黑龍江省2012年后由暖干轉(zhuǎn)暖濕型氣候變化及預(yù)測分析

潘華盛，王 勇，鄒 斌，吳玉影

（1．黑龍江省氣象臺，哈爾濱 150030；2．黑龍江省氣象信息中心，哈爾濱 150030；3．龍口市氣象局，山東 龍口 265700）

氣候變化問題已成為一個全球環(huán)境問題，越來越引起世界各國政府和人民的關(guān)注與重視。全球變暖是目前氣候變化的一個主要論題。近100多年來全球地面溫度已升高0．3～0．6℃，其中11個最暖年份發(fā)生在20世紀(jì)80年代中期以后［1－6］。黑龍江省是全國變暖幅度最大值區(qū)之一，近年來所發(fā)生的極端天氣氣候事件日漸增多。1991、1994年嚴(yán)重洪澇和1998年嫩江、松花江超百年一遇的特大洪水；2000～2001年、2007～2008年大面積嚴(yán)重干旱和水資源嚴(yán)重短缺，森林火災(zāi)的頻繁發(fā)生；1985、1994年臺風(fēng)暴雨特別是2012年布拉萬臺風(fēng)給人民生命財產(chǎn)、國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失［7－12］。研究氣候變化及預(yù)測，就是更好地掌握氣候變化規(guī)律趨利避害，對制定國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，特別對農(nóng)業(yè)、水利、生態(tài)環(huán)境事業(yè)的發(fā)展有重要意義。

1 降水變化分析

1．1 百年來降水多、少水時段特征

從圖1可見，1909～2011年年降水回歸方程趨勢項系數(shù)來看，103a中降水趨勢無大變化，在103a減少了15mm，平均減少1．5mm／10a。按5年降水滑動平均和采用u檢驗，將1917～1928年定為少水期；1929～1940年為多水期；1941～1954年為少水期；1955～1966年為多水期；1967～1982年為少水期；1983～1998年為多水期；1999～2011年為少水期。將各時段特征值列入表1。在多、少水期中，持續(xù)的降水多、少年份數(shù)≥12a；出現(xiàn)降水多時的年數(shù)≥8a（1941～1954年稍少水期除外），而且少、多水段極值基本在380～445mm、654～733mm。另從表1可見，多、少水時段持續(xù)時間平均為13．5a，而且1967年后多、少水時段持續(xù)時間尺度在13～16a。1999～2011年已經(jīng)歷了13a基本進(jìn)入了降水轉(zhuǎn)換周期，因此分析預(yù)測未來2012～2014年要開始轉(zhuǎn)多水段，多水的頻率要增多。

圖1 1909～2011年年降水變化及5a滑動平均Fig．1 Annual precipitation of 1909～2011and 5amoving average

表1 多、少水時段特征值Table 1 Much、less water period characteristic values

1．2 周期分析

1954～2011年年降水小波分析見圖2，年降水在長周期30a的變化中，多、少、多、少分布很明顯1954～1966年為多水，1967～1982年為少水，1983～1998年為多水，1999～2011年為少水，2011年后多水已抬頭。另外在14～15a周期變化中，2011年后多水趨勢也開始顯露。

圖2 降水小波分析Fig．2 Precipitation wavelet analysis

1．3 降水年代際變化特征

近百年降水年代際變化特征見圖3，近百年降水年代際變化基本為2升1降或2降1升，30年代降水均值達(dá)565mm。40年代降水下降，50年代降水上升，年代降水均值達(dá)569mm。而后又開始連續(xù)20a（60～70年代）降水呈大幅下降趨勢，70年代降水均值達(dá)471mm，為近100a降水最少期。而后在80年代降水又大幅上升，年代降水均值達(dá)572mm，為近100a降水最多期。之后在90年代和本世紀(jì)10年代，連續(xù)20a降水呈下降趨勢，但年代降水均值未達(dá)到上世紀(jì)70年代最低值。

圖3 降水年代際變化Fig．3 Precipitation decadal change

綜上可見，從上世紀(jì)90年代和本世紀(jì)10年代已連續(xù)2個年代降水下降，因此本世紀(jì)從2012年開始降水應(yīng)該將由少水轉(zhuǎn)為多水。

