塔河1971-2020 年氣候變化特征分析

張柏松，吳樹森，袁秀芝，潘明溪

（1.塔河縣氣象局，黑龍江 塔河 165200；2.漠河市氣象局,黑龍江 漠河 165399）

1 引言

近年來，全球氣候變暖引起社會廣泛關注，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，世界各地組織、政府以及廣大專家和學者對氣候變化進行了深入研究。IPCC 第六次評估報告（AR6）第一工作組報告指出[1]：相對于1850-1900 年，2001-2020 年這20 a 平均的全球地表溫度升高了0.99 ℃，而2011-2020 年10 a 平均的全球地表溫度已經(jīng)上升約1.09 ℃。1850 年以來，最近40 a 的每個10 a 的全球地表溫度都相繼比此前的任何一個10 a 要暖。任國玉等[2]系統(tǒng)分析了中國大陸氣候要素演化的時間和空間特征，得出中國近50 a 來平均地表氣溫變暖幅度為1.1 ℃，增溫速率接近0.22℃/10 a，全國平均降水量變化趨勢不明顯。吳樹森等[3]研究了中國最北漠河氣候特征，表明漠河是中國最寒冷的地區(qū)，上世紀60-70 年代是漠河氣溫偏冷期、降水偏少期，80 年代以后為氣溫偏暖期、降水偏多期。張融民等[4]首次對塔河氣候變化進行了分析，發(fā)現(xiàn)氣溫上世紀70 年代為偏冷期，本世紀2011-2017年為偏暖期，氣候變暖貢獻最大的是夏季。張可楊等[5]通過對大興安嶺地區(qū)降水量和氣溫變化趨勢分析，指出大興安嶺夏季降水增幅速率最大，冬季氣溫增幅速率最大。塔河縣城處于大興安嶺中心地帶，地理位置優(yōu)越，林業(yè)資源豐富，其氣候特征在全區(qū)具有一定的代表性，四季分明，雨熱同期，干冷同季，客觀分析塔河氣候變化趨勢,對適應氣候變化，為地方經(jīng)濟建設和可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 研究區(qū)概況

塔河縣位于黑龍江省西北部、伊勒呼里山北麓，西與漠河縣相鄰，南與新林區(qū)、呼中區(qū)接壤，東與呼瑪縣毗鄰。塔河縣境內地勢呈中高、兩側低，屬于寒溫帶大陸季風性氣候，由于受地理環(huán)境、海陸氣團及季風的交替影響，氣候變化顯著，冬季漫長干燥而寒冷，夏季短暫而濕熱，春季多大風而少雨，秋季降溫急劇，霜凍早。塔河氣象站(124°72′E，52°35′N)，氣溫最大年較差47.2 ℃，平均無霜期98 d，年日照時數(shù)2015-2865 h。主要氣象災害有暴雪、霜凍、干旱、極寒等。

2.2 數(shù)據(jù)來源及分析方法

選用塔河縣氣象觀測站1971-2020 年的氣溫、降水量資料,計算了50 a 的氣溫和降水年均值及年代的平均值，按3-5 月為春季，6-8 月為夏季，9-11月為秋季，12 月-次年2 月為冬季的劃分方法，生成逐季的氣溫和降水資料。

分析方法主要采用線性擬合趨勢、多項式分析、距平分析等方法。30 a 均值采用世界氣象組織規(guī)定的1981-2010 年標準氣候平均值。氣候異常特征分析按照國家冷冬、暖冬等級劃分標準，單站冬季平均氣溫距平（△T）≤標準差的-0.43 倍（冷冬閾值）則為冷冬，≥標準差的0.43 倍（暖冬閾值）則為暖冬。

