干旱气象
  • CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
  • 双月刊
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干旱气象, 2025, 43(6): 831-845 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-06-0831

论文

近30 a塔克拉玛干沙漠地面气象要素变化的经向对比分析

张冠峰,1, 廖七妹,2,3, 何清2, 张祖莲2, 张海亮2, 孟露2, 顾军明4, 巩庆1, 郑伟1

1.新疆维吾尔自治区且末县塔中气象站， 新疆 且末 841900

2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所， 新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站，中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地，新疆沙漠气象与沙尘暴重点实验室， 新疆 乌鲁木齐 830002

3.新疆师范大学地理科学与旅游学院， 新疆 乌鲁木齐 830054

4.新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州气象局， 新疆 库尔勒 841000

Meridional contrast analysis of surface meteorological variables in the Taklamakan Desert over the past 30 years

ZHANG Guanfeng,1, LIAO Qimei,2,3, HE Qing2, ZHANG Zulian2, ZHANG Hailiang2, MENG Lu2, GU Junming4, GONG Qing1, ZHENG Wei1

1. Tazhong Meteorological Station， Qiemo County， Xinjiang Uygur Autonomous Region， Qiemo 841900， Xinjiang， China

2. Urumqi Institute of Desert Meteorology， China Meteorological Administration， National Field Scientific Observatory for Meteorology in the Taklamakan Desert， Xinjiang， Taklamakan Desert Meteorological Field Scientific Experiment Base， China Meteorological Administration， Xinjiang Key Laboratory of Desert Meteorology and Sandstorms， Urumqi 830002， China

3. College of Geographic Science and Tourism， Xinjiang Normal University， Urumqi 830054， China

4. Bayingolin Mongolian Autonomous Prefecture Meteorological Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region， Korla 841000， Xinjiang， China

通讯作者: 廖七妹（2000—），女，贵州铜仁人，硕士，主要研究方向为沙漠气象。E-mail：2084734239@qq.com。

收稿日期: 2025-08-4   修回日期: 2025-11-4  

基金资助: 新疆维吾尔自治区自然科学基金面上项目(2024D01A151)
国家自然科学基金项目(42030612)

Received: 2025-08-4   Revised: 2025-11-4  

作者简介 About authors

张冠峰（1972—），男，河南长葛人，主要从事气象综合观测、大气边界层研究。E-mail：2465808371@qq.com。

摘要

为揭示塔克拉玛干沙漠不同下垫面对气候变化的响应特征，基于塔克拉玛干沙漠北缘（轮台）、腹地（塔中）与南缘（民丰）3个站点1997—2024年的气象观测数据，采用线性趋势、M-K检验及相关性分析，对比分析近30 a该区域地面气象要素的经向变化特征。结果表明：（1）各要素年际变化区域差异显著，轮台与塔中气温先降后升，民丰持续升温，其中塔中增温最快；轮台降水显著减少，塔中微弱增加，民丰先增后减；轮台风速显著上升，塔中与民丰存在阶段性转折；日照时数仅在民丰显著下降，其余两站微升；相对湿度在轮台与塔中小幅度上升，民丰小幅度下降。（2）各要素季节变化区域特征明显，轮台秋季增温明显、风速四季显著上升、春季相对湿度上升；塔中夏季增温明显、春夏季风速波动大、夏秋季相对湿度上升；民丰春季增温明显、四季日照时数显著减少、秋冬季相对湿度下降。3站降水均集中于夏季，塔中夏季降水占比最高（约64%）。（3）各要素相关性同样呈现出区域差异，3站气温与相对湿度均呈负相关，相对湿度与降水呈正相关；气温与降水在轮台、民丰站呈正相关，在塔中则为负相关（-0.33）；气温与风速在轮台为负相关，在塔中为正相关，而在民丰几乎为不相关；气温与日照时数在轮台为正相关，而在塔中、民丰站均为负相关。这些差异凸显了干旱区不同下垫面气候变化的复杂性。

