黑龙江省冬半年寒潮变化的气候特征

王莹，徐永清，李永生

（1.哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨 150028；2.黑龙江省气候中心，黑龙江哈尔滨 150030）

黑龙江省冬半年寒潮变化的气候特征

王莹1，徐永清2，李永生2

（1.哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨 150028；2.黑龙江省气候中心，黑龙江哈尔滨 150030）

使用黑龙江省信息中心整编的62个站点1961年1月1日-2010年2月28日日平均气温、日最低气温等气象要素，着重分析了黑龙江省冬半年寒潮频次的时空变化特征。结果表明，过去的近半个世纪，黑龙江省冬半年寒潮活动频次总的趋势是减少的，存在明显的年际和年代际变化，而且不同地形区寒潮频次也有明显差异，对所有台站进行Mann-Kendall检验，没有突变现象。使用GIS对黑龙江省不同的地形发生的寒潮频次进行分析，发现山区发生寒潮的频次比平原地带明显多。

寒潮；气温；变化趋势；地形

1 引言

黑龙江省地处东亚中高纬度的西风带地区，靠近冷空气的发源地，位于东亚季风区的北端，深受东亚冬季风的影响，气候寒冷、气温年际变化大，因此气温异常频繁发生。寒潮是影响黑龙江省的主要灾害性天气之一，最主要的表现就是剧烈降温并伴有大风和雨雪天气，可造成人畜伤亡、电线积冰、通信中断、农作物遭受损害导致减产等事故，给人们的生产和生活带来很大的危害。早在上世纪50年代中国气象工作者就对寒潮进行了研究，分析侵袭中国寒潮的源地、寒潮的天气系统、成因及其预报，形成比较系统的寒潮理论，国内不同地区对区域寒潮进行了大量的研究，有的研究还定义了区域寒潮强度指数，结果发现无论是从寒潮发生频次，还是寒潮发生强度都有减少和减弱的趋势。任国玉等[1]对中国气候变化的研究指出，自20年代开始，全国大范围的寒潮活动逐渐减弱。黑龙江省发生的寒潮与全国发生的寒潮有共同的规律，但也有其独特的特点，虽然近几年许多气象工作者对不同区域的寒潮活动变化规律进行了研究[2-5]，但对黑龙江省寒潮活动的研究非常少，仅限于个例分析，而且从气候和气候变化的角度分析黑龙江省的寒潮天气过程发生频次的时、空分布特征到目前还没有，本文的研究目的是用最新的资料，对黑龙江省寒潮进行统计并分析其长期变化状况，并在此基础上用地理信息系统进行区划分析，从防灾减灾的角度出发，对决策部门提供指导意见，对寒潮事件的发生变化和预测起到一定的参考作用。

2 资料和方法

使用的资料来自黑龙江省气象信息中心整编的1961-2010年2月的逐日平均气温资料和逐日最低气温资料。考虑1960年前观测站点数的限制和资料的完整性，本文选取了1961年1月1日-2010年2月28日日最低气温缺测不超过1次的62个站点，为研究方便，将寒潮发生的季节进行划分，春季（3-5月），秋季（9-10月），冬季（当年11-翌年2月），冬半年（10月-翌年3月），本文只研究冬半年寒潮气候变化特征。

目前各地对寒潮的定义还有差异，由于黑龙江处于高纬度地区，气候比较寒冷，秋、冬和春季的降温对人们的生产生活有很大影响，因此参照《寒潮年鉴》和《中国气象灾害大典》黑龙江卷[6-7]，定义黑龙江省单站寒潮标准：日平均气温在24 h内下降8℃及以上，同时日最低气温≤4℃的强冷空气过程称为单站寒潮。

采用EOF分解方法对黑龙江省62个台站寒潮天气过程发生频次的时、空分布特征进行了分析，采用线性倾向估计、滑动平均分析寒潮的变化趋势，采用Mann-Kendall法对1961-2009年黑龙江省各个台站冬半年寒潮活动频次的序列分别进行突变分析，并利用统计相关分析和合成分析法对黑龙江省寒潮活动异常的环流背景进行分析，采用GIS对黑龙江省发生的寒潮进行地形划分。

3 结果与分析

为了进一步揭示黑龙江省冬半年寒潮频次的时空变化特征，对剔除缺测之后的黑龙江省62个台站近50 a冬半年的寒潮频次进行了EOF分析，并选取方差占优的前3个主要模态进行讨论。图1为寒潮频次前3个EOF空间模态，它们占原始场的方差分别为48%、8.7%、4.7%，累积方差达到61.4%，用North等人[8]提出的计算特征值误差范围来进行显著性检验，前三个特征值通过检验，因此认为前三个空间模态可以代表寒潮频次的主要变化特征。