3 氣溫變化特征

3.1 氣溫的年、代際變化分析

根據(jù)1971-2020 年塔河縣平均氣溫數(shù)據(jù)統(tǒng)計，近50 a 塔河縣年平均氣溫為-2.2 ℃，平均氣溫曲線隨時間變化呈波動上升趨勢（圖1），年平均氣溫氣候傾向率為0.25 ℃/10 a，通過了0.01 顯著性檢驗，與我國地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢一致，僅比全國地表年升溫速率（0.26 ℃/10 a）偏低0.1 ℃[6]。這說明在全球氣候變暖的大背景下，塔河縣氣溫也呈明顯上升趨勢，氣溫總體上升了1.2 ℃。從年平均氣溫距平變化分析（圖2），近50 a 來24 a 為正距平，25 a為負距平，處于距平0 ℃有1 a（1982 年），正負距平次數(shù)相當。

圖1 1971-2020 年塔河年平均氣溫變化趨勢

圖2 1971-2020 年塔河年平均氣溫距平變化

從多項式擬合曲線可知，近50 a 來氣溫趨勢從明顯偏低期，進入一個略高期，再降為一個略低期，最后升到一個明顯偏高期。在氣溫整體變化過程中，有2 個相對偏冷期和3 個相對偏暖期。偏冷期為1971-1987 年、1996-2001 年，距平分別為-0.5 ℃、-0.4 ℃；偏暖期為1988-1995 年、2002-2008 年、2014-2020 年，距平分別為0.6 ℃、0.4 ℃、0.4 ℃。

塔河最冷年份為2009 年，年平均氣溫為-4.2℃，最暖年有2 a，分別為1990 年、2017 年，年平均氣溫均為-0.5 ℃，最冷年與最暖年溫差為3.7 ℃。塔河極端最低氣溫出現(xiàn)在1980 年1 月12 日，為-45.8℃；極端最高氣溫出現(xiàn)在2010 年6 月25 日，為38.0℃，極端最低氣溫與極端最高氣溫相差83.8 ℃。

從氣溫年代際分析（表1），上世紀70 年代是塔河最冷時期，平均氣溫為-2.9 ℃，氣溫距平為-0.7℃，負距平占100 %，為各年代最低值。80-90 年代氣溫明顯上升，為相對暖期，平均氣溫均為-2.1 ℃，氣溫距平均為0.1 ℃，正距平占60 %，比70 年代上升了0.8 ℃。本世紀前10 a 氣溫波動明顯，整體呈下降趨勢，平均氣溫為-2.1 ℃，氣溫距平為-0.1 ℃，正負距平各占50 %，與前20 a 相比氣溫下降0.2 ℃。本世紀10 年代氣溫再次明顯上升，平均氣溫為-1.7 ℃，氣溫距平為0.7 ℃，正距平占80%，比上世紀70 年代上升了1.2 ℃，成為塔河最暖時期。

表1 塔河逐年代、四季平均氣溫及距平/℃

3.2 氣溫的四季變化分析

從塔河各個季節(jié)平均氣溫線性趨勢可以看出(圖3)，塔河各季都表現(xiàn)出增溫趨勢，但各季的增溫幅度不同，夏季增溫最為明顯，春季增溫較為明顯，秋季增溫相對較弱-些，而冬季增溫最小，這與相鄰的漠河冬季增溫最為明顯、夏季增溫不明顯相反。根據(jù)各季氣候傾向率幅度變化，氣候變暖貢獻大小依次為夏季＞春季＞秋季＞冬季。如下圖：

圖3 1971-2020 年塔河(a)冬，（b）春，(c)夏，(d)秋季年平均氣溫變化趨勢

冬季平均氣溫為-23.3 ℃，氣候傾向率為0.09 ℃/10 a，增溫幅度最不明顯，沒有通過顯著性檢驗，表明冬季對氣候變暖影響不大。從年代分析：上世紀80-90 年代冬季增溫幅度明顯，但沒有保持持續(xù)增溫，進入本世紀前20 a 又略有下降。根據(jù)國家標準《GB/T 33675-2017 冷冬等級》[7]和《GB T 21983-2020暖冬等級》[8]，采用1981-2010 年冬季平均氣溫值作為氣候平均值，通過計算，有21 a 為冷冬，29 a 為暖冬。