关键词： 塔克拉玛干沙漠; 气象要素; 演变趋势; 区域差异; 相关性

Abstract

To reveal the response characteristics of different underlying surfaces to climate change in the Taklamakan Desert, this paper adopts linear trend analysis, the Mann-Kendall test, and correlation analysis to comparatively investigate the meridional variation characteristics of surface meteorological elements in this region over the past 30 years, based on the meteorological observation data from three stations located in the northern margin (Luntai), hinterland (Tazhong), and southern margin (Minfeng) of the desert during 1997-2024. The results are as follows: (1) Significant regional differences exist in the interannual variations of all meteorological elements. Temperatures in Luntai and Tazhong first decreased and then increased, while Minfeng experienced continuous warming, with Tazhong showing the fastest rate of increase. Precipitation significantly decreased in Luntai, slightly increased in Tazhong, and first increased and then decreased in Minfeng. Wind speeds significantly increased in Luntai, while Tazhong and Minfeng exhibited phased turning points. Sunshine duration significantly decreased only in Minfeng, and slightly increased at the other two stations. Relative humidity slightly increased in Luntai and Tazhong, while slightly decreasing in Minfeng. (2) Seasonal variations exhibited distinct regional patterns: Luntai showed pronounced autumn warming, significant wind speed increases in four seasons, and relative humidity increases in spring; Tazhong exhibited marked summer warming, substantial spring-summer wind speed fluctuations, and summer-autumn relative humidity increases; Minfeng demonstrated significant spring warming, pronounced sunshine duration decreases in four seasons, and autumn-winter relative humidity decreases. Precipitation at all three stations concentrated in summer, with Tazhong exhibiting the highest proportion (approximately 64%) of summer precipitation. (3) The correlations among various meteorological elements also exhibited regional differences: temperature and relative humidity showed a negative correlation at all three stations, while relative humidity and precipitation presented a positive correlation; temperature and precipitation were positively correlated at Luntai and Minfeng Stations but negatively correlated (-0.33) at Tazhong Station; temperature and wind speed showed a negative correlation at Luntai Station, a positive correlation at Tazhong Station, and nearly no correlation at Minfeng Station; temperature and sunshine duration were positively correlated at Luntai Station but negatively correlated at both Tazhong and Minfeng Stations. These differences highlight the complexity of climate change over different underlying surfaces in arid regions.

Keywords： Taklimakan Desert; meteorological elements; evolutionary trends; regional differences; correlation

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本文引用格式

张冠峰, 廖七妹, 何清, 张祖莲, 张海亮, 孟露, 顾军明, 巩庆, 郑伟. 近30 a塔克拉玛干沙漠地面气象要素变化的经向对比分析[J]. 干旱气象, 2025, 43(6): 831-845 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-06-0831

ZHANG Guanfeng, LIAO Qimei, HE Qing, ZHANG Zulian, ZHANG Hailiang, MENG Lu, GU Junming, GONG Qing, ZHENG Wei. Meridional contrast analysis of surface meteorological variables in the Taklamakan Desert over the past 30 years[J]. Arid Meteorology, 2025, 43(6): 831-845 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-06-0831

0 引言

近几十年来，全球变暖趋势不断加剧（赵宗慈等，2025），其引发的气温上升已成为当代全球气候变化最显著的特征之一（Kothawale and Rupa Kumar，2005；Ongoma and Chen，2017；Zhou and Qian，2021）。与此同时，全球变暖及其区域响应不仅是各国共同关注的主要问题，也成为当代地理科学研究的关键科学问题之一（Wheeler and Von Braun，2013；Revesz et al.，2014；Ding and Wang，2016；Liuzzo et al.，2016）。因此，分析各气象要素的变化特征、区域差异及相互关系，对于深入认识气候变化的综合影响具有重要的实践和理论价值。

