南極長(zhǎng)城站氣侯特征及其趨勢(shì)

李靜鋒，卞林根，丁卓銘，逯昌貴

（1.廣西南寧市氣象局，南寧，530029；2.中國氣象科學(xué)研究院；3.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心）

1 引言

長(zhǎng)城站是我國在南極建立的第一個(gè)科學(xué)考察站，位于南極半島的喬治王島上（62°13′S，58°58′W）。1985年建成后，于當(dāng)年開展常規(guī)地面氣象觀測(cè)，已連續(xù)開展30年的觀測(cè)。為我國研究南極在全球氣候變化中的作用積累了豐富資料。1985-1996年觀測(cè)資料研究指出，長(zhǎng)城站所在南極半島地區(qū)具有典型的亞南極海洋性氣候。主要特點(diǎn)是常年濕度大、陰天和降水日多，大風(fēng)頻繁，最高氣溫低于12℃，最低氣溫大于-30℃[1]。南極是地球的“冷極”和“風(fēng)極”。南極曾實(shí)測(cè)到地面最低氣溫為–89.2℃，實(shí)測(cè)的最大瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)96m.s-1，是全球地面風(fēng)速最大的地方。文獻(xiàn)指出，南極半島是南極氣候變化的敏感區(qū)并在快速變暖[1]。由于不同研究所用資料的長(zhǎng)度和南極資料的稀少，目前這一結(jié)論仍有爭(zhēng)論。為更深入了解南極半島地區(qū)的氣候變化特征，本文利用南極長(zhǎng)城站1985-2013年氣象資料分析近30年來的氣候特征和變化趨勢(shì)，有助于評(píng)估南極半島的氣候變化。

2 資料與方法

分析資料來自長(zhǎng)城站1985-2013年的氣溫、本站氣壓、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)向風(fēng)速等氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。年平均值由以下數(shù)據(jù)求得：根據(jù)每日05、11、17、23時(shí)（UTC）四次觀測(cè)值求得日平均值，各日平均值求得月平均值，由此計(jì)算得出年平均值。年極值為該年出現(xiàn)的最大或最小值。長(zhǎng)城站1992年前觀測(cè)儀器設(shè)備為人工觀測(cè)設(shè)備，1992年開始實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)。對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行年際間的分析比較，采用線性回歸方法分析未來的變化趨勢(shì)，

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫

圖1 長(zhǎng)城站1985—2013年平均氣溫的時(shí)間序列(折線)及變化趨勢(shì)(虛線)，直線為平均值

圖1給出了長(zhǎng)城站1985-2013年年平均氣溫的時(shí)間序列。1985-2013年長(zhǎng)城站歷年平均氣溫為-2.2℃，年平均最高氣溫為-0.7℃，出現(xiàn)在1989年；最低為-3.4℃，出現(xiàn)在1987年和2007年。除1989年年平均氣溫大于-1.0℃外，其余年份均小于-1.0℃。年平均氣溫＞-2℃的年份有12年，占42%；年平均氣溫≤-2℃—＞-3℃間的年份有10年，占34%；年平均氣溫≤-3℃的年份有7年，占24%?！?2.2℃歷年平均溫度的年份有16年，占55%，即暖年比例大。1985-1994年平均氣溫為-2.4℃，低于歷年平均值；1995-2004年氣溫明顯回暖，平均氣溫為-1.9℃，僅1995、2002年氣溫低于年平均值；2005-2013年平均氣溫為-2.3℃，氣溫略低于歷年平均氣溫。其周期性變化較明顯，出現(xiàn)兩低一高的變化。

長(zhǎng)城站30年平均氣溫升高約0.21℃，變化速率為0.07℃/10a，有升溫趨勢(shì)，但不明顯。氣溫的變化與高、低壓天氣系統(tǒng)的影響關(guān)系密切。

圖2 長(zhǎng)城站1985-2013年年最高氣溫（菱形）、最低氣溫（方形）及變化趨勢(shì)(虛線)

