大興安嶺地區(qū)降水量變化及干濕期特征分析

任柬宇 劉濱輝 廉陸鷂 康雨昌

摘 要：基于大興安嶺地區(qū)4個氣象站點58 a的降水數(shù)據(jù)，利用SAS軟件對原始數(shù)據(jù)進行二項式過濾篩選出合格完整的數(shù)據(jù)集，通過SPSS軟件對數(shù)據(jù)集進行相關(guān)分析，研究大興安嶺地區(qū)降水以及干濕期變化特征。將日降雨大于（小于）1 mm定義為濕日（旱日），并利用1 mm閾值分析大興安嶺地區(qū)干期和濕期的變化空間特征。結(jié)果表明，大興安嶺地區(qū)年際降水量整體呈上升趨勢，上升速率為0.153 mm/a，降水集中于夏季，7月是降水量最大時期。對大興安嶺地區(qū)降水量變化研究發(fā)現(xiàn)，1960—1980年降水呈下降趨勢，1981年為轉(zhuǎn)折點，降水開始逐漸呈上升趨勢，在1990年達到了峰值，從2001年以后降水又有下降趨勢。大興安嶺干期和濕期變化特征存在空間差異，表現(xiàn)為大興安嶺北部地區(qū)干期旱日總數(shù)和干期平均長度減少，干期次數(shù)和最長干期日數(shù)變化不明顯;大興安嶺南部地區(qū)干期旱日總數(shù)和最長干期日數(shù)增加，干期次數(shù)和干期平均長度變化不一致。大興安嶺北部地區(qū)濕期濕日總數(shù)和濕期次數(shù)增加，濕期平均長度以及單獨濕日數(shù)變化不明顯;大興安嶺南部地區(qū)濕期總?cè)諗?shù)和單獨濕日數(shù)減少，濕期次數(shù)和濕期平均長度變化不明顯。總體上，大興安嶺北部隨著降雨量增加短期干旱減弱，而南部地區(qū)在降雨量不變的同時短期干旱呈現(xiàn)加劇的趨勢。

關(guān)鍵詞：降水量;變化趨勢;干期;濕期

中圖分類號：S715 ? ?文獻標識碼：A ? 文章編號：1006-8023（2020）05-0016-08

Abstract：Based on the 58-year precipitation meteorological data of four meteorological stations in Daxingan Mountains， SAS software was used to filter the original data with binomial and screen out the qualified and complete data set， and the data set was analyzed by SPSS to study the variation characteristics of precipitation and dry well spell in Daxingan Mountains. The daily rainfall greater （less than） 1mm was defined as wet day （dry spell）， and the variation characteristics of dry and wet periods at different stations in Daxingan Mountains area were analyzed by using 1mm threshold. The results showed that the interannual precipitation in Daxingan Mountains area showed an upward trend as a whole， the rising rate was 0.153mm/years， the precipitation was concentrated in summer， and July was the period of maximum precipitation. Based on the study of the intergenerational variation of precipitation in Daxingan Mountains， it was found that the precipitation showed a downward trend between 1960 and 1980， gradually increased at the turning point in 1981， reached a peaking value in 1990， and had a downward trend since 2001. The variation characteristics of dry spell and wet spell had spatial differences in Daxingan Mountains， which showed that the total number of dry spell and the average length of dry spell decreased in the north of Daxingan Mountains， but the number of dry spell and the number of maximum dry spell did not change obviously; in the south of Daxingan Mountains， the total number of dry spell and the longest dry spell days increased， and changes of the number of dry spell and average length of dry spell were not consistent. In the north of Daxingan Mountains， the total number of wet spell and the number of wet days increased， but the average length of wet spell and the number of single wet days did not change significantly， while in the south of Daxingan Mountains， the total number of wet days and the number of wet days decreased， and the number of wet days and the average length of wet spell did not change significantly. On the whole， the short-term drought in the north of Daxingan Mountains weakened with the increase of rainfall， while the short-term drought in the south showed a trend of aggravation with the same rainfall.

