1960-2019 年黑龍江省八五二農場氣象因子特征分析

周永吉， 王宇凡， 孫彥坤， 張 磊， 沈寶山， 梁 晨，趙 毅

（1.黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，黑龍江 哈爾濱150030；2.東北農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，黑龍江 哈爾濱150030；3.黑龍江省八五二農場，黑龍江 雙鴨山155600）

1 引言

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會第五次評估報告（IPCC AR5）指出，過去一個世紀，全球平均地表溫度上升了約0.85 ℃， 世界大部分地區(qū)的年平均地表溫度都在上升， 尤其是在北半球中高緯度陸地地區(qū)的冬季和春季[1]。 由于人為溫室氣體排放，全球氣候持續(xù)變暖，預計極端氣候將變得更加嚴重，這些極端往往對人類社會產生最嚴重的影響[2]。 世界糧農組織指出氣候變化對全球農作物產量和糧食安全將產生巨大影響[3]。 隨著全球氣候變暖，寒冷地區(qū)的有效氣溫顯著增加，無霜期延長，可能會造成種植區(qū)的北遷[4]，氣候帶北移，導致寒區(qū)的糧食生產與種植結構發(fā)生重大改變，特別是干旱、洪澇、低溫凍害對糧食產量的影響最大，如我國經(jīng)常發(fā)生旱澇，使農業(yè)氣候資源受到嚴重影響。 因此，研究氣象因子的變化特征對掌握氣候變化規(guī)律和保障糧食安全都是十分必要的。

近年來， 國內外學者對氣溫和降水的變化趨勢進行了大量研究，陳海山等[5]分析了1958-2007 年中國季節(jié)極端降水事件變化特征；劉翔卿等[6]分析了1951-2010 年云貴高原大理和麗江氣候特征， 發(fā)現(xiàn)1991 年以后，兩地均呈現(xiàn)顯著增溫，而1991 年之前，兩地年平均氣溫呈下降或微弱上升的趨勢； 程增輝等[7]研究了山東地區(qū)氣候要素變化特征分析及預測，得出1951-2015 年山東地區(qū)氣溫增加顯著。

八五二農場地處黑龍江省東部132°18′E—132°54′E、46°06′30″N-46°37′30″N， 位于黑龍江省雙鴨山市寶清縣三江平原完達山亞區(qū)地帶， 由黑龍江農墾總局紅興隆分局管理， 地處完達山北麓， 撓力河中游，農場地域南北長57 km，東西寬46 km。 852 農場總人口、耕地面積，均居黑龍江省墾區(qū)百個農場的前三位。 境內有蛤蟆通河、大索倫河等水庫，水資源充足，土地肥沃。 在長期的歷史進程中，區(qū)域氣候也在相應的改變。 因此，本文研究選取八五二農場1960-2019 年60 a 氣象數(shù)據(jù)，對區(qū)域氣候變化特征進行綜合分析， 以期為進一步準確認識八五二農場的極端事件及氣象災害對農業(yè)生產造成的損失提供重要科學依據(jù)。

2 資料與方法

選用黑龍江省八五二農場臺站1960—2019 年逐日氣溫、 降水和土壤溫度資料， 季節(jié)劃分為春季（3-5 月）、夏季（6-8 月）、秋季（9-11 月）、冬季（12-次年2 月）及生長季（5-9 月）。 研究方法采用線性傾向估計[8]和Mann-Kendall 突變檢驗[9]等方法。

3 結果與分析

3.1 氣溫與土壤溫度

圖1 1960-2019 年八五二農場(a)年平均氣溫和(b)氣溫距平年際變化

圖2 1960-2019 年八五二農場(a)春季、(b)夏季、(c)秋季、(d)冬季、（e）長生季

1960-2019 年八五二農場年平均氣溫呈遞增趨勢，氣候傾向率為0.254 ℃/10a（圖1a）。 八五二農場年平均氣溫介于0.7-4.3 ℃，1969 年是八五二農場60 a 以來最冷的一年，年平均氣溫為0.7 ℃，比氣候態(tài)平均值（1981-2010 年）低2.4 ℃；該農場氣溫以增溫為主，氣溫距平值呈遞增趨勢，1990 年之后增溫顯著，以正距平為主（圖1b），2019 年為八五二農場史上最暖年，年平均氣溫為4.3 ℃，高于氣候態(tài)平均值（1981-2010 年）1.2 ℃。

各季節(jié)平均氣溫的變化趨勢如圖2 所示， 八五二農場四季及生長季均呈現(xiàn)不同程度的增暖趨勢，其中以冬季增溫最為顯著（0.373 ℃/10a）， 其次為春季（0.3 ℃/10a），秋 季（0.214 ℃/10a），生長 季（0.192 ℃/10a），夏季的增溫幅度最?。?.159 ℃/10a）。 各年代間的變化也不盡相同（表1），平均氣溫均以21 世紀10年代來最高（除冬季外），冬季平均氣溫以90 年最高。

