近53a 珠峰地區(qū)氣溫降水變化特征分析

王順久 ,唐信英 ,王 鴿 ,李躍清

（1.四川省氣候中心，成都 610072；2.中國(guó)氣象局成都高原氣象研究所，成都 610072；3.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072）

引言

青藏高原因其特殊的自然地理環(huán)境、復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)全球氣候環(huán)境變化的影響而備受關(guān)注，其氣候變化對(duì)中國(guó)、亞洲乃至全球的影響也成為研究的焦點(diǎn)[1?3]。珠穆朗瑪峰（以下簡(jiǎn)稱珠峰）作為青藏高原最高峰，其獨(dú)特的自然條件、脆弱敏感的環(huán)境使其成為研究全球變化及其影響的理想場(chǎng)所，更是成為國(guó)內(nèi)外大氣科學(xué)研究的熱點(diǎn)[4?5]。珠峰環(huán)境惡劣，站點(diǎn)極其稀少，目前僅在定日縣和聶拉木縣設(shè)有國(guó)家氣象觀測(cè)站，觀測(cè)資料缺乏成為制約其天氣氣候研究的關(guān)鍵因素之一[5?6]。近年雖然在珠峰地區(qū)開(kāi)展了不少的氣象觀測(cè)，但大多都是專項(xiàng)試驗(yàn)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間較短，連續(xù)性較差，對(duì)開(kāi)展珠峰地區(qū)天氣氣候研究和提高該地區(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的作用十分有限[7]。關(guān)于珠峰地區(qū)天氣氣候研究可以歸納為兩方面，一是利用科學(xué)考察等專項(xiàng)觀測(cè)氣象資料開(kāi)展氣象要素變化特征研究，二是基于國(guó)家氣象觀測(cè)站長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展氣候變化特征研究。李茂善等[4]利用2005 年4～6 月中國(guó)科學(xué)院科考觀測(cè)資料分析了珠峰地區(qū)大氣邊界層結(jié)構(gòu)及近地層能量交換特征，楊興國(guó)等[8]利用2007 年5 月～2008 年8 月在珠峰北坡試驗(yàn)觀測(cè)資料分析了氣溫和濕度時(shí)空變化特征，谷星月等[9]、胡偉等[10]和郭晨露等[11]以中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站2007～2016 年地氣觀測(cè)數(shù)據(jù)分別開(kāi)展了珠峰地區(qū)戈壁下墊面上地表輻射通量氣候特征分析、感熱潛熱通量模擬和實(shí)際蒸散發(fā)量與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量對(duì)比研究，偉色卓瑪?shù)萚12]利用2017 年太陽(yáng)紫外線和光譜觀測(cè)資料開(kāi)展了珠峰地區(qū)太陽(yáng)紫外輻射特性研究。郭建平等[13]利用2007 年定日探空資料分析了珠峰地區(qū)氣溫、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向垂向結(jié)構(gòu)特征和逐日變化特征，并分析了其可能原因，杜軍等[6]利用1971～2006 年氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展了珠峰地區(qū)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的變化及其影響因素研究，楊秀海等[7]利用聶拉木和定日觀測(cè)資料分析了珠峰地區(qū)1971～2009 年氣候變化時(shí)空分布特征，杜軍等[14]選取國(guó)家氣象觀測(cè)站逐日氣溫資料分析了珠峰地區(qū)1971～2012 年極端氣溫事件時(shí)空變化特征。

研究表明，珠峰地區(qū)作為地球上海拔最高的地區(qū),其氣候條件與我國(guó)東部同緯度低海拔地區(qū)迥然不同[6]。比如，珠峰地區(qū)的變暖要明顯早于全球其它地區(qū)而且也是我國(guó)同期升溫最顯著的區(qū)域[5]，珠峰地區(qū)夏季瞬時(shí)總輻射大于太陽(yáng)常數(shù)十分頻繁[15]，珠峰不僅出現(xiàn)過(guò)1h 平均總輻射大于太陽(yáng)常數(shù)的記錄，而且也出現(xiàn)過(guò)地面長(zhǎng)波輻射不僅低于平原地區(qū)也低于青藏高原其它地區(qū)的現(xiàn)象[16]。杜軍等[6]發(fā)現(xiàn)珠峰地區(qū)平均年蒸發(fā)量20 世紀(jì)90 年代最大、20 世紀(jì)80 年代最小，這與全國(guó)及其我國(guó)東北、西北和東部平原的變化不一致，突顯出該區(qū)域特有的變化趨勢(shì)。楊秀海等[7]發(fā)現(xiàn)珠峰地區(qū)增溫幅度遠(yuǎn)高于全球平均水平，尤其是21 世紀(jì)初的近10 年。