Keywords：Precipitation; changing trend; dry spell; wet spell

0 引言

全球氣候變暖一直是20世紀眾多學者關(guān)注的焦點問題[1]，在全球氣候變暖背景下，極端事件顯著增多。其中干旱是氣象災害的一個重要原因，據(jù)統(tǒng)計，每年我國因干旱造成的經(jīng)濟損失占所有氣象災害造成的損失高達60%以上[2]。

降水是衡量地區(qū)氣候變化的重要指標之一[3]，近幾十年來我國極端降水事件發(fā)生的頻率逐漸增加[4]，張代青等[5]對我國近54 a降水事件分析表明了我國降雨量具有多尺度性和周期性，并且總體呈減少趨勢;李邦東等[6]通過對東北地區(qū)降水事件分析說明了東北地區(qū)年降水量總體呈現(xiàn)減少趨勢，但這種線性趨勢并不顯著。還有的研究表明黑龍江中部地區(qū)年降水量存在著周期性的變化，整體未發(fā)現(xiàn)減少的趨勢[7]。大興安嶺地處我國北部，是我國氣候脆弱區(qū)和對氣候變化響應最敏感的地區(qū)之一，近年來，針對氣候變暖大背景條件下，有很多學者已經(jīng)對大興安嶺地區(qū)降水變化進行了研究，結(jié)果表明大興安嶺地區(qū)降水量整體呈下降的趨勢，但趨勢不顯著，表現(xiàn)為20世紀60年代到90年代期間降水呈下降趨勢，90年代后降水呈增加的趨勢[8]。司國佐等[9]分析了大興安嶺地區(qū)水文特征，表明了降水多集中于夏季，春季和秋季的降水減少;邊明玉[10]揭示了大興安嶺地區(qū)降水量的時間變化特征;王冰等[11]分析了不同等級降水的空間變化特征。以上研究多數(shù)都是從降雨量異常角度進行分析，并未考慮到持續(xù)性少雨所累積的效應，由于受地理環(huán)境等因素的影響，對于大興安嶺地區(qū)降水量變化趨勢以及干期和濕期的變化特征還少有研究，因此本文通過干期和濕期的變化特征研究對大興安嶺地區(qū)降水量進行時間和空間上的分析，通過本文的研究，可以了解近58 a大興安嶺地區(qū)降水量的趨勢以及干期和濕期的變化特征，為大興安嶺林區(qū)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)等提供基礎(chǔ)性參考。

1 數(shù)據(jù)和指標

1.1 數(shù)據(jù)

降雨數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)所提供的數(shù)據(jù)集。降雨因子與其他氣候因子不同，降雨屬于偶然事件，缺失值不能通過插值來彌補，因此，當一個站點的觀測值連續(xù)缺失3 d或以上時，以及在1 a內(nèi)缺失30 d觀測值以上時，應剔除該站點[12]。由于1960年以前我國氣象站降雨觀測值缺失較多，因此本次研究觀測值開始時間為1960年，截止時間為2017年。篩選后的降雨數(shù)據(jù)觀測值完整度為99.997%，表明大興安嶺地區(qū)降雨特征存在空間差異。研究根據(jù)不同緯度和海拔梯度分別在大興安嶺北部、中部和南部地區(qū)共選取氣象站點4個，分別是：50136（漠河）、50434（圖里河）、50632（博克圖）、50727（阿爾山），見表1。

1.2 干期和濕期的定義

為了比較閾值對結(jié)果影響，將日降雨量小于0.1 mm和1 mm定義為旱日。根據(jù)Bichet等[13]相關(guān)的干期和濕期研究，定義干期和濕期。當連續(xù)出現(xiàn)2個或以上旱日時，定義為一個干期（Dry spell）。對于濕日定義，也使用0.1 mm和1 mm兩個閾值，日降雨量大于0.1 mm和1 mm定義為濕日，當連續(xù)出現(xiàn)2個或以上濕日時，定義為一個濕期（Wet spell），為了計算方便以及更清楚地表示觀測數(shù)據(jù)，本文將采用1 mm降雨閾值進行數(shù)據(jù)計算。根據(jù)LIU等[14]的研究，結(jié)合干期（濕期）次數(shù)和干期（濕期）平均長度反映干（濕）期變化特征，得出干期旱日總數(shù)、干期次數(shù)、干期平均長度和最長干期旱日數(shù)的干期指標，以及濕期次數(shù)、濕期濕日總數(shù)、濕期平均長度以及單獨濕日日數(shù)。當出現(xiàn)一個濕日，而這個濕日的前一天和后一天均為旱日，則將這個濕日定義為單獨濕日。

