扎龙湿地近50年温度和降水年际变化分析

沃晓棠，黄智超，孙彦坤*，玄明君，王鼎震

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.哈尔滨学院生命科学与化学学院，哈尔滨 150086）

20世纪以来的全球变暖已经是人们公认的事实，且这种变暖幅度存在很大的地域性、突变性、周期性，变暖强度以北半球中高纬度内陆地区表现的最为明显[1]。本研究区域扎龙自然保护区地处我国纬度最高地区，是当地农、牧、渔、苇业的重要基地，也是气候变暖最显著的区域之一[2]，近年来，一些学者对扎龙湿地的气候变化进行了初步分析[3-5]，取得了一些有益的研究成果。为了进一步揭示近几十年来扎龙湿地气候变化规律，研究运用气候学统计分析方法对扎龙湿地近50年的气候变化特征进行分析，为扎龙湿地可持续发展的合理规划与决策提供气候上的依据。

1 研究区域概况

研究区域地处松嫩洪泛平原，嫩江支流乌裕尔河、双阳河下游湖沼苇草地带，地理坐标北纬46°52′～47°32′，东经 123°47′～124°37′，总面积近2 100 km2，本区属寒温带大陆性季风气候。扎龙自然保护区是我国北方同纬度地区中保留最完整、最原始、最开阔的湿地生态系统。扎龙自然保护区芦苇沼泽广袤辽远，湖泊星罗棋布，苇草肥美，鱼虾丰盛，环境幽静，保护区栖居鸟类150多种，其中鹤的种类多，数量大，素有“鹤的故乡”之称[5]。

2 材料与方法

2.1 气候资料选取及处理

扎龙湿地具有较小的地形地貌差异，其周边设有齐齐哈尔、富裕、杜蒙、泰来、林甸5个基准气象观测站。根据Karl等的研究结果，中国50万人口以下的城市所产生的热岛效应在气候变化中的影响可以忽略[6]。因而，根据黑龙江省统计年鉴（2004）数据，将热岛效应影响较大的城市齐齐哈尔观测站去掉，同时由于富裕测站气象资料出现缺测现象，所以本研究利用研究时段内资料完整性较好的杜蒙、泰来、林甸3个基准气象观测站的气象数据平均值，作为湿地范围内气候要素值，气象资料时间跨度为1955～2004年。季节划分以3～5月为春季、6～8月为夏季、9～11月为秋季、12月至翌年2月为冬季。

2.2 统计分析方法

①趋势分析采用线性倾向率；②获得研究区年及各季各要素的历史曲线及5年滑动平均；③运用Mann-Kendall和Yamamoto检测法进行气候序列的突变特征分析；④利用小波分析方法进行多时间尺度周期分析[7-9]。

3 结果与分析

3.1 气候序列的线性趋势分析

3.1.1 年、季气温变化线性趋势分析

近50年来扎龙湿地平均气温线性趋势上升明显（见图1），年、季气候倾向率分别为：年0.44℃·10年-1、春 0.58℃·10年-1、夏0.27℃·10年-1、秋0.30℃·10年-1、冬0.59℃·10年-1。以上数据显示年及四季平均气温均呈上升的趋势，四季中以春季增温最明显，夏季增温最弱，就气候倾向率而言，前者约是后者的2.6倍，其中冬、春季气温上升速率均大于年速率，夏、秋季气温上升速率均小于年速率，表明扎龙湿地研究时段内（1955～2004年）的气候增暖贡献最大的是冬季和春季。扎龙湿地年及各季一致的增温趋势与东北20世纪50年代末以来的持续升温趋势大背景同步[10]。

图1 扎龙湿地年、季平均气温变化趋势Fig.1 Trend of annunal and seasonal changes of mean temperature in Zhalong wetland

近50年来扎龙湿地年平均气温阶段变化特征表现为：20世纪60年代初～80年代中期处于50年来的低温期，自80年代中期以来进入持续增温阶段，90年代中期出现了一次跳跃性增温，且扎龙湿地90年代以来的增温非常显著，是50年以来的最高温期（见图1）。就季节而言，近50年扎龙湿地春季、秋季和冬季阶段性变化趋势与年气温基本一致，表现为相对冷期和相对暖期交替出现，相对冷期为20世纪60年代～80年代中期，相对暖期为50年代～60年代和80年代中期～90年代；夏季基本为持续性升温，无明显的相对冷期和相对暖期。

3.1.2 年、季降水量变化线性趋势分析

从图2可以看出，近50年来扎龙湿地降水量呈减少趋势，年降水量以7 mm·10年-1的速率减少，同时各季节气候倾向率分别为：春0.28、夏-2.23、秋-5.09、冬-0.23，说明扎龙湿地年及夏、秋、冬三季降水量的气候倾向率均呈下降的趋势，春季降水量线性趋势变化总体呈弱的正趋势，每10年增加0.28 mm，而夏、秋季负倾向率的绝对值比较大，尤其以秋季降水减少最为明显，进而导致年变化为负趋势。

图2 扎龙湿地年、季降水量变化趋势Fig.2 Trend of annunal and seasonal changes of precipitation in Zhalong wetland

