黑龍江省冬半年寒潮變化的氣候特征

王瑩，徐永清，李永生

（1.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱 150028；2.黑龍江省氣候中心，黑龍江哈爾濱 150030）

黑龍江省冬半年寒潮變化的氣候特征

王瑩1，徐永清2，李永生2

（1.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱 150028；2.黑龍江省氣候中心，黑龍江哈爾濱 150030）

使用黑龍江省信息中心整編的62個站點1961年1月1日-2010年2月28日日平均氣溫、日最低氣溫等氣象要素，著重分析了黑龍江省冬半年寒潮頻次的時空變化特征。結果表明，過去的近半個世紀，黑龍江省冬半年寒潮活動頻次總的趨勢是減少的，存在明顯的年際和年代際變化，而且不同地形區寒潮頻次也有明顯差異，對所有臺站進行Mann-Kendall檢驗，沒有突變現象。使用GIS對黑龍江省不同的地形發生的寒潮頻次進行分析，發現山區發生寒潮的頻次比平原地帶明顯多。

寒潮；氣溫；變化趨勢；地形

1 引言

黑龍江省地處東亞中高緯度的西風帶地區，靠近冷空氣的發源地，位于東亞季風區的北端，深受東亞冬季風的影響，氣候寒冷、氣溫年際變化大，因此氣溫異常頻繁發生。寒潮是影響黑龍江省的主要災害性天氣之一，最主要的表現就是劇烈降溫并伴有大風和雨雪天氣，可造成人畜傷亡、電線積冰、通信中斷、農作物遭受損害導致減產等事故，給人們的生產和生活帶來很大的危害。早在上世紀50年代中國氣象工作者就對寒潮進行了研究，分析侵襲中國寒潮的源地、寒潮的天氣系統、成因及其預報，形成比較系統的寒潮理論，國內不同地區對區域寒潮進行了大量的研究，有的研究還定義了區域寒潮強度指數，結果發現無論是從寒潮發生頻次，還是寒潮發生強度都有減少和減弱的趨勢。任國玉等[1]對中國氣候變化的研究指出，自20年代開始，全國大范圍的寒潮活動逐漸減弱。黑龍江省發生的寒潮與全國發生的寒潮有共同的規律，但也有其獨特的特點，雖然近幾年許多氣象工作者對不同區域的寒潮活動變化規律進行了研究[2-5]，但對黑龍江省寒潮活動的研究非常少，僅限于個例分析，而且從氣候和氣候變化的角度分析黑龍江省的寒潮天氣過程發生頻次的時、空分布特征到目前還沒有，本文的研究目的是用最新的資料，對黑龍江省寒潮進行統計并分析其長期變化狀況，并在此基礎上用地理信息系統進行區劃分析，從防災減災的角度出發，對決策部門提供指導意見，對寒潮事件的發生變化和預測起到一定的參考作用。

2 資料和方法

使用的資料來自黑龍江省氣象信息中心整編的1961-2010年2月的逐日平均氣溫資料和逐日最低氣溫資料。考慮1960年前觀測站點數的限制和資料的完整性，本文選取了1961年1月1日-2010年2月28日日最低氣溫缺測不超過1次的62個站點，為研究方便，將寒潮發生的季節進行劃分，春季（3-5月），秋季（9-10月），冬季（當年11-翌年2月），冬半年（10月-翌年3月），本文只研究冬半年寒潮氣候變化特征。

目前各地對寒潮的定義還有差異，由于黑龍江處于高緯度地區，氣候比較寒冷，秋、冬和春季的降溫對人們的生產生活有很大影響，因此參照《寒潮年鑒》和《中國氣象災害大典》黑龍江卷[6-7]，定義黑龍江省單站寒潮標準：日平均氣溫在24 h內下降8℃及以上，同時日最低氣溫≤4℃的強冷空氣過程稱為單站寒潮。

采用EOF分解方法對黑龍江省62個臺站寒潮天氣過程發生頻次的時、空分布特征進行了分析，采用線性傾向估計、滑動平均分析寒潮的變化趨勢，采用Mann-Kendall法對1961-2009年黑龍江省各個臺站冬半年寒潮活動頻次的序列分別進行突變分析，并利用統計相關分析和合成分析法對黑龍江省寒潮活動異常的環流背景進行分析，采用GIS對黑龍江省發生的寒潮進行地形劃分。

