政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告指出
[1]，最近40 a的每个10 a全球地表温度都比此前（1850—1980年）任何一个10 a要暖。人类活动造成的气候变化已经影响到全球每个区域的很多天气和气候极端事件。基于地形、人口及经济等多方面因素，全球气候变化对不同区域气候变化的影响也会有明显区别
[2]。因此，对于区域气候变化特征的研究具有重要应用价值及理论意义
[3]。研究不同区域的气候变化特征有利于提高片区防灾减灾气象服务和应对气候变化能力，为当地农业生产、经济和社会可持续发展提供科学依据
[4]。
近些年，新疆气候总体上呈暖湿化趋势
[5]。塔里木河作为我国最长的内陆河，对于南疆地区生态环境发展及水资源调配起着至关重要的作用。关于塔里木河流域气候变化规律的相关研究受到广泛关注
[6-11]。塔里木河流域气温、降水和相对湿度总体呈上升趋势，风速、日照时数和蒸发量呈下降趋势
[12]，年平均气温呈“低—高—低”的变化趋势，气候呈“冷干—暖湿—冷干”的变化趋势
[13]，与整个中国、新疆北部和塔里木河上游至阿拉尔垦区20世纪90年代出现暖湿的大趋势相吻合。段建军
[14]等指出，虽然1957—2006年塔里木河流域山区与平原整体呈现气温升高、降水量增加特征，出山口径流量呈增加趋势，但在2000年前塔里木河流域生态环境急剧退化。陈亚宁
[15]等指出，塔里木河流域气温和降水均在20世纪80年代中期发生突变，且自20世纪80年代中期以来气温和降水均保持较高的增长趋势，90年代成为1958—2004年最温暖的10 a。
对于塔里木河流域的研究方向大部分偏向于流域水土资源及生态环境方面，对流域气候变化特征的分析较少，且年份多集中在2010年以前
[14-21]，夏季作为塔里木河流域重要的农牧业生产季节，对其温热资源的研究较少。本文利用塔里木河流域1961—2020年的气象数据，研究其夏季气温的变化特征，分析气温突变以及周期变化趋势。海温异常对我国内陆地区气温的变化产生一定影响
[22]，本文选取1979—2020年NCEP再分析数据分析海温异常对塔里木河流域夏季气温的影响，以期为当地合理开发利用气候资源、生态文明建设和农业生产指导提供参考。
1 数据和方法
1.1 研究区概况
塔里木河是中国最长的内陆河，发源于天山山脉及喀喇昆仑山，流域（73°10′~94°05′E，34°55′~43°08′N）自西向东绕塔克拉玛干沙漠北缘贯穿塔里木盆地
[11]，天山以南的绿洲主要是靠塔里木河水灌溉。流域由9大水系组成，干流全长1 321 km，总面积102万km
2，占我国国土总面积的9.41%
[14]。
塔里木河水主要来自阿克苏河（占73%）、和田河（占23%）与叶尔羌河（占4%）的补给，源流区周围耸立着许多高大山体，有乔戈里峰、托木尔峰和汗腾格里峰等，山峰及邻近的高山区孕育着丰富的冰川和永久性积雪，正是高山冰川、积雪和山区降水形成了塔里木河流域水系，同时高山区气温和降水决定了塔里木河源流的径流量和塔里木河干流的来水量
[21]。塔里木河流域远离海洋，四周高山环绕，属大陆性暖温带极端干旱沙漠气候，降水稀少，蒸发强烈，温差大，多风沙、浮尘天气，日照时间长，光热资源丰富
[11]。研究区内选取21个长时间序列具有河岸代表性的气象站点（
图1）。
1.2 数据来源与处理