1.3 研究方法

本文采用SAS軟件對降雨數(shù)據(jù)進行九點二項式過濾，將缺失數(shù)據(jù)進行擬合，利用SPSS軟件對降雨數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，并利用Excel軟件生成圖表，用SigmaPlot繪圖軟件完成制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水特征變化規(guī)律

將1960—2017年4個站點的降水數(shù)據(jù)利用SAS軟件進行篩選，缺失數(shù)據(jù)通過擬合（擬合度99.8%）形成完整的數(shù)據(jù)集繪制成大興安嶺地區(qū)區(qū)域降水折線圖，如圖1所示，從圖1中可以看出，區(qū)域年降水量整體呈上升趨勢，平均速率為0.153 mm/a。單從時間上來看，1960—1980年期間降水量呈下降趨勢，1981年開始降水明顯增多，2000年以后降水速率有所減慢。隨著年份的推移，降水量線性相關(guān)性變化不同，這說明各年份降水量有較大的差異性，這可能與個別年份極端事件有關(guān)[15]。根據(jù)國內(nèi)外學者研究的結(jié)論可知[16]，我國東北地區(qū)降水量整體呈減少的趨勢，分為3個時間段，1950—1970年為多雨時期，1971—1990年為少雨時期，在這個階段降水量年際變化不大。1990—2000年為多雨期，這個階段降水量年際變化波動較大，2000年以后為少雨期，降水量的變化逐漸減小。由于大興安嶺位于我國最北端，受地形條件和溫度的影響，降水量變化幅度較大，本文的研究與很多已有的結(jié)論相類似[17]。

圖2分別給出4個站點的年降水變化，從圖2中可以看出，各個站點的年降水量變化有差異性。博克圖站點的多年平降水量最大，達到457 mm，最少的是阿爾山站點，為331 mm。漠河站降水量增加的趨勢最為明顯，但波動幅度較大，平均速率為0.144 mm/a，與區(qū)域平均速率較為接近，但未達到顯著水平（p=0.06）;博克圖站降水量略呈下降的趨勢，平均速率為-0.012 mm/a。其他兩個站點的降水量變化較為平穩(wěn)。這可能是由于漠河站地處我國最北端，受緯度和海拔的影響，近年來全球氣候變暖，溫室效應加強，對降水量產(chǎn)生較大影響，從而呈現(xiàn)了降水量逐年增多的趨勢。4個站點中多年平均降水量變化幅度較大的是博克圖站點，為201～736 mm;變化幅度較小的是漠河站，為251～619 mm。從時間階段來看，4個站點從20世紀60年代開始降水量都有所減小，到20世紀70年代末達到最小，從20世紀80年代開始增加趨勢較為明顯，出現(xiàn)了降水年際轉(zhuǎn)折點，到20世紀90年代達到峰值，從20世紀開始降水量又呈減少的趨勢，該現(xiàn)象與全國其他站點相同[18]。

圖3是大興安嶺地區(qū)4個站點不同月份和季節(jié)的多年平均降水量，從圖3中可以看出所有站點的7月份平均降水量最多，并向兩側(cè)逐漸遞減，降水主要集中在夏季，夏季降水量最多，冬季降水量最少。通過對比不同站點月降水量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，低緯度博克圖各月份降水比高緯度的漠河和圖里河站點降水多;而高海拔的阿爾山各月份降水量要小于低海拔的漠河和圖里河，高海拔站點夏季和秋季降水量比低海拔夏季和秋季降水量大，高緯度站點春季和冬季降水量比低緯度春季和冬季降水量大。因此，大興安嶺不同緯度和海拔的降水量有明顯差異，主要表現(xiàn)為低緯度站點降水量大于高緯度站點降水量，低海拔站點降水量高于高海拔降水量。此外，受地理環(huán)境和坡向的影響[19]，不同地區(qū)降水量的表現(xiàn)也有所不同。

