引言

目前，气候变化问题已成为全球关注的热点问题，随着全球气候变暖日益明显和各种极端天气频繁发生，许多科学家利用温室效应来解释这一现象，由于人类活动和自然原因的双重作用，使大气成分发生变化，温室气体和对流层气溶胶不断增加，造成了全球气候的普遍变化^[1-4]。在全球变暖的气候背景下，我国的气候特征也发生了显著变化。近百年来我国气候变化趋势与全球总趋势基本一致，全国气温上升0.4 0.5 ℃，略低于全球平均的0.6 ℃^[5]，近50年来年平均地表温度变暖幅度约为1.1 ℃，增温速率接近0.22 ℃/10a，明显大于全球或半球同期平均增温速率^[6]。我国明显的大范围降水量的增加主要出现在西部地区，其中西北地区尤为显著，东部干旱的形势比前期更为明显^[7-8]; 在时间变化上，20世纪50年代降水量最多，60—70年代为少期，80年代开始，西北、东北地区和长江中下游地区开始增加^[9]。并且，近50年全国平均的日照时间、平均风速和水面蒸发量均呈显著下降趋势，而最大积雪深度有所增加^[6]。

以上研究表明，在全球变暖的大背景下，我国的气候也发生了显著变化。我国东部地区站点密集，而且观测资料较长，因此对我国东部地区的气候研究较多^[10]。限于站点和观测资料的缺乏，20世纪80年代以后才对西部地区性气候变化有较多研究。

我国西部地区地形复杂，既有高原又有盆地，既有沙漠又有山区，局地因子的影响较大，是一个典型的气候多变区，位于我国西南的青藏高原气候变化常比我国各地气候变化早，成为我国以至世界气候变化的启动区^[11-12]，因此加强对我国西部地区气候变化的研究有重大意义。马振锋等将西南地区分成3个区域用小波分析法研究西南地区气候年代际变化特征，结果表明：除日照在四川盆地没有年代际变化的周期外，其他要素如年平均气温、降水量和相对湿度均存在显著的10年以上的周期，年代际变化在西南气候变化中起到十分重要的作用^[13]; 牛涛等认为80年代中后期青藏高原经历了一次气温、降水量和相对湿度显著增加的气候突变，此后青藏高原进入了相对暖湿时期^[14]; 任朝霞等也是将西北干旱区分区进行研究，指出近50年西北气温升高趋势是南北高、中间低，降水量增加趋势呈现从东南向西北递增的格局^[15]; 南庆红等用EOF方法分析了新疆降水变化特征，认为新疆降水变化具有全疆同步性，90年代后降水量普遍增加^[16]。这些研究都从不同角度研究了我国西部地区各个区域的气候变化。

以上大部分研究是针对我国西部不同地区区域性气候方面，并且由于资料长度和完整性的原因，对西部地区气候变化的研究不够全面，缺乏比较。因此本文利用1951—2000年全国194站地面常规观测资料和探空资料以及几个非常规气象要素，例如地温、辐射和云量等，挑选资料时间长度较长、数据较完整的站点，对我国西部地区的气候变化进行研究总结，从而对近50年我国西部地区的气候变化特征有一个较全面的认识。

1.   资料及西部分区

本文选用了全国194站从建站至2000年逐日的气温、地温、降水量、云量和辐射资料。由于本文主要研究我国西部地区近50年的气候变化，因此主要选取资料在1951—2000年较为完全的站点；在质量控制上，要求每月的空缺资料天数不得超过5d，每年不得有整月资料空缺的月份。

国家气候中心按降水指数将全国划分为15个区，本文将西部地区合并为5个区来讨论我国西部地区气候变化情况，其中西南区的站点有西昌、会理、丽江、昆明、临沧、蒙自、德钦、恩施、酉阳、重庆、南充、宜宾、遵义、贵阳、毕节、兴仁、成都；河套区的站点有西安、天水、汉中、榆林、延安、银川；河西区的站点有兰州、西宁、酒泉、敦煌；新疆区的站点有吐鲁番、哈密、阿勒泰、伊宁、乌鲁木齐、库车、喀什、和田、若羌；青藏高原区的站点有甘孜、拉萨、玛多、玉树。