从5年滑动平均线可以看出，20世纪50～60年代和90年代初为少雨阶段，其中少雨期持续时间较长，20世纪50年代末、80年代和90年代中期以来为多雨阶段，且多雨期一直维持到90年代末，在1998年扎龙湿地年降水量值达到最高。扎龙湿地四季降水量的变化显示（见图2），近50年来春季降水量降水异常程度不大，波动振幅较小，由于受夏季风影响，作为年降水量主要贡献者的夏季和秋季降水量变化趋势与年降水量十分相似，表现为大幅减少，冬季降水量阶段变化波动较大，总的趋势为略有减少。

3.2 气候序列的突变特征分析

3.2.1 年平均气温的突变分析

结果见图3。

图3 扎龙湿地气温序列的Mann-Kendall和Yamamoto检测Fig.3 Mann-Kendall test and Yamamoto test of temperature in Zhalong wetland

在Mann-Kendall突变检测图中，在临界值±1.96之间如果UF（虚线）与UB（实线）有一个显著的交点，且UF上升超过+1.96或下降低于-1.96，即认为序列产生了突变，该交点为突变的开端。扎龙湿地年平均气温序列的M-K检测图显示（见图3a），年平均气温表现出明显的显性增温趋势，且一次明显的气温突变发生在1988年，其后气温达到一个更显著的增暖时期。从扎龙湿地年平均气温序列的Yamamoto检测图（见图3b）可以看出，气温在研究时段内无强突变事件发生，只在20世纪90年代末有一次突变过程，发生在1988年。

3.2.2 年降水量的突变分析

1955～2004年扎龙湿地年降水量序列的Mann-Kendall检测图显示，在1964年有一次减少突变过程（见图4a），但并不显著。降水量序列Yamamoto检测未发现突变过程（见图4b）。可见相对气温而言，扎龙湿地降水突变趋势较弱，且频率较低，近50年来无明显的突变过程发生。

图4 扎龙湿地降水量序列的Mann-Kendall和Yamamoto检测Fig.4 Mann-Kendall test and Yamamoto test of precipitation in Zhalong wetland

3.3 气候序列的周期变化分析

3.3.1 年平均气温的周期变化

图5a为扎龙湿地年平均气温的小波变换系数实部等值线图，从小波变换实部分布可以看出，近50年来扎龙湿地在不同时段有不同的周期变化。由图5a可知，1955～2004年周期振动在时间域中对应的突变点比较多，对于10年尺度，最强的暖中心位于20世纪60年代初，同时可以看出在5～15年左右的年际尺度上气温变化表现为信号相对较强的1个暖期和2个冷期，即60年代中期以前的偏暖期、90年代初期和90年代末期以来的偏冷期。对于10年以上各种时间尺度的周期振动在整个时间域中表现为由偏冷向偏暖阶段的转变，冷暖转折突变点位于1989年前后。

3.3.2 年降水量的周期变化

图5b为扎龙湿地年降水量的小波变换系数实部等值线图，由图5b可知，扎龙湿地年降水量序列存在着明显的年代际尺度和年际尺度的周期性变化。就10～30年左右的年际尺度而言，降水变化表现为4个干湿交替阶段，即60年代末期以前和80年代初期到90年代末的偏湿期，60年代末期到80年代初期和90年代末期以来的偏干期，干湿交替突变点分别在1967年附近、1982年附近和1998年附近。由图5b可以看出，在时间域中3～10年的年际尺度的周期振动对应的干湿突变点比较多，其中10年左右尺度的周期振荡信号最明显，且最强少雨期中心出现在90年代末期。

图5 扎龙湿地气温及降水量小波分析Fig.5 Wavelet analysis of temperature and precipitation in Zhalong wetland

4 讨论与结论

受大气候变化的影响，扎龙湿地近50年来的气候变化与大区域变化相似，以显著变暖为总趋势，具体表现为：扎龙湿地年及各季平均气温均呈上升趋势，且一次明显的气温突变发生在1988年，其后气温达到一个更显著的增暖时期。90年代以来的增温趋势尤为显著，是50年以来的最高温期。扎龙湿地气温变化具有十分显著的季节性特点，四季中以春季增温最明显，夏季增温最弱，未来几年将继续处于暖期内。年降水及夏、秋、冬季降水均为减少趋势，尤其以秋季降水减少最为明显，未来几年扎龙将持续少雨期。相对气温而言，扎龙湿地降水突变趋势较弱，近50年来没有明显的突变过程发生。

持续的气候变暖可能直接或间接影响天气气候极端事件的产生，使得近年冷害、高温、干旱、洪涝、暴风雪等极端气候事件出现频次增多。四季气温普遍上升，尤其是冬、春季节，大大增加了土壤的蒸发量，春、夏旱期，农作物无法适时播种。冬季偏暖，对危害农作物和森林牧草的害虫及病菌越冬有利，给农、牧、林业生产造成一些不利影响[11]。总的来看，目前对于区域气候变化趋势需要更进一步研究，以便更好地认识和利用区域气候资源。

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