長(zhǎng)城站1985-2013年歷年最高氣溫的最大值為11.7℃，出現(xiàn)在1985年；最小值為5.5℃，出現(xiàn)在1991年。圖2給出了歷年最高氣溫的時(shí)間序列。最高氣溫與年平均氣溫一樣，具有明顯的周期性變化，1995-2004年明顯偏高，1985-1994年、2005-2013年則偏低。年最高氣溫變化速率為-0.47℃/10a，30年最高氣溫降低1.41℃，降溫趨勢(shì)明顯。1985-2013年歷年最低氣溫的最小值為-27.7℃，出現(xiàn)在1998年；歷年最低氣溫的最大值為-14.0℃，出現(xiàn)在1989年。1999-2013年，年最低氣溫較之前年份變化平緩，且要高于之前的年份。30年最低氣溫升高了2.91℃，變化速率為0.97℃/10a，升高趨勢(shì)尤為明顯。分析顯示，最低氣溫比最高氣溫變化大，從九十年代末開始，氣溫的變化趨于平緩，而最高溫度呈下降傾向，最低氣溫呈升高趨勢(shì)。其變化趨勢(shì)表明長(zhǎng)城站所在的喬治王島變暖趨勢(shì)不明顯具有大尺度氣候的變化特征。

3.2 氣壓

圖3 長(zhǎng)城站1985—2013年平均本站氣壓的時(shí)間序列(折線)及變化趨勢(shì)(虛線)，直線為平均值

圖3給出了長(zhǎng)城站1985-2013年年平均氣壓的時(shí)間序列。1985-2013年年平均氣壓為989.3hpa，最高值為993.8hpa，出現(xiàn)在2000年；最低值為986.3hpa，出現(xiàn)在1990年。1985-1994年平均氣壓為989.3hpa，與歷年平均值持平；1995-2004年平均氣壓為989.7hpa，高于歷年平均值；2005-2013年平均氣壓為988.9hpa，較歷年平均值偏低，即近年來氣壓處于緩慢下降的趨勢(shì)，變化速率為-0.19hpa/10a，30年本站氣壓降低0.57hpa，降低趨勢(shì)不明顯。這一趨勢(shì)表明影響長(zhǎng)城站的氣旋可能增多。

圖4 長(zhǎng)城站1985-2013年年最高本站氣壓（菱形）、最低本站氣壓（方形）及變化趨勢(shì)(虛線)

長(zhǎng)城站1985-2013年歷年最高氣壓的最大值為1034.6hpa，出現(xiàn)在2000年；歷年最高本站氣壓的最小值為1016.6hpa，出現(xiàn)在1986年。由圖4看出，長(zhǎng)城站年最高氣壓呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，變化速率為0.72hpa/10a，30年最高本站氣壓升高2.16hpa。1985-2013年最低氣壓的最小值為938.3hpa，出現(xiàn)在2004年；最大值為955.4hpa，出現(xiàn)在2007年。最低本站氣壓變化速率為-1.39hpa/10a，30年最低本站氣壓降低4.17hpa。

3.3 相對(duì)濕度

圖5 長(zhǎng)城站1985—2013年平均相對(duì)濕度的時(shí)間序列(折線)及變化趨勢(shì)(虛線)，直線為平均值

圖5給出長(zhǎng)城站1985-2013年年平均相對(duì)濕度的時(shí)間序列。1985-2013年年平均相對(duì)濕度為89%，最高值為93%，出現(xiàn)在1993年；最低值為85%，出現(xiàn)在2003年。大于89%的年平均相對(duì)濕度的年份有14年，占48%。30年升高了1.02%，變化速率為0.34%/10a，趨勢(shì)不明顯。相對(duì)濕度的變化與暖濕氣流的影響有關(guān)。西北或偏北氣流將低緯度的暖濕空氣輸送到長(zhǎng)城站地區(qū)，使?jié)穸仍龃螅粬|南氣流則產(chǎn)生大風(fēng)降雪天氣，濕度也增大[3]。

