大兴安岭地区降水量和气温变化趋势分析
张可扬 李天权 曲延浩 高峰 林婧文 姜立春
摘 要：以大兴安岭地区为研究区域，利用大兴安岭地区5个气象站点1961-2014年的月气温和月降水量的资料，使用R软件与Excel软件对所得数据进行探索与处理，获得1961-2014年大兴安岭地区的降水量及气温的变化情况，并对其进行验证，研究该地区1961-2014年降水量及气温的变化趋势。研究结果表明，1961-2014年大兴安岭地区平均气温在-22.27～9.67 ℃，年平均气温波动上升，气温倾向率为0.88 ℃/10 a，明显高于全国平均增温速率0.22 ℃/10 a。其中冬季增温速率最大，为0.605 7 ℃/10 a。1961-2014年大兴安岭地区平均降水量在17.52～44.82 mm，年平均降水量波动上升，降水量倾向率为1.00 mm/10 a，与全国年均降水量略微下降的趋势相反。夏季降水增长速率最大，为2.51 mm/10 a。
关键词：气温 降水量 变化趋势
中图分类号：S162 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2018）05-0008-07
Abstract： Taking the Daxinganling area as the research area， using the data of monthly temperature and precipitation of 5 meteorological stations from 1961 to 2014， the data was explored and processed using R software and Excel software. The precipitation and temperature changes in the Daxinganling area from 1961 to 2014 were obtained and verified， and the trends of precipitation and temperature in the area from 1961 to 2014 were studied. Results showed that the average temperature was -22.27-9.67 ℃ in Daxinganling area during 1961-2014， which the annual temperature appeared rising trend. The climatic trend rate was 0.88℃/10a and it was higher than the national average warming speed， 0.22 ℃/10 a， in which winter warming rate was the highest， 0.605 7 ℃/10 a. the average precipitation was 17.52-44.82 mm in Daxinganling area during 1961-2014， which the annual precipitation appeared rising trend. The climatic trend rate was 1.00 mm/10 a and it was reverse to the slight decline trend of national average precipitation. The summer precipitation growth rate was the highest， 2.51 mm/10 a.
Keywords： Temperature； precipitation； change trend
0 引言
