大興安嶺地區(qū)降水量和氣溫變化趨勢分析

張可揚(yáng) 李天權(quán) 曲延浩 高峰 林婧文 姜立春

摘 要：以大興安嶺地區(qū)為研究區(qū)域，利用大興安嶺地區(qū)5個氣象站點(diǎn)1961-2014年的月氣溫和月降水量的資料，使用R軟件與Excel軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行探索與處理，獲得1961-2014年大興安嶺地區(qū)的降水量及氣溫的變化情況，并對其進(jìn)行驗(yàn)證，研究該地區(qū)1961-2014年降水量及氣溫的變化趨勢。研究結(jié)果表明，1961-2014年大興安嶺地區(qū)平均氣溫在-22.27～9.67 ℃，年平均氣溫波動上升，氣溫傾向率為0.88 ℃/10 a，明顯高于全國平均增溫速率0.22 ℃/10 a。其中冬季增溫速率最大，為0.605 7 ℃/10 a。1961-2014年大興安嶺地區(qū)平均降水量在17.52～44.82 mm，年平均降水量波動上升，降水量傾向率為1.00 mm/10 a，與全國年均降水量略微下降的趨勢相反。夏季降水增長速率最大，為2.51 mm/10 a。

關(guān)鍵詞：氣溫 降水量 變化趨勢

中圖分類號：S162 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8023（2018）05-0008-07

Abstract： Taking the Daxinganling area as the research area， using the data of monthly temperature and precipitation of 5 meteorological stations from 1961 to 2014， the data was explored and processed using R software and Excel software. The precipitation and temperature changes in the Daxinganling area from 1961 to 2014 were obtained and verified， and the trends of precipitation and temperature in the area from 1961 to 2014 were studied. Results showed that the average temperature was -22.27-9.67 ℃ in Daxinganling area during 1961-2014， which the annual temperature appeared rising trend. The climatic trend rate was 0.88℃/10a and it was higher than the national average warming speed， 0.22 ℃/10 a， in which winter warming rate was the highest， 0.605 7 ℃/10 a. the average precipitation was 17.52-44.82 mm in Daxinganling area during 1961-2014， which the annual precipitation appeared rising trend. The climatic trend rate was 1.00 mm/10 a and it was reverse to the slight decline trend of national average precipitation. The summer precipitation growth rate was the highest， 2.51 mm/10 a.

Keywords： Temperature； precipitation； change trend

0 引言

氣候變化問題一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的一個焦點(diǎn)，研究氣候的變化對于我國生產(chǎn)發(fā)展具有重大的意義。根據(jù)IPCC調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，1906年到2005年間，全球地表溫度增加了0.74℃[1]，1961到2005年我國東北地區(qū)的氣溫呈上升趨勢，且上升幅度較大[2]，前人研究所得東北地區(qū)年平均氣溫增溫速率為0.32℃/10 a（P<0.01） [3]，降水量傾向率為-5.71 mm/10 a（P>0.05）[4]，從60年代到90年代為大興安嶺地區(qū)的偏冷期，90年代后則為偏暖期[5]，1961到2014年間，降水量在1981年出現(xiàn)一個突變點(diǎn)，表現(xiàn)為降水量在該年間顯著增多[6]。近年來全球氣候異常變化與氣象災(zāi)害不斷增多，大興安嶺所處東北地區(qū)是氣候脆弱區(qū)和對氣候變暖最敏感地區(qū)之一。氣候的變化對林區(qū)會造成相應(yīng)的影響與威脅，如21世紀(jì)后，降水減少，可燃物的積累與溫度的上升，干旱的出現(xiàn)，使氣候向更利于林火發(fā)生的方向演變[8]。氣溫升高，使土壤水分蒸發(fā)加快，土壤中的水分減少，濕度下降，導(dǎo)致作物生長緩慢甚至出現(xiàn)嚴(yán)重旱災(zāi)[9]。因此對大興安嶺氣候變化趨勢及異常氣候變化預(yù)測十分必要。本文選取大興安嶺地區(qū)5個氣象站點(diǎn)1961-2014年月氣溫與月降水量資料進(jìn)行研究，希望能為林業(yè)生產(chǎn)提供可參考材料。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選用由國家氣象局提供的黑龍江省大興安嶺地區(qū)5個氣象數(shù)據(jù)站點(diǎn)（表1）：50136（漠河），50246（塔河），50349（新林），50353（呼瑪），50442（加格達(dá)奇），去掉異常值和缺值。