青藏高原冰雪等陸面過(guò)程變化的反饋機(jī)制放大了氣候變化的信號(hào)，通過(guò)對(duì)珠峰地區(qū)氣候及環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)分析可以獲得更早的全球變化預(yù)警信息[5]。因此，在全球變暖背景下，研究珠峰地區(qū)氣候及環(huán)境變化特點(diǎn)，協(xié)調(diào)自然環(huán)境變化與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義[5]。本文將利用聶拉木和定日氣象站觀測(cè)資料，分析珠峰地區(qū)最新的氣候變化特征，為科學(xué)揭示珠峰地區(qū)氣候變化提供新的認(rèn)知，為我國(guó)第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究提供氣候參考，促進(jìn)青藏高原天氣氣候機(jī)理研究持續(xù)發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)資料及研究方法

珠峰地區(qū)范圍較廣，包括西藏自治區(qū)的聶拉木、定日、定結(jié)和吉隆4 個(gè)縣，其中僅在聶拉木和定日建有國(guó)家氣象觀測(cè)站，距離珠峰最近且擁有長(zhǎng)期氣象觀測(cè)資料。聶拉木站（28°11′N(xiāo)，85°58′E，海拔高度3810.0m）位于希夏邦馬峰與卓奧友峰之間，是西南季風(fēng)水汽的主要通道之一，屬高原溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)，位于珠峰南坡；定日站（28°38′N(xiāo)，87°05′E，海拔高度4301.7m）位于喜馬拉雅山和岡底斯山之間狹長(zhǎng)地帶，地形較為閉塞，地勢(shì)南北高中間低，屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，位于珠峰北坡[5?7]。本文選用國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn）提供的聶拉木和定日1967～2019 年逐月氣溫和降水資料，結(jié)合Mann-Kendall 檢驗(yàn)方法[17?22]，開(kāi)展珠峰地區(qū)氣溫和降水季、年變化特征分析及趨勢(shì)檢驗(yàn)。

2 時(shí)間變化特征分析

2.1 平均氣溫

由表1 可以看出，聶拉木和定日年平均氣溫分別為3.80℃和3.08℃，聶拉木除夏季氣溫略低于定日外，其它季節(jié)和年平均氣溫都高于定日，也就是說(shuō)，夏天定日比聶拉木更熱而冬天定日又比聶拉木更冷。在季、年平均氣溫中冬季標(biāo)準(zhǔn)差和極差都是最大，說(shuō)明珠峰地區(qū)冬季溫度變化大。表1 還表明定日季、年平均氣溫變化幅度均較聶拉木大。

表1 季、年平均氣溫統(tǒng)計(jì)特征值（單位：℃）

圖1 給出了聶拉木和定日年平均氣溫、5 年滑動(dòng)平均及累積距平曲線?？梢钥闯觯櫪竞投ㄈ漳昶骄鶜鉁刈钚≈捣謩e出現(xiàn)在1997 年(2.73℃)和1967 年(0.85℃)，最大值分別出現(xiàn)在2006 年(4.92℃) 和2016年(4.52℃)，兩站年平均氣溫均是波動(dòng)性增加，聶拉木波動(dòng)更顯著，而定日幾乎是持續(xù)穩(wěn)步升高。對(duì)于5 年滑動(dòng)平均氣溫而言，聶拉木以1979～1983 年5 年的滑動(dòng)平均氣溫最低(3.29℃)，5 年滑動(dòng)平均最大值出現(xiàn)在2006～2010 年(4.68℃)；定日以1967～1971 年5 年滑動(dòng)平均氣溫最低(1.85℃)，5 年滑動(dòng)平均最大值出現(xiàn)在2006～2010 年(4.09℃)。聶拉木和定日年平均氣溫累積距平曲線變化特征十分明顯，也比較一致，即1967～2019 年兩站年平均氣溫均在1997 經(jīng)歷了1 次顯著的變化，1967～1997 年呈波動(dòng)下降而1997～2019 年則是波動(dòng)增加，這較青藏高原地區(qū)年平均氣溫增暖突變發(fā)生在20 世紀(jì)90 年代中期的時(shí)間稍晚[23?24]，但與青藏高原地區(qū)年最高溫度在1997 年發(fā)生突變的結(jié)論一致[23]。

圖1 1967～2019 年聶拉木（左）和定日（右）平均氣溫變化（a、b.年平均氣溫和5 年滑動(dòng)平均，c、d.累積距平曲線，單位：℃）

表2 給出了聶拉木和定日不同年代的季、年平均氣溫?？傮w來(lái)說(shuō)，無(wú)論是聶拉木還是定日其平均氣溫均是隨著年代的推進(jìn)而升高，特別是在進(jìn)入21 世紀(jì)后增溫更加明顯且以冬季尤為突出。比如，聶拉木和定日21 世紀(jì)00 年代的年平均氣溫較20 世紀(jì)90 年代分別升高了0.62℃和0.6℃，聶拉木和定日21 世紀(jì)00年代的冬季平均氣溫則較20 世紀(jì)90 年代分別升高了1.24℃和1.23℃。這與楊秀海等[7]分析結(jié)論一致。