氣候变化问题一直是国内外学者关注的一个焦点，研究气候的变化对于我国生产发展具有重大的意义。根据IPCC调查的数据显示，1906年到2005年间，全球地表温度增加了0.74℃[1]，1961到2005年我国东北地区的气温呈上升趋势，且上升幅度较大[2]，前人研究所得东北地区年平均气温增温速率为0.32℃/10 a（P<0.01） [3]，降水量倾向率为-5.71 mm/10 a（P>0.05）[4]，从60年代到90年代为大兴安岭地区的偏冷期，90年代后则为偏暖期[5]，1961到2014年间，降水量在1981年出现一个突变点，表现为降水量在该年间显著增多[6]。近年来全球气候异常变化与气象灾害不断增多，大兴安岭所处东北地区是气候脆弱区和对气候变暖最敏感地区之一。气候的变化对林区会造成相应的影响与威胁，如21世纪后，降水减少，可燃物的积累与温度的上升，干旱的出现，使气候向更利于林火发生的方向演变[8]。气温升高，使土壤水分蒸发加快，土壤中的水分减少，湿度下降，导致作物生长缓慢甚至出现严重旱灾[9]。因此对大兴安岭气候变化趋势及异常气候变化预测十分必要。本文选取大兴安岭地区5个气象站点1961-2014年月气温与月降水量资料进行研究，希望能为林业生产提供可参考材料。
1 数据与方法
1.1 数据来源
选用由国家气象局提供的黑龙江省大兴安岭地区5个气象数据站点（表1）：50136（漠河），50246（塔河），50349（新林），50353（呼玛），50442（加格达奇），去掉异常值和缺值。
1.2 研究方法
本研究运用R软件、excel等软件，对大兴安岭地区5个站点的气温、降水的季节、年际变化进行相关性分析，季节划分方法为：春季：2-4月；夏季：5-7月；秋季：8-10月；冬季：11-1月。将气温、降水量的变化与时间变化统一，研究气温、降水量与时间变化的关系，描述气候在1961-2014这54年来变化趋势。
2 结果分析
2.1 气温变化规律
将1961-2014年的气象数据分为总体、春、夏、秋、冬5个部分分别做出变化规律折线图，以较简明地表现大兴安岭地区的气温变化规律，图中起点年份为1961年，如图1～图5所示。
1961-2014年大兴安岭地区年平均气温在-22.27～9.67℃，平均气温总体呈上升趋势，平均增温速率为0.88℃/10 a（图1），高于东北平均增温速率0.6℃ /10a，也明显高于全国平均增温速率0.22℃/10 a[5]。年份变化与年平均气温的变化线性相关性较小，线性相关系数仅为0.261，总体呈线性增长关系，变暖趋势比较明显。1961-1975年平均气温变化幅度较大，呈现较高的上升趋势；1975-2014年的平均气温变化趋势则趋于平稳；1990年出現最高值。
春季平均气温总体呈上升趋势，年际变化幅度较大，波动范围为-2.72～3.39℃，平均增温速率为0.42℃/10 a（图2），与哈尔滨地区的变化趋势相反[8]；夏季平均气温在14.97～18.70℃，平均增温速率为0.21℃/10 a，每年的夏季平均气温总体较高，呈较平缓的上升趋势，1972、1982、1999年出现了突变点，出现平均气温极低的情况，在1970年、2008年、2011年出现平均气温，其余年份的平均气温则呈现上升的态势（图3）；秋季平均气温在-4.29～0.17℃，平均增温速率为0.26℃/10 a，总体变化趋势与春季平均气温变化趋势一致，每年的平均气温变化幅度大，总体呈现上升趋势，上升幅度较为缓慢（图4）。冬季平均气温在-30.2～-20.19℃，平均增温速率为0.61℃/10 a，平均气温变化趋势与夏季平均气温变化趋势基本相同，在1965年与1969年出现1961-2014年最低温，1961-2007年为总体上升趋势，2008-2014年出现略微下降（图5）。
气候变化与人类活动息息相关，一般认为气温的上升主要与二氧化碳浓度升高、太阳活动等因素有关，而人类活动所产生的二氧化碳对大气中二氧化碳的浓度变化影响较大，从而影响了气温的上升。近年来人类活动的增强，给大气中带来了更多的二氧化碳，因此总体气温也随着时间的推移逐年上升；春夏秋三个季节的温度变化趋势与年变化趋势相同，而冬季平均气温在2007年之后出现下降趋势，该变化与当时出现的三次极端寒冷天气有关，冬季出现的极寒气候使气温大幅度下降， 是导致冬季平均气温产生下降趋势的主要原因。
2.2 降水量变化规律
将1961-2014年的气象数据分为总体、春、夏、秋、冬5个部分来分别做出变化规律折线图，以较简明地表现大兴安岭地区的降水量变化规律，如图6～图10所示。