1.2 研究方法

本研究運(yùn)用R軟件、excel等軟件，對大興安嶺地區(qū)5個站點(diǎn)的氣溫、降水的季節(jié)、年際變化進(jìn)行相關(guān)性分析，季節(jié)劃分方法為：春季：2-4月；夏季：5-7月；秋季：8-10月；冬季：11-1月。將氣溫、降水量的變化與時間變化統(tǒng)一，研究氣溫、降水量與時間變化的關(guān)系，描述氣候在1961-2014這54年來變化趨勢。

2 結(jié)果分析

2.1 氣溫變化規(guī)律

將1961-2014年的氣象數(shù)據(jù)分為總體、春、夏、秋、冬5個部分分別做出變化規(guī)律折線圖，以較簡明地表現(xiàn)大興安嶺地區(qū)的氣溫變化規(guī)律，圖中起點(diǎn)年份為1961年，如圖1～圖5所示。

1961-2014年大興安嶺地區(qū)年平均氣溫在-22.27～9.67℃，平均氣溫總體呈上升趨勢，平均增溫速率為0.88℃/10 a（圖1），高于東北平均增溫速率0.6℃ /10a，也明顯高于全國平均增溫速率0.22℃/10 a[5]。年份變化與年平均氣溫的變化線性相關(guān)性較小，線性相關(guān)系數(shù)僅為0.261，總體呈線性增長關(guān)系，變暖趨勢比較明顯。1961-1975年平均氣溫變化幅度較大，呈現(xiàn)較高的上升趨勢；1975-2014年的平均氣溫變化趨勢則趨于平穩(wěn)；1990年出現(xiàn)最高值。

春季平均氣溫總體呈上升趨勢，年際變化幅度較大，波動范圍為-2.72～3.39℃，平均增溫速率為0.42℃/10 a（圖2），與哈爾濱地區(qū)的變化趨勢相反[8]；夏季平均氣溫在14.97～18.70℃，平均增溫速率為0.21℃/10 a，每年的夏季平均氣溫總體較高，呈較平緩的上升趨勢，1972、1982、1999年出現(xiàn)了突變點(diǎn)，出現(xiàn)平均氣溫極低的情況，在1970年、2008年、2011年出現(xiàn)平均氣溫，其余年份的平均氣溫則呈現(xiàn)上升的態(tài)勢（圖3）；秋季平均氣溫在-4.29～0.17℃，平均增溫速率為0.26℃/10 a，總體變化趨勢與春季平均氣溫變化趨勢一致，每年的平均氣溫變化幅度大，總體呈現(xiàn)上升趨勢，上升幅度較為緩慢（圖4）。冬季平均氣溫在-30.2～-20.19℃，平均增溫速率為0.61℃/10 a，平均氣溫變化趨勢與夏季平均氣溫變化趨勢基本相同，在1965年與1969年出現(xiàn)1961-2014年最低溫，1961-2007年為總體上升趨勢，2008-2014年出現(xiàn)略微下降（圖5）。

氣候變化與人類活動息息相關(guān)，一般認(rèn)為氣溫的上升主要與二氧化碳濃度升高、太陽活動等因素有關(guān)，而人類活動所產(chǎn)生的二氧化碳對大氣中二氧化碳的濃度變化影響較大，從而影響了氣溫的上升。近年來人類活動的增強(qiáng)，給大氣中帶來了更多的二氧化碳，因此總體氣溫也隨著時間的推移逐年上升；春夏秋三個季節(jié)的溫度變化趨勢與年變化趨勢相同，而冬季平均氣溫在2007年之后出現(xiàn)下降趨勢，該變化與當(dāng)時出現(xiàn)的三次極端寒冷天氣有關(guān)，冬季出現(xiàn)的極寒氣候使氣溫大幅度下降， 是導(dǎo)致冬季平均氣溫產(chǎn)生下降趨勢的主要原因。