圖3 1960-2019 年八五二農場年平均土壤溫度（Ts，0cm）的變化

八五二農場年地表土壤溫度的增溫幅度與年平均氣溫的增溫幅度相近 （圖1 和圖3）， 分別增溫0.687 ℃/10a 和0.254 ℃/10 a，且近10 a 來地表土壤溫度增溫尤為顯著。 60 a 間1-3 月，年平均氣溫高于年平均土壤溫度；5-8 月， 年平均土壤溫度高于年平均氣溫； 其余月份的年平均氣溫與年平均土壤溫度基本持平。 氣溫和土壤溫度的差異在夏季和冬季較大，在春秋季節(jié)較小。

表1 1960-2019 年八五二農場四季和生長季平均氣溫年代際差異(單位：℃)

3.2 降水量

1960-2019 年黑龍江省八五二農場年降水量呈微弱增加趨勢（圖4），氣候傾向率為4.217 mm/10a。年降水量變幅范圍為342.1-898.5 mm， 氣候態(tài)平均降水量（1981-2010 年）為538.1 mm，降水量最多的年份是最少年份的2.6 倍，近十年來，年降水量大多呈增加趨勢。2019 年八五二農場受北上臺風的影響，降水增加尤為顯著。

表2 1960-2019 年八五二農場四季和生長季降水量年代季差異（單位：mm）

圖4 1960-2018 年八五二農場(a)年降水量和(b)年降水量距平變化

八五二農場春季和冬季降水量總體呈增加趨勢，夏季、秋季和生長季降水量呈減少趨勢，其中春季的上升幅度最大，氣候傾向率為7.208 mm/10a，夏季的下降幅度最大，氣候傾向率為-3.589 mm/10a。各年代間的變化也不盡相同 （表2）， 春季降水量以近10 a 來最高，夏季降水量60 年代最高，秋季和冬季降水量分別以近10 a 和21 世紀00 年代最高， 年平均降水量隨時間變化整體呈增加趨勢。

3.3 年平均氣溫與降水量的突變性檢驗

根據(jù)Mann-Kendall 趨勢檢驗原理，UF 曲線值＞0，表明序列呈上升趨勢，＜0 則表明呈下降趨勢。1985年之前UF 曲線呈現(xiàn)波動，未達到顯著上升（或下降）趨勢，1985 年之后呈上升趨勢，1990-2019 年升溫趨勢超過0.05 顯著性水平臨界線（μ0.05=±1.96），甚至超過0.01 顯著性水平（μ0.01=±2.56），表明八五二農場氣溫呈現(xiàn)從冷到暖的顯著上升趨勢（圖5a）。相比而言，降水量沒有出現(xiàn)顯著的突變現(xiàn)象，1968-1970 年降水減少趨勢超過0.05 顯著性水平臨界線（μ0.05=±1.96），降水量整體呈現(xiàn)減少趨勢（圖5b）。

圖5 1960-2019 年八五二農場(a)年平均氣溫和(b)降水量的Mann-Kendall 檢驗

3.4 風速和日照時數(shù)

1960-2019 年八五二農場年平均風速呈顯著減小的趨勢，減小速率為0.216 m·s-1(10a)-1，其中年平均風速最小值出現(xiàn)在2014 年（2.68 m/s），最大值出現(xiàn)在1964 年（4.7 m/s）。

1960-2019 年八五二農場年平均日照時數(shù)2215.1 h，最高為2473.6 h（1960 年），最低為1841.5 h（1972 年），極差632.1 h，表明其年日照時數(shù)變幅較大。 逐年日照時數(shù)整體呈不顯著減少趨勢，減少速率為-2.1 h/10a。

4 結論

利用黑龍江省八五二農場臺站1960-2019 年氣象數(shù)據(jù)， 分析了氣象因子的變化特征， 得到結論如下：

（1）1960-2019 年黑龍江省八五二農場年平均氣溫呈遞增趨勢，氣候傾向率為0.254 ℃/10a；季節(jié)上，四季及生長季均呈現(xiàn)不同程度的增暖趨勢， 其中冬季增溫最為顯著； 年地表土壤溫度的增溫幅度與年平均氣溫的增溫幅度相近， 且近10 a 來地表土壤溫度增溫尤為顯著。

（2）1960-2019 年黑龍江省八五二農場年降水量呈微弱增加趨勢， 年降水量變幅范圍為342.1-898.5 mm；季節(jié)上，春季和冬季降水量總體呈增加趨勢，夏季、秋季和生長季降水量呈減少趨勢。

（3）1960-2019 年八五二農場年平均風速呈顯著減小的趨勢，減小速率為0.216 m·s-1(10a)-1；年日照時數(shù)整體呈不顯著減少趨勢，減少速率為-2.1 h/10a。