1．4 轉(zhuǎn)多水開始時間指標(biāo)

歷次轉(zhuǎn)多水的統(tǒng)計見表2，從降水開始的第一年至第三年平均降水量＞多年平均降水量10%～20%或以上，定為多水段的開始年。因此2011年不應(yīng)定為多水段開始，而從2012年開始轉(zhuǎn)多水為宜。

表2 多水期開始第一至第三年降水Table 2 More water first to third years precipitation

年代際轉(zhuǎn)多水指標(biāo)見表3，開始第一至第三年降水平均降水量＞多年平均降水量10%～20%或以上，定為多水年代的開始年代。

表3 年代際多水開始第一至第三年降水Table 3 Decadal much water first to third years precipitation

綜上，我省降水將從2012年開始，由少水段轉(zhuǎn)多水段，時間尺度在13a左右。

2 黑龍江省2011～2050年逐年降水模擬預(yù)報

這一節(jié)引用文獻(xiàn) ［13］部分結(jié)果。

2．1 對2000～2009年黑龍江年平均降水量距平模擬預(yù)報的氣候態(tài)比較與檢驗

使用CCCma、Ccsr、Gfdl、Csiro和 Hadley海－氣數(shù)值模式，采用GS排放情景 （CO2倍增＋氣溶膠）對2000～2050年，其中時段2000～2009年降水模擬預(yù)測來看，近10a降水模擬值往往很小，距平在1～3mm，與實況值均方誤較大，因此不能直接使用模式作降水預(yù)報?？紤]到動力模式系統(tǒng)的偏差，可以像短期預(yù)報模式解釋適用的“MOS”方法一樣，利用模式預(yù)報結(jié)果，選出模擬值與實際監(jiān)測值無顯著差異的通過u檢驗的，正相關(guān)系數(shù)大的 （見表4），預(yù)報較好的4個模式，分別是CCCma、Gfdl、Csiro和Hadley模擬結(jié)果作為因子考慮，構(gòu)建成4因子逐年降水預(yù)報回歸方程，如下：

其中Ysawf為年降水量距平預(yù)報值；a0＝－17．9；a1＝－2．6；a2＝92；a3＝40．8；a4＝148．9；x1、x2、x3、x4分別為CCCma、Gfdl、Csiro、Hadley預(yù)報值；2000～2009年預(yù)報值與實況值擬合相關(guān)系數(shù)為0．70。

表4 2000～2009年10a平均降水量距平模擬值與實況值氣候態(tài)比較Table 4 2000～2009 10aaverage precipitation anomaly simulated and real values of climate state comparison

2．2 2011～2050年逐年降水模擬預(yù)報

未來40a預(yù)報結(jié)果見圖4?？偟慕邓陨云贋橹?。從5a滑動平均來看，2011～2025年降水偏多；2026～2036年降水偏少；2037～2050年降水呈波動升降形勢，趨于正常。從年代際變化來看（圖5），在2011～2020年稍偏多一些，多不足10 mm；降水主要集中在2010～2019年中后期，2019年降水較常年多111mm。2020～2029年，降水明顯減少，較常年偏少30mm，尤其是2027～2029年偏少近100mm，有干旱時段發(fā)生；2030～2039年，降水稍偏多一些，較常年多10mm左右；2040～2050年，降水接近常年值。40a累計降水偏少21mm，減少速率5．2mm／10a，較正常。

3 氣溫

3．1 氣溫變化特征

圖4 2011～2050年逐年降水距平預(yù)報值Fig．4 2011～2050yearly precipitation anomaly forecast values

圖5 2011～2050年降水預(yù)測年代際變化Fig．5 2011～2050precipitation forecast interdecadal variation

從黑龍江省年均氣溫1909～2011年共103a的氣候變化來看，氣溫呈線性上升趨勢 （圖6），103a中上升2℃，平均上升0．2℃／10a。尤其是1988年以來氣溫大幅上升，1988～2011年的24a平均氣溫達(dá)3℃，較歷年平均 （1951～2000年，50a平均2℃）提高了1℃。其中2007～2008年達(dá)到了近百年最高值為4．2℃，高于歷年2．2℃。