塔克拉玛干沙漠位于中亚的心脏地带，覆盖面积约33.76万km2，是中国最大的沙漠和世界第二大流动沙漠，气候干旱，年平均降水量不足50 mm（齐斐斐，2020；Yang et al.，2020；Dong et al.，2024）。然而，近年来全球变暖趋势也必然会给沙漠气候变化带来一定的影响，这种影响体现在气温、降水、相对湿度和风速等多个方面（杨莲梅，2003）。研究发现，1961年以来塔克拉玛干沙漠及周边地区呈显著变暖和增湿趋势，具体表现为沙漠腹地降水呈现增加趋势（周雪英等，2019），2000年代后极端降雨量增幅显著（Li and Yao，2023）；沙漠南缘的极端降水量、极端降水频率、极端降水强度及年最大日降水量均呈上升趋势，且极端降水量、极端降水频率分别在1998年和1997年发生突变（黄俊利等，2012）；1990年以来在气温升高、降水增强的共同驱动下，沙漠水体范围扩大、洪水频率增加，且温度变化对区域水文的影响强于降水（Su et al.，2025）；2021年沙漠极端降水的水汽主要来源于南疆，且由天山沿北方西风带向南输送至塔里木盆地的水汽，是此次极端事件发生的关键条件（Tang et al.，2024）。综上，现有研究已揭示了塔克拉玛干沙漠降水的变化规律与驱动机制，但对气温、风速、日照时数、相对湿度等整体气象要素的变化特征、不同区域的差异对比，以及各要素间的相关性分析仍较为欠缺，难以全面揭示沙漠不同区域的气候演变规律。因此本文以塔克拉玛干沙漠北缘轮台站、沙漠腹地塔中站以及南缘民丰站为研究区，对1997—2024年各气象要素的相关性、变化趋势以及不同区域气象要素的差异进行了分析，以期为塔克拉玛干沙漠的沙漠化治理、生态环境的改善和后续研究提供理论参考。

1 研究区概况、资料及方法

1.1 研究区概况

选取塔克拉玛干沙漠经向梯度上的3个站点[北缘轮台站（41°49′N，84°16′E；海拔981.7 m）、腹地塔中站（38°58′N，83°39′E；海拔1 099.3 m）及南缘民丰站（37°04′N，82°41′E；海拔1 409.0 m）]作为研究区域（图1）。3站由贯穿沙漠的公路连接，沿线全长522 km，其中沙漠段占446 km。轮台位于天山南麓山前绿洲—荒漠过渡带，属于温带大陆性干旱气候，降水稀少、蒸发强烈、光照充足、温差大，风沙活动频繁（爱沙江·艾力等，2001；姜婷婷等，2014）。塔中位于我国最大的内陆盆地——塔里木盆地内的塔克拉玛干沙漠腹地，这片沙漠素有“死亡之海”“生命禁区”之称，这里环境极端恶劣，气候干旱少雨，冬寒夏热，地表植被稀少，沙丘流动性极强，塔中气象站为目前世界上唯一深入流动沙漠腹地200 km以上的气象观测站（江远安等，2015；Jiang and Yang，2019）。民丰地处昆仑山北坡绿洲—荒漠过渡带，下垫面性质复杂且极不稳定，主要由山区、冲积平原和沙漠组成，属于温带荒漠气候，夏热冬冷，降水少，气温变幅大（伊尔夏提·艾力，2012）。

图1

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图1   研究区地形及气象站点空间分布

Fig.1   The topography and meteorological stations distribution in the study area


1.2 资料及方法

利用塔克拉玛干沙漠轮台、民丰及塔中站1997—2024年逐日气温、降水量、风速、相对湿度及日照时数等气象数据，其中轮台、民丰站数据均由中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所提供，塔中站数据由塔中气象站提供。采用线性趋势分析、Mann-Kendall非参数检验法（Mann，1945；Kendall，1970）进行趋势分析，结合Pearson相关性分析（Pearson，1916）等方法，分析各气象要素的长期变化趋势以及各参数间的关联性。变化趋势的显著性通过Mann-Kendall检验进行判定，当Z的绝对值大于等于1.645、1.96、2.576时分别表示通过置信水平为90%、95%、99%的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 气象要素相关性及区域差异分析

图2为1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰3站不同气象要素间的相关性，反映出不同地理环境下气象要素关联特征的差异。3站的共同特征在于：气温与相对湿度均呈负相关，这与温度升高使得空气饱和水汽压增大的规律相符，其中轮台（-0.37）与塔中（-0.39）站的相关性较强，且塔中站相关系数通过0.05的显著性检验，民丰站二者相关性（-0.28）相对较弱；相对湿度与降水为正相关性，这与前人研究（刘一玮等，2021）基本一致，说明降水过程对近地层水汽的直接贡献作用，且相关性强弱依次为轮台（0.55）、塔中（0.53）、民丰（0.33），其中轮台与塔中站二者的相关系数均通过0.01的显著性检验（p<0.01）；相对湿度与日照时数为负相关性，其中轮台的负相关性最强（-0.47），且通过0.05的显著性检验（p<0.05），塔中（-0.31）次之，民丰（-0.09）最弱。