2.   西南区气候变化

2.1   地温和气温变化

图 1是西南区近50年地温和气温的时间序列，可以看到，地温无论是年平均值还是4个季节的平均值都高于对应的气温值，并且地温和气温的变化基本同步。由年平均曲线可以看到西南区在20世纪50年代中期到60年代中期有1次暖期，在1958，1963年和1966年出现3次峰值，其后气温和地温都开始降低，气温和地温均在1976年到达谷底，其中在1973年气温和地温都有1次跃升。从70年代中期以后，气温和地温逐步回升，在1987，1990，1994年和1998年又出现4次峰值，到20世纪末，地温还未达到50，60年代暖期的水平，而气温则略高于50，60年代的平均值。

图  1  1951—2000年我国西南区年平均气温和地温变化及二阶拟合曲线

Figure  1.  Temporally-varying and two-step fitting curve of daily air temperature and soil temperature in Southwest Chinaduring 1951—2000

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相比较来看，地温变化比气温变化更加剧烈，20世纪50年代的平均地温比70年代的平均地温高1.2 ℃，而气温变化只有0.24 ℃。气温和地温变化的拐点均出现在70年代末、80年代初，这与我国东部地区气温和地温变化出现拐点的时间基本一致。从线性变化来看，西南区年平均气温是增加的，四季中除了春季气温有略微降低的趋势外，其他3个季节的气温均呈线性增加。而地温的线性变化与气温有所不同，地温的年平均变化呈线性减少，并且除了冬季地温有增加的趋势外，其他3个季节的地温均降低，这是由于在20世纪中期之后地温开始回升，但始终低于50年代地温的平均值。

2.2   降水量变化

我国西南区近50年降水量高值年份是1954，1965，1983年和1998年，1951年和1992年年降水量最少，在20世纪70年代中后期、80年代中后期以及90年代中期都有连续几年的少雨期，但年平均降水量在50年里仍然呈增加趋势 (图略)。在季节变化中，春季和秋季降水量在近50年先增后减，但其线性变化还是减少的，夏季和冬季呈线性增加。从夏季降水量图上 (图略) 可以看到50年代我国西部夏季雨水较多，从60年代夏季降水量开始减少，此后一直维持在较低水平，直到90年代前后降水量开始增加得较为明显；在4个季节里，冬季的降水量增加趋势最明显，尤其是70年代中后期，1975年之后25年的平均值要比前25年增加了近1倍，前期的丰水年是1953，1959，1965年和1970年，后期的丰水年是1983，1993年和1997年。

2.3   云量变化

图 2是我国西南区近50年云量变化的时间序列图。云量无论是年平均值还是季节平均值均呈减少趋势，从年平均变化图中可以看到，1951年开始总云量和低云量都是先增加后减少，20世纪90年代与50年代相比，总云量和低云量分别减少了2%和5%，低云量减少更加明显。4个季节中，春季、秋季和冬季的变化与年平均很相似，均于60年代中期到70年代初期出现拐点，然后逐渐减少；而夏季云量变化是先减少后增加，出现拐点的时间在80年代末到90年代初，与50年代相比，90年代的总云量和低云量分别减少了1.5%和2%，低于年平均变化的水平。

图  2  1951—2000年我国西南区云量变化及二阶拟合曲线

Figure  2.  Temporally-varying and two-step fitting curve of daily cloud amount in Southwest Chinaduring 1951—2000

