南極長城站氣溫、風和降水變化特征分析

馬　強，王亞婷，張　翠，何　云，郭光源

(1.固原市氣象局，寧夏固原　756000；2.吳忠市氣象局，寧夏吳忠　751100)

?

南極長城站氣溫、風和降水變化特征分析

馬強1，王亞婷1，張翠1，何云1，郭光源2

(1.固原市氣象局，寧夏固原756000；2.吳忠市氣象局，寧夏吳忠751100)

摘要：利用南極長城站1985—2014年所獲取的地面常規(guī)氣象觀測資料，對其氣溫、風和降水變化特征進行分析，結(jié)果表明：長城站年平均氣溫為-2.2 ℃, 氣候變化趨勢率為0.079 ℃/10 a，近30 a長城站氣溫升高了0.24 ℃，秋季氣溫增速最大。年平均風速為7.3 m/s, 最多風向為ESE；大風天氣多，年平均大風日數(shù)為133 d，冬季大風日數(shù)(13 d)較其它季節(jié)多，春季平均風速(7.9 m/s)較其它季節(jié)大，大風主要風向集中出現(xiàn)在N—W、S—E兩個方向區(qū)間。降水主要以雪和雨夾雪為主；月平均降水量45.5 mm，降水日數(shù)為25 d，降水日數(shù)無顯著的季節(jié)性變化；夏季降水量呈減少趨勢，其它三季降水量呈增多趨勢；年降水量為546.5 mm，年降水日數(shù)為296 d，降水量變化趨勢與以往結(jié)論相左，近30 a長城站的降水量呈增多趨勢，氣候變化趨勢率為41.8 mm/10 a。

關鍵詞：南極長城站；氣溫；風； 降水

長城站(60°12′S，58°58′W，海拔高度10 m)位于南極半島附近的喬治王島菲爾德斯半島上,處在極地西風帶南極輻合帶邊緣，其氣候?qū)儆诘湫偷膩喣蠘O海洋性氣候[1]；全年影響長城站的天氣系統(tǒng)有：極地氣旋、南美洲高壓、南極大陸高壓等,其中極地氣旋是對長城站天氣狀況影響最主要的天氣系統(tǒng)[2]。長城站天氣復雜多變，常會出現(xiàn)大霧、雨雪、大風、雪暴等惡劣天氣現(xiàn)象，晴好天氣較少[3]；黃耀榮等[4]分析了長城站的氣壓場和風場變化，認為長城站氣壓的年際變化可能存在著4～5 a的周期性變化，夏半年盛行東高西低的氣壓形勢，冬半年盛行西南高東北低的氣壓形勢；許淙等[5]對長城站的溫度場和濕度場進行了分析，結(jié)果表明常年低溫、高濕、長時間降水是長城站的天氣特點；卞林根[6]等對南極長城站1985—2008年風和降水等要素的氣候特征進行分析，發(fā)現(xiàn)長城站具有明顯的氣候變暖趨勢，降水量的年際變化呈減少趨勢。本文對長城站近30 a的氣溫、風和降水變化規(guī)律特征進行不同時間尺度上的分析，以期獲得長城站氣候變化特征，使其對研究南極地區(qū)氣候變化和全球氣候變化起到一定參考作用。

1資料和方法

所用資料為1985—2014年南極長城站氣象臺(世界氣象組織國際區(qū)站號：89058)常規(guī)地面氣象觀測數(shù)據(jù)。氣溫、風向、風速數(shù)據(jù)采用自動氣象站正點數(shù)據(jù)，正點數(shù)據(jù)采樣頻率和算法為：氣溫數(shù)據(jù)每分鐘采樣6次，去掉一個最大值和一個最小值后，求算術(shù)平均值；風向、風速數(shù)據(jù)每秒采樣1次，求取10分鐘滑動平均值；降水數(shù)據(jù)為人工定時觀測值。利用統(tǒng)計距平分析法[7]和線性趨勢擬合方法對長城站氣溫、風和降水不同時間尺度的變化統(tǒng)計分析，獲得長城站近30 a氣候變化趨勢及規(guī)律。四季采用氣象學統(tǒng)計劃分：春季(9—11月)、夏季(12月—次年2月)、秋季(3—5月)、冬季(6—8月)。

