吉林省近59a冰凍資源變化特征分析

姚志平 謝 勇 崔艷瑩 王 華

（1.吉林省氣象服務(wù)中心，吉林長春 130062；2.吉林省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，吉林長春 130062）

1 引言

隨著全球氣候變暖，氣候變化問題越來越受到政府和公眾的矚目。從IPCC第六次評估報告[1]可以看出，全球平均氣溫變化仍處于明顯增高的趨勢，各區(qū)域的降水特征也隨之發(fā)生了不同的變化響應(yīng)。但不同區(qū)域?qū)θ蜃兣捻憫?yīng)是不一致的[2]。在此背景下，深入研究區(qū)域氣候變化的特征，是全球及區(qū)域氣候變化的重要研究內(nèi)容。陳欣彤、李輯、孫鳳華等[3-5]對東北地區(qū)的氣溫變化進(jìn)行了分析，夏季氣溫整體趨勢是升溫的，基本保持在0.15℃/10a，高于同緯度的增高程度。

吉林省屬于大陸季風(fēng)性氣候，四季明顯。在全球氣候變暖的背景下，區(qū)域響應(yīng)特征是比較顯著的，氣候變化對社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)與環(huán)境的變化都產(chǎn)生了影響[6]，氣溫、雪量是冰凍期重要的氣候要素，對自然生態(tài)系統(tǒng)、人類生產(chǎn)生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有重要的影響。本文從區(qū)域尺度上對氣溫、降雪量變化進(jìn)行研究，探討其時空分布、變化特征及規(guī)律，以期對吉林省糧食生產(chǎn)、冬季旅游氣象服務(wù)以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供決策參考依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料

選取吉林省建站時間較長、資料較完整的46個氣象觀測站1961—2020年10月—次年4月逐日氣溫資料和降水資料。

2.1.1 冰凍期日數(shù)

選定氣候意義上連續(xù)5d平均氣溫T≤0℃的第一日作為封凍期的開始時間；連續(xù)5d平均氣溫T≥0℃的前一日作為封凍期的結(jié)束時間。計算間隔日數(shù)并作為每個氣象觀測站當(dāng)年的封凍期日數(shù)，統(tǒng)計46個氣象觀測站近59a的封凍期日數(shù)。

2.1.2 降雪日數(shù)、日降雪量

選定氣候意義[7]上平均氣溫T≤0℃降水日數(shù)之和作為每個氣象觀測站當(dāng)年的降雪日數(shù)，統(tǒng)計46個氣象觀測站近59a的降雪日數(shù)和日降雪量。日降雪量定義：0.1mm≤R≤2.4mm為小雪；2.5mm≤R≤4.9mm為中雪；5.0mm≤R≤9.9mm為大雪；R≥10.0mm為暴雪。

2.2 方法

2.2.1 趨勢分析

采用線性趨勢[8]分析氣象要素在長期氣候變化中升降的定量程度。

2.2.2 Mann-Kendall檢驗法（M-K檢驗法）

M-K檢驗法[9]是世界氣象組織推薦并被廣泛用于實際研究的非參數(shù)檢驗方法，是時間序列趨勢分析方法之一。該方法既可以檢測序列的變化趨勢，也可以進(jìn)行突變點檢驗，主要用于氣候要素在時間序列趨勢中的突變性檢測。該方法的優(yōu)點在于不需要樣本遵從一定的分布，不受少數(shù)異常值的干擾，且計算簡便。

3 氣溫變化特征

3.1 平均氣溫的年代變化特征

圖1是1961—2020年吉林省冰凍期逐年平均氣溫的距平值、各年代際值。在20世紀(jì)60年代的9a中只有1a是正距平，8a是負(fù)距平，最冷年份出現(xiàn)在1967年。在70年代正負(fù)距平的比為4∶6，平均距平值為-0.35℃，比60年代距平值高0.63℃。在80年代出現(xiàn)了正距平年份大于負(fù)距平年份的現(xiàn)象，正負(fù)距平值的比為6∶4；平均距平值由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值，距平值的振動幅度也明顯減小。90年代是升溫明顯的年代，也是10a中距平值最大的年代，達(dá)到了0.8℃；9a是正距平，正距平最大值達(dá)到了1.74℃，出現(xiàn)在1991年。在21世紀(jì)的第1個10a中，正負(fù)距平的年份各出現(xiàn)5a，幅度明顯加大，相差6.63℃。在21世紀(jì)的第2個10a中，平均距平值只有0.12℃，正負(fù)距平的振動幅度也減小。1961—2020年氣溫頃向率是增加的，增加值為0.24℃/10a。