2.2 降水量年代際變化規(guī)律

氣象學中通常利用距平值來衡量氣候因子的變化規(guī)律，將一組數(shù)據(jù)中的某一個數(shù)值與平均值做差，就得到了該數(shù)值的距平值。本文通過計算大興安嶺地區(qū)的區(qū)域年代際降水量和各季節(jié)降水量的距平值，研究大興安嶺地區(qū)降水代際變化規(guī)律，見表2。

以10 a為單位，計算各階段平均降水量，2011—2017年不足10 a，則以7 a為單位進行單獨計算。從表2可以看出，夏季降水量增加的趨勢最為顯著，波動幅度也最大，在1971—1980年降水量的距平值為-65.65 mm，1981—1990年降水量的距平值為87.81 mm，增幅為153.5 mm，是各階段最大的降水量增幅;1981—1990年的年降水距平值增加幅度也是最大，達到了57.16 mm。春季和秋季降水量的距平值都是呈平穩(wěn)增加的趨勢，不同的是在2001—2010年間秋季降水量的距平值略有下降，隨后開始緩慢增加;而冬季降水量的距平值在整個階段都是平穩(wěn)增加的趨勢，直到2011年開始略有下降的趨勢。整體上來看，年降水量的距平值總體呈上升趨勢，1961—1980年、2001—2010年為少雨時期，1981—2000年、2011—2017年為多雨時期，其原因是大興安嶺為氣候敏感區(qū)，隨著近年來全球氣候變暖，溫室效應加強，對降水量產(chǎn)生較大的影響，在個別年份還會發(fā)生極端氣候事件，引發(fā)干旱、洪澇等災害[20-21]。

2.3 降水量年際變化相關(guān)性

將1960—2017年的降水數(shù)據(jù)以5 a單位為一組，從1960年開始到2017年結(jié)束的前后5 a數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，研究降水量與各時間段的關(guān)系，見表3。從表3可以分析出，年平均降水量在每5 a的年際變化中，降水量的相關(guān)性從開始的1961—1965年與1966—1970年相關(guān)系數(shù)最高為0.88，這說明大興安嶺地區(qū)降水量在20世紀60年代到70年代的年際變化最強，而后開始逐漸降低，在1981—1985年與1986—1990年間相關(guān)系數(shù)降到了最低，為 0.26，這說明大興安嶺地區(qū)降水量年際變化在此期間較為平穩(wěn)，而在2006—2010與2011—2015年間相關(guān)性又逐漸加強，相關(guān)系數(shù)達到了0.57。由此可以看出，降水量在前后每5 a的時間段里，相關(guān)性開始是呈逐年下降趨勢，1980年后為轉(zhuǎn)折點開始呈逐年上升趨勢，在各時間段內(nèi)降水量趨勢變化的強弱有所不同，有的時間段內(nèi)降水量上升的趨勢較為明顯，有的時間段內(nèi)降水量下降的趨勢較為平穩(wěn)，由此可見大興安嶺地區(qū)年平均降水量的年際變化趨勢有不同的差異性。

2.4 干期變化規(guī)律

圖4是使用1 mm作為旱日閾值下不同站點的干期特征值變化趨勢圖，從圖4中分析得到，不同站點的干期旱日總數(shù)變化趨勢不同，整體變化幅度較大，漠河站點和圖里河站點的干期旱日總數(shù)和干期平均長度均呈減少的趨勢，干期次數(shù)和最長干期日數(shù)變化幅度較大，最長干期日數(shù)波動幅度比干期次數(shù)大。博克圖和阿爾山站點的干期旱日總數(shù)和最長干期日數(shù)均呈增加的趨勢，而干期次數(shù)和干期平均長度變化不一致，表現(xiàn)為博克圖站點干期平均長度變化不大，而阿爾山站點干期平均長度呈增加的趨勢。這說明大興安嶺北部地區(qū)干旱期日數(shù)少，干旱期內(nèi)降雨時日較多，但降雨頻率較小，南部干旱期日數(shù)多，干旱期內(nèi)降雨時日在不同海拔地區(qū)表現(xiàn)不同，降雨頻率較大;從地理位置上來分析，漠河站點和圖里河站點相對其他兩個站點在大興安嶺的北部地區(qū)，而博克圖和阿爾山相對在南部地區(qū)，并且緊鄰內(nèi)蒙古地區(qū)，受季風、海拔和坡向的影響，北部站點的干旱少雨時日較南部多一些，高海拔地區(qū)少雨頻率較低海拔多一些。