2.2 降水量變化規(guī)律

將1961-2014年的氣象數(shù)據(jù)分為總體、春、夏、秋、冬5個部分來分別做出變化規(guī)律折線圖，以較簡明地表現(xiàn)大興安嶺地區(qū)的降水量變化規(guī)律，如圖6～圖10所示。

1961-2014年大興安嶺地區(qū)平均降水量在17.52～44.82 mm，年平均降水量出現(xiàn)上升趨勢。平均增長速率為1.00 mm/10 a，與全國年平均降水量略微下降的趨勢相反。1965年到2005年的年平均降水量變化不大，1981年的降水量顯著增多， 2005年后，降水量的變化量增大，與氣溫在年份變化中的變化相互吻合，可知降水量與氣溫有一定的相關(guān)性，年份推移與平均降水量變化線性相關(guān)性較小，相關(guān)系數(shù)僅為0.16（圖6）。研究國內(nèi)外其他學(xué)者所得出的結(jié)論可知，在東北地區(qū)的降水量變化總體呈減少趨勢，分為三個階段，1951-1970年為多雨時期，1970-1988年為一個少雨時期，在這個時段里降水的年際波動不大。1989-2007年這段時間降水的年際波動相對較大，1990年為相對多雨期，2000-2007年則為相對少雨期，根據(jù)大興安嶺在東北地區(qū)的地理位置，可知大興安嶺地區(qū)降水量的增長幅度較大[2]，該結(jié)論與本文所得結(jié)論相似。

觀察春季平均降水量折線圖（圖7）可知，春季平均降水量在105.27～426.67 mm，平均增長速率為0.77 mm/10 a，春季年平均降水量變化較為平緩，總體為上升趨勢，但1961-2014年總體變化幅度在0～400 mm間小幅度變化，其中1961年到2003年的平均降水量變化較為平緩，2004-2014年的平均降水量幅度出現(xiàn)較大變化。由夏季平均降水量折線圖（圖8）可知，夏季平均降水量在588.87～1448.73 mm，平均增長速率為2.51 mm/10 a，1961-2014年夏季平均降水量變化幅度較大，但總體數(shù)值較高，在600～1 400 mm，在1991與2003年出現(xiàn)1961-2014年來降水量較大的情況；根據(jù)秋季平均降水量折線圖（圖9）可知，秋季平均降水量在102.93～504.73 mm，平均增長速率為0.02 mm/10 a，秋季平均降水量變化趨勢與其他季節(jié)的變化趨勢不同，秋季平均降水量變化趨勢呈現(xiàn)下降趨勢，1961-2014年秋季平均降水量在100～500 mm緩步變化，在1981與1986年降水量值較小，在2008年出現(xiàn)較大值。由冬季平均降水量變化折線圖（圖10）可知，冬季平均降水量在17～105.89 mm，平均增長速率為0.52 mm/10 a冬季平均降水量變化較為平緩，總體呈上升趨勢，變化區(qū)間為20～100 mm，在2009與2010年間出現(xiàn)極大值。

降水量的變化與多方面因素有關(guān)，如背風(fēng)坡與迎風(fēng)坡的關(guān)系、溫度變化、相對濕度、植被和大氣環(huán)流等。大興安嶺地區(qū)的降水量總體呈上升趨勢，其主要原因之一是全球氣候的變暖，導(dǎo)致降水的增加；1987年大興安嶺火災(zāi)發(fā)生后，人們對于森林火災(zāi)的控制、人工降雨等，使該地區(qū)相對濕度的增加，森林火災(zāi)發(fā)生減少，也是降水量上升的原因之一。

2.3 氣溫和降水量的年代際變化

距平是某一系列數(shù)值中的某一個數(shù)值與平均值的差，距平值在氣象上，主要是用來確定某個時段或時次的數(shù)據(jù)，相對于該數(shù)據(jù)的某個長期平均值是高還是低。氣溫與降水量的變化規(guī)律可以通過距平值的大小客觀的反映出來，因此通過計算大興安嶺地區(qū)的年代際平均氣溫、各季節(jié)平均氣溫的距平值，研究大興安嶺地區(qū)平均氣溫與平均降水量在年代際變化中的演變規(guī)律。見表2和表3。

