大興安嶺根河林區(qū)40年負(fù)積溫突變分析

張 茹，馬秀枝，劉愛業(yè)，郝晨陽，付 宇

(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.烏拉特前旗農(nóng)牧和科技局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 014400)

全球變暖現(xiàn)已成為我國乃至國際上尤為重要的問題，氣候變暖持續(xù)上升造成我國自然資源及人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生重大影響，對(duì)于農(nóng)業(yè)方面影響尤為嚴(yán)重。在全球氣溫變暖的大背景下，我國平均氣溫明顯大于北半球乃至全球溫度，近50年內(nèi)全球氣溫升高約0.85℃。作為我國北方高緯度地區(qū)，我國東北部地區(qū)溫度上升速率在1955年～2005年間達(dá)到0.3℃/10a～0.4℃/10a[1]。內(nèi)蒙古地區(qū)地域遼闊，氣候變化較大，冷暖空氣季節(jié)性頻繁交匯引起負(fù)積溫產(chǎn)生明顯變化。負(fù)積溫作為冬季的重要性指標(biāo)，是冬季平均溫度<0℃的溫度之和，負(fù)積溫不僅能反映農(nóng)業(yè)生態(tài)變化，還與農(nóng)作物培育等方面密切相關(guān)[2]。有研究表明[3]，1980年中后期甘肅省經(jīng)歷連續(xù)暖冬使得冬季負(fù)積溫逐年減少，對(duì)人類生活中的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)等均造成較大影響。桑建人等[4]的分析表明，經(jīng)分析寧夏各地負(fù)積溫均呈現(xiàn)增加趨勢，但增加幅度在減小。筆者利用內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)根河氣象站1980年～2019年共計(jì)40年的日平均氣溫資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)小于0℃積溫突變進(jìn)行研究分析。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)是我國最大林區(qū)，大興安嶺山脈是我國季風(fēng)區(qū)和非季風(fēng)區(qū)的分界線，對(duì)于我國林業(yè)及農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重大影響作用，因土質(zhì)貧瘠，林木生長較慢，經(jīng)受人類破壞恢復(fù)期漫長[5]。大興安嶺林區(qū)位于我國東北部，處于高緯度的高寒地區(qū)，具有冬季寒冷漫長和夏季炎熱短暫的特征，年平均溫度達(dá)到-3.5℃。

1.2 數(shù)據(jù)選取及研究方法

選取內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)根河氣象站1980年～2019年逐日平均溫度氣象數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)資料由內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局提供。采用一元線性趨勢、5日滑動(dòng)平均法、距平分析法、MK檢驗(yàn)等對(duì)負(fù)積溫變化進(jìn)行研究分析。運(yùn)用5日滑動(dòng)平均法對(duì)日平均溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定負(fù)積溫初始日期及終止日期，將初始日期到終止日期之間小于0℃溫度累計(jì)相加即為根河林區(qū)負(fù)積溫。MK突變檢驗(yàn)即給定顯著性水平P<0.05，在檢驗(yàn)過程中，在UF線超過0.05信度線之內(nèi)，UF和UB線在信度線之間相交即為突變點(diǎn)[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 負(fù)積溫時(shí)間變化

近40年大興安嶺根河林區(qū)負(fù)積溫整體呈減少趨勢，多年平均值為-3 294.65℃，負(fù)積溫在-3 900℃～-3 700℃之間浮動(dòng)，上升傾向率為48.181℃/10a。在20世紀(jì)80年代后期升高的趨勢明顯，在年際變化序列中，近40年負(fù)積溫最高的3個(gè)年份為1998年、2001年和2013年，最少的3年為1986年、2000年和2012年。2013年全省累年的平均積溫為歷年最高值，達(dá)到-2 842℃，最小值2000年為-3 823.3℃，兩者溫度相差達(dá)到981.3℃。研究區(qū)負(fù)積溫除1996年以外，1988年～1998年期間負(fù)積溫比較穩(wěn)定，都在-3 300℃以上。1988年～2000年及2013年～2017年有明顯的持續(xù)性下降趨勢，其中1998年～2000年下降趨勢最為明顯，驟降896.2℃。1986年、2000年、2012年、2017年間有顯著增加的趨勢，其中，2012年～2013年增加趨勢最為明顯，變幅為842.4℃。