3.4 降水

長(zhǎng)城站1985-2013年年平均降水量為539.3mm，年最大值為878.8mm，出現(xiàn)在2013年；最小值為293.9mm，出現(xiàn)在1997年，年降水量的變率

圖6 長(zhǎng)城站1985—2013年降水量的時(shí)間序列(折線)及變化趨勢(shì)(虛線)，直線為平均值

較大，最大值與最小值相差3倍之多。大于539.3mm的年降水量的年份有14年，占48%。降水量偏少的年份是由于氣旋活動(dòng)相對(duì)減少和高壓系統(tǒng)增強(qiáng)，晴好天氣多。從2003年開始，降水量逐年增多，并并呈現(xiàn)出穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。由圖6看出，年降水量變化速率為32.5mm/10a，30年增多97.5mm，增多趨勢(shì)異常明顯，2013年年降水量首次突破了800mm。降水量的增多，主要原因是氣旋增多，尤其是受氣旋偏南或東南氣流控制產(chǎn)生的暴風(fēng)雪帶來大量降水。

圖7 長(zhǎng)城站1985-2013年日降水量大于1.0mm日數(shù)（折線）及變化趨勢(shì)(虛線)

圖7給出了長(zhǎng)城站1985-2013年歷年日降水量≥1.0mm日數(shù)的時(shí)間序列。歷年日降水量≥1.0mm的日數(shù)最多的年份為2013年，日數(shù)為206d；最少的年份為1998年，日數(shù)為83d。2002年后，各年的降水日數(shù)變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定，且有逐年增多的趨勢(shì)。2013年≥1.0mm的日數(shù)達(dá)到了歷史極值，該年降水量也為建站以來的最大值。日降水量≥1.0mm日數(shù)變化速率分別為4.75d/10a，30年增加14.25d。降水日數(shù)的多少與當(dāng)年氣旋的活動(dòng)關(guān)系密切。

圖8 長(zhǎng)城站1985-2013年年最大日降水量

長(zhǎng)城站歷年最大日降水量為35.6mm，出現(xiàn)在1988年；最小降水量為10.5mm，出現(xiàn)在1994年。歷年日最大降水量≥20.0mm的年份有13年，其中1985-1994年有4年，1995-2004年有3年，2005-2013年有6年。在長(zhǎng)城站所在的喬治王島，由于四面臨海，產(chǎn)生降水的天氣系統(tǒng)主要來自于氣旋。近年年最大日降水量有穩(wěn)定增多趨勢(shì)，這可能與氣旋活動(dòng)持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度增強(qiáng)有關(guān)。

3.5 風(fēng)速和風(fēng)向

圖9 長(zhǎng)城站1985—2013年平均風(fēng)速的時(shí)間序列(折線)及變化趨勢(shì)(虛線)，直線為平均值

長(zhǎng)城站1985-2013年平均風(fēng)速為7.5m.s-1，變化速率為-0.10ms-1/10a，變化趨勢(shì)不明顯。年平均風(fēng)速最大值為8.5m.s-1，出現(xiàn)在1989年；最小值為6.5 m.s-1，出現(xiàn)在2002年。大于7.5m.s-1的年份有16年，占55%。1985-1991年連續(xù)七年風(fēng)速值大于年平均值，1992-1998年六年風(fēng)速值小于歷年平均值。