圖1 吉林省1961—2020年冰凍期逐年平均氣溫的距平值、各年代際值

3.2 冰凍期開始與結(jié)束的年代變化特征

3.2.1 冰凍期開始時間的變化特征分析

從圖2中可以看到，冰凍期開始日期距平在20世紀(jì)60年代非常小，平均在早、晚2d波動；在70年代冰凍期開始日期提前的年份比推遲的年份多，提前日數(shù)最大的年份比平均日期提前了9d；80年代，冰凍期開始時間推遲的年份占了6a，推遲的日數(shù)比平均日期晚了3.3d；從90年代開始，冰凍期開始日期基本是提前的，提前最多的日數(shù)達(dá)到了15d，出現(xiàn)在1990年。

圖2 吉林省1961—2020年冰凍期開始時間的距平

3.2.2 冰凍期結(jié)束日期的變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)60年代的前5a以正距平為主；后4a以負(fù)距平為主，比正常結(jié)束日期晚2.6d。70年代，以正距平日期為主，結(jié)束晚的年份占8a；80年代，結(jié)束晚和結(jié)束早的年份數(shù)量相同；90年代距平值與80年代相近，結(jié)束早與結(jié)束晚年份交替出現(xiàn)；進(jìn)入21世紀(jì)以來，連續(xù)出現(xiàn)結(jié)束早和結(jié)束晚的年份。特別是2001年比平均值提前16d；最晚是2012年，比平均值晚17d，也是近60a中結(jié)束最晚的年份。

3.3 冰凍期不同溫度出現(xiàn)日數(shù)的年代變化特征

3.3.1 出現(xiàn)0℃以下平均日數(shù)的年代變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，1987年以前，出現(xiàn)0℃以下平均日數(shù)以正距平為主，占比為70.4%，其中有3a比距平值高15d，達(dá)到150d以上。1988—2020年的33a中，負(fù)距平年份占比為71.9%，負(fù)距平年份中有5a負(fù)距平日數(shù)超過15d，2007年達(dá)到20d；在正距平年份中，只有2a正距平日數(shù)超過10d，2012年比平均值高25d。

3.3.2 出現(xiàn)-5℃以下平均日數(shù)的年代變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，1987年以前，出現(xiàn)-5℃以下平均日數(shù)以正距平為主，占比為81.3%。1988—2020年的33a中，負(fù)距平占比為71.9%，負(fù)距平年份中有4a負(fù)距平日數(shù)超過15d；正距平年份中只有2a正距平日數(shù)超過了10d。

3.3.3 出現(xiàn)-10℃以下平均日數(shù)的年代變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，1974年以前，出現(xiàn)-10℃以下平均日數(shù)是正距平；1974—1987年正負(fù)距平年交替出現(xiàn)；1988—2020年，基本以負(fù)距平日數(shù)為主，負(fù)距平年份達(dá)到23a。

3.3.4 出現(xiàn)-15℃以下平均日數(shù)的年代變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)-15℃以下平均日數(shù)9a是正距平年；70年代的前6a中，正負(fù)距平交替出現(xiàn)，距平值都非常?。粡?0年代中期到80年代的中后期，基本以正距平年為主，負(fù)距平年日數(shù)值非常?。?988—2000年的13a中，都是負(fù)距平日數(shù)，負(fù)距平日數(shù)最大比平均值少近20d。

