塔河1971-2020 年气候变化特征分析

2022-05-18张柏松吴树森袁秀芝潘明溪

黑龙江气象 2022年1期

张柏松，吴树森，袁秀芝，潘明溪

（1.塔河县气象局，黑龙江塔河 165200；2.漠河市气象局,黑龙江漠河 165399）

1 引言

近年来，全球气候变暖引起社会广泛关注，随着经济社会的快速发展，世界各地组织、政府以及广大专家和学者对气候变化进行了深入研究。IPCC 第六次评估报告（AR6）第一工作组报告指出[1]：相对于1850-1900 年，2001-2020 年这20 a 平均的全球地表温度升高了0.99 ℃，而2011-2020 年10 a 平均的全球地表温度已经上升约1.09 ℃。1850 年以来，最近40 a 的每个10 a 的全球地表温度都相继比此前的任何一个10 a 要暖。任国玉等[2]系统分析了中国大陆气候要素演化的时间和空间特征，得出中国近50 a 来平均地表气温变暖幅度为1.1 ℃，增温速率接近0.22℃/10 a，全国平均降水量变化趋势不明显。吴树森等[3]研究了中国最北漠河气候特征，表明漠河是中国最寒冷的地区，上世纪60-70 年代是漠河气温偏冷期、降水偏少期，80 年代以后为气温偏暖期、降水偏多期。张融民等[4]首次对塔河气候变化进行了分析，发现气温上世纪70 年代为偏冷期，本世纪2011-2017年为偏暖期，气候变暖贡献最大的是夏季。张可杨等[5]通过对大兴安岭地区降水量和气温变化趋势分析，指出大兴安岭夏季降水增幅速率最大，冬季气温增幅速率最大。塔河县城处于大兴安岭中心地带，地理位置优越，林业资源丰富，其气候特征在全区具有一定的代表性，四季分明，雨热同期，干冷同季，客观分析塔河气候变化趋势,对适应气候变化，为地方经济建设和可持续发展提供科学依据。

2 资料与方法

2.1 研究区概况

塔河县位于黑龙江省西北部、伊勒呼里山北麓，西与漠河县相邻，南与新林区、呼中区接壤，东与呼玛县毗邻。塔河县境内地势呈中高、两侧低，属于寒温带大陆季风性气候，由于受地理环境、海陆气团及季风的交替影响，气候变化显著，冬季漫长干燥而寒冷，夏季短暂而湿热，春季多大风而少雨，秋季降温急剧，霜冻早。塔河气象站(124°72′E，52°35′N)，气温最大年较差47.2 ℃，平均无霜期98 d，年日照时数2015-2865 h。主要气象灾害有暴雪、霜冻、干旱、极寒等。

2.2 数据来源及分析方法

选用塔河县气象观测站1971-2020 年的气温、降水量资料,计算了50 a 的气温和降水年均值及年代的平均值，按3-5 月为春季，6-8 月为夏季，9-11月为秋季，12 月-次年2 月为冬季的划分方法，生成逐季的气温和降水资料。

分析方法主要采用线性拟合趋势、多项式分析、距平分析等方法。30 a 均值采用世界气象组织规定的1981-2010 年标准气候平均值。气候异常特征分析按照国家冷冬、暖冬等级划分标准，单站冬季平均气温距平（△T）≤标准差的-0.43 倍（冷冬阈值）则为冷冬，≥标准差的0.43 倍（暖冬阈值）则为暖冬。

3 气温变化特征

3.1 气温的年、代际变化分析

根据1971-2020 年塔河县平均气温数据统计，近50 a 塔河县年平均气温为-2.2 ℃，平均气温曲线随时间变化呈波动上升趋势（图1），年平均气温气候倾向率为0.25 ℃/10 a，通过了0.01 显著性检验，与我国地表年平均气温呈显著上升趋势一致，仅比全国地表年升温速率（0.26 ℃/10 a）偏低0.1 ℃[6]。这说明在全球气候变暖的大背景下，塔河县气温也呈明显上升趋势，气温总体上升了1.2 ℃。从年平均气温距平变化分析（图2），近50 a 来24 a 为正距平，25 a为负距平，处于距平0 ℃有1 a（1982 年），正负距平次数相当。

图1 1971-2020 年塔河年平均气温变化趋势

图2 1971-2020 年塔河年平均气温距平变化

从多项式拟合曲线可知，近50 a 来气温趋势从明显偏低期，进入一个略高期，再降为一个略低期，最后升到一个明显偏高期。在气温整体变化过程中，有2 个相对偏冷期和3 个相对偏暖期。偏冷期为1971-1987 年、1996-2001 年，距平分别为-0.5 ℃、-0.4 ℃；偏暖期为1988-1995 年、2002-2008 年、2014-2020 年，距平分别为0.6 ℃、0.4 ℃、0.4 ℃。