春季平均氣溫為0.1 ℃，氣候傾向率為0.34 ℃/10 a，增溫幅度非常明顯，通過了0.05 顯著性檢驗，表明春季對氣候變暖影響較大。從年代分析：上世紀80 年代季增溫幅度明顯，90 年代-本世紀前10 a 又略有下降，本世紀10 年代又有上升。

夏季平均氣溫為16.9 ℃，氣候傾向率為0.41 ℃/10 a，增溫幅度最為明顯，通過了0.01 顯著性檢驗，表明夏季對氣候變暖影響最大。從年代分析：每個年代都保持升溫態(tài)勢，其氣溫變化對全年氣候影響很大。

秋季平均氣溫為-2.6 ℃，氣候傾向率為0.14 ℃/10 a，增溫幅度較明顯，沒有通過顯著性檢驗，表明秋季對氣候變暖影響較小。從年代分析：上世紀80-本世紀前10 a 氣溫升降幅度在0.1 ℃的范圍內，本世紀10 年代增溫幅度較明顯。

3.3 氣溫的月變化分析

塔河月平均氣溫變化曲線呈階梯式上升、下降，月際之間溫差十分明顯。4-9 月平均氣溫在0 ℃以上共5 個月；10-3 月在0 ℃以下共7 個月。最冷月1 月月平均氣溫為-25.2 ℃，最暖月7 月月平均氣溫為18.8 ℃，最冷與最暖月溫差為44.0 ℃。從線性變化趨勢分析，月平均氣溫增幅較大的月份依次為11、9、10、4 月，氣候傾向率分別為0.86、0.81、0.70、0.44（℃/10 a），表明對氣候變暖影響較大；增幅最小的月份為12 月，氣候傾向率為0.11 ℃/10 a，其次為1、2、5月，氣候傾向率均為0.12 ℃/10 a，表明對氣候變暖影響較小。

4 降水變化特征

4.1 降水年代際變化分析

根據(jù)1971-2020 年塔河縣降水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，近50 a 塔河縣年平均降水量為473.8 mm，降水量曲線隨時間變化呈波動增多趨勢，遞增率為16.12 mm/10 a(圖4)，通過了0.1 顯著性檢驗，明顯高于全國的5.1 mm/10 a 的增多趨勢[6]。從年降水量距平變化分析(圖5)，近50 a 來正距平24 a，負距平26 a，正負距平次數(shù)相當。從多項式曲線可知，近50 a 來塔河降水趨勢為從明顯偏少期，進入一個降水略多期，再降為一個略少期，最后升到一個明顯偏多期，其變化規(guī)律與氣溫多項式曲線變化基本一致。在降水趨勢升降過程中，有3 個偏少時段和4 個偏多時段。偏少時段為1971-1981 年、1986-1989 年、2005-2012 年，距平分別為-51.4 mm、-97.7 mm、-49.5 mm；偏多時段為1982-1985 年、1990-1993 年、1997-2001 年、2015-2020 年，距平分別為118.4 mm、56.7 mm、24.9 mm、85.9 mm。

圖4 1971-2020 年塔河年平均降水量變化趨勢

圖5 1971-2020 年塔河年平均降水量距平變化

最大降水出現(xiàn)在1982 年，為713.0 mm，最小降水出現(xiàn)在2002 年，為264.0 mm。塔河日最大降雨出現(xiàn)在2015 年7 月27 日，為100.9 mm，日最大降雪出現(xiàn)在1989 年4 月18 日，為16.1 mm。最大雪深為40 cm，出現(xiàn)在2017 年11 月，共3 d。

