1970年～2018年根河市降雪時(shí)間變化特征

郝晨陽(yáng)，高 偉，馬秀枝，張 茹

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)根河市氣象局，內(nèi)蒙古 根河 022350)

在全球變化的大背景下，我國(guó)降水的頻率有所增加，北方地區(qū)增加更是顯著[1]。降雪作為降水的一部分也存在著顯著的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化[2，3]。根河市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市，大興安嶺北段西坡，地理坐標(biāo)為東經(jīng)120°12′～122°55′，北緯50°20′～52°30′，是中國(guó)緯度最高的城市之一。森林覆蓋率高，占面積的91.7%，是大興安嶺林區(qū)的重要組成部分，主要樹(shù)種有興安落葉松、樟子松、闊葉樹(shù)白樺和山楊等。作為中國(guó)最冷的城市，年平均氣溫達(dá)到-5.3℃，極端低溫-58℃，寒冷濕潤(rùn)，冬長(zhǎng)夏短，春秋相連，一年中除了6月～8月均會(huì)出現(xiàn)降雪。降雪量的多少會(huì)影響農(nóng)林牧業(yè)的發(fā)展，一定量的積雪的覆蓋會(huì)對(duì)土壤起到保溫作用，還可抑制冬季因干燥所引起的火災(zāi)，但大范圍的或者大量的降雪會(huì)影響交通，甚至牧區(qū)牲畜的正常繁衍，嚴(yán)重影響人民的生活及經(jīng)濟(jì)發(fā)展[4]。因此，對(duì)于降雪的年際以及季節(jié)性變化的研究，對(duì)于根河市農(nóng)林牧業(yè)的發(fā)展有著極其重要的影響，也可以為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供一定的理論指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

筆者根據(jù)Brown[5]對(duì)降雪的判定方法，根據(jù)根河市氣象站1970年～2018年的逐日降水量和氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)確定逐日降雪量(數(shù)據(jù)由內(nèi)蒙古氣象局提供)，提取出根河近48年的逐日降雪資料，當(dāng)逐日平均氣溫≤-2℃時(shí)，降水的形式全部確定為降雪。文中降雪年定義為當(dāng)年7月1日至翌年6月30日，降雪量為降雪年內(nèi)日降雪≥0.1mm的雪量合計(jì)，降雪日數(shù)為降雪年內(nèi)出現(xiàn)降雪的天氣日數(shù)，降雪強(qiáng)度為降雪量與降雪日數(shù)之間的比值[6]。

1.2 分析方法

1.2.1 線性趨勢(shì)法。線性趨勢(shì)法：依據(jù)兩個(gè)變量(自變量和因變量)之間的數(shù)據(jù)關(guān)系構(gòu)建一元線性回歸方程:y=ax+b。式中y為因變量，指各個(gè)變化的量，x是自變量，指所對(duì)應(yīng)年份，分別分析降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度與年份存在的線性關(guān)系，其中把a(bǔ)×10稱為變化傾向率。

1.2.2 Mann-Kendall突變法。M-K突變法是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法[7]，在氣象領(lǐng)域的趨勢(shì)和突變分析中應(yīng)用廣泛。文中通過(guò)定義UF和UB兩個(gè)統(tǒng)計(jì)值并進(jìn)行序列分析，從而得到原降雪序列的變化趨勢(shì)，當(dāng)UF>0，表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)UF<0，表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。當(dāng)曲線UF超過(guò)信度線(95%的置信水平)，即表示存在顯著的變化趨勢(shì)，如果兩條曲線在信度線之間相交，交叉點(diǎn)即為突變點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的年份為突變年。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度的年際變化特征