根据数据连续性、统一性和时间一致性等原则，选取新疆气象信息中心1961—2020年南疆塔里木河流域21个国家气象站点的逐日气温观测数据，分析塔里木河流域夏季气温的时空变化特征。在分析海温异常对于塔里木河流域夏季气温的影响时，选取美国国家环境预测中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的1979—2020年气温和海洋表面温度的月平均全球网格再分析资料（资料起始于1979年），水平分辨率为2.5°×2.5°，由于主要关注各变量的年际变化分量，对气温、海温数据作去除长期线性趋势处理（即使用Durbin-Watson一阶自相关检验方法对以上气象要素观测序列进行检验,并用Cochrane-Orcutt方法去除存在的自相关
[23]），再结合EOF分析
[24]、合成分析和相关分析等方法研究塔里木河流域气温异常与海温异常的关系，采用
T检验分析结果的显著性。文中涉及地图均是基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS（2016）1552号的标准地图制作，底图无修改。
2 结果与分析
2.1 塔里木河流域夏季气温变化特征
2.1.1 夏季平均气温的时间变化特征
1961—2020年塔里木河流域夏季平均气温变化趋势整体呈上升趋势（
图2），升温速率为0.16 ℃·（10 a）
-1。1997年以后出现明显增暖，大部分年份高于气温平均值。塔里木河流域夏季平均气温的多年平均值为22.0 ℃，最暖的夏季出现在2008年（23.0 ℃），比多年平均值偏高1.0 ℃；最冷的夏季出现在1972年（20.7 ℃），比多年平均值偏低1.3 ℃。
1961—1990年（前30 a）和1991—2020年（后30 a）夏季气温均呈上升趋势，1961—1990年升温速率为0.09 ℃·（10 a）
-1，1991—2020年升温速率为0.21 ℃·（10 a）
-1。塔里木河流域后30 a的夏季升温速率比前30 a升温速率高0.12 ℃·（10 a）
-1。1990年以后塔里木河流域夏季升温速率明显加快，与陈亚宁
[15]等研究一致。
2.1.2 夏季平均气温的空间变化特征
1961—2020年塔里木河流域夏季平均气温变化趋势的空间分布区域差异明显（
图3），整体变化倾向率为-0.03~0.06 ℃/a（
图3c），除阿拉尔、库车和柯坪外均呈升温趋势。塔里木河流域大部分地区夏季升温速率为0.0~0.03 ℃/a，和田、民丰、轮台、且末和铁干里克气温上升最明显，升温速率为0.03~0.06 ℃/a。塔里木河流域东部、南部大部分地区夏季升温速率较快，流域中部、西部升温速率较慢，中部部分地区呈降温趋势。
由
图3可知，1961—1990年和1991—2020年夏季平均气温变化倾向率均介于-0.06~0.06 ℃/a，大部分地区呈升温趋势。前后30 a均出现了降温速率较快即气温变化倾向率介于-0.06~-0.03 ℃/a的地区。1961—1990年出现在库车（-0.04 ℃/a），1991—2020年出现在柯坪（-0.05 ℃/a），除此之外，塔里木河流域1961—1990年有6个地区呈降温趋势，1991—2020年还有3个地区呈降温趋势，均集中在-0.03~0.0 ℃/a。从升温速率较快的地区来看，1961—1990年主要集中在塔里木河流域东部，1991—2020年主要集中在流域南部，且991—2020年整体升温速率要大于1961—1990年。
2.2 塔里木河流域夏季气温的年际变化特征及前期海温异常分析
为进一步探究与塔里木河流域气温和降水异常的时空分布特征及相关成因，选取气温和降水极端性及变化趋势均较强的夏季进行研究
[10]，由于大气环流对于海温的响应具有一定滞后性，故选取夏季前期的春季和冬季海温场加以分析。本文主要关注各变量的年际变化，所有资料均已去除长期线性趋势。
