黑龍江省黑土區(qū)近50年來(lái)四季氣溫時(shí)空變化特征分析

陳 晶，楊 帆，田寶星，孫彥坤

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱150030）

IPCC在2001年發(fā)表的報(bào)告中著重指出：20世紀(jì)的氣候變暖是近1 000a以來(lái)最強(qiáng)烈的10a，而且20世紀(jì)90年代可能是近1000a中北半球最暖的10 a，其中1998年可能是最暖的一年［1］。近年來(lái)，我國(guó)許多專家綜合分析了中國(guó)東北地區(qū)的最低溫度、最高溫度或單一季節(jié)的溫度變化［2－8］，對(duì)于黑龍江省氣溫的研究也比較全面［9－13］，但很少有學(xué)者對(duì)黑龍江省黑土區(qū)氣溫進(jìn)行區(qū)域化的細(xì)致研究［14］。黑龍江省“黑土區(qū)”是指位于黑龍江平原及其周邊地區(qū)，海拔在600m以下的平原、丘陵和低山的地區(qū)，該區(qū)域的土壤以“黑土”為主。此處土壤主要是由大量的有機(jī)質(zhì)不斷積累而形成的（即生物的累計(jì)作用）［15］。黑龍江省黑土大面積分布的區(qū)域主要集中在全省的中部地區(qū)，其中包括嫩江縣、五大連池市、北安市、訥河市、克山縣、依安縣、克東縣、拜泉縣、海倫市、綏棱縣、明水縣、蘭西縣、慶安縣、望奎縣、青岡縣、綏化市、巴彥縣、哈爾濱市、賓縣、五常市、雙城市。在全省東部地區(qū)還包括集賢縣、雙鴨山市、寶清縣［16］。

東北作為我國(guó)重要的商品糧基地，由于自然因素加上人為不合理的活動(dòng)生產(chǎn)，黑土區(qū)的生態(tài)環(huán)境遭到了破壞［17］。在眾多氣候要素中，氣溫又起著舉足輕重的作用。為了減緩黑土區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化，本文在全球氣候變暖背景下研究黑龍江省黑土區(qū)四季氣溫變化規(guī)律，采用克立格插值法對(duì)黑土區(qū)1961—2010年四季平均氣溫變化特征進(jìn)行探討，為了解我國(guó)黑龍江省黑土區(qū)氣溫變化特征，保護(hù)黑土區(qū)生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

氣象資料來(lái)源于黑龍江省氣象信息中心，包括1961—2010年近50a來(lái)黑龍江省黑土區(qū)24個(gè)氣象站點(diǎn)通過(guò)實(shí)地觀測(cè)記錄的逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)。采用克立格空間插值法［18－19］和趨勢(shì)性分析法從空間和時(shí)間上分析全省黑土區(qū)氣溫變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑龍江省黑土區(qū)1961－2010年平均氣溫四季空間變化特征分析

如圖1所示，平均氣溫由西向東逐漸降低，中部地區(qū)低于兩端地區(qū)，山地林區(qū)氣溫偏低，并出現(xiàn)了兩個(gè)高溫中心，分別是東部的雙鴨山地區(qū)和南部的哈爾濱地區(qū)，在夏季，五大連池地區(qū)形成了一個(gè)次高溫中心。從各個(gè)季節(jié)的氣溫空間變化來(lái)看，春季與秋季的空間分布十分相似，都是由黑土區(qū)北部向南部逐漸升高。

圖1 黑土區(qū)四季平均氣溫變化空間分布

2.2 黑龍江省黑土區(qū)1961－2010年平均氣溫春季空間變化特征分析

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，從20世紀(jì)60年代到21世紀(jì)00年代，春季氣溫由北向南逐漸上升，總體呈升高的趨勢(shì)，最低氣溫和最高氣溫均有提高，最低溫度由－6.103℃上升到0.656℃，最高溫度由8.276℃上升到9.493℃。高溫中心的面積不斷擴(kuò)大，到21世紀(jì)00年代達(dá)到最大。