2氣溫變化特征

2.1年際變化

近30 a長城站的年平均氣溫為-2.2 ℃，最高為-0.7 ℃，最低為-3.4 ℃。1985—2014年平均氣溫距平變化表現(xiàn)為緩慢增溫趨勢，氣候變化趨勢率為0.079 ℃ /10 a(圖1)，可以看出升溫階段和降溫階段持續(xù)時間相差不大，降溫年份(13 a)較升溫年份(17 a)相對偏少；氣溫變化分為三個階段(表1)：1985—1995年氣溫變化波動較大，波動幅度為2.7 ℃，平均氣溫距平為-0.3 ℃，屬于相對偏冷期；1996—2005年氣溫波動較小，波動幅度為1.7 ℃，平均氣溫距平為0.4 ℃，正距平有9 a，這一時期氣溫回升趨勢明顯，屬于相對偏暖期；2006—2014年氣溫波動較大，波動幅度為2.3 ℃，平均氣溫距平為0 ℃。從三個階段的距平值可以看出長城站氣溫變化呈增溫趨勢，近30 a長城站氣溫升高了0.24 ℃。

圖1　1985—2014年長城站年平均氣溫距平年際變化(直線為趨勢線)

℃

2.2季節(jié)變化

從表2可看出，長城站近30 a夏季總體呈變冷趨勢，共降溫0.22 ℃，氣溫波幅最小為1.7 ℃，最低平均氣溫為0.3 ℃，比全年最低平均高3.7 ℃。其它三季氣溫變化總體為增暖趨勢，尤以秋季為甚，期間共增暖0.77 ℃，甚至有些年份秋季平均氣溫大于0.0 ℃；春季近30 a增溫0.13 ℃，氣溫波幅為3.6 ℃；冬季近30 a增溫0.12 ℃，是氣溫年際波動最大的季節(jié)，波幅達8.2 ℃。各季的氣溫氣候變化趨勢率分別為：0.044 ℃/10 a(春季)、-0.074 ℃/10 a (夏季)、0.259 ℃/10 a(秋季)、0.041 ℃/10 a(冬季)，說明近30 a長城站春、秋、冬季呈增溫趨勢，秋季氣溫增溫趨勢最明顯,而夏季呈降溫趨勢。

表21985—2014年長城站氣溫的季節(jié)特征

℃

3風變化特征

3.1平均風速和大風日數(shù)

1985—2014年長城站年平均風速為7.3 m/s。從圖2可看出：月平均風速分布呈單峰狀，10月最大為8.5 m/s，1月最小為6.0 m/s。平均風速季節(jié)特點為春季最大，冬季和秋季次之，夏季最小。

圖2　1985—2014年長城站月平均風速和大風累積日數(shù)

長城站年平均八級以上的大風(≥17.0 m/s)日為133 d，月平均大風日為11 d。大風日最多的為2001年(229 d)，占全年日數(shù)的2/3以上，可見多大風天氣是長城站的天氣特征之一。2013年8月19日日極大風速達38.0 m/s(12級大風)，致使長城站科研樓外墻保溫板被大風吹落，氣象觀測儀器損壞嚴重。由圖2可看出，大風累積日數(shù)10月最多(445 d)，1月最少(156 d)；從月平均大風日數(shù)來看，冬季大風日最多(13 d)，秋季和夏季次之(12 d)，春季最少(6 d)。

3.2風向

由表3可看出，長城站大風風向春季集中出現(xiàn)在N—W方向區(qū)間；夏季、秋季集中出現(xiàn)在S—E和N—W方向區(qū)間，且出現(xiàn)日數(shù)相近；冬季大風也主要出現(xiàn)在N—W、S—E方向區(qū)間，以N—W方向區(qū)間出現(xiàn)大風次數(shù)最多?？傮w來看，長城站大風風向主要集中出現(xiàn)在N—W、S—E兩個方向區(qū)間。

表31985—2014年長城站大風風向季節(jié)分布

d

由1985—2014年長城站日最大風向頻率玫瑰圖(圖3)來看，全年最多風向為ESE，次多風向為WNW。各個季節(jié)風向的分布與大風風向分布特征一致。其中春季最多風向為W，夏季最多風向為WNW，秋、冬季最多風向為ESE(表4)。

圖3　1985—2014年長城站全年日最大風向頻率/%玫瑰圖

%

4降水變化特征

4.1年際變化

長城站平均年降水量為546.5 mm，年降水日數(shù)為296 d，占全年日數(shù)的2/3以上。由1985—2014年長城站降水量距平和降水日數(shù)年際變化(圖4)可以看出：長城站降水量距平趨勢變化和年降水日數(shù)變化基本一致，降水量年際變化呈增加趨勢，降水量距平氣候變化趨勢率為41.8 mm/10 a。1985—1990年，降水量除1987年為負距平外，其它年份(5 a)均為正距平；1991—2007年降水量明顯減少，負距平年份有15 a，只有1999年和2006年為正距平，年降水量最少的年份就出現(xiàn)在這段時期(1997年為293.9 mm)；2008—2014年降水又開始明顯增多，年降水量均為正距平，且距平值較大，2013年降水量達到最大(878.8 mm)?？傮w來看，近30 a長城站的年降水日數(shù)和年降水量變化趨勢相符，降水增加了125 mm。