圖6 1909～2011年年均氣溫變化Fig．6 Average annual temperature varies from 1909to 2011

在近百年的氣溫變化中共化分4個階段，見表5。1942年前黑龍江省氣溫以偏低為主，1942～1955年有一較短時段的氣溫升高，而后1956～1987年有較長時段維持氣溫較低，1988年開始，1988～2011年氣溫大幅升高。未來高溫時段將持續(xù)，但氣溫有所下降。

3．2 2011～2050年氣溫預(yù)測模擬

1999年利用CCCma、Ccsr、Gfdl、Csiro和Hadley海－氣數(shù)值模式，采用IS92a，GS排放情景，對黑龍江省2000～2050年的氣溫進(jìn)行了年、季的氣候模擬預(yù)測。10a過去了，對5模式進(jìn)行氣候態(tài)檢驗，選取相關(guān)系數(shù)大的，均方誤小的的模式，進(jìn)行2011～2050年氣溫預(yù)測，模式產(chǎn)品輸出的結(jié)果成為因子，進(jìn)行回歸計算，最終結(jié)果見圖7。氣溫呈明顯線性增高趨勢，未來40a將升高1．4℃，在本世紀(jì)40年代增高更為明顯。而在2024、2031、2047年前后也有幾次的降溫年。

圖7 2012～2050年年氣溫距平模擬預(yù)測值Fig．7 2012～2050temperature anomaly prediction value

另從年代際氣溫2010～2050年年代際預(yù)測來看 （圖8）。2010～2019年氣溫較上10a平均下降0．2℃；2020～2029年，2030～3039年，2040～2050年，氣溫一直上升，但在2040～2050年中上升放慢一些，較前10a下降0．1℃。

圖8 2010～2050年年代際氣溫變化預(yù)測Fig．8 2010～2050predication decadal changes in temperature

4 干暖型向濕暖氣候型轉(zhuǎn)換的分析

4．1 氣候變化干濕、冷暖綜合分析

將1909～2011年的年溫度、降水變化經(jīng)5a滑動和趨勢線見圖9，明顯劃分為7個時段 （表6）。在103a中，基本上冷干有2段1909～1927年、1970～1982年，間隔44a；冷濕有2段1928～1940年、1955～1969年，間隔16a；暖干有2段1941～1954年、1999～2011年，間隔45a；暖濕僅有1段1983～1998年。看來上世紀(jì)80年代氣候變暖后只有暖濕、暖干的變化。另外，從時段的轉(zhuǎn)換有14a的周期，因此2012年后14～16a轉(zhuǎn)為暖濕時期 （但暖的程度有些下降）。

4．2 2012～2050年干濕、冷暖時段預(yù)測

將溫度和降水的數(shù)值預(yù)測按年代際結(jié)果給出見表7、圖10，未來40a降水的形勢呈多、少、多、少的趨勢，即2011～2020年為暖濕氣候；2021～2030年為暖干氣候；2031～2040年為暖濕氣候；2041～2050年為暖干氣候。

表6 干濕、冷暖時段劃分Table 6 Dry and wet，cold and warm periods

圖9 干濕、冷暖綜合Fig．9 Dry and wet，cold and warm comprehensive

表7 2012～2050年干濕、冷暖時段Table 7 2012～2050wet and dry，cold and warm periods

圖10 2001～2010年實際值2011～2050年預(yù)測值Fig．1 0 2001～2010actual value and 2011～2050predictive value

5 結(jié) 語

通過對103a降水資料進(jìn)行降水趨勢、時段變化、周期、年代際、數(shù)值模擬等項分析表明，降水總趨勢無大變化，多、少水共分7個時段，轉(zhuǎn)換周期在14a左右；綜合各項結(jié)果2012年將由少水型轉(zhuǎn)為多水型。對溫度變化分析同樣采用以上方法，在103a中年氣溫上升2℃，尤其是1988年以來氣溫大幅上升，1988～2011年的24a平均氣溫達(dá)3℃，較歷年平均提高了1℃。未來氣溫繼續(xù)升高，但較1999～2011年段平均氣溫將有所下降。進(jìn)行氣溫、降水變化的疊合，結(jié)果表明2012年后黑龍江省將由暖干型轉(zhuǎn)為暖濕型。

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