南极长城站气温、风和降水变化特征分析

2016-04-07王亚婷郭光源

陕西气象 2016年1期

关键词：气温降水

马　强，王亚婷，张　翠，何　云，郭光源

(1.固原市气象局，宁夏固原　756000；2.吴忠市气象局，宁夏吴忠　751100)

南极长城站气温、风和降水变化特征分析

马强1，王亚婷1，张翠1，何云1，郭光源2

(1.固原市气象局，宁夏固原756000；2.吴忠市气象局，宁夏吴忠751100)

摘要：利用南极长城站1985—2014年所获取的地面常规气象观测资料，对其气温、风和降水变化特征进行分析，结果表明：长城站年平均气温为-2.2 ℃, 气候变化趋势率为0.079 ℃/10 a，近30 a长城站气温升高了0.24 ℃，秋季气温增速最大。年平均风速为7.3 m/s, 最多风向为ESE；大风天气多，年平均大风日数为133 d，冬季大风日数(13 d)较其它季节多，春季平均风速(7.9 m/s)较其它季节大，大风主要风向集中出现在N—W、S—E两个方向区间。降水主要以雪和雨夹雪为主；月平均降水量45.5 mm，降水日数为25 d，降水日数无显著的季节性变化；夏季降水量呈减少趋势，其它三季降水量呈增多趋势；年降水量为546.5 mm，年降水日数为296 d，降水量变化趋势与以往结论相左，近30 a长城站的降水量呈增多趋势，气候变化趋势率为41.8 mm/10 a。

关键词：南极长城站；气温；风；降水

长城站(60°12′S，58°58′W，海拔高度10 m)位于南极半岛附近的乔治王岛菲尔德斯半岛上,处在极地西风带南极辐合带边缘，其气候属于典型的亚南极海洋性气候[1]；全年影响长城站的天气系统有：极地气旋、南美洲高压、南极大陆高压等,其中极地气旋是对长城站天气状况影响最主要的天气系统[2]。长城站天气复杂多变，常会出现大雾、雨雪、大风、雪暴等恶劣天气现象，晴好天气较少[3]；黄耀荣等[4]分析了长城站的气压场和风场变化，认为长城站气压的年际变化可能存在着4～5 a的周期性变化，夏半年盛行东高西低的气压形势，冬半年盛行西南高东北低的气压形势；许淙等[5]对长城站的温度场和湿度场进行了分析，结果表明常年低温、高湿、长时间降水是长城站的天气特点；卞林根[6]等对南极长城站1985—2008年风和降水等要素的气候特征进行分析，发现长城站具有明显的气候变暖趋势，降水量的年际变化呈减少趋势。本文对长城站近30 a的气温、风和降水变化规律特征进行不同时间尺度上的分析，以期获得长城站气候变化特征，使其对研究南极地区气候变化和全球气候变化起到一定参考作用。

1资料和方法

所用资料为1985—2014年南极长城站气象台(世界气象组织国际区站号：89058)常规地面气象观测数据。气温、风向、风速数据采用自动气象站正点数据，正点数据采样频率和算法为：气温数据每分钟采样6次，去掉一个最大值和一个最小值后，求算术平均值；风向、风速数据每秒采样1次，求取10分钟滑动平均值；降水数据为人工定时观测值。利用统计距平分析法[7]和线性趋势拟合方法对长城站气温、风和降水不同时间尺度的变化统计分析，获得长城站近30 a气候变化趋势及规律。四季采用气象学统计划分：春季(9—11月)、夏季(12月—次年2月)、秋季(3—5月)、冬季(6—8月)。

2气温变化特征

2.1年际变化

近30 a长城站的年平均气温为-2.2 ℃，最高为-0.7 ℃，最低为-3.4 ℃。1985—2014年平均气温距平变化表现为缓慢增温趋势，气候变化趋势率为0.079 ℃ /10 a(图1)，可以看出升温阶段和降温阶段持续时间相差不大，降温年份(13 a)较升温年份(17 a)相对偏少；气温变化分为三个阶段(表1)：1985—1995年气温变化波动较大，波动幅度为2.7 ℃，平均气温距平为-0.3 ℃，属于相对偏冷期；1996—2005年气温波动较小，波动幅度为1.7 ℃，平均气温距平为0.4 ℃，正距平有9 a，这一时期气温回升趋势明显，属于相对偏暖期；2006—2014年气温波动较大，波动幅度为2.3 ℃，平均气温距平为0 ℃。从三个阶段的距平值可以看出长城站气温变化呈增温趋势，近30 a长城站气温升高了0.24 ℃。