3.1 冬半年寒潮频次异常分布特征

图1 1961－2009年黑龙江省62个站冬半年寒潮频次EOF分解模态空间分布

3.1.1 空间异常分布特征

对1961-2009年黑龙江省62个站逐年冬半年的寒潮频次资料EOF分解表明，冬半年寒潮频次的特征可通过其相应的载荷量场来描述。冬半年寒潮频次经EOF分解的前3个模态，方差贡献率占总方差的61.4%，其特征具有一定代表性。以下重点分析这前三个模态。

EOF的第一模态空间分布表明（图1a）全省为一致的正值区，加之这一类型的空间分布特征占总体方差的48%，说明这是黑龙江省冬半年寒潮频次空间变化的主要分布类型，即冬半年寒潮频次空间变化的主体一致性，表明尽管黑龙江省地形复杂，地势参差不齐，高山、丘陵、盆地、谷地纵横交错，但冬半年寒潮频次的空间分布仍有相当好的一致性。第一模态的分布具体表现为“中间高两端低”型，整个中部地区均异常偏高，变化趋势比较一致。嫩江、孙吴、逊克一线向北逐渐减小，以及五常、宁安一线以南偏小。

EOF的第二模态（图1b）可较好地反映出黑龙江省冬半年寒潮频次变化西南与东北呈现出完全相反的异常分布。从嫩江到伊春再到通河、五常围成了一条圆弧形的零等值线，表明冬半年寒潮频次可能以此为界具有西南与东北相反的变化特征，其方差贡献占总体方差的8.7%，西南地区最低值中心出现在拜泉一带，东北部正的最大值中心位于东部的双鸭山地区。

EOF第三模态（图1c）的空间分布自西向东可以概括为负-正-负型。两条零等值线基本呈经向型分布：西部负值区包括了大兴安岭地区、黑河、齐齐哈尔、大庆、绥化西部等地，负值中心位于富裕境内，零线从逊克到绥棱穿过大庆东部直到肇源。而另一片负值区中心出现在桦南附近，零等值线也成南北走向，依次穿过萝北、佳木斯、勃利、鸡西。两条零等值线所夹的中部地区为第三模态的正值区，最大正中心出现在五常。这种空间分布表明了黑龙江省冬半年寒潮频次呈现出中部地区与西部和东部相反的关系，即黑龙江中部地区冬半年寒潮频次偏多时，西部和东部寒潮频次偏少。

3.1.2 时间系数年际变化特征

EOF分解第一模态相应的时间系数（图2a）显示年际变化明显，可以说1980年是一个转折点，1980年以前寒潮频次偏高，绝大多数年份均在0线以上，表明上世纪80年以前寒潮频次普遍偏多；而从1980年开始，时间系数明显以负值为主，只有20世纪末期的几年，系数连续出现了正值，这与上世纪80年代后全球气候普遍变暖具有总体一致性。

第二模态时间系数（图2b）显示波动比较明显，上世纪60年代，年际变化明显，基本以1 a为一周期起伏变化，1970-1976年与1980-1993年这两个时间段内，系数均在0线以下，结合空间分布图可以总结出这段时间内黑龙江省西南地区寒潮频次多于其它地区；1977-1980年这4 a中，系数升幅剧烈，意味着西南地区寒潮频次迅速减少，相反的全省其它大部分地区寒潮频次增多；1994年开始周期变化再次呈现，波动起伏很大，大约以1～2 a为一周期变化。

第三模态时间系数图中（图2c）从1961-1975年这15 a中，只有4个年份时间系数出现了负值，表明在这15 a中，黑龙江省西部和东部寒潮频次偏少，而中部地区异常偏多；1976-1991年时间系数波动起伏比较大，而上世纪90年代至21世纪初，时间系数均在零线以下，说明上世纪末到本世纪初中部地区寒潮频次偏少，与其相反的西部和东部寒潮频次明显偏多。

图2 EOF分解第1、2、3个模态空间分布相应的时间系数

3.2 不同地形寒潮分布特点

区域气候特点与其对应的地理环境是分不开的，黑龙江省地域辽阔，南北和东西跨度大，由于其处在特定的地理位置和特殊的地形下，决定了它的不同区域在气候上还是有很大差异的。黑龙江省的地势大致是西北部、北部和东南部高，东北部、西南部低；主要由山地、台地、平原和水面构成。西北部为东北-西南走向的大兴安岭山地，北部为西北-东南走向的小兴安岭山地，东南部为东北-西南走向的张广才岭、老爷岭、完达山脉，土地约占全省总面积的24.7%；海拔高度在300 m以上的丘陵地带约占全省的35.8%；东北部的三江平原、西部的松嫩平原，是中国最大的东北平原的一部分，平原占全省总面积的37.0%，海拔高度为50～200 m。