圖4　1985—2014年長城站降水量距平和降水日數(shù)年際變化(直線為趨勢線)

4.2季節(jié)變化

1985—2014年長城站的月平均降水量為45.5 mm，月平均降水日數(shù)為25 d，無顯著季節(jié)性變化(表5)。季降水量秋季最多，其次為夏季，春季和冬季幾乎相同且相對最小，季降水量變幅春季最大(226.3 mm)，其次為秋季(214.3 mm)和冬季(167.9 mm)，夏季最小(159.0 mm)。季降水量年際波動較大，有的年份降水量相差4～5倍，其中秋季波動最大。各季的降水量氣候變化趨勢率分別為：14.1 mm/10 a(春季)、-2.7 mm/10 a (夏季)、29.5 mm/10 a(秋季)、1.3 mm/10 a(冬季)，說明近30 a只有夏季降水量呈減少趨勢，其它季降水呈增多趨勢。

表5　1985—2014年長城站降水量

5結(jié)論

(1)長城站年平均氣溫為-2.2 ℃, 氣候變化趨勢率為0.079 2 ℃/10 a，近30 a氣溫升高了0.24 ℃；春、秋和冬季呈增溫趨勢，其中秋季增溫趨勢最明顯，夏季呈降溫趨勢。

(2)長城站年平均風速為7.3 m/s,春季平均風速較其它季節(jié)大，最多風向為ESE；大風天氣多，年平均大風日數(shù)為133 d，冬季大風日數(shù)較其它季節(jié)多，大風風向主要集中在N—W、S—E兩個方向區(qū)間。

(3)長城站年降水量為546.5 mm，年降水日數(shù)為296 d，30 a來降水量呈上升趨勢，降水量距平氣候變化趨勢率為41.8 mm/10 a，降水增加了125 mm。月平均降水量45.5 mm，月平均降水日數(shù)為25 d，降水日數(shù)無顯著的季節(jié)性變化，夏季降水量呈減少趨勢，其它季節(jié)降水呈增多趨勢。

參考文獻：

[1]卞林根,馬永鋒,逯昌貴,等.南極長城站(1985—2008)和中山站(1989—2008)地面溫度變化[J].極地研究,2010,22(1)：1-9.

[2]陳善敏,卞林根.1985年影響南極半島地區(qū)的極地氣旋[C]//國家海洋極地研究中心.南極科學考察論文集(四).北京：海洋出版社,1989：10-20.

[3]黃耀榮,許淙,張海影,等.西南極長城站地區(qū)晴好天氣研究[C]//國家海洋環(huán)境預報中心.極地考察海洋氣象論文集.北京：海洋出版社,2008：356-362.

[4]黃耀榮,許淙,尹濤.南極長城站氣壓場和風場分析[C]//國家海洋環(huán)境預報中心.極地考察海洋氣象論文集.北京：海洋出版社,2008：351-355.

[5]許淙,黃耀榮.南極長城站溫度場和濕度場分析[C]//國家海洋環(huán)境預報中心.極地考察海洋氣象論文集.北京：海洋出版社,2008：396-401.

[6]卞林根,馬永鋒,逯昌貴,等.南極長城站(1985—2008)和中山站(1989—2008)風和降水等要素的氣候特征[J].極地研究,2010,22(4)：321-333.

[7]白冰,薛萬孝,孔令旺,等.甘肅省1963～2012年氣候變化特征[J].高原山地氣象研究，2013,33(2)：41-45.

[8]國立極地研究所.南極氣象學[M].北京：海洋出版社,1991.

[9]Schwerdtfeger W.南極的天氣和氣候[M].賈朋群，卞林根,張永萍，譯.北京：氣象出版社,1989.

中圖分類號：P467

文獻標識碼：A

作者簡介：馬強(1986—)，男，漢族，寧夏固原人，學士，助理工程師，從事地面綜合氣象觀測。

收稿日期：2015-08-14

文章編號：1006-4354(2016)01-0025-04

馬強，王亞婷，張翠，等.南極長城站氣溫、風和降水變化特征分析[J].陜西氣象，2016(1)：25-28.