表2 季、年平均氣溫年代際變化（單位：℃）

2.2 降水

從表3 可以看出，聶拉木年降水是定日年降水的2 倍多?？傮w來(lái)說(shuō)，聶拉木降水在季節(jié)分配上相對(duì)較均勻，只是夏季略多而冬季略少；定日年降水主要集中在夏季，接近全年的85%，而冬季降水則不足全年的1%。月降水分布分析表明，聶拉木11 月降水最少，其余月份差異并不十分顯著，7 月、8 月和9 月略多一些；定日則主要發(fā)生在6～9 月，且集中在8 月和9 月，其余月份降水很少。另一方面，除夏季外，聶拉木季、年降水標(biāo)準(zhǔn)差和極差均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定日，說(shuō)明聶拉木季、年降水波動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于定日。

表3 季、年降水量統(tǒng)計(jì)特征值（單位：mm）

圖2 給出了聶拉木和定日年降水、5 年滑動(dòng)平均以及累積距平曲線。可以看出，聶拉木和定日年降水最小值分別出現(xiàn)在1992年(396.7mm)和1982年(104.9mm)，最大值分別出現(xiàn)在1988年(946.6mm)和1973年(474.3mm)，兩站年降水呈波動(dòng)性變化且聶拉木波動(dòng)更大。聶拉木5年滑動(dòng)年降水最大值出現(xiàn)在1985～1989年(687.3mm)，最小值出現(xiàn)在1990～1994 年(453.1mm)。定日5 年滑動(dòng)年降水最大值出現(xiàn)在1998～2002 年(361.6mm)，最小值出現(xiàn)在1979～1983 年(221.9mm)。聶拉木年降水累積距平曲線變化特征十分明顯，在1979 年和1989 經(jīng)歷了2 次顯著的變化，即1979 年以前波動(dòng)變化但趨勢(shì)不明顯，1979～1989 年則是明顯的逐年增大，1989～2019年則是逐年減小。定日的年降水累積距平曲線變化則較復(fù)雜，隨年波動(dòng)幅度大且更為頻繁。根據(jù)圖2，可以初略的將1979 年、1995 年和2011 年視為3 個(gè)變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在1967～1979 年、1979～1995 年、1995～2011 年和2011～2019 年4 個(gè)階段分別呈現(xiàn)出波動(dòng)性增加、波動(dòng)性減少、波動(dòng)性再增加和波動(dòng)性再減少的變化特征。聶拉木和定日年降水變化特征與青藏高原地區(qū)年降水的年代際波動(dòng)變化特性相似[23?24]。

圖2 1967～2019 年聶拉木（左）和定日（右）降水變化（a、b.年降水和5 年滑動(dòng)平均，c、d.累積距平曲線，單位：mm）

從表4 可以看出，聶拉木四季、年降水的最大值均出現(xiàn)在20 世紀(jì)80 年代；而定日春季降水最大值出現(xiàn)在21 世紀(jì)00 年代，夏季和秋季降水最大值出現(xiàn)在20 世紀(jì)70 年代，冬季降水最大值出現(xiàn)在20 世紀(jì)80年代，年降水最大值出現(xiàn)在20 世紀(jì)70 年代。

表4 季、年降水量年代際變化（單位：mm）

3 趨勢(shì)檢驗(yàn)

表5 給出了季、年平均氣溫趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?，近53a 珠峰地區(qū)氣溫升高趨勢(shì)明顯，除聶拉木春季平均氣溫升高趨勢(shì)通過(guò)信度95%的顯著性檢驗(yàn)外，其余季節(jié)和年平均氣溫趨勢(shì)變化都通過(guò)了信度99%的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明在全球氣候變暖的大背景下，珠峰地區(qū)氣溫呈顯著升高趨勢(shì)，這與青藏高原地區(qū)氣溫整體變暖趨勢(shì)一致[24?27]。從趨勢(shì)變化率來(lái)看，定日升溫比聶拉木更顯著，升溫幅度也明顯更大，如定日的年平均氣溫趨勢(shì)變化率幾乎是聶拉木的2 倍，這一結(jié)果與朱伊等[27]指出的青藏高原地區(qū)高海拔地區(qū)升溫速率普遍高于低海拔地區(qū)和余蓮等[28]研究發(fā)現(xiàn)的青藏高原地區(qū)北部升溫幅度大于南部的結(jié)論一致。從季節(jié)來(lái)看，無(wú)論是聶拉木還是定日，冬季增溫幅度都是最大，這與青藏高原地區(qū)冬季增暖尤為顯著的結(jié)論相符[25?26]。聶拉木春季增溫幅度最小，而定日是夏季增溫幅度最小。研究表明1961～2007 年青藏高原年平均氣溫趨勢(shì)變化率達(dá)0.037℃/a[29]，雖然聶拉木和定日均低于青藏高原整體的增溫率，但還是明顯高于近50a（1953～2002 年）全國(guó)的增溫水平（0.016℃/a）[29?30]。另一方面，聶拉木和定日氣溫趨勢(shì)變化率較吳紹紅等[31]分析1971～2000 年得到的0.016℃/a 和0.024℃/a又有明顯的升高，說(shuō)明珠峰地區(qū)還在持續(xù)變暖，值得繼續(xù)關(guān)注。