圖2 黑土區(qū)春季平均氣溫變化空間分布

2.3 黑龍江省黑土區(qū)1961－2010年平均氣溫夏季空間變化特征分析

圖3 表明，隨著年代的增加，黑土區(qū)夏季氣溫整體略有上升，最低溫度由17.432℃上升到18.491℃，最高溫度由22.412℃上升到23.882℃。黑土區(qū)夏季氣溫整體上由北向南逐漸升高，但在20世紀(jì)90年代，以五大連池和北安地區(qū)為中心形成一個(gè)低溫中心，這在分布圖上十分明顯。20世紀(jì)70、80和21世紀(jì)00年代出現(xiàn)了中部地區(qū)氣溫高于兩端地區(qū)的情況，而且在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了一個(gè)次高溫中心。

圖3 黑土區(qū)夏季平均氣溫變化空間分布

2.4 黑龍江省黑土區(qū)1961－2010年平均氣溫秋季空間變化特征分析

由圖4可知，秋季氣溫年代際空間變化趨勢(shì)與春季十分相似，皆是由北向南逐漸上升，差別不大。最低溫度由－0.935℃上升到0.296℃，最高溫度由7.030℃上升到8.126℃。高溫區(qū)由西向南逐漸移動(dòng)。

圖4 黑土區(qū)秋季平均氣溫變化空間分布

2.5 黑龍江省黑土區(qū)1961－2010年平均氣溫冬季空間變化特征分析

分析黑土區(qū)冬季氣溫空間變化規(guī)律（圖5）可知，平均氣溫由北向南先略有降低然后逐漸升高，最低溫度由－27.290℃上升到 23.748℃，最高溫度由－13.153℃上升到－9.545℃，高溫中心逐漸擴(kuò)大。緯向變化較為明顯?？臻g整體變化較為一致，但是20世紀(jì)80年代在克東地區(qū)形成一個(gè)次高溫中心，21世紀(jì)00年代在克東地區(qū)形成一個(gè)次低溫中心，與克東相鄰的拜泉縣形成一個(gè)相對(duì)較高的次高溫中心。

圖5 黑土區(qū)冬季平均氣溫變化空間分布

2.6 黑龍江省黑土區(qū)1961－2010年平均氣溫的年及季節(jié)變化趨勢(shì)分析

分別以黑龍江省黑土區(qū)1961—2010年四季平均氣溫及年平均氣溫為變量，年代為自變量，依次對(duì)各個(gè)序列做線性擬合，得出：50a來(lái)黑龍江省黑土區(qū)春季線性擬合增長(zhǎng)率為全年為0.368℃／10a，春季0.331℃／10a，夏季為0.246℃／10a，秋季為0.337℃／10a，冬季為0.563℃／10a（圖6—7）。結(jié)果表明，黑土區(qū)全年及四季平均氣溫整體呈上升趨勢(shì)，但每個(gè)季節(jié)的增溫幅度不同，其中冬季增溫最為顯著，秋季、春季次之，夏季則呈弱增溫趨勢(shì)。黑土區(qū)年、四季平均氣溫的最高值、最低值及出現(xiàn)的相應(yīng)年份如表1所示。

圖6 1961－2010年黑龍江省黑土區(qū)平均溫度季節(jié)變化

圖7 1961－2010年黑龍江省黑土區(qū)全年平均溫度的變化

表1 黑土區(qū)年、季氣溫變化中的最高值和最低值出現(xiàn)的年份

如表2所示，冬季、夏季在不同時(shí)期溫度增加幅度較大，但從近50a來(lái)溫度變化趨勢(shì)來(lái)看，卻表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。

表2 不同時(shí)期黑龍江省黑土區(qū)平均氣溫的年及季節(jié)線性趨勢(shì) ℃／10a

特別是夏季，不同時(shí)期內(nèi)10a平均溫度增加幅度最大，但是整體上的線性趨勢(shì)卻不明顯。而冬季在20世紀(jì)60，70年代平均氣溫增幅較大，但是20世紀(jì)80，90和21世紀(jì)00年代氣溫增幅較小，因而整體線性趨勢(shì)最大。10a平均氣溫最大負(fù)距平出現(xiàn)在1961—1970年的冬季，為－3.036℃／10a；最大正距平出現(xiàn)在1981—1990年的秋季，為2.708℃／10a。

3 結(jié)論

（1）近50a來(lái)黑龍江省黑土區(qū)四季平均氣溫年代際變化在空間上比較一致。氣溫皆是由黑土區(qū)北部向南部逐漸升高，在哈爾濱和雙鴨山地區(qū)形成高溫中心，隨著年代的變化，高溫區(qū)不斷擴(kuò)張，并有向南移動(dòng)的趨勢(shì)。

