 a)；夏季日数米东区、达坂城镇区均呈增多的变化趋势，线性变化趋势分别为4.9 d/10 a、2.8 d/10 a；城区秋季日数呈增多的变化趋势(2.5 d/10 a)；米东区、达坂城镇区冬季日数呈减少的变化趋势，线性变化趋势分别为−2.3 d/10 a、−3.6 d/10 a。

基金项目

达坂城政府基金项目(DKJJ2019010)；国家自然科学基金项目(31660167；41671053)。

NOTES

^*通讯作者。