吉林省近59a冰冻资源变化特征分析

2021-11-09姚志平崔艳莹

气象灾害防御 2021年3期

姚志平谢勇崔艳莹王华

（1.吉林省气象服务中心，吉林长春 130062；2.吉林省突发事件预警信息发布中心，吉林长春 130062）

1 引言

随着全球气候变暖，气候变化问题越来越受到政府和公众的瞩目。从IPCC第六次评估报告[1]可以看出，全球平均气温变化仍处于明显增高的趋势，各区域的降水特征也随之发生了不同的变化响应。但不同区域对全球变暖的响应是不一致的[2]。在此背景下，深入研究区域气候变化的特征，是全球及区域气候变化的重要研究内容。陈欣彤、李辑、孙凤华等[3-5]对东北地区的气温变化进行了分析，夏季气温整体趋势是升温的，基本保持在0.15℃/10a，高于同纬度的增高程度。

吉林省属于大陆季风性气候，四季明显。在全球气候变暖的背景下，区域响应特征是比较显著的，气候变化对社会、经济的发展和生态与环境的变化都产生了影响[6]，气温、雪量是冰冻期重要的气候要素，对自然生态系统、人类生产生活及农业生产都有重要的影响。本文从区域尺度上对气温、降雪量变化进行研究，探讨其时空分布、变化特征及规律，以期对吉林省粮食生产、冬季旅游气象服务以及生态环境保护提供决策参考依据。

2 资料与方法

2.1 资料

选取吉林省建站时间较长、资料较完整的46个气象观测站1961—2020年10月—次年4月逐日气温资料和降水资料。

2.1.1 冰冻期日数

选定气候意义上连续5d平均气温T≤0℃的第一日作为封冻期的开始时间；连续5d平均气温T≥0℃的前一日作为封冻期的结束时间。计算间隔日数并作为每个气象观测站当年的封冻期日数，统计46个气象观测站近59a的封冻期日数。

2.1.2 降雪日数、日降雪量

选定气候意义[7]上平均气温T≤0℃降水日数之和作为每个气象观测站当年的降雪日数，统计46个气象观测站近59a的降雪日数和日降雪量。日降雪量定义：0.1mm≤R≤2.4mm为小雪；2.5mm≤R≤4.9mm为中雪；5.0mm≤R≤9.9mm为大雪；R≥10.0mm为暴雪。

2.2 方法

2.2.1 趋势分析

采用线性趋势[8]分析气象要素在长期气候变化中升降的定量程度。

2.2.2 Mann-Kendall检验法（M-K检验法）

M-K检验法[9]是世界气象组织推荐并被广泛用于实际研究的非参数检验方法，是时间序列趋势分析方法之一。该方法既可以检测序列的变化趋势，也可以进行突变点检验，主要用于气候要素在时间序列趋势中的突变性检测。该方法的优点在于不需要样本遵从一定的分布，不受少数异常值的干扰，且计算简便。

3 气温变化特征

3.1 平均气温的年代变化特征

图1是1961—2020年吉林省冰冻期逐年平均气温的距平值、各年代际值。在20世纪60年代的9a中只有1a是正距平，8a是负距平，最冷年份出现在1967年。在70年代正负距平的比为4∶6，平均距平值为-0.35℃，比60年代距平值高0.63℃。在80年代出现了正距平年份大于负距平年份的现象，正负距平值的比为6∶4；平均距平值由负值转为正值，距平值的振动幅度也明显减小。90年代是升温明显的年代，也是10a中距平值最大的年代，达到了0.8℃；9a是正距平，正距平最大值达到了1.74℃，出现在1991年。在21世纪的第1个10a中，正负距平的年份各出现5a，幅度明显加大，相差6.63℃。在21世纪的第2个10a中，平均距平值只有0.12℃，正负距平的振动幅度也减小。1961—2020年气温顷向率是增加的，增加值为0.24℃/10a。

图1 吉林省1961—2020年冰冻期逐年平均气温的距平值、各年代际值

3.2 冰冻期开始与结束的年代变化特征

3.2.1 冰冻期开始时间的变化特征分析

从图2中可以看到，冰冻期开始日期距平在20世纪60年代非常小，平均在早、晚2d波动；在70年代冰冻期开始日期提前的年份比推迟的年份多，提前日数最大的年份比平均日期提前了9d；80年代，冰冻期开始时间推迟的年份占了6a，推迟的日数比平均日期晚了3.3d；从90年代开始，冰冻期开始日期基本是提前的，提前最多的日数达到了15d，出现在1990年。