图1　1985—2014年长城站年平均气温距平年际变化(直线为趋势线)

℃

2.2季节变化

从表2可看出，长城站近30 a夏季总体呈变冷趋势，共降温0.22 ℃，气温波幅最小为1.7 ℃，最低平均气温为0.3 ℃，比全年最低平均高3.7 ℃。其它三季气温变化总体为增暖趋势，尤以秋季为甚，期间共增暖0.77 ℃，甚至有些年份秋季平均气温大于0.0 ℃；春季近30 a增温0.13 ℃，气温波幅为3.6 ℃；冬季近30 a增温0.12 ℃，是气温年际波动最大的季节，波幅达8.2 ℃。各季的气温气候变化趋势率分别为：0.044 ℃/10 a(春季)、-0.074 ℃/10 a (夏季)、0.259 ℃/10 a(秋季)、0.041 ℃/10 a(冬季)，说明近30 a长城站春、秋、冬季呈增温趋势，秋季气温增温趋势最明显,而夏季呈降温趋势。

表21985—2014年长城站气温的季节特征

℃

3风变化特征

3.1平均风速和大风日数

1985—2014年长城站年平均风速为7.3 m/s。从图2可看出：月平均风速分布呈单峰状，10月最大为8.5 m/s，1月最小为6.0 m/s。平均风速季节特点为春季最大，冬季和秋季次之，夏季最小。

图2　1985—2014年长城站月平均风速和大风累积日数

长城站年平均八级以上的大风(≥17.0 m/s)日为133 d，月平均大风日为11 d。大风日最多的为2001年(229 d)，占全年日数的2/3以上，可见多大风天气是长城站的天气特征之一。2013年8月19日日极大风速达38.0 m/s(12级大风)，致使长城站科研楼外墙保温板被大风吹落，气象观测仪器损坏严重。由图2可看出，大风累积日数10月最多(445 d)，1月最少(156 d)；从月平均大风日数来看，冬季大风日最多(13 d)，秋季和夏季次之(12 d)，春季最少(6 d)。

3.2风向

由表3可看出，长城站大风风向春季集中出现在N—W方向区间；夏季、秋季集中出现在S—E和N—W方向区间，且出现日数相近；冬季大风也主要出现在N—W、S—E方向区间，以N—W方向区间出现大风次数最多。总体来看，长城站大风风向主要集中出现在N—W、S—E两个方向区间。

表31985—2014年长城站大风风向季节分布

由1985—2014年长城站日最大风向频率玫瑰图(图3)来看，全年最多风向为ESE，次多风向为WNW。各个季节风向的分布与大风风向分布特征一致。其中春季最多风向为W，夏季最多风向为WNW，秋、冬季最多风向为ESE(表4)。

图3　1985—2014年长城站全年日最大风向频率/%玫瑰图

4降水变化特征

4.1年际变化

长城站平均年降水量为546.5 mm，年降水日数为296 d，占全年日数的2/3以上。由1985—2014年长城站降水量距平和降水日数年际变化(图4)可以看出：长城站降水量距平趋势变化和年降水日数变化基本一致，降水量年际变化呈增加趋势，降水量距平气候变化趋势率为41.8 mm/10 a。1985—1990年，降水量除1987年为负距平外，其它年份(5 a)均为正距平；1991—2007年降水量明显减少，负距平年份有15 a，只有1999年和2006年为正距平，年降水量最少的年份就出现在这段时期(1997年为293.9 mm)；2008—2014年降水又开始明显增多，年降水量均为正距平，且距平值较大，2013年降水量达到最大(878.8 mm)。总体来看，近30 a长城站的年降水日数和年降水量变化趋势相符，降水增加了125 mm。

图4　1985—2014年长城站降水量距平和降水日数年际变化(直线为趋势线)

4.2季节变化

1985—2014年长城站的月平均降水量为45.5 mm，月平均降水日数为25 d，无显著季节性变化(表5)。季降水量秋季最多，其次为夏季，春季和冬季几乎相同且相对最小，季降水量变幅春季最大(226.3 mm)，其次为秋季(214.3 mm)和冬季(167.9 mm)，夏季最小(159.0 mm)。季降水量年际波动较大，有的年份降水量相差4～5倍，其中秋季波动最大。各季的降水量气候变化趋势率分别为：14.1 mm/10 a(春季)、-2.7 mm/10 a (夏季)、29.5 mm/10 a(秋季)、1.3 mm/10 a(冬季)，说明近30 a只有夏季降水量呈减少趋势，其它季降水呈增多趋势。