图2

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图2   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站不同气象要素的相关性

Fig.2   The correlations of different meteorological elements at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024


从气象要素相关性的区域差异来看，不同下垫面和地形条件的影响显著。轮台站受天山地形的热力动力作用（爱沙江·艾力等，2001），气温与风速呈显著负相关（-0.43）（p<0.05）。塔中站地处沙漠腹地，地表热力差异极易引起局地环流，气温上升会进步一增强气压梯度力，促使风速相应增大，因此气温与风速呈显著正相关（0.45）（p<0.05），与轮台形成对比。民丰站位于绿洲—荒漠过渡带（唐舰等，2006），下垫面不均质性增强了气象要素的差异，同时也可能削弱了要素间的相关性，如气温与风速相关系数为-0.02、相对湿度与风速相关系数为-0.01，这与相关研究（罗凤敏等，2020；吴丽萍等，2022）提出的不同下垫面会形成显著气候差异的结论相一致，体现了复杂下垫面对各气象要素间相关性的调节作用。

2.2 气象要素时间变化特征

2.2.1 气温

图3为1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节气温的年际变化，表1为其变化趋势检验结果。可以看出，轮台、塔中、民丰3站全年气温变化呈现显著区域与阶段性差异，其中轮台与塔中气温变化趋势一致，根据10 a滑动平均可以分为两个阶段：1997—2016年2站分别以0.34、1.02 ℃·（10 a）-1的速率下降；2017—2024年分别以1.26、1.65 ℃·（10 a）-1的速率上升。研究时段内轮台与塔中平均气温分别为12.16 ℃、11.73 ℃，其中，轮台2007年达气温最高值13.04 ℃，塔中1999年达最高值13.09 ℃，而最低均出现在2012年（分别为10.69、10.35 ℃），塔中气温波动幅度显著大于轮台。民丰全年气温变化相对平缓，整体呈弱上升趋势，变化速率为0.20 ℃·（10 a）-1，研究时段内平均气温为12.84 ℃（2022年达最高13.84 ℃）。四季变化中，轮台与塔中站秋季与全年变化趋势基本一致（先降后升），冬季持续显著降温，变化速率分别为-0.46、-0.88 ℃·（10 a）-1，塔中近年来夏季增温最突出[2.82 ℃·（10 a）-1]，轮台春夏季则呈缓升趋势。民丰四季气温均呈上升趋势，且春季增温最快[0.32 ℃·（10 a）-1]，呈现春季>夏季>秋季>冬季的变化特征。

图3

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图3   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节气温的年际变化

Fig.3   The inter-annual variations of annual and seasonal air temperatures at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024


表1   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节气温的变化趋势检验结果

Tab.1  The test results of variation trends of annual and seasonal air temperatures at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024

站点时段趋势斜率/
[℃·（10 a）-1]		Mann-Kendall检验变化特征
Z值显著性
轮台全年1997—2016-0.34-1.200 4不显著下降
2017—20241.261.360 9不显著上升
春季1997—20240.060.375 4不显著上升
夏季1997—20240.020.414 9不显著上升
秋季1997—2016-0.30-1.135 5不显著下降
2017—20241.941.113 5不显著上升
冬季1997—2024-0.46-1.718 8显著下降
塔中全年1997—2016-1.02-3.796 0显著下降
2017—20241.651.360 9不显著上升
春季1997—2016-0.64-2.044 0显著下降
2017—20240.530.123 7不显著上升
夏季1997—2016-0.62-2.692 9显著下降
2017—20242.821.855 8不显著上升
秋季1997—2016-1.34-3.406 6显著下降
2017—20242.211.608 3不显著上升
冬季1997—2024-0.88-3.062 3显著下降
民丰全年1997—20240.201.521 3不显著上升
春季1997—20240.321.323 7不显著上升
夏季1997—20240.211.126 1不显著上升
秋季1997—20240.150.849 5不显著上升
冬季1997—20240.090.177 8不显著上升

