引言

甘南地区处于青藏高原与黄土高原的过渡区，在气候变化区域类型上属于青藏高原地区与中温带东部地区、暖温带东部地区的过渡区，是我国北方农牧交错带甘青宁农牧交错区的一部分，属于气候变化敏感区，生态环境脆弱，水土流失、草场退化等环境问题突出^[1-2]。1980年代以来，很多学者对甘肃省气候变化作了许多研究^[3-5]，但对甘南地区研究相对较少，为进一步了解甘南地区气候变化特征，本文对甘南地区近40年气温变化的特点和规律进行了分析。

1 资料和方法

利用兰州中心台气象台提供的甘南地区建站年代较早、资料完整的7个地面气象站(测站海拔高度在1750~2910m之间，见图 1)1961—2004年的月平均气温、月平均最高、月平均最低气温资料，用趋势分析、Mann-Kendall法、小波分析^[6-8]等方法对甘肃西南部近40年来的年和各季节平均气温、最高气温、最低气温和气温日较差的时间变化趋势及突变进行了分析。

气候突变是普遍存在于气候变化中的一个重要现象，是气候预测与模拟要考虑的重要因素。Mann-Kendall法是一种非参数统计检验方法，在气候序列平稳的前提下，对于具有n个样本量的时间序列x，构造一秩序列，r_i表示第i个样本，x_i大于x_j(1≤j≤i)的累计值。

在时间序列随机独立的假设下，定义统计量

给定显著性水平(取α=0.01，则U_0.01=2.58)，当|U_Fk|＞U_a时，表明序列存在明显的增长或减少趋势。所有U_Fk将组成一条曲线U_F。把同样的方法引用到反序列中，得到另一条曲线U_B。如果U_F的值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。将统计量曲线U_F、U_B和2.58两条直线均绘在同一张图上，当它们超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著。超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果U_F和U_B两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。该方法的优点是计算简便，而且可以明确突变开始的时间，并指出突变区域。

2 甘南地区年气温的时间变化

图 2为甘南地区的逐年平均温度、最高、最低气温的距平变化图和Mann-Kendall曲线。甘南地区年平均气温的距平变化的主要特征表现为1987年前以负距平为主和1987年后以正距平为主。甘南地区年平均气温呈波动上升的趋势，1961—2004年有4次明显的波动(图 2a)，分别在1975、1982、1991和2002年达到波峰，在1970、1977、1986和1996年达到波谷。从1980年代末期开始气温持续上升，到1999年气温达到最高，2000年以后，气温仍然明显偏高。从表 1看出最冷时段在1960年代，1970、1980年代气温变化比较平稳，最暖时期为1990年代，从1960年代到1990年代，气温是持续变暖的，升温率为0.27℃/10年，1990年代平均气温比1960年代高出0.8℃，略高于西北地区1990年代与1960年代相比平均气温偏高0.7℃的水平^[9]；同时根据Mann-Kendall法检测年平均气温在1994年有暖突变(α=0.01)(图 2b)，与全国年平均气温在1993年后明显变暖相一致^[10]，比1987年西北地区气候出现突变晚7年；区域内1994—2004年的平均气温比1961—1993年的平均气温上升了0.8℃。

平均最高气温距平变化(图 2c)从1961年到2004年有4次明显的波动，分别在1966、1973、1981、1991和2002年达到波峰，在1968、1977、1985和1992年达到波谷。从1980年代末期后持续正距平，到1998年达到最高；日最高温度近40年来总的变化趋势为：在1960年代最低，1970年代到1980年代略有上升，1990年代后明显上升，从1960年代到1990年代升温率为0.28℃/10年，略高于年平均气温的变化趋势。年平均最高气温在1994年有暖突变(α=0.01)(图 2d)，与年平均气温的突变时间相同，年平均最高气温1990年代和1960年代相比升温0.8℃。

平均最低气温(图 2e)的变化与年平均气温相似，主要表现为1987年前以负距平为主和1987年后以正距平为主，从1961年到2004年也有4次明显的波动(图 1a)，分别在1975、1982、1991和2003年达到波峰，在1970、1980、1986和1997年达到波谷，从1980年代中期开始距平变化上表现为持续正距平，最低气温持续上升，1990年代和1960年代相比升温达0.8℃，升温率为0.29℃/10年，较年平均气温和日最高气温的增温显著。最低气温在1987年有暖突变(α=0.01)(图 2f)，比年平均气温的突变早7年。最低气温的上升幅度大于最高气温，并且出现暖突变的年代也早于最高气温和平均气温，从最高、最低气温的变化可知，从1980年代末期开始区域内夜间开始明显变暖，到1990年代出现白天、夜间同时变暖的现象。

气温日较差1960、1970年代较大，从1980年代到1990年代初日较差显著减小，1990年代后又开始增大，从1960年代到1990年代日较差变化趋势为-0.0003℃/10年(未通过显著性检验)，日较差变化不太明显；从1980年代后的最高、最低气温距平变化上可以看到明显的非对称变化，最低气温从1980年代中期开始以正距平为主，同期最高气温距平为负距平，导致日较差减小；到1990年代最高气温明显上升，与1980年代相比上升了0.7℃，而同期最低气温只上升了0.3℃，最高气温升温幅度明显大于最低气温，导致气温日较差增大。与全国平均比较^[11]，甘肃西南部最高、最低气温的增温趋势要强一些，但日较差变化较弱。