塔河最冷年份为2009 年，年平均气温为-4.2℃，最暖年有2 a，分别为1990 年、2017 年，年平均气温均为-0.5 ℃，最冷年与最暖年温差为3.7 ℃。塔河极端最低气温出现在1980 年1 月12 日，为-45.8℃；极端最高气温出现在2010 年6 月25 日，为38.0℃，极端最低气温与极端最高气温相差83.8 ℃。

从气温年代际分析（表1），上世纪70 年代是塔河最冷时期，平均气温为-2.9 ℃，气温距平为-0.7℃，负距平占100 %，为各年代最低值。80-90 年代气温明显上升，为相对暖期，平均气温均为-2.1 ℃，气温距平均为0.1 ℃，正距平占60 %，比70 年代上升了0.8 ℃。本世纪前10 a 气温波动明显，整体呈下降趋势，平均气温为-2.1 ℃，气温距平为-0.1 ℃，正负距平各占50 %，与前20 a 相比气温下降0.2 ℃。本世纪10 年代气温再次明显上升，平均气温为-1.7 ℃，气温距平为0.7 ℃，正距平占80%，比上世纪70 年代上升了1.2 ℃，成为塔河最暖时期。

表1 塔河逐年代、四季平均气温及距平/℃

3.2 气温的四季变化分析

从塔河各个季节平均气温线性趋势可以看出(图3)，塔河各季都表现出增温趋势，但各季的增温幅度不同，夏季增温最为明显，春季增温较为明显，秋季增温相对较弱-些，而冬季增温最小，这与相邻的漠河冬季增温最为明显、夏季增温不明显相反。根据各季气候倾向率幅度变化，气候变暖贡献大小依次为夏季＞春季＞秋季＞冬季。如下图：

图3 1971-2020 年塔河(a)冬，（b）春，(c)夏，(d)秋季年平均气温变化趋势

冬季平均气温为-23.3 ℃，气候倾向率为0.09 ℃/10 a，增温幅度最不明显，没有通过显著性检验，表明冬季对气候变暖影响不大。从年代分析：上世纪80-90 年代冬季增温幅度明显，但没有保持持续增温，进入本世纪前20 a 又略有下降。根据国家标准《GB/T 33675-2017 冷冬等级》[7]和《GB T 21983-2020暖冬等级》[8]，采用1981-2010 年冬季平均气温值作为气候平均值，通过计算，有21 a 为冷冬，29 a 为暖冬。

春季平均气温为0.1 ℃，气候倾向率为0.34 ℃/10 a，增温幅度非常明显，通过了0.05 显著性检验，表明春季对气候变暖影响较大。从年代分析：上世纪80 年代季增温幅度明显，90 年代-本世纪前10 a 又略有下降，本世纪10 年代又有上升。

夏季平均气温为16.9 ℃，气候倾向率为0.41 ℃/10 a，增温幅度最为明显，通过了0.01 显著性检验，表明夏季对气候变暖影响最大。从年代分析：每个年代都保持升温态势，其气温变化对全年气候影响很大。

秋季平均气温为-2.6 ℃，气候倾向率为0.14 ℃/10 a，增温幅度较明显，没有通过显著性检验，表明秋季对气候变暖影响较小。从年代分析：上世纪80-本世纪前10 a 气温升降幅度在0.1 ℃的范围内，本世纪10 年代增温幅度较明显。

3.3 气温的月变化分析

塔河月平均气温变化曲线呈阶梯式上升、下降，月际之间温差十分明显。4-9 月平均气温在0 ℃以上共5 个月；10-3 月在0 ℃以下共7 个月。最冷月1 月月平均气温为-25.2 ℃，最暖月7 月月平均气温为18.8 ℃，最冷与最暖月温差为44.0 ℃。从线性变化趋势分析，月平均气温增幅较大的月份依次为11、9、10、4 月，气候倾向率分别为0.86、0.81、0.70、0.44（℃/10 a），表明对气候变暖影响较大；增幅最小的月份为12 月，气候倾向率为0.11 ℃/10 a，其次为1、2、5月，气候倾向率均为0.12 ℃/10 a，表明对气候变暖影响较小。