冬半年单站寒潮的多年平均发生频次有两个大值区，分别位于西北部大兴安岭山区，松嫩平原东北部和小兴安岭山脉交界处，都在5次以上，尤其是松嫩平原东北部和小兴安岭山脉交界处，部分地区达7次以上。松嫩平原西部和三江平原大部地区，年均发生寒潮频次在3次以下。松嫩平原中部和东部，年均发生寒潮频次在3～6次。西南山区张广才岭和长白山脉一带，在3次左右。松嫩平原西部一带和三江平原东北部年均发生寒潮频次最少，年均1次左右。春、秋和冬季的分布情况与此相似（图略），虽然3个季节分布的差别不大，但冬季寒潮发生的频次最多，秋季次之，春季最少。从区域平均的单站寒潮频次在各月份的分布图中（图略）可以看出，10-12月份的寒潮明显多于其他月份，尤其是l1月是全年中发生寒潮频次最多的月份，这可能与秋冬季大气环流转换有关。

利用线性倾向估计方法讨论冬半年寒潮频次在近49 a的变化趋势可知，对单站而言，黑龙江省大部分区域的寒潮频次在冬半年的趋势都是减少的，只有个别站点的趋势没有变化，西北部大兴安岭山区减少的趋势尤其明显，线性趋势系数大都在-0.05次/年以上，局部地区达到-0.07次/年，并且寒潮频次的减少趋势达到了95%的信度检验。

北部小兴安岭山脉，寒潮频次减少的趋势也达到了-0.05次/年以上，松嫩平原南部有部分地区和三江平原部分地区达到了-0.05次/年，东南部张广才岭和长白山脉地区寒潮频次减少的趋势为-0.03次/年以上，其它地区，寒潮频次的变化趋势大都为-0.02次/年左右，经统计，有66.1%的站点寒潮减少的趋势通过了95%的信度检验。

4 结论与讨论

（1）通过统计分析，近49 a，山区发生寒潮的频次比平原地区要多，西北部大兴安岭山区和北部小兴安岭山区，都在5次以上，松嫩平原西部和三江平原大部地区，年均发生寒潮频次在3次以下，松嫩平原西部一带和三江平原东北部年均发生寒潮频次最少，年均1次左右。

（2）黑龙江省大部分地区，每年的寒潮频次都在逐渐减少，山区比平原地区减少的幅度要明显，松嫩平原西部和三江平原东北部减少的趋势最不明显，西北部大兴安岭山区和北部小兴安岭山区减少的趋势最明显，通过了95%的信度检验。

（3）寒潮发生在春、秋、冬三季，其中冬季发生的频次要多于春秋季，从各月寒潮发生的频次来看，10-12月，这3个月发生的频次较多，其中11月最多。

（4）温度的剧烈变化是造成寒潮天气发生的主要原因，近百年来，全球的温度持续增加，黑龙江省的气候也在变暖，特别是冬季的气温增加显著，这也可能是造成寒潮频次减少的原因。

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Climatic characteristics of the cold wave happened in the winter half year in Heilongjiang province

WANG Ying1，XU Yong-qing2，LI Yong-sheng2
（1.Harbin Meteorological Bureau,Heilongjiang Harbin 150028; 2.Climate Center of Heilongjiang province,Heilongjiang Harbin 150030）

The temporal and spacial characteristics of the cold wave occurred in winter half year was studied in detail with the data of daily mean temperature and daily minimum temperature of 62 observation stations from 1 January 1961 to 28 February 2010 which is edited by Information Center of Heilongjiang Province.The results show that the frequency of cold wave decreases within past half century and has apparent inter-annual and interdecadal variation,besides that,the cold waves in different terrain are significantly different.All of the data from 62 observation stations is checked with the Mann-Kendall method and no mutation is found.Using the GIS to analyze the frequency of cold wave happened in different terrain,it found that cold waves occurred in mountain areas is more than in plain areas.

cold wave;temperature;change trend;terrain

P463.1

A

1002－252X（2012）03－0001－03

2012－6－1

王莹（1984-），女，黑龙江省齐齐哈尔市人，南京信息工程大学，本科生，助理工程师.