表2和表3中以10 a為單位，計算平均氣溫與平均降水量，并與1961-2014年的平均氣溫與平均降水量作對比，得出表2與表3的數(shù)據(jù)，2011-2014不足10 a，因此以該4年作為單位獨(dú)立進(jìn)行計算。

由表2可知，4個季節(jié)的氣溫總體都呈上升趨勢，根據(jù)距平值的變化來看，春冬季節(jié)在1981-1990十年間平均氣溫的距平值為正值，增溫速度大于夏秋兩季。1961-1970年4個季節(jié)的平均氣溫的距平值為負(fù)值，1981年到1990年間春冬季節(jié)平均氣溫的距平值轉(zhuǎn)為正值，此時氣溫表現(xiàn)為顯著上升，在2011-2014年年平均氣溫的距平值略微下降，數(shù)值由6.88變?yōu)?.32，在整體氣溫變化趨勢都表現(xiàn)為上升的情況下，2001-2014年的冬季平均氣溫的距平值出現(xiàn)負(fù)值，該變化可能與2000-2001年冬季出現(xiàn)的三次東北型極端事件有關(guān)，來自寒潮關(guān)鍵區(qū)與西伯利亞高壓地區(qū)的冷空氣團(tuán)還有來自冰島北部附近的冷空氣團(tuán)對東北地區(qū)的溫度變化產(chǎn)生了影響，因此大興安嶺冬季的氣溫也出現(xiàn)了相應(yīng)的降溫情況[7]。從1961年到2014年的總體上升幅度較明顯，可以認(rèn)為是近年來的全球變暖，二氧化碳排放量的顯著增加有關(guān)，人類活動的增多，溫室效應(yīng)的加劇是導(dǎo)致大興安嶺地區(qū)氣候變暖的主要原因。

由表3可知，夏季的降水量增加趨勢最為明顯，但波動幅度較大，在1971-1980年的距平值為-95.79 mm，1981-1990年間的距平值為113.65 mm，增幅高達(dá)209.44 mm，為1961-2014年間最大增幅，秋季年平均降水量的距平值呈平穩(wěn)波動趨勢，但在1991-2000年出現(xiàn)了較大的增幅，隨后恢復(fù)平穩(wěn)，春秋冬三季的降水量在1961-2000年緩慢增加，2001-2014年間略有下降。隨著氣溫的上升，年平均降水量總體呈上升趨勢。1961-1980、2001-2010為少雨年代，1981-2000、2011-2014年為多雨年代[5]，其原因由于大興安嶺地區(qū)氣候較為敏感，為溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣溫升高，溫室效應(yīng)加強(qiáng)，會對降水量產(chǎn)生較大的影響，有些年份可能會出現(xiàn)突變的氣候情況，可能會導(dǎo)致干旱、洪水等災(zāi)害。

2.4 氣溫與降水量的年際變化相關(guān)性研究

將1971-2010年的數(shù)據(jù)分割成每5年一組，將1971年開始到2010年結(jié)束的前后每五年的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，降水量及氣溫兩個氣候因素與以每5年為一個時間段的前后兩個時間段中，環(huán)境的變化是否會出現(xiàn)一定的、連貫的相關(guān)性，因此通過前后5年的相關(guān)性分析來研究降水量及氣溫這兩個氣候因素與每段時間之間的關(guān)系，見表4、表5。

根據(jù)表格的數(shù)據(jù)我們可以分析，年平均氣溫、年平均降水量在每5年的年際變化中并無任何的規(guī)律，相關(guān)性時高時低，表4中，1971-1975年間與1976-1980年間的相關(guān)系數(shù)為0.14，而1976-1980年間與1991-1995年間的氣溫變化相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.73；表5中，1971-1975年間與1976-1980年間的數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)為0.86，而1971-1975年間與1991-1995年間的相關(guān)性為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.44?？芍甏H關(guān)系上，降水量、氣溫的變化在前后5 a之間具有隨機(jī)性。