4 降水变化特征

4.1 降水年代际变化分析

根据1971-2020 年塔河县降水量数据统计，近50 a 塔河县年平均降水量为473.8 mm，降水量曲线随时间变化呈波动增多趋势，递增率为16.12 mm/10 a(图4)，通过了0.1 显著性检验，明显高于全国的5.1 mm/10 a 的增多趋势[6]。从年降水量距平变化分析(图5)，近50 a 来正距平24 a，负距平26 a，正负距平次数相当。从多项式曲线可知，近50 a 来塔河降水趋势为从明显偏少期，进入一个降水略多期，再降为一个略少期，最后升到一个明显偏多期，其变化规律与气温多项式曲线变化基本一致。在降水趋势升降过程中，有3 个偏少时段和4 个偏多时段。偏少时段为1971-1981 年、1986-1989 年、2005-2012 年，距平分别为-51.4 mm、-97.7 mm、-49.5 mm；偏多时段为1982-1985 年、1990-1993 年、1997-2001 年、2015-2020 年，距平分别为118.4 mm、56.7 mm、24.9 mm、85.9 mm。

图4 1971-2020 年塔河年平均降水量变化趋势

图5 1971-2020 年塔河年平均降水量距平变化

最大降水出现在1982 年，为713.0 mm，最小降水出现在2002 年，为264.0 mm。塔河日最大降雨出现在2015 年7 月27 日，为100.9 mm，日最大降雪出现在1989 年4 月18 日，为16.1 mm。最大雪深为40 cm，出现在2017 年11 月，共3 d。

从年代际分析，各年代降水趋势极不均衡。上世纪70 年代塔河降水波动幅度小，是近50 a 降水最少时期，降水距平-50.3 mm，相当于平均每年少降一次暴雨过程。80-90 年代呈增多趋势，距平为正值，到本世纪前10 a 降水波动幅度较大，又进入一个偏少时期，降水距平-24.3 mm，直至本世纪10 年代进入波动幅度小且明显偏多时期，降水量比上世纪70 年代偏多近100 mm，降水距平为49.1 mm，相当于平均每年增多一次暴雨过程(表2)。

表2 塔河逐年代、四季平均降水量及距平/mm

4.2 降水季节变化特征

受大气环流及时空变化的影响，塔河降水存在明显的季节性差异，从各季降水线性趋势可以看出，春、夏、秋3 季都呈增多趋势，冬季为递减趋势(图6)，四季均没有通过显著性检验。气候倾向率大小依次为夏季＞春季＞秋季＞冬季，这与塔河气温季节倾向率变化相一致，说明塔河气温与降水存在很好的相关性。

图6 1961-2020 年塔河季(a)冬,(b)春,(c)夏,(d)秋季降水量变化趋势

冬季季平均降水量为15.8 mm，仅占全年降水的3.3 %，对全年降水变化影响不大，季降水气候倾向率为-0.31 mm/10 a，表明对降水量增幅没有贡献。从年代分析：上世纪70-80 年代、本世纪前10 a 为负距平，其它2 个年代降水增幅明显，为正距平。

春季季平均降水量为70.3 mm，仅占全年降水的14.8 %，对全年降水变化影响略小，季降水气候倾向率为4.08 mm/10 a，表明对降水量增幅贡献较大。从年代分析：各年代都呈明显递增趋势，本世纪10 年代增幅最为明显，距平为15.3 mm。

夏季季平均降水量为301.1 mm，仅占全年降水的63.6 %，对全年降水变化影响极大，季降水气候倾向率为10.02 mm/10 a，表明对降水量增幅贡献最大。从年代分析：上世纪70 年代、本世纪前10 a 为负距平，其它3 个年代均为正距平，距平值为13.1-27.8 mm。

秋季季平均降水量为80.7 mm，仅占全年降水的17.0 %，季降水气候倾向率为2.33 mm/10 a，表明对降水量递增有一定影响。从年代分析：各年代都呈明显递增趋势，本世纪前10 a 增幅最为明显，距平为11.3 mm。

4.3 降水的月变化特征

塔河月降水差异较大(图7)，7 月为降水最多月份，平均为123.9 mm，极端最大值为221.4 mm（1977年）；2 月为降水最少月份，平均为3.8 mm，极端最小值为0.0 mm（1989 年）。全年降水主要集中在6-8月，是塔河主汛期。从线性变化趋势分析，各月降水存在不同程度的递增趋势，其中：8、10 月份递增率最大，分别为15.86 mm/10 a、17.0 mm/10 a，其次是4、5、7、9 月也有较明显的递增。11、12、1、2 月份降水递增率微小，12 月仅为0.02 mm/10 a。