图2 吉林省1961—2020年冰冻期开始时间的距平

3.2.2 冰冻期结束日期的变化特征

分析发现，20世纪60年代的前5a以正距平为主；后4a以负距平为主，比正常结束日期晚2.6d。70年代，以正距平日期为主，结束晚的年份占8a；80年代，结束晚和结束早的年份数量相同；90年代距平值与80年代相近，结束早与结束晚年份交替出现；进入21世纪以来，连续出现结束早和结束晚的年份。特别是2001年比平均值提前16d；最晚是2012年，比平均值晚17d，也是近60a中结束最晚的年份。

3.3 冰冻期不同温度出现日数的年代变化特征

3.3.1 出现0℃以下平均日数的年代变化特征

分析发现，1987年以前，出现0℃以下平均日数以正距平为主，占比为70.4%，其中有3a比距平值高15d，达到150d以上。1988—2020年的33a中，负距平年份占比为71.9%，负距平年份中有5a负距平日数超过15d，2007年达到20d；在正距平年份中，只有2a正距平日数超过10d，2012年比平均值高25d。

3.3.2 出现-5℃以下平均日数的年代变化特征

分析发现，1987年以前，出现-5℃以下平均日数以正距平为主，占比为81.3%。1988—2020年的33a中，负距平占比为71.9%，负距平年份中有4a负距平日数超过15d；正距平年份中只有2a正距平日数超过了10d。

3.3.3 出现-10℃以下平均日数的年代变化特征

分析发现，1974年以前，出现-10℃以下平均日数是正距平；1974—1987年正负距平年交替出现；1988—2020年，基本以负距平日数为主，负距平年份达到23a。

3.3.4 出现-15℃以下平均日数的年代变化特征

分析发现，20世纪60年代，出现-15℃以下平均日数9a是正距平年；70年代的前6a中，正负距平交替出现，距平值都非常小；从70年代中期到80年代的中后期，基本以正距平年为主，负距平年日数值非常小；1988—2000年的13a中，都是负距平日数，负距平日数最大比平均值少近20d。

4 降雪变化特征

4.1 降雪量的年代变化特征

从图3可以看到，20世纪60年代，出现3a正距平，6a的负距平，最少年份出现在1962年，比平均值少27mm；70年代，前期连续出现少雪年份，后3a出现多雪年份；80年代，降雪量也是以少雪为主，多雪、少雪的幅度明显减小；90年代，多雪、少雪年份交替出现，90年代后期连续出现多雪年份；进入21世纪以来，前5a是多雪、少雪交替出现，从2008年开始，连续10a出现多雪年份，最大降雪量是平均值的近1.5倍，出现在2012年。

图3 1961—2020年吉林省降雪量距平变化

4.2 降雪日数的变化特征

分析发现，20世纪60年代正负距平日数交替出现；70年代（除1975年），平均日数基本在平均值附近波动；80年代中期连续出现了正距平年份；90年代初期到中后期，平均日数基本以负距平日数为主，负距平日数略有增大，基本在10d以内；进入21世纪以来，2～3a正负距平年份交替出现，距平日数明显增大。

5 突变特征分析

5.1 气温突变特征

图4是用Mann-Kendall检验法分析了平均气温的突变特征，从图中可以看到，UF与UB曲线相交于1976年，可以判断气温的突变年发生在1976年。采用相同的方法分别分析了0℃、-5℃、-10℃、-15℃出现日数的突变情况，分析结果表明，同样存在突变情况。0℃出现日数的突变年发生在1988年；-5℃出现日数的突变年发生在1977年；-10℃出现日数的突变年发生在1981年；-15℃出现日数的突变年发生在1985年。

图4 1961—2020年吉林省平均气温的突变特征

5.2 降雪突变特征分析

图5 是用Mann-Kendall检验法分析了降雪的突变特征，从图中可以看到，1961—2020年降雪的UF与UB曲线相交于2007年，可以判断降雪的突变年发生在2007年。采用相同的方法分别分析了降小雪、中雪、大雪、暴雪的突变情况，分析结果表明，小雪和中雪的突变特征不明显；大雪与暴雪突变特征明显（图6），分别出现在2008年和2010年。