1961-2014年大兴安岭地区平均降水量在17.52～44.82 mm，年平均降水量出现上升趋势。平均增长速率为1.00 mm/10 a，与全国年平均降水量略微下降的趋势相反。1965年到2005年的年平均降水量变化不大，1981年的降水量显著增多， 2005年后，降水量的变化量增大，与气温在年份变化中的变化相互吻合，可知降水量与气温有一定的相关性，年份推移与平均降水量变化线性相关性较小，相关系数仅为0.16（图6）。研究国内外其他学者所得出的结论可知，在东北地区的降水量变化总体呈减少趋势，分为三个阶段，1951-1970年为多雨时期，1970-1988年为一个少雨时期，在这个时段里降水的年际波动不大。1989-2007年这段时间降水的年际波动相对较大，1990年为相对多雨期，2000-2007年则为相对少雨期，根据大兴安岭在东北地区的地理位置，可知大兴安岭地区降水量的增长幅度较大[2]，该结论与本文所得结论相似。
观察春季平均降水量折线图（图7）可知，春季平均降水量在105.27～426.67 mm，平均增长速率为0.77 mm/10 a，春季年平均降水量变化较为平缓，总体为上升趋势，但1961-2014年总体变化幅度在0～400 mm间小幅度变化，其中1961年到2003年的平均降水量变化较为平缓，2004-2014年的平均降水量幅度出现较大变化。由夏季平均降水量折线图（图8）可知，夏季平均降水量在588.87～1448.73 mm，平均增长速率为2.51 mm/10 a，1961-2014年夏季平均降水量变化幅度较大，但总体数值较高，在600～1 400 mm，在1991与2003年出现1961-2014年来降水量较大的情况；根据秋季平均降水量折线图（图9）可知，秋季平均降水量在102.93～504.73 mm，平均增长速率为0.02 mm/10 a，秋季平均降水量变化趋势与其他季节的变化趋势不同，秋季平均降水量变化趋势呈现下降趋势，1961-2014年秋季平均降水量在100～500 mm缓步变化，在1981与1986年降水量值较小，在2008年出现较大值。由冬季平均降水量变化折线图（图10）可知，冬季平均降水量在17～105.89 mm，平均增长速率为0.52 mm/10 a冬季平均降水量变化较为平缓，总体呈上升趋势，变化区间为20～100 mm，在2009与2010年间出现极大值。
降水量的变化与多方面因素有关，如背风坡与迎风坡的关系、温度变化、相对湿度、植被和大气环流等。大兴安岭地区的降水量总体呈上升趋势，其主要原因之一是全球气候的变暖，导致降水的增加；1987年大兴安岭火灾发生后，人们对于森林火灾的控制、人工降雨等，使该地区相对湿度的增加，森林火灾发生减少，也是降水量上升的原因之一。
2.3 气温和降水量的年代际变化
距平是某一系列数值中的某一个数值与平均值的差，距平值在气象上，主要是用来确定某个时段或时次的数据，相对于该数据的某个长期平均值是高还是低。气温与降水量的变化规律可以通过距平值的大小客观的反映出来，因此通过计算大兴安岭地区的年代际平均气温、各季节平均气温的距平值，研究大兴安岭地区平均气温与平均降水量在年代际变化中的演变规律。见表2和表3。
表2和表3中以10 a为单位，计算平均气温与平均降水量，并与1961-2014年的平均气温与平均降水量作对比，得出表2与表3的数据，2011-2014不足10 a，因此以该4年作为单位独立进行计算。
由表2可知，4个季节的气温总体都呈上升趋势，根据距平值的变化来看，春冬季节在1981-1990十年间平均气温的距平值为正值，增温速度大于夏秋两季。1961-1970年4个季节的平均气温的距平值为负值，1981年到1990年间春冬季节平均气温的距平值转为正值，此时气温表现为显著上升，在2011-2014年年平均气温的距平值略微下降，数值由6.88变为5.32，在整体气温变化趋势都表现为上升的情况下，2001-2014年的冬季平均气温的距平值出现负值，该变化可能与2000-2001年冬季出現的三次东北型极端事件有关，来自寒潮关键区与西伯利亚高压地区的冷空气团还有来自冰岛北部附近的冷空气团对东北地区的温度变化产生了影响，因此大兴安岭冬季的气温也出现了相应的降温情况[7]。从1961年到2014年的总体上升幅度较明显，可以认为是近年来的全球变暖，二氧化碳排放量的显著增加有关，人类活动的增多，温室效应的加剧是导致大兴安岭地区气候变暖的主要原因。