（2）四季平均氣溫年代際變化具有空間差異性，不同季節(jié)的年代際空間變化有所區(qū)別。在夏季，20世紀(jì)90年代，以五大連池和北安地區(qū)為中心形成一個(gè)低溫中心，五大連池在20世紀(jì)80年代轉(zhuǎn)變?yōu)榇胃邷刂行摹Ｔ诙荆?0世紀(jì)80年代克東地區(qū)形成一個(gè)次高溫中心，到21世紀(jì)00年代，克東轉(zhuǎn)變?yōu)榇蔚蜏刂行?，與其相鄰的拜泉縣轉(zhuǎn)變成高溫中心。而在春秋兩季并沒(méi)有形成溫度中心地帶。

（3）近50a來(lái)黑龍江黑土區(qū)全年及四季平均氣溫整體呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代中期以前氣溫明顯偏低，80年代后期氣溫明顯升高，這一事實(shí)與東北近百年來(lái)為明顯增溫趨勢(shì)的結(jié)論相一致。

（4）近50a來(lái)黑龍江黑土區(qū)冬季增溫幅度最為明顯，其次是春、秋兩季，夏季升溫較弱。由此表明，年平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)的主要貢獻(xiàn)來(lái)自于冬季升溫，這一結(jié)果與中國(guó)東北冬季增溫最顯著的事實(shí)相符。

［1］ 王紹武.全新世氣候變化［M］.北京：氣象出版社，2011.

［2］ 馬沖亞，王海霞，付長(zhǎng)超.東北地區(qū)50年氣溫序列特征及趨勢(shì)研究［J］.長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，28（6）：55－59.

［3］ Hong Y T ，Wang Z G，Jiang H B，et al.A 6000－year Record of Changes in Drought and Precipitation in Northeastern China Based on13C Time Series From Peat Cellulose［M］.Earth Planet Sci Lett，2001.

［4］ Yang B，Braeuning A，Johnson K R，et al.General characteristics of temperature variation in China during the last two millennia［J］.Gephys.Res.Letts.，2002，29（9）：381－384.

［5］ 李輯，龔強(qiáng).東北地區(qū)夏季氣溫變化特征分析［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2006，22（1）：6－10.

［6］ 劉實(shí)，閆敏華.隋波.東北三省冬季氣溫變化的有關(guān)研究進(jìn)展［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2009，5（6）：357－361.

［7］ 孫瑩，江靜，楊青，等.東北夏季氣溫分區(qū)變化特征［J］.氣象科學(xué)，2008，28（1）：50－55.

［8］ Wallace J M，Gutzler D S.Teleconnections in the geopotential height field during the Northern Hemisphere winter［J］.Mon.Wea.Rev.，1981，109（4）：784－812.

［9］ 于梅，邢俊江，于洪敏.黑龍江省近46年氣溫變化［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2009，18（3）：158－164.

［10］ 高永剛，那濟(jì)海，顧紅，等.黑龍江省氣候變化特征分析［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35（5）：45－47.

［11］ 楊鳳海，楊鳳江，蘇琦，等.基于ArcGIS的黑龍江省活動(dòng)積溫空間插值與計(jì)算［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（1）：61－66.

［12］ 朱紅蕊，劉赫男.黑龍江省1961—2009年極端氣溫事件變化特征分析［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2011，7（2）：110－115.

［13］ 周秀杰，張桂華，潘華盛.黑龍江省氣候變暖對(duì)極端天氣氣候事件的影響［J］.氣象，2002，28（2）：51－55.

［14］ 玄明君.黑龍江省黑土區(qū)氣候時(shí)空變化特征分析［D］.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

［15］ 魏丹，楊謙，遲鳳琴.東北黑土區(qū)土壤資源現(xiàn)狀與存在問(wèn)題［J］.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（6）：69－72.

［16］ 趙軍，商磊，蕊翠萍，等.基于GIS的黑土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間變化分析［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與研究，2006，22（4）：304－307.

［17］ 李發(fā)鵬，李景玉，徐宗學(xué).東北黑土區(qū)土壤退化及水土流失研究現(xiàn)狀［J］.水土保持研究，2006，13（3）：50－54.

［18］ 孔令娜，向南平.基于ArcGIS的降水量空間插值方法研究［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2012，35（3）：123－126.

［19］ 曹文靜，李強(qiáng)子，蒙繼華，等.基于GIS的氣溫插值方法比較［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2007，28（增刊）：175－186.