2.5 各站點(diǎn)年均氣溫與降水量差異性分析

分別對5個站點(diǎn)每個年代的年均氣溫及年均降水進(jìn)行方差分析與多重比較，詳情見表6、表7。由表可知90年代時，不同站點(diǎn)的平均氣溫存在極顯著差異（P<0.01），其余年代下沒有顯著性差異。對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較的結(jié)果顯示，除90年代外，70、80、00 3個年代之間沒有顯著差異（P>0.01），呼瑪、塔河、加格達(dá)奇3站之間多重比較的結(jié)果相同，沒有顯著差異，這3站與漠河、新林之間均有顯著差異；九十年代時，呼瑪、漠河兩站沒有顯著差異，這兩站與其余3站之間均有顯著差異?？偟姆讲罘治霰砻?，不同站點(diǎn)的平均氣溫存在極顯著差異（P<0.01）。其中，塔河、漠河兩站不存在顯著差異，新林、加格達(dá)奇兩站不存在顯著差異，塔河、漠河兩站與新林、加格達(dá)奇兩站存在顯著差異，而呼瑪站與其余站點(diǎn)存在顯著差異。

根據(jù)表6顯示，不同站點(diǎn)的每個年代的平均降水存在極顯著差異（P<0.01）。在所有的時間段，加格達(dá)奇和呼瑪沒有顯著差異，新林與塔河除70年代外，也沒有顯著差異。加格達(dá)奇、呼瑪兩站與新林、塔河兩站總存在明顯差異，漠河與其余站點(diǎn)總是存在顯著差異。總體方差分析表明，不同站點(diǎn)的平均降水都存在極為顯著的差異。其中，加格達(dá)奇與呼瑪沒有顯著差異，新林與漠河沒有顯著差異，加格達(dá)奇、呼瑪兩站與新林、漠河兩站存在明顯差異，而塔河與其余站點(diǎn)存在顯著差異。

3 結(jié)論

大興安嶺地區(qū)氣溫年代變化呈波動上升趨勢，1961-1970、1971-1980、1991-2000三個年代期間平均氣溫小幅波動，1991-2000年氣溫開始上升，2001-2010年氣溫大幅上升，較上個年代上升2.184℃，之后在2011-2014年氣溫大幅下降，較上個年代下降2.30℃，春冬季節(jié)的升溫趨勢最明顯，對于大興安嶺地區(qū)的溫度上升貢獻(xiàn)較大。

大興安嶺地區(qū)降水量年代變化呈波動上升趨勢，其中1971-1980年降水量大幅下降，較上個年代下降64.737 mm，1991-2000年降水量大幅上升，較上個年代上升79.188 mm，夏季降水量增加趨勢最為明顯，對于大興安嶺地區(qū)的降水量貢獻(xiàn)較大。

降水量及氣溫隨著時間推移總體呈上升趨勢，在上世紀(jì)90年代左右開始出現(xiàn)部分減少趨勢。年均降水量與年均氣溫兩個氣候因素在每個年代之間并無相關(guān)關(guān)系，充滿了隨機(jī)性。（不是結(jié)論，而是討論）

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]IPCC. Climate change 2007： the physical science basis[M]. Cambridge， UK： Cambridge University Press， 2007.

[2]付長超，劉吉平，劉志明.近60年東北地區(qū)氣候變化時空分異規(guī)律的研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23（12）：60-65.

FU C C， LIU J P， LIU Z M. Nearly 60 years in the northeast of spatial and temporal variation of climate change research [J]. Resources and Environment in Arid Areas， 2009， 23（12）：60-65.

[3]翟獻(xiàn)帥，蘇筠，方修琦.東北地區(qū)近30年來溫度變化的時空差異[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2017，38（2）：20-27.

ZHAI X S， SU J， FANG X Q. Temperature changes in nearly 30 years in the northeast of space and time difference[J]. Agricultural Resources and Regionalization in China， 2017， 38（2）：20-27.

[4]賀偉，布仁倉，熊在平，等.1961-2005年東北地區(qū)氣溫和降水變化趨勢[J].生態(tài)學(xué)報，2013，33（02）：519-531.