內(nèi)蒙古大興安嶺根河林區(qū)負(fù)積溫年代際變化如圖1所示，整體呈現(xiàn)減少趨勢，20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)10年代均低于多年平均值-3 294.65℃，負(fù)積溫年代際變化在-3 200℃～-3 500℃之間浮動(dòng)，以20世紀(jì)90年代最少為3 204.36℃。20世紀(jì)80年代負(fù)積溫值明顯高于多年平均值，20世紀(jì)80年代為最高值3 237.17℃。

圖1 大興安嶺根河林區(qū)負(fù)積溫年代際變化

2.2 負(fù)積溫距平變化

如圖2所示，研究地負(fù)積溫距平變化具有一定的規(guī)律，上升傾向率為1.146℃/10a。1988年之前為負(fù)距平，其中，除1999年、2000年以外，1988年～1998年負(fù)積溫為正距平，且這2個(gè)時(shí)間段的距平數(shù)值均較大，其中最大負(fù)距平為-573.86℃(2000年)和最大正距平為407.44℃(2013年)，2000年～2008年負(fù)積溫距平以振蕩為主。負(fù)積溫距平在1986年、2000年、2012年、2017年均呈現(xiàn)升高趨勢，其中在2012年～2013年距平升高趨勢尤為明顯，為842.4℃。負(fù)積溫距平在1988年～2000年以及2013年～2017年均呈現(xiàn)波動(dòng)式減小的趨勢，減小幅度為896.2℃。

2.3 負(fù)積溫突變分析

由1980年～2018年內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)負(fù)積溫序列的MK檢驗(yàn)結(jié)果可以看出(見圖2)，負(fù)積溫UF和UB線波動(dòng)起伏明顯，負(fù)積溫于20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)00年代區(qū)間內(nèi)發(fā)生了多次突變，負(fù)積溫UF線從1987年開始呈上升趨勢，于1993年通過0.05水平檢驗(yàn)，UF和UB交點(diǎn)均在置信區(qū)間內(nèi)。UF和UB線波動(dòng)較大，說明負(fù)積溫在該時(shí)間范圍內(nèi)突變顯著，在1987年以前UF線基本呈升降起伏的波動(dòng)趨勢，1987年開始上升趨勢明顯，1999年～2009年期間UF和UB較為穩(wěn)定。UF在2009年開始顯著持續(xù)下降，并與UB線相交，2009年即為突變時(shí)間。

由圖2和圖3共同分析可知，負(fù)積溫均在1987年有上升趨勢，距平圖于1986年～1988年呈現(xiàn)上升趨勢，負(fù)積溫UF和UB線于1987年產(chǎn)生交點(diǎn)，發(fā)生突變；負(fù)積溫距平在1998年～2000年呈現(xiàn)減小的趨勢，負(fù)積溫UF和UB線于1999年產(chǎn)生交點(diǎn)，發(fā)生突變，突變分析圖及負(fù)積溫距平圖負(fù)積溫發(fā)生變化時(shí)間具有一致性。

3 結(jié)束語

近40年大興安嶺根河林區(qū)負(fù)積溫整體呈減少趨勢，總體溫度呈升高趨勢，上升傾向率為48.181℃/10a。內(nèi)蒙古大興安嶺根河林區(qū)負(fù)積溫年代際變化整體呈現(xiàn)減少趨勢，20世紀(jì)90年代最少為3 204.36℃，20世紀(jì)80年代為最高值3 237.17℃。內(nèi)蒙古大興安嶺根河林區(qū)負(fù)積溫距平中最大負(fù)距平-573.86℃(2000年)、最大正距平為407.44℃(2013年)，2000年～2008年負(fù)積溫距平以振蕩為主。負(fù)積溫距平在2012年～2013年距平升高趨勢尤為明顯，負(fù)積溫距平在1988年～2000年以及2013年～2017年均呈現(xiàn)波動(dòng)式減小的趨勢。負(fù)積溫距平及突變圖共同分析可知1987年和1999年均發(fā)生大幅度變化。