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总体来看，2017—2024年3站均呈增温趋势，与全球变暖背景相一致（周波涛和钱进，2021）。气温年较差表现为塔中（2.74 ℃）>轮台（2.35 ℃）>民丰（1.80 ℃），塔中气温的剧烈波动可能与沙漠下垫面热容量低、气温响应敏感有关；而沙漠边缘地区受不同类型下垫面的调节作用，气温变幅较小。季节差异上，塔中夏季增温、轮台秋季增温、民丰春季增温特征均显著，且塔中、轮台冬季降温与民丰冬季增温形成反差，可能是由于塔中与轮台冬季更易受北方冷空气的影响，反映出不同区域气候变化的复杂性。

2.2.2 降水量

图4为1997—2024年塔克拉玛干沙漠3个站点全年和不同季节降水量的年际变化，表2为其变化趋势检验结果。可以看出，轮台降水量呈显著下降趋势[-9.81 mm·（10 a）-1]，春、夏、冬季持续下降，秋季为先升后降。塔中降水量整体呈上升趋势[1.92 mm·（10 a）-1]，降水高度集中于夏季（占64%），季节趋势波动明显，春、夏呈分段变化，秋季波动上升、冬季变化不明显。民丰降水量年际变化趋势表现为先显著上升后下降，夏季占比最高，夏、秋季均呈先升后降的变化特征，春、冬季则为小幅上升。此外，3站降水量集中期均为夏季，且民丰降水量的季节变化特征，反映出沙漠边缘夏、秋季降水减少的变化特征。

图4

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图4   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节降水量的年际变化

Fig.4   The inter-annual variations of annual and seasonal precipitation at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024


表2   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节降水量的变化趋势检验结果

Tab.2  The test results of variation trends of annual and seasonal precipitation at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024

站点时段趋势斜率/
[mm·（10 a）-1]		Mann-Kendall检验变化特征
Z值显著性
轮台全年1997—2024-9.81-1.837 4显著下降
春季1997—2024-3.05-0.276 6不显著下降
夏季1997—2024-5.43-1.442 2不显著下降
秋季1997—200818.902.262 9显著上升
2009—2024-10.03-1.215 6不显著下降
冬季1997—2024-1.07-0.572 9不显著下降
塔中全年1997—20241.920.592 7不显著上升
春季1997—2016-1.55-0.843 6不显著下降
2017—202416.451.237 2不显著上升
夏季1997—20162.530.908 4不显著上升
2017—2024-30.33-0.866 0不显著下降
秋季1997—20241.441.501 5不显著上升
冬季1997—20240.130.829 8不显著上升
民丰全年1997—201522.811.889 2显著上升
2016—2024-50.82-1.146 8不显著下降
春季1997—20242.861.323 7不显著上升
夏季1997—201510.750.419 8不显著上升
2016—2024-35.45-0.729 8不显著下降
秋季1997—20155.470.384 8不显著上升
2016—2024-29.87-1.668 1显著下降
冬季1997—20240.050.125 4不显著上升

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从多年累积降水量来看，呈现轮台（1 837.01 mm）>民丰（1 341.79 mm）>塔中（775.95 mm）的区域分布格局；年最高与最低降水量差值为民丰120.2 mm，轮台73.6 mm，而塔中仅为47.0 mm，边缘比腹地的波动变化更大。且塔中年累积降水量最大值出现在2021年，可能与2021年该地的一次极端降水事件有关（Tang et al.，2024）。

2.2.3 风速

图5为1997—2024年塔克拉玛干沙漠3个站点全年和不同季节风速的年际变化，表3为其变化趋势检验结果。可以看出，轮台是唯一全年及四季风速均显著上升的区域，平均风速为1.77 m·s⁻¹，变化速率为0.80 m·s-1·（10 a）-1，夏季增幅最显著。塔中平均风速最大（2.16 m·s-1），根据10 a滑动平均可以分为两个阶段：1997—2009年显著下降[-0.38 m·s-1·（10 a）-1]，2010—2024年转为上升[0.24 m·s-1·（10 a）-1]，四季变化与年际变化趋势一致，且春季和夏季变幅较大。民丰同样依据10 a滑动平均分为1997—2006年、2007—2024年两个阶段，平均风速为1.63 m·s-1，全年及春、夏、秋、冬季均呈先升后降。

图5

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图5   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节风速的年际变化

Fig.5   The inter-annual variations of annual and seasonal wind speed at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024


表3   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节风速的变化趋势检验结果

Tab.3  The test results of variation trends of annual and seasonal wind speed at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024