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2.4   辐射变化

图 3分别是我国西南区近40年来总辐射、直接辐射和散射辐射的时间序列图。从图 3可以看到，西南区总辐射从1961年开始减少，一直到20世纪90年代初才有增加的趋势；直接辐射在这40年呈线性减少，1996—2000年的5年平均值比1961—1965年的平均值减小了19%;散射辐射呈线性增加，在70年代处于低值期，从80年代初开始散射辐射明显增加。在季节变化中，春季和秋季散射辐射的变化与年平均变化相似，呈缓慢增加趋势，夏季散射辐射增加较为明显，90年代比60年代散射辐射量增加了7%，但在冬季，散射辐射从80年代开始呈下降趋势。散射辐射的大小与天空中云量和气溶胶含量的多少成正比，西南区散射辐射呈增加趋势，而总云量和低云量却呈下降趋势，可以推测是气溶胶的增加导致散射辐射的增加。

图  3  1960—2000年我国西南地区辐射变化及二阶拟合曲线

Figure  3.  Temporally-varying and two-step fitting curve of daily radiation in Southwest Chinaduring 1951—2000

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3.   新疆区气候变化

3.1   地温和气温变化

1951—2000年新疆区年平均地温和气温均呈上升趋势，尤其是气温上升更加明显。在地温变化中，春季、夏季和秋季的地温均为先降低后增加，出现拐点的时间大约在20世纪70年代中期到80年代初期；冬季地温增加最为迅速，从有数据记录的1954年开始一直处于上升趋势，近50年里增加了约2.0 ℃。在气温变化中，新疆地区年平均气温在50年里升高了1.0 ℃，在季节变化中冬季增温最明显，1951—2000年升高了约3.0 ℃，而夏季气温却呈降低趋势，1993年夏季日平均气温达到最低，为23.4 ℃，这有可能与当年夏季降水偏多有关。

3.2   降水量和云量变化

从图 4可以看到，新疆区年平均降水量从20世纪70年代中期开始迅速增加，1975年之后平均值比之前增加了大约50%，在4个季节里，降水量也呈线性增加趋势，增加最明显的是冬季，可以看到1978年之前 (除50年代之外) 新疆区冬季降水量几乎为零，1978年之后直线增加，这个结论与文献[17]中得到的结果是一致的，戴新刚等^[17]使用正交小波分解分析温度和降水配置及其演变的多尺度特征，认为20世纪中期以来，新疆的温度和降水经历了波动式的逐渐上升过程，最引人注目的是近20年高温和多雨相伴随气候的出现。

图  4  1951—2000年新疆区降水量和云量变化及二阶拟合曲线

Figure  4.  Temporally-varying and two step fitting curve of daily precipitation and cloud amount in Xinjiang region during 1951—2000

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新疆区的总云量年平均变化趋势是先增加后减少，出现拐点的时间是20世纪70年代初期，季节变化与年平均变化相似；低云量年平均变化趋势为先减少后增加，季节变化有所不同，春季和夏季低云量线性增加，但增加得也不明显，秋季和冬季低云量线性减少，尤其是冬季表现得更为突出。在辐射方面，新疆区的总辐射、直接辐射和散射辐射与西部地区总体变化大致相似。

4.   青藏高原区气候变化

4.1   地温和气温变化

青藏高原区地温无论是年平均值还是4个季节的平均值都高于对应的气温值，并且地温比气温的变化滞后1 2年，变化趋势基本一致，说明地温变化受气温影响较大。青藏高原区气温在20世纪50年代初期有1个低谷，50年代中期气温回升，之后变化不明显，直到70年代开始出现增加趋势；地温在70年代为一段低温期，此后温度开始上升，没有非常明显的起伏，但比气温变化要明显一些。季节变化与年变化相似，特别是夏季地温从70年代中期之后升幅较大，在1986年达到近50年的最高值。

4.2   降水量和云量变化

青藏高原区年平均降水量呈增加趋势，其倾向率为1.3mm/10a。在季节变化中，春季和秋季变化与年变化相似，变化较明显的是夏季和冬季。青藏高原大部分地区位于干旱半干旱区，夏季降水量占全年的70% 80%，降水年际变化很大^[18]，从二项式曲线可以看出 (图略)，青藏高原区夏季降水量从有数据记录的1951年开始增加，到20世纪80年代初期有减少趋势，但整体呈线性增加趋势，夏季降水量变化倾向率为2.1 mm/10a;冬季降水量对青藏高原区的年降水量贡献不大，但在近50年里是4个季节里增幅最大的，降水量变化倾向率达到2.4mm/10a。