HE W， BU R C， XIONG Z P， et al. Temperature and precipitation trends in northeast China from 1961 to 2005[J]. Ecological Journal， 2013， 33（2）：519-531.

[5]程潔，歐陽楊，張佳琦，等.我國東北地區(qū)冬季氣溫時空變化特征分布的研究[J].林業(yè)科技情報，2017，49（3）：106-112.

CHENG J， OU Y Y， ZHANG J Q， Study on the spatial and temporal variation of winter temperature in northeast China[J]. Forestry Science and Technology Information， 2017， 49（3）：106-112.

[6]高永剛，趙慧穎，高峰，等.大興安嶺區(qū)域未來氣候變化趨勢及其對濕地的影響[J].冰川凍土，2016，38（1）：47-56.

GAO Y K， ZHAO Y H， GAO F. Future climate change trend and its impact on wetlands in the Daxinganling region[J]. Glacial Permafrost， 2016， 38（1）：47-56.

[7]梁蘇潔. 近50年中國冬季氣溫和冬季風(fēng)以及區(qū)域環(huán)流的年代際變化研究[D].北京：中國氣象科學(xué)研究院，2014.

LIANG S J. Research on the interdecadal changes of winter air temperature and winter wind and regional circulation in China in the last 50 years[D]. Beijing： China Meteorological Science Institute， 2014.

[8]張艷平，胡海清.大興安嶺氣候變化及其對林火發(fā)生的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，36（7）：29-31.

ZHANG Y P， HU H Q. Climate change in Daxinganling and its impact on forest fire[J]. Journal of Northeast Forestry University， 2008， 36（7）：29-31.

[9]劉丹，趙景波.黑龍江哈爾濱地區(qū)近60年極端氣溫變化研究[J].地球與環(huán)境，2017，45（6）：587-599.

LIU D， ZHAO J B. Study on extreme temperature changes in Harbin， Heilongjiang province in recent 60 years[J]. Earth and Environment， 2017， 45（6）：587-599.

[10]趙建，任周鵬，王勁峰，等.1961-2013年東北與華北氣溫變化速度空間差異[J]，地球信息科學(xué)， 2017，19（7）：912-913.

ZHAO J， REN Z P， WANG J F. The spatial variation of temperature between northeast and north China in 1961-2013[J]. Earth Information Science， 2017，19（7）：912-913.

[11]鄭興文，舒紅，許劍輝.基于GIS的東北三省氣溫降水空間自相關(guān)性分析[J].地理空間信息，2014，12（1）：49-51.

ZHENG X W， SHU H， XU J H. Spatial autocorrelation analysis of temperature precipitation in three northeastern provinces based on GIS[J]. Geospatial Information， 2014， 12（1）：49-51.

[12]董滿宇，吳正方.近50年來東北地區(qū)氣溫變化時空特征分析[J].資源科學(xué)，2008，42（7）：1093-1099.

DONG M Y， WU Z F. Spatial and temporal characteristics of temperature change in northeast China in recent 50 years[J]. Resources Science， 2008，42（7）：1093-1099.

[13]張先恭，李小泉.本世紀(jì)我國氣溫變化的某些特征[J].氣象學(xué)報，1982，40（2）：198-208.

ZHANG X G， LI X Q. Some characteristics of temperature change in China in this century[J]. Journal of meteorological， 1982，40（2）：198-208.

[14]王夫雪，劉吉平.1961-2010年東北地區(qū)氣溫年較差的時空變化特征分析[J].長春師范大學(xué)學(xué)報，2016，35（8）：74-80.

WANG F X， LIU J P. Analysis of spatial and temporal variation characteristics of temperature in northeast China from 1961 to 2010[J]. Journal of Changchun Normal University， 2016， 35（8）：74-80.

[15]丁一匯，任國玉，石廣玉，等.氣候變化國家評估報告（Ⅰ）：中國氣候變化的歷史和未來趨勢[J].氣候變化研究進(jìn)展，2006，2（1）：3-8.

DING Y H， REN G Y， SHI G Y. Climate change assessment report （I）： Chinese history and the future trend of climate change[J]. Progress in Climate Change Research，2006，2（1）：3-8.