2.2.1 夏季气温的年际变化特征
对塔里木河流域夏季平均气温作EOF分析（
图4a、b），选出气温异常解释方差较大的前两个模态，第一模态（PC1）为全区一致分布型，解释方差为51.6%，整个塔里木河流域均为气温正异常覆盖，温度异常的幅度由东至西逐渐增加，正异常大值区位于乌恰、喀什地区附近；第二模态（PC2）为南北反向分布型，解释方差为15.2%，38°N以南大部分地区为正异常，正异常大值中心位于阿合奇附近，38°N以北地区大部分为负异常，负异常大值中心位于和田以南地区。前两个模态累积解释方差为66.8%，在塔里木河流域夏季气温时空变化中占据主导地位。
由EOF1和EOF2对应的标准化时间序列可知，两个模态均存在显著的年际变化特征，将时间序列中超过±1个标准差定义为气温异常年（正位相年和负位相年），其余年份则定义为正常年（
图4c、d），气温第一模态时间序列（PC1）对应的大于1个标准差的典型正位相年为1984、1988、1990、1994、2008年，小于-1个标准差的典型负位相年为1979、1989、1993、1995、1996、2020年；第二模态时间序列（PC2）对应大于1个标准差的典型正位相年为1979、1988、1996、2016年，小于-1个标准差的典型负位相年为1983、1984、1997、2015、2020年。1979—2020年塔里木河流域夏季平均气温异常以典型负位相年居多，且典型负位相年大多分布于1979—1999年，分别为5个（PC1）和3个（PC2），而在后一个2000—2020年相对减少，分别为1个（PC1）和2个（PC2），存在较明显的年际变化周期性特征。
2.2.2 与气温异常相关的前期海温异常
图5为1979—2020年塔里木河流域前期冬季和前期春季海温异常对夏季平均气温异常的合成分析。当塔里木河流域夏季气温出现一致分布型异常时（PC1），我国黄海以及日本以西的西北太平洋地区出现前期冬季海温负异常，加勒比海以东的大西洋西部低纬地区出现较大范围的海温正异常，结合赤道中东太平洋的海温异常分布，印度洋海温异常表现为强度较小的南北反向变化，总体表现出类似印度洋偶极子的分布特征
[25]；南北反向分布型异常时（PC2），印度洋地区（阿拉伯海和孟加拉湾）、我国南海地区都为大范围的显著海温正异常，在非洲西部的大西洋中低纬地区海温则为大范围的南正北负异常，赤道中东太平洋海温异常偏高，呈类似厄尔尼诺型的海温分布。
在前期春季海温异常对夏季平均气温异常的合成场中，海温异常场表现为：PC1在太平洋中高纬度地区海温呈南正北负型异常分布，赤道中东太平洋海温呈一致正异常，在阿拉伯海北部存在小范围的显著海温正异常；PC2海温负异常显著相关区出现在日本以东的西北太平洋地区，大西洋中低纬度呈强度较小的南正北负分布。
北太平洋中纬海区（37.5°～52.5°N，150°E～150°W）有显著的负异常分布，通过0.01的显著性检验（
图5中打点区域）。前期冬季PC2的范围极小，前期春季两个模态均在北太平洋的中纬海区有0.01显著性水平的负异常，且海区范围较大，位置上该异常在PC2相较于PC1更靠近我国的东部沿海。前期春季北太平洋中纬度海区与塔里木河流域夏季气温异常关系更密切。前期春季北太平洋中纬海区为诊断塔里木河流域夏季气温异常的关键海区。前期海温异常对塔里木河流域夏季气温的影响是通过大气环流实现的，通过计算得到前期春季通过该海温关键区波列的遥相关波列指数与海温指数的相关系数通过0.01的显著性检验，北太平洋平洋中纬海区海温对大气遥相关波列的形成具有相当重要的贡献。与任广成