2.5 濕期變化規(guī)律

圖5是使用1 mm作為濕日閾值下不同站點的濕期特征值變化趨勢圖，從圖5分析得到，不同站點的濕期日總數(shù)變化趨勢不同，漠河站點和圖里河站點的濕期日總數(shù)表現(xiàn)為略有增加的趨勢，博克圖和阿爾山站點的濕期日總數(shù)呈減少的趨勢。不同站點的濕期平均長度均無明顯變化規(guī)律，波動幅度都比較大，其中漠河的波動幅度最大，漠河的濕期最大平均長度達到了2.94 mm，最大濕期日數(shù)為19 d。不同站點的濕期日數(shù)變化規(guī)律也有所不同，表現(xiàn)為漠河站點和圖里河站點的濕期日數(shù)呈增加趨勢，博克圖和阿爾山站點的濕期日數(shù)變化不明顯。不同站點單獨濕日數(shù)變化也不相同，博克圖和阿爾山的單獨濕日數(shù)呈減少的趨勢，漠河和圖里河的單獨濕日數(shù)變化不明顯。這說明大興安嶺北部地區(qū)濕期日數(shù)多，南部濕期日數(shù)少，濕期日數(shù)內(nèi)的降水量南北部變化相同，濕期次數(shù)北部地區(qū)比南部地區(qū)長;由于大興安嶺地處高緯高海拔地區(qū)，不同地區(qū)的氣候條件和溫度濕度的相對變化也不相同，高緯度地區(qū)濕期特征較低緯度地區(qū)濕期特征更明顯，高海拔地區(qū)較低海拔地區(qū)降雨頻率更大。自1987年大興安嶺地區(qū)發(fā)生火災后，人們對森林火災的控制以及人工降雨等措施，使得大興安嶺地區(qū)的相對濕度增加，因此大興安嶺不同地區(qū)的濕期特征也有差異性。

3 結(jié)論

（1）大興安嶺地區(qū)降水量年際變化整體呈上升趨勢，上升速率為0.153 mm/a，其中1960—1980年降水趨勢呈下降趨勢，在1981年達到轉(zhuǎn)折點降水量呈上升趨勢，1990年左右降水量上升趨勢達到了峰值，從2001年以后降水量又有下降趨勢。

（2）大興安嶺地區(qū)降水量多集中在夏季，7月是降水量最大時期，大興安嶺南部夏季降水量大于北部夏季降水量，南部冬季降水量小于北部冬季降水量，降水量年際變化表現(xiàn)為從20世紀60年代開始先減弱，到20世紀80年代降到最低，從20世紀80年代以后又開始逐漸增強，在1961—1965年的年際變化相關(guān)性最強，到1981—1985年年際變化相關(guān)性降到最低，從1986年以后年際變化相關(guān)性又逐漸增強。

（3）大興安嶺不同地區(qū)干期和濕期變化有差異性，大興安嶺北部地區(qū)干期旱日總數(shù)和干期平均長度減少，干期日數(shù)和最長干期日數(shù)變化不明顯;大興安嶺南部地區(qū)干期旱日總數(shù)和最長干期日數(shù)增加，干期日數(shù)和干期平均長度變化不一致。大興安嶺北部地區(qū)濕期濕日總數(shù)和濕期日數(shù)增加，濕期平均長度以及單獨濕日數(shù)變化不明顯;大興安嶺南部地區(qū)濕期日總數(shù)和單獨濕日數(shù)減少，濕期日數(shù)和濕期平均長度變化不明顯。

【參 考 文 獻】

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