由表3可知，夏季的降水量增加趋势最为明显，但波动幅度较大，在1971-1980年的距平值为-95.79 mm，1981-1990年间的距平值为113.65 mm，增幅高达209.44 mm，为1961-2014年间最大增幅，秋季年平均降水量的距平值呈平稳波动趋势，但在1991-2000年出现了较大的增幅，随后恢复平稳，春秋冬三季的降水量在1961-2000年缓慢增加，2001-2014年间略有下降。随着气温的上升，年平均降水量总体呈上升趋势。1961-1980、2001-2010为少雨年代，1981-2000、2011-2014年为多雨年代[5]，其原因由于大兴安岭地区气候较为敏感，为温带季风气候区，气温升高，温室效应加强，会对降水量产生较大的影响，有些年份可能会出现突变的气候情况，可能会导致干旱、洪水等灾害。
2.4 气温与降水量的年际变化相关性研究
将1971-2010年的数据分割成每5年一组，将1971年开始到2010年结束的前后每五年的数据进行相关性分析，降水量及气温两个气候因素与以每5年为一个时间段的前后两个时间段中，环境的变化是否会出现一定的、连贯的相关性，因此通过前后5年的相关性分析来研究降水量及气温这两个气候因素与每段时间之间的关系，见表4、表5。
根据表格的数据我们可以分析，年平均气温、年平均降水量在每5年的年际变化中并无任何的规律，相关性时高时低，表4中，1971-1975年间与1976-1980年间的相关系数为0.14，而1976-1980年间与1991-1995年间的气温变化相关系数高达0.73；表5中，1971-1975年间与1976-1980年间的数据相关系数为0.86，而1971-1975年间与1991-1995年间的相关性为负相关，相关系数为-0.44。可知，年代际关系上，降水量、气温的变化在前后5 a之间具有随机性。
2.5 各站点年均气温与降水量差异性分析
分别对5个站点每个年代的年均气温及年均降水进行方差分析与多重比较，详情见表6、表7。由表可知90年代时，不同站点的平均气温存在极显著差异（P<0.01），其余年代下没有显著性差异。对数据进行多重比较的结果显示，除90年代外，70、80、00 3个年代之间没有显著差异（P>0.01），呼玛、塔河、加格达奇3站之间多重比较的结果相同，没有显著差异，这3站与漠河、新林之间均有显著差异；九十年代时，呼玛、漠河两站没有显著差异，这两站与其余3站之间均有显著差异。总的方差分析表明，不同站点的平均气温存在极显著差异（P<0.01）。其中，塔河、漠河两站不存在显著差异，新林、加格达奇两站不存在显著差异，塔河、漠河两站与新林、加格达奇两站存在显著差异，而呼玛站与其余站点存在显著差异。
根据表6显示，不同站点的每个年代的平均降水存在极显著差异（P<0.01）。在所有的时间段，加格达奇和呼玛没有显著差异，新林与塔河除70年代外，也没有显著差异。加格达奇、呼玛两站与新林、塔河两站总存在明显差异，漠河与其余站点总是存在显著差异。总体方差分析表明，不同站点的平均降水都存在极为显著的差异。其中，加格达奇与呼玛没有显著差异，新林与漠河没有显著差异，加格达奇、呼玛两站与新林、漠河两站存在明显差异，而塔河与其余站点存在显著差异。
3 结论
大兴安岭地区气温年代变化呈波动上升趋势，1961-1970、1971-1980、1991-2000三个年代期间平均气温小幅波动，1991-2000年气温开始上升，2001-2010年气温大幅上升，较上个年代上升2.184℃，之后在2011-2014年气温大幅下降，较上个年代下降2.30℃，春冬季节的升温趋势最明显，对于大兴安岭地区的温度上升贡献较大。
大兴安岭地区降水量年代变化呈波动上升趋势，其中1971-1980年降水量大幅下降，较上个年代下降64.737 mm，1991-2000年降水量大幅上升，较上个年代上升79.188 mm，夏季降水量增加趋势最为明显，对于大兴安岭地区的降水量贡献较大。
降水量及气温随着时间推移总体呈上升趋势，在上世纪90年代左右开始出现部分减少趋势。年均降水量与年均气温两个气候因素在每个年代之间并无相关关系，充满了随机性。（不是结论，而是讨论）
【参 考 文 献】
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