站点时段趋势斜率/
[m·s⁻¹·（10 a）-1]		Mann-Kendall检验变化特征
Z值显著性
轮台全年1997—20240.804.919 4显著上升
春季1997—20240.844.879 9显著上升
夏季1997—20240.904.800 8显著上升
秋季1997—20240.794.603 3显著上升
冬季1997—20240.675.057 7显著上升
塔中全年1997—2000-0.38-2.379 3显著下降
2010—20240.240.890 8不显著上升
春季1997—2000-0.56-2.501 4显著下降
2010—20240.322.177 4显著上升
夏季1997—2000-0.38-2.379 3显著下降
2010—20240.272.226 9显著上升
秋季1997—2000-0.36-1.769 3显著下降
2010—20240.171.039 2不显著上升
冬季1997—2000-0.20-1.708 2显著下降
2010—20240.221.484 6不显著上升
民丰全年1997—20060.571.431 1不显著上升
2007—2024-0.06-1.590 9不显著下降
春季1997—20060.511.431 1不显著上升
2007—2024-0.03-0.303 0不显著下降
夏季1997—20060.711.610 0不显著上升
2007—2024-0.03-0.378 8不显著下降
秋季1997—20060.450.715 5不显著上升
2007—2024-0.07-1.060 6不显著下降
冬季1997—20060.611.073 3不显著上升
2007—2024-0.12-2.310 5显著下降

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从以上分析来看，塔中年平均风速比轮台、民丰大，说明沙漠腹地植被稀少对风速产生的摩擦作用较沙漠边缘弱，风速整体比沙漠边缘地区高。这与前人研究（顾军明等，2014）基本一致。轮台、塔中与民丰风速年际及季节变化均存在较大差异，轮台总体为上升趋势，塔中呈现先下降后增加的趋势，而民丰的变化趋势与塔中相反。此外，3个地区风速变化中春季和夏季的多年平均值均比秋季和冬季大，这与春夏季沙尘天气频发的研究一致（周成龙等，2017；李玲萍等，2017；Tang et al.，2024）。值得注意的是，研究时段内塔中及民丰站的风速均存在阶段性的变化，引起这种变化的原因除了自然因素外，可能还与风速测量仪器的更换有关，在以往相关研究（孙蕾等，2014；Azorin-molina et al.，2023）中，也证实过风速仪器的更换会对风速的记录产生影响。

2.2.4 日照时数

图6为1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节日照时数的年际变化，表4为其变化趋势检验结果。可以看出，研究时段内轮台总日照时数为70 131.33 h，整体呈上升趋势[55.49 h·（10 a）-1]，四季也均呈上升趋势，其中冬春季增幅较夏秋季更明显。塔中总日照时数为72 457.89 h，整体呈上升趋势[51.98 h·（10 a）-1]，但季节趋势存在差异：春、秋、冬季上升，夏季则呈下降趋势。民丰总日照时数达75 490.21 h，整体呈显著下降趋势[-180.30 h·（10 a）-1]，四季也均显著下降，其中夏季降幅最大。

图6

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图6   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节日照时数的年际变化

Fig.6   The inter-annual variations of annual and seasonal sunshine duration at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024


表4   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节日照时数的变化趋势检验结果

Tab.4  The test results of variation trends of annual and seasonal sunshine duration at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024

站点时段趋势斜率/
[h·（10 a）-1]		Mann-Kendall检验变化特征
Z值显著性
轮台全年1997—202455.490.829 8不显著上升
春季1997—202424.541.205 1不显著上升
夏季1997—20240.090.059 3不显著上升
秋季1997—20246.070.572 9不显著上升
冬季1997—202424.781.224 9不显著上升
塔中全年1997—202451.981.086 6不显著上升
春季1997—202418.450.790 3不显著上升
夏季1997—2024-10.26-0.553 2不显著下降
秋季1997—202414.381.027 3不显著上升
冬季1997—202429.412.449 8显著上升
民丰全年1997—2024-180.30-3.299 3显著下降
春季1997—2024-38.73-2.469 6显著下降
夏季1997—2024-78.50-3.556 2显著下降
秋季1997—2024-33.63-2.647 4显著下降
冬季1997—2024-29.44-2.311 5显著下降