[26]等对于南疆夏季异常高温的气候背景分析得到南疆夏季高温的形成与北半球大气环流和北太平洋海温异常变化相联系的结论一致。
图6分析关键区（37.5～52.5°N，150°E～150°W）海温距平与夏季500 hPa高度场的相关分布。前期春季海温距平与高度场在青藏高原以西存在显著负相关，最大相关区域位于塔里木盆地至伊朗高原一带及青藏高原西部，即当北太平洋中纬海区海温正异常时，我国东南沿海及印度洋海温为负异常，暖湿气流输送减弱，东亚夏季风减弱，塔里木盆地至伊朗高原一带高度场为负距平，伊朗副热带高压异常偏弱，塔里木盆地内盛行上升气流，不利于地面增温；相反，在北太平洋中纬海区海温负异常时，东亚夏季风增强，伊朗高压异常偏强，塔里木盆地盛行下沉气流，造成地面增温。而前期冬季海温距平与高度场在青藏高原及以南的印度洋地区存在显著正相关，即当北太平洋中纬海区海温正异常、日本东部沿海海温负异常及印度洋海温呈大范围显著正异常时，高度场为正距平，印缅槽减弱，不利于槽前西南气流引导暖湿空气北上，造成塔里木盆地夏季气温异常偏低；反之则造成印缅槽加深，有利于暖湿气流北上，塔里木盆地增温。海温关键区外强迫作用使大尺度环流场稳定维持且强度增强，形成引起塔里木河流域夏季气温异常的典型大尺度环流。
结合500 hPa环流（即经向风与纬向风的矢量合成风场）与夏季平均气温2个模态的合成结果，当前期北太平洋中纬海区海温呈南正北负型异常分布时，500 hPa环流场在欧亚范围内呈“两槽一脊”分布（
图7a），在塔里木盆地异常偏暖的年份，中高纬经向环流较弱，原本位于伊朗高原上空的反气旋性环流东移北抬，不利于阻塞高压建立。当塔里木盆地上空的伊朗副热带高压异常偏强时（
图7b），盆地内持续盛行下沉气流，地面增温明显，以上环流形势与元慧慧
[27]等研究的伊朗副高东伸型类似。北太平洋中纬海区热状况的变化通过影响伊朗副热带高压等环流系统变化，一定程度上促成了塔里木盆地气温异常。
综上，本文初步确定了海温影响关键区及影响机制，而前期海温如何通过影响大气环流和大气外强迫因子引起后期夏季塔里木河流域气温异常的具体物理过程，有待于进一步研究。
3 结论与讨论
（1）1961—2020年塔里木河流域夏季平均气温呈上升趋势，升温速率为0.16 ℃，多年平均值为22.0 ℃，最暖夏季出现在2008年（23.0 ℃），最冷夏季出现在1972年（20.7 ℃）。
（2）1961—2020年塔里木河流域夏季平均气温变化率为-0.03~0.06 ℃/a，除阿拉尔、库车和柯坪外，塔里木河流域多数区域呈升温趋势，流域东部、南部大部分地区夏季升温速率较快，流域中部、西部升温速率较慢，中部部分地区呈降温趋势。
（3）塔里木河流域夏季气温的空间分布主要表现为一致变化型和南北反向变化型。
（4）气温一致分布型主要与前期冬季我国黄海、西北太平洋及低纬西大西洋（或前期春季中高纬太平洋）海温异常有关，南北反向型与前期冬季我国南海、印度洋及中低纬大西洋（或前期春季日本以东海域）海温异常有关。
北太平洋中纬海区的前期海温是影响夏季塔里木河流域气温异常的关键海温区，通过影响伊朗副热带高压等环流系统变化，成为塔里木盆地气温异常的一个重要原因，其他大气外强迫因子及机制值得进一步深入研究。此外，对比分析塔里木河流域1961—1990年和1991—2020年夏季平均气温的空间分布特征，得出前后30 a均出现了夏季气温负增长地区，在全球气候变暖的大背景下，塔里木河流域部分台站夏季气温呈负增长的原因有待进一步研究。
京公网安备11010202008535号
PDF
(2093KB)