表5 平均氣溫Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)

從表6 的季、年降水量趨勢(shì)變化檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，無(wú)論是聶拉木還是定日，季、年降水量呈現(xiàn)出有增有減的變化特性，但除聶拉木秋季降水通過(guò)信度90%的顯著性檢驗(yàn)外，其余季節(jié)和年都沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明珠峰季、年降水無(wú)顯著的變化趨勢(shì)，已有研究也表明青藏高原地區(qū)降水量無(wú)顯著變化或呈微弱增加趨勢(shì)[24?26]。從年降水來(lái)看，聶拉木略有減少而定日則是略有增加，這與珠峰北翼降水呈增勢(shì)而南翼降水則以減勢(shì)為主的結(jié)論一致[5]。從季節(jié)來(lái)看，聶拉木冬、春季略有增加而夏、秋季則略有減少，而定日則是除秋季略有減少外，其余季節(jié)均是略有增加。從趨勢(shì)變化率來(lái)看，聶拉木秋季減少幅度最大而春季增加幅度最大，定日則是夏季增加幅度最大，即使秋季減少但幅度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聶拉木。已有研究表明，青藏高原地區(qū)春季和冬季降水量以增加趨勢(shì)為主且春季增加趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冬季，而夏季和秋季降水量則有所減少且秋季更為顯著[24?25]，可見(jiàn)，珠峰地區(qū)降水量趨勢(shì)變化與青藏高原地區(qū)基本一致。另一方面，即使在珠峰地區(qū)，年降水也表現(xiàn)出有增（定日）有減（聶拉木）的不同變化，這不僅說(shuō)明珠峰地區(qū)氣候變化具有很強(qiáng)的局地差異性，也進(jìn)一步揭示了青藏高原地區(qū)降水變化區(qū)域差異的顯著性[26,32?33]。

表6 降水量Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)

4 結(jié)論

本文通過(guò)聶拉木和定日氣象站觀測(cè)資料，開(kāi)展了珠峰地區(qū)氣溫和降水變化特征分析和趨勢(shì)檢驗(yàn)，研究成果不僅可為青藏高原氣候及氣候變化研究提供參考，也可為我國(guó)第二次青藏高原綜合科學(xué)考察提供參考。主要結(jié)論如下：

（1）近53a 珠峰地區(qū)氣溫呈顯著升高趨勢(shì)，且冬季增溫幅度最大。珠峰地區(qū)季、年平均氣溫相對(duì)較低，年平均氣溫不到4℃，冬季平均氣溫波動(dòng)最大。珠峰年平均氣溫在1997 年出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，1997 年之前呈波動(dòng)下降而1997 年之后則是波動(dòng)增加。珠峰季、年平均氣溫均隨年代的推進(jìn)而升高，進(jìn)入21 世紀(jì)后增高更加明顯，且冬季更為突出。

（2）珠峰地區(qū)近53a 降水量的變化并不明顯，季、年降水除聶拉木秋季降水趨勢(shì)通過(guò)信度90%顯著性檢驗(yàn)外，其余季節(jié)和年都沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。從年降水量來(lái)看，聶拉木略有減少而定日則是略有增加。聶拉木秋季降水減少幅度最大而春季降水增加幅度最大，定日則是夏季降水增加幅度最大，即使秋季降水減少但幅度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聶拉木。

（3）珠峰地區(qū)氣候局地差異性明顯。珠峰南坡平均氣溫總體高于北坡，雖然珠峰南、北坡年平均氣溫均呈現(xiàn)波動(dòng)性增加但南坡波動(dòng)幅度更大，而北坡則呈現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)步升高。北坡升溫較南坡更顯著且升溫幅度也明顯高于南坡。珠峰南坡年降水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北坡，南坡降水在季節(jié)分配上總體來(lái)說(shuō)相對(duì)較均勻，而北坡年降水主要集中在夏季。同時(shí)，南坡季、年降水波動(dòng)變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北坡。