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总体来说，研究时段内日照时数呈现从沙漠北缘到南缘递增的变化规律，轮台与塔中整体呈上升趋势，而民丰呈显著下降趋势；轮台年日照时数最高值为2 909 h，最低值2 138 h；塔中最高值为2 821.47 h，最低值2 237 h；民丰最高值3 029 h，最低值2 252 h；其中轮台与民丰的极差（最高值与最低值的差值）均超过770 h，而塔中为584 h，沙漠边缘区的波动性更强。此外，日照时数的季节累积分布及变化趋势均存在较大差异，轮台夏季日照最丰富，塔中与民丰则在秋季，且轮台四季均呈不显著上升趋势；塔中春季、秋季、冬季呈上升趋势，夏季减少，季节趋势分化明显；民丰四季均呈显著下降趋势。

2.2.5 相对湿度

图7为1997—2024年塔克拉玛干沙漠3站全年和不同季节日照时数的年际变化，表5为其变化趋势检验结果。可以看出，轮台年平均相对湿度为46.79%，整体呈上升趋势[0.42%·（10 a）-1]，季节变化中，春季上升、秋冬季微弱下降，夏季呈现先显著下降后回升的波动特征。塔中年平均相对湿度最低（34.53%），但上升趋势最明显[1.29%·（10 a）-1]，季节差异显著：春、夏、秋季均显著增加，冬季则微弱下降。民丰年平均相对湿度为38.54%，整体呈下降趋势[-0.98%·（10 a）-1]，四季也均表现为下降趋势，其中秋季降幅最显著。

图7

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图7   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节相对湿度的年际变化

Fig.7   The inter-annual variations of annual and seasonal relative humidity at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024


表5   1997—2024年塔克拉玛干沙漠轮台、塔中和民丰站全年和不同季节相对湿度的变化趋势检验结果

Tab.5  The test results of variation trends of annual and seasonal relative humidity at Luntai， Tazhong and Minfeng stations in the Taklamakan Desert during 1997-2024

站点时段趋势斜率/
[%·（10 a）-1]		Mann-Kendall检验变化特征
Z值显著性
轮台全年1997—20240.421.126 1不显著上升
春季1997—20240.170.371 2不显著上升
夏季1997—2010-9.93-3.832 1显著下降
2011—20240.640.109 5不显著上升
秋季1997—2024-0.02-0.059 3不显著下降
冬季1997—2024-0.30-0.454 4不显著下降
塔中全年1997—20241.291.639 8不显著上升
春季1997—20241.031.402 7不显著上升
夏季1997—20242.282.785 7显著上升
秋季1997—20242.272.489 3显著上升
冬季1997—2024-0.54-0.256 8不显著下降
民丰全年1997—2024-0.98-1.639 8不显著下降
春季1997—2024-0.60-0.750 8不显著下降
夏季1997—2024-0.82-0.928 6不显著下降
秋季1997—2024-1.51-1.955 9显著下降
冬季1997—2024-1.09-0.928 6不显著下降

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总体来看，多年平均相对湿度为轮台>民丰>塔中，体现了沙漠腹地极端干旱的典型特征。此外，轮台与塔中相对湿度整体呈上升趋势，而民丰相反，且塔中变化趋势的年际波动比边缘地区大。研究时段内相对湿度的变化有较大的季节差异，轮台站春季与夏季是相对湿度上升的主要贡献季节；而塔中相较于边缘地区季节波动更为剧烈，且塔中夏季与秋季是相对湿度上升的主要贡献季节；民丰的主要贡献季节则为秋季与冬季。且3个地区相对湿度均为冬季>秋季>夏季>春季。

3 讨论

本文在对比轮台、塔中和民丰3站气象要素的相关性时发现，相对湿度是联系各要素的关键纽带。3站均呈现出一致规律：气温与相对湿度呈显著负相关，而相对湿度与降水量呈显著正相关（轮台和塔中的相关系数分别达0.55和0.53）。这反映了气温升高促进蒸发、而降水增加补充大气水汽的基本联系，说明在不同下垫面环境下，湿度与主要气象要素的关联具有区域一致性。