4 降雪變化特征

4.1 降雪量的年代變化特征

從圖3可以看到，20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)3a正距平，6a的負(fù)距平，最少年份出現(xiàn)在1962年，比平均值少27mm；70年代，前期連續(xù)出現(xiàn)少雪年份，后3a出現(xiàn)多雪年份；80年代，降雪量也是以少雪為主，多雪、少雪的幅度明顯減??；90年代，多雪、少雪年份交替出現(xiàn)，90年代后期連續(xù)出現(xiàn)多雪年份；進(jìn)入21世紀(jì)以來，前5a是多雪、少雪交替出現(xiàn)，從2008年開始，連續(xù)10a出現(xiàn)多雪年份，最大降雪量是平均值的近1.5倍，出現(xiàn)在2012年。

圖3 1961—2020年吉林省降雪量距平變化

4.2 降雪日數(shù)的變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)60年代正負(fù)距平日數(shù)交替出現(xiàn)；70年代（除1975年），平均日數(shù)基本在平均值附近波動；80年代中期連續(xù)出現(xiàn)了正距平年份；90年代初期到中后期，平均日數(shù)基本以負(fù)距平日數(shù)為主，負(fù)距平日數(shù)略有增大，基本在10d以內(nèi)；進(jìn)入21世紀(jì)以來，2～3a正負(fù)距平年份交替出現(xiàn)，距平日數(shù)明顯增大。

5 突變特征分析

5.1 氣溫突變特征

圖4是用Mann-Kendall檢驗法分析了平均氣溫的突變特征，從圖中可以看到，UF與UB曲線相交于1976年，可以判斷氣溫的突變年發(fā)生在1976年。采用相同的方法分別分析了0℃、-5℃、-10℃、-15℃出現(xiàn)日數(shù)的突變情況，分析結(jié)果表明，同樣存在突變情況。0℃出現(xiàn)日數(shù)的突變年發(fā)生在1988年；-5℃出現(xiàn)日數(shù)的突變年發(fā)生在1977年；-10℃出現(xiàn)日數(shù)的突變年發(fā)生在1981年；-15℃出現(xiàn)日數(shù)的突變年發(fā)生在1985年。

圖4 1961—2020年吉林省平均氣溫的突變特征

5.2 降雪突變特征分析

圖5 是用Mann-Kendall檢驗法分析了降雪的突變特征，從圖中可以看到，1961—2020年降雪的UF與UB曲線相交于2007年，可以判斷降雪的突變年發(fā)生在2007年。采用相同的方法分別分析了降小雪、中雪、大雪、暴雪的突變情況，分析結(jié)果表明，小雪和中雪的突變特征不明顯；大雪與暴雪突變特征明顯（圖6），分別出現(xiàn)在2008年和2010年。

圖5 1961—2020年吉林省降雪量突變分布

圖6 1961—2020年吉林省大雪（a）、暴雪（b）降雪日數(shù)突變分布

6 結(jié)語

（1）20世紀(jì)80年代以前的29a中，冰凍期日數(shù)比平均值高，以晚結(jié)束為主；從90年代至今的30a中，冰凍期日數(shù)比平均值低，以早結(jié)束為主。

（2）冰凍期開始日期在20世紀(jì)80年代以前比平均日期晚，平均晚1.2d；90年代以后比平均日期提前了1.6d。

（3）出現(xiàn)0℃及以下日數(shù)分布特征是，在20世紀(jì)80年代中期以前，基本上出現(xiàn)的日數(shù)以正距平為主；隨著年代的增加，出現(xiàn)的日數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢。

（4）降雪量的年代變化特征不明顯，只有2008—2017年連續(xù)10a出現(xiàn)了降雪量正距平年份。從降雪日數(shù)的分布情況看，正負(fù)距平日數(shù)交替出現(xiàn)，無明顯變化特征。降大雪日數(shù)和降暴雪的日數(shù)從2009年開始明顯增多，達(dá)到歷史最大值。

（5）氣溫和降雪量都出現(xiàn)了突變特征，氣溫的突變年出現(xiàn)在1976年；降雪量的突變出現(xiàn)在2007年。