近50年来，青藏高原区的总云量和低云量都呈减少趋势，这与西部地区总体变化趋势一致。

4.3   辐射变化

在辐射变化中 (图 5)，与整个西部地区不同的是，青藏高原区直接辐射年平均值从20世纪90年代开始增加，并且远远大于之前的最高值，而总辐射年平均值与之前的最高值基本持平，说明散射辐射在90年代之后锐减，在散射辐射图上也可以看到散射值变化趋势呈线性减少，青藏高原区总云量和低云量都是呈减少的趋势，这可能导致了散射辐射的减少。

图  5  1951—2000年青藏高原区辐射变化及二阶拟合曲线

Figure  5.  Temporally-varying and two-step fitting curve of daily radiation in Tibet region during 1951—2000

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5.   河套区及河西区气候变化

从年代际变化来看 (表 1，表 2)，河套区和河西区的气温在20世纪90年代升高最为明显，较80年代分别升高了0.74 ℃和0.34 ℃，地温的升高幅度比气温略小。70年代和90年代，河套区的平均降水量都低于近50年的平均值，尤其是在90年代的年平均降水量比50年的平均值减少了11.4%，而河西区的降水量每10年平均增加了6.1%。在低云量的变化中，河套区表现为先增加后减少的趋势，70年代河套区的低云量达到峰值，在此之后迅速减少，相对于70年代，90年代的低云量减少了接近4成。河西区的低云量呈减少趋势，90年代比50年代减少了3成多。在总辐射量和散射辐射量上，河套区和河西区均呈线性减少的趋势。

表  1  1951—2000年河套区年代际气象要素变化

Table  1.  Decade variations of the meteorological elements in Hetao region during 1951—2000

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表  2  1951—2000年河西区年代际气象要素变化

Table  2.  Decade variations of the meteorological elements in Hexi region during1951—2000

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近50年，河套区和河西区的地温和气温的年平均值和季节平均值都呈增加趋势，增温最明显的是冬季。河西区的降水量是增加的，尤其是在夏季；与西部整体情况不同的是，河套区的年平均降水呈线性减少趋势，在4个季节里，春夏降水量减少，秋冬降水量有微量增加。

6.   结论和讨论

1) 从20世纪70年代开始，我国西部地区年平均气温呈上升趋势，其中河套区和新疆区气温上升最为明显，其次为青藏高原区和河西区，西南区气温增幅最不明显。地温与气温变化基本同步，但变化幅度要比气温更加明显一些。

2) 西部地区除了河套区外，其他4个区的年平均降水量均为增加，增加最明显的是新疆区和青藏高原区。王鹏祥等^[19]在研究西北地区干湿特征时认为近44年来整个西北地区、西风带气候区、高原气候区年干湿特征表现为显著的变湿趋势，大约在20世纪70年代中期均发生了从干向湿的突变现象，而西北地区东南部的季风气候区干湿状况有变干趋势，大约在90年代前期发生了从湿向干的突变现象。而我国西部地区年平均总云量和低云量均呈线性减少趋势，西南区和河套区低云量减幅最大，其中河套地区低云量每10年减少1.7成。一般来说，云量的多少应该和降水量的多少是一致的，但从结论来看，降水量和云量的变化似乎不一致，这可能与本文只讨论了总云量和低云量有关，下一步将对中云量和高云量的变化进行分析。

3) 在辐射变化上，我国西部总辐射呈减少趋势，青藏高原区减少最多；我国西部地区直接辐射和总辐射变化相同，呈减少趋势；在散射辐射上，西南区呈增加趋势，其他4个区呈减少趋势，其中新疆区和青藏高原区散射辐射减幅明显。

本研究更多地关注我国西部地区5个分区间气候变化的比较和差异，而没有对各个区域进行更为深入细致的探讨。关于西部气候变化反映的大气环流背景，需要进一步研究。