然而，不同区域气象要素的趋势变化具体表现却因下垫面和环境条件的不同呈现出复杂变化规律。如塔中站平均气温上升阶段，由于全年降水量的增加，其相对湿度也仍呈上升趋势。这一现象可能由于沙漠腹地局地热对流发展增强（热力驱动下可能触发小范围对流降水），使得降水对湿度的提升作用降低了气温升高的负面影响，同时也反映了沙漠腹地成云效率低（Zhang et al.，2025），即使降水增加，云对日照的遮挡作用仍较弱，因此相对湿度上升时日照时数相应增加。民丰站在全年平均气温上升阶段，相对湿度呈下降趋势且累积降水量呈先上升后下降趋势，反映该区域可能呈现出暖干化趋势；而相对湿度下降时日照时数却显著减少，由于沙漠南缘沙尘天气频发（李智宽等，2024），沙尘颗粒削弱了到达地表的太阳辐射。轮台站呈现“全年平均气温升高、相对湿度增加但降水量下降”，这与Pearson相关性分析结果存在较大差异；这种现象在塔中站同样存在，如塔中站气温与相对湿度均呈上升趋势，与Pearson相关性分析得出的二者呈显著负相关（-0.39）相悖。这种差异原因可能是：Pearson相关性分析聚焦两个气象要素间的关联程度，而M-K趋势分析侧重单个气象要素随时间的演变规律，后者更容易受多重气候因素的综合影响。这一结果也进一步体现了干旱区水文气象要素变化过程的复杂性。

从季节变化来看，塔中夏季后期降水减少[-30.33 mm·（10 a）-1]但湿度呈上升趋势，可能是由于短时强降水次数增多，短时强降水能够在短时间内补充水汽，整体上仍使得夏季湿度呈上升趋势，这也导致夏季日照时数减少。此外，研究时段内轮台与塔中的气温变化呈先下降后上升的趋势，这可能是由于两站前期绿洲化产生的冷岛效应使得气温下降（刘树华等，2005），而后期的上升趋势则是对全球变暖的响应。

4 结论

本文基于塔克拉玛干沙漠北缘（轮台）、腹地（塔中）与南缘（民丰）3个站点1997—2024年的气象观测数据，对比分析了近30 a来该区域地面气象要素的经向变化特征，研究发现沙漠北缘、腹地与南缘的气象要素演变呈现出明显的区域差异。

（1）气象要素空间差异显著：沙漠北缘轮台相对湿度最高（46.79%），腹地塔中平均风速最大（2.16 m·s⁻¹），南缘民丰平均气温（12.84 ℃）与日照时数（75 490.21 h）最高；降水量则呈现轮台>民丰>塔中的空间格局。

（2）气象要素变化趋势的区域差异受下垫面性质与地形影响：沙漠北缘受天山动力作用影响，风速全年显著上升且与气温呈负相关，湿度微升但降水下降，可能由于地形对热力-动力要素的调节作用；沙漠腹地沙质下垫面热容量低，气温呈先下降后上升的波动变化，相对湿度及降水微升，呈现出暖湿化特征，局地热力环流使得气温与风速呈较强正相关；南缘下垫面异质性强，气温弱增温，日照显著减少（受沙尘活动影响），要素间相关性弱。

（3）季节变化区域相应不同：轮台夏秋季为气温与风速变化主贡献季节；塔中夏季增温、冬季日照时数显著增加，是沙漠腹地对气候变暖的响应；民丰春季增温最快、夏季日照时数降幅最大[-78.50 h·（10a）-1]，春、夏季分别是其增温与日照减少的贡献期。3站相对湿度季节分布一致（冬季>秋季>夏季>春季），降水均集中于夏季，腹地塔中夏季降水占比达64%，极端集中性突出。

（4）相对湿度是连接气温、降水、日照时数的核心纽带（3站均呈现气温与湿度负相关、湿度与降水正相关、湿度与日照负相关的共性）。气温与风速的相关性是区域差异的标志性特征：轮台因天山地形阻挡呈负相关；塔中（沙漠腹地）因热力环流呈正相关；民丰（过渡带）因下垫面复杂相关性几乎没有。反映出下垫面性质与地形对气象参数间相关性的调节作用。

（5）近30 a轮台、塔中及民丰站的分析中，气象要素间的相关性与趋势变化分析结果存在差异，可能原因是Pearson相关性分析表征的是两个气象要素间的关联程度，而M-K趋势分析刻画的是单个气象要素随时间的演变规律，后者易受多重气候因素的综合影响。

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