根河市1970年～2017年總體上降雪量、降雪強(qiáng)度為增加趨勢(shì)，降雪日數(shù)為減少趨勢(shì)(見(jiàn)圖1)。由圖1(a)可知，降雪量變化較為穩(wěn)定，以0.86mm/10a的速率緩慢增長(zhǎng)，通過(guò)0.05的信度檢驗(yàn)，48a降雪量的平均值為33.93mm，變化范圍為17.1mm～58.2mm；降雪日數(shù)與降雪量的變化趨勢(shì)正好相反(見(jiàn)圖1(b))，以2.1d/10a的速率呈下降趨勢(shì)，未通過(guò)0.05的信度檢驗(yàn)，平均日數(shù)為45.71，降雪日數(shù)最少的年份為2015年，僅為22d，最多的年份為2012年，為62d。降雪強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)(見(jiàn)圖1(c))，速率為0.06mm·d-1，通過(guò)0.05的信度檢驗(yàn)，其中1995年的降雪強(qiáng)度最大，主要是由于1995年的降雪量較大，而降雪日數(shù)較少。從表1可以看出，降雪量、降雪日數(shù)和降雪強(qiáng)度之間存在顯著相關(guān)性，其中，降雪量與降雪日數(shù)和降雪強(qiáng)度均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.400和0.686，降雪日數(shù)與降雪強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖1 根河市1970年～2017年降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度的年際變化特征

表1 根河市降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度的相關(guān)性分析

2.2 降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度的季節(jié)變化特征

根河地區(qū)由于緯度高，氣溫偏低，除春季外，其余3個(gè)季節(jié)均有降雪。由圖2知，降雪量和降雪日數(shù)季節(jié)變化為冬季>秋季>春季，其中冬季占比最大。降雪量冬、秋、春季的占比分別為39%、37%和24%，降雪日數(shù)冬、秋、春季的占比分別為54%、27%、19%；降雪強(qiáng)度為秋季最大，占比達(dá)到53%。各月的分配中(見(jiàn)表2)，降雪量主要集中在11月和12月，11月最大，多年降雪量平均值為7.9mm；降雪日數(shù)12月最多為10.48d，11月其次為9.27d；降雪強(qiáng)度9月最大為2.35mm·d-1，5月最小。降雪量和降雪日數(shù)在秋末冬初最大，在初秋和春末最少，而降雪強(qiáng)度主要在秋初最大。

圖2 根河1970年～2017年降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度季節(jié)分布比例

表2 根河1970年～2017年降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度季節(jié)變化特征

2.3 降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度的M-K突變特征

根河降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度在1970年～2017年間均發(fā)生過(guò)突變(見(jiàn)圖3)，降雪量的UF為上升的趨勢(shì)，UF和UB相交于1985年，說(shuō)明降雪量的突變年為1985年；降雪日數(shù)在1975年～1976年和2013年發(fā)生過(guò)兩次突變，但是變化較為平緩，UF基本在臨界值(-1.96～1.96)內(nèi)；降雪強(qiáng)度在1991年發(fā)生突變，變化趨勢(shì)與降雪量大致相同，1970年～1992年之間UF上下波動(dòng)，1992年以后呈上升趨勢(shì)，進(jìn)入2002年增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著。

圖3 根河1970年～2017年降雪量、降雪日數(shù)、降雪強(qiáng)度突變特征分析

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者利用1970年～2018年根河的逐日降水量和氣溫資料，提取出近48a的降雪數(shù)據(jù)，分析了根河降雪量、降雪日數(shù)及降雪強(qiáng)度的時(shí)間和季節(jié)變化特征及突變關(guān)系，得出如下結(jié)論：①根河市近48a總的降雪量和降雪強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)， 降雪日數(shù)呈減少趨勢(shì)。②根河市夏季沒(méi)有降雪，降雪量和降雪日數(shù)冬季>秋季>春季，降雪強(qiáng)度秋季>春季>冬季；降雪量和降雪日數(shù)主要集中在11月和12月，占全年的42%和43%。③突變方面，降雪量在1985年發(fā)生突變，降雪日數(shù)在1975年～1976年和2013年有突變，降雪強(qiáng)度的突變年為1991年。