從年代際分析，各年代降水趨勢極不均衡。上世紀70 年代塔河降水波動幅度小，是近50 a 降水最少時期，降水距平-50.3 mm，相當于平均每年少降一次暴雨過程。80-90 年代呈增多趨勢，距平為正值，到本世紀前10 a 降水波動幅度較大，又進入一個偏少時期，降水距平-24.3 mm，直至本世紀10 年代進入波動幅度小且明顯偏多時期，降水量比上世紀70 年代偏多近100 mm，降水距平為49.1 mm，相當于平均每年增多一次暴雨過程(表2)。

表2 塔河逐年代、四季平均降水量及距平/mm

4.2 降水季節(jié)變化特征

受大氣環(huán)流及時空變化的影響，塔河降水存在明顯的季節(jié)性差異，從各季降水線性趨勢可以看出，春、夏、秋3 季都呈增多趨勢，冬季為遞減趨勢(圖6)，四季均沒有通過顯著性檢驗。氣候傾向率大小依次為夏季＞春季＞秋季＞冬季，這與塔河氣溫季節(jié)傾向率變化相一致，說明塔河氣溫與降水存在很好的相關性。

圖6 1961-2020 年塔河季(a)冬,(b)春,(c)夏,(d)秋季降水量變化趨勢

冬季季平均降水量為15.8 mm，僅占全年降水的3.3 %，對全年降水變化影響不大，季降水氣候傾向率為-0.31 mm/10 a，表明對降水量增幅沒有貢獻。從年代分析：上世紀70-80 年代、本世紀前10 a 為負距平，其它2 個年代降水增幅明顯，為正距平。

春季季平均降水量為70.3 mm，僅占全年降水的14.8 %，對全年降水變化影響略小，季降水氣候傾向率為4.08 mm/10 a，表明對降水量增幅貢獻較大。從年代分析：各年代都呈明顯遞增趨勢，本世紀10 年代增幅最為明顯，距平為15.3 mm。

夏季季平均降水量為301.1 mm，僅占全年降水的63.6 %，對全年降水變化影響極大，季降水氣候傾向率為10.02 mm/10 a，表明對降水量增幅貢獻最大。從年代分析：上世紀70 年代、本世紀前10 a 為負距平，其它3 個年代均為正距平，距平值為13.1-27.8 mm。

秋季季平均降水量為80.7 mm，僅占全年降水的17.0 %，季降水氣候傾向率為2.33 mm/10 a，表明對降水量遞增有一定影響。從年代分析：各年代都呈明顯遞增趨勢，本世紀前10 a 增幅最為明顯，距平為11.3 mm。

4.3 降水的月變化特征

塔河月降水差異較大(圖7)，7 月為降水最多月份，平均為123.9 mm，極端最大值為221.4 mm（1977年）；2 月為降水最少月份，平均為3.8 mm，極端最小值為0.0 mm（1989 年）。全年降水主要集中在6-8月，是塔河主汛期。從線性變化趨勢分析，各月降水存在不同程度的遞增趨勢，其中：8、10 月份遞增率最大，分別為15.86 mm/10 a、17.0 mm/10 a，其次是4、5、7、9 月也有較明顯的遞增。11、12、1、2 月份降水遞增率微小，12 月僅為0.02 mm/10 a。

圖7 1961-2020 年塔河月降水量變化趨勢

5 結論

（1）50 a 來塔河年平均氣溫為-2.2 ℃，平均以0.22 ℃/10 a 的傾向率升高。上世紀70 年代為偏冷期，本世紀2011-2020 年為偏暖期。氣候變暖貢獻最大的是夏季，其次是春季。

（2）50 a 來塔河年均降水量為473.8 mm，年降水量增幅為16.12 mm/10 a。上世紀70 年代為降水偏少期，2011-2017 年為降水偏多期。增幅貢獻最大的是夏季，其次是春季。降水季節(jié)分配不均，主要集中在6-8 月，降水占全年的63.6 %。

（3）塔河年代降水量與年代平均氣溫變化有很好的相關性，季降水量與季平均氣溫變化也存在很好的相關性。