圖10 長(zhǎng)城站1985-2013年歷年極大風(fēng)速值

長(zhǎng)城站1985-2013年歷年極大風(fēng)速值最大值為38.0m.s-1，風(fēng)力等級(jí)為十三級(jí)，風(fēng)向?yàn)镋SE，出現(xiàn)在2013年；最小值為25.7m.s-1，風(fēng)力等級(jí)為十級(jí)，風(fēng)向?yàn)镋SE，出現(xiàn)在1990年。歷年極大風(fēng)速風(fēng)力等級(jí)均在十級(jí)風(fēng)以上，年極大風(fēng)速風(fēng)力等級(jí)為十級(jí)的年份有3年（1985、1986、1990年），風(fēng)力等級(jí)為十一級(jí)的年份有10年，風(fēng)力等級(jí)為十二級(jí)的年份有13年，風(fēng)力等級(jí)為十三級(jí)的年份有3年（1991、2004、2013年）。由以上數(shù)據(jù)可知，長(zhǎng)城站歷年極大風(fēng)速等級(jí)以十二級(jí)為主，占45%，其次為十一級(jí)大風(fēng)，占34%。歷年極大風(fēng)速出現(xiàn)月份集中出現(xiàn)南極的冬季，6-9月份共21次，占72%；最多月份為9月，出現(xiàn)7次。歷年平均大風(fēng)日數(shù)為138天，一年當(dāng)中38%的天數(shù)出現(xiàn)≥17.0m.s-1（風(fēng)力八級(jí)）的大風(fēng)。長(zhǎng)城站之所以產(chǎn)生風(fēng)力等級(jí)如此大的風(fēng)且出現(xiàn)次數(shù)頻繁，主要原因是長(zhǎng)城站受極地氣旋影響頻繁。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，夏季每月侵入長(zhǎng)城站氣旋有6-8個(gè)，平均3-4d就有氣旋侵入南極半島喬治王島地區(qū)。冬季每月5-7個(gè)，且強(qiáng)度比夏季大[6]。

圖11 長(zhǎng)城站1985-2013年風(fēng)向頻率（單位：%）

由圖11可以看出，影響長(zhǎng)城站的盛行風(fēng)向是WNW和ESE，所占比例分別為63%和18%。這兩個(gè)方向也是極地氣旋影響長(zhǎng)城站的主要路徑。1985-1994年主導(dǎo)風(fēng)向與1985-2013年相似，風(fēng)向頻率最大的是WNW，接近15%，方向N所占比例略低，而WSW、ESE比例要高；1995-2004年主導(dǎo)風(fēng)向發(fā)生了較大的變化，W所占頻率升至14%，N所占頻率達(dá)到了11%，而ESE頻率降至8%，主導(dǎo)風(fēng)向W-N明顯增強(qiáng)，該10年影響長(zhǎng)城站的天氣系統(tǒng)主要來自W-N方向；2005-2013年主導(dǎo)風(fēng)向仍為WNW-N，但頻率略有降低，ESE方向頻率增加，說明極地氣旋從東南方向影響長(zhǎng)城站的頻率有所增加。

4 結(jié)論

（1）長(zhǎng)城站1985-2013年年平均氣溫為-2.2℃，平均氣溫變化速率為0.07℃/10a，氣溫升高的傾向不明顯。年極端最高氣溫呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，年極端最低氣溫則呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。

（2）年平均氣壓為989.3hpa，變化速率為-0.19hpa/10a，趨勢(shì)不明顯，最低值的變化趨勢(shì)明顯大于最高值的變化趨勢(shì)。

（3）年平均相對(duì)濕度為89%，變化速率為0.34%/10a，變化趨勢(shì)不明顯。由于長(zhǎng)城站已屬于高濕區(qū)域，因此相對(duì)濕度值升高有限，仍受氣旋和高壓系統(tǒng)活動(dòng)影響。

（4）年降水量為539.3mm，變化速率為32.5mm/10a，增多趨勢(shì)明顯。1985-1994年和2005-2013年平均降水量高于歷年平均值，尤其是2005-2013年平均降水量高出歷年平均值近90.1mm，而1995-2004年平均降水量則低于歷年平均值107.6mm，年日降水量大于1.0mm的日數(shù)變化速率為4.75d/10a，日數(shù)逐年增多，年最大日降水量也呈逐年增多趨勢(shì)。

（5）年平均風(fēng)速為7.5m.s-1，變化速率為-0.1ms-1/10a，變化趨勢(shì)不明顯。年極大風(fēng)速均在十級(jí)風(fēng)以上，并以十二級(jí)為主，占45%，最大風(fēng)力達(dá)到十三級(jí)。年極大風(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)向出現(xiàn)頻率最高的是ESE。影響長(zhǎng)城站的天氣系統(tǒng)來自西北和東南方向。

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