通过墨西哥帽小波变换分析，发现甘南地区平均气温、最高气温和最低气温在1980年代中期前有明显的准8年周期，1980年代中期后周期有延长的趋势(图略)。

3 甘南地区各季节气温的时间变化

为了进一步分析甘南地区的气温变化特征，我们对各季节的平均气温、最高气温、最低气温和日较差的变化进行了分析，着重对趋势变化及突变进行了分析。

3.1 平均气温的季节变化

近40年来甘南地区各季节平均气温普遍呈升高趋势(表 2)，各季节的升温趋势在0.07~0.39℃/10年之间，冬季和秋季的升温趋势明显要大于其它季节，春季气温上升不明显(未通过显著性检验)；从1960年代到1990年代各季节升温0.1~1.2℃，秋季温度上升幅度最大，春季最小；春季平均气温没有突变，夏季气温在1995年有暖突变(α=0.01)，秋季的暖突变在1988年(α=0.01)(图略)，冬季在1993年出现了暖突变(α=0.01)，甘肃西南部升温首先从秋季开始，之后冬、夏季开始增温。

3.2 最高气温的季节变化

各季节最高气温的升温趋势在0.07~0.46/10年之间(表 2)，从1960年代到1990年代各季升温0.1~1.2℃，与西北地区冬季最高气温上升最明显不同^[12]，甘肃西南部秋季上升幅度最大，秋季升温率为0.46℃/10年；最高气温秋季在1988年有暖突变(α=0.05)，冬季在1996年出现了暖突变(α=0.01)，夏季没有突变，在1996年有一转折点，1996年后，夏季最高气温开始明显上升；春季最高气温在1964年有冷突变(α=0.05)，最高气温开始降低，直到1990年代中期后才开始上升；秋季、冬季最高气温从1980年代末到1990年代初就开始明显上升。

3.3 最低气温的季节变化

各季节最低气温的升温趋势在0.15~0.52℃/10年之间(表 2)，冬季的上升趋势明显大于其它季节；从1960年代到1990年代各季节最低气温分别上升0.3~1.4℃，冬季上升幅度最大，与西北地区冬季最低气温的变化趋势一致^[12]；春季最低气温在1991年有暖突变(α=0.05)，夏季最低气温在1993年有暖突变(α=0.01)，冬季在1985年出现了暖突变(α=0.01)，秋季没有突变；和最高气温不同，春季和夏季的最低气温在1990年代初有暖突变，说明甘肃西南部在1990年代初春季和夏季的夜间开始变暖，最低气温在秋季没有突变，而秋季的最高气温在1988年有暖突变，说明秋季增温主要在白天；冬季从1980年代中期开始夜间变暖，到90年代中期后白天和夜间同时变暖。

3.4 气温日较差的季节变化

气温日较差在秋季有增大的趋势，以0.31℃/10年的速度增大(表 2)，经检测在1983年有增大突变(α=0.05)；春季、夏季、冬季呈减小的趋势，减小趋势为-0.07~-0.13℃/10年。春季、夏季和冬季气温日较差变化趋势与全国平均状况相似，而秋季变化与全国平均相反^[11]，呈增大趋势。秋季气温日较差的增大可能是由于秋季最高气温升高，而最低气温变化不大，导致日较差增大，年平均日较差变化趋势不明显，与各季节的变化趋势不一致有关。

4 结语

通过以上分析，可得出如下结论：

(1) 甘肃西南部气温突变发生在1990年代初，从1980年代末开始该区域夜间开始明显变暖，到1990年代出现白天、夜间同时变暖的现象。

(2) 平均气温、最高气温和最低气温在1980年代中期前有明显的准8年周期，1980年代中期后周期有延长的趋势。

(3) 各季节平均气温普遍呈升高趋势，冬季和秋季的升温趋势明显大于其它季节；甘肃西南部升温首先从秋季开始，夏季、冬季到1990年代初开始增温。

(4) 最高、最低气温和气温日较差的变化具有明显的季节差异。最高气温在秋、冬季为明显的增温趋势，夏季增温趋势较弱，春季最高气温在1964年开始降低，直到1990年代中期后才开始上升；最低气温春、夏、冬季三季都呈现增温趋势，冬季最为明显，秋季增温不明显；气温日较差的变化季节差异明显，秋季表现为明显的增大趋势，春季、夏季、冬季为减小趋势，从而导致年气温日较差的变化趋势不明显。

(5) 甘南地区春季在1990年代初夜间开始变暖，1990年代中期后白天和夜间同时变暖；夏季1990年代中期后白天和夜间同时变暖的；秋季增温从1980年代末开始，增温主要在白天；冬季从1980年代中期开始夜间变暖，到1990年代中期后白天和夜间同时变暖，可见甘南地区的气温变化主要是因为1990年代后白天和夜间温度同时上升造成的。