3 結果與分析

為了進一步揭示黑龍江省冬半年寒潮頻次的時空變化特征，對剔除缺測之后的黑龍江省62個臺站近50 a冬半年的寒潮頻次進行了EOF分析，并選取方差占優的前3個主要模態進行討論。圖1為寒潮頻次前3個EOF空間模態，它們占原始場的方差分別為48%、8.7%、4.7%，累積方差達到61.4%，用North等人[8]提出的計算特征值誤差范圍來進行顯著性檢驗，前三個特征值通過檢驗，因此認為前三個空間模態可以代表寒潮頻次的主要變化特征。

3.1 冬半年寒潮頻次異常分布特征

圖1 1961－2009年黑龍江省62個站冬半年寒潮頻次EOF分解模態空間分布

3.1.1 空間異常分布特征

對1961-2009年黑龍江省62個站逐年冬半年的寒潮頻次資料EOF分解表明，冬半年寒潮頻次的特征可通過其相應的載荷量場來描述。冬半年寒潮頻次經EOF分解的前3個模態，方差貢獻率占總方差的61.4%，其特征具有一定代表性。以下重點分析這前三個模態。

EOF的第一模態空間分布表明（圖1a）全省為一致的正值區，加之這一類型的空間分布特征占總體方差的48%，說明這是黑龍江省冬半年寒潮頻次空間變化的主要分布類型，即冬半年寒潮頻次空間變化的主體一致性，表明盡管黑龍江省地形復雜，地勢參差不齊，高山、丘陵、盆地、谷地縱橫交錯，但冬半年寒潮頻次的空間分布仍有相當好的一致性。第一模態的分布具體表現為“中間高兩端低”型，整個中部地區均異常偏高，變化趨勢比較一致。嫩江、孫吳、遜克一線向北逐漸減小，以及五常、寧安一線以南偏小。

EOF的第二模態（圖1b）可較好地反映出黑龍江省冬半年寒潮頻次變化西南與東北呈現出完全相反的異常分布。從嫩江到伊春再到通河、五常圍成了一條圓弧形的零等值線，表明冬半年寒潮頻次可能以此為界具有西南與東北相反的變化特征，其方差貢獻占總體方差的8.7%，西南地區最低值中心出現在拜泉一帶，東北部正的最大值中心位于東部的雙鴨山地區。

EOF第三模態（圖1c）的空間分布自西向東可以概括為負-正-負型。兩條零等值線基本呈經向型分布：西部負值區包括了大興安嶺地區、黑河、齊齊哈爾、大慶、綏化西部等地，負值中心位于富裕境內，零線從遜克到綏棱穿過大慶東部直到肇源。而另一片負值區中心出現在樺南附近，零等值線也成南北走向，依次穿過蘿北、佳木斯、勃利、雞西。兩條零等值線所夾的中部地區為第三模態的正值區，最大正中心出現在五常。這種空間分布表明了黑龍江省冬半年寒潮頻次呈現出中部地區與西部和東部相反的關系，即黑龍江中部地區冬半年寒潮頻次偏多時，西部和東部寒潮頻次偏少。

3.1.2 時間系數年際變化特征

EOF分解第一模態相應的時間系數（圖2a）顯示年際變化明顯，可以說1980年是一個轉折點，1980年以前寒潮頻次偏高，絕大多數年份均在0線以上，表明上世紀80年以前寒潮頻次普遍偏多；而從1980年開始，時間系數明顯以負值為主，只有20世紀末期的幾年，系數連續出現了正值，這與上世紀80年代后全球氣候普遍變暖具有總體一致性。

第二模態時間系數（圖2b）顯示波動比較明顯，上世紀60年代，年際變化明顯，基本以1 a為一周期起伏變化，1970-1976年與1980-1993年這兩個時間段內，系數均在0線以下，結合空間分布圖可以總結出這段時間內黑龍江省西南地區寒潮頻次多于其它地區；1977-1980年這4 a中，系數升幅劇烈，意味著西南地區寒潮頻次迅速減少，相反的全省其它大部分地區寒潮頻次增多；1994年開始周期變化再次呈現，波動起伏很大，大約以1～2 a為一周期變化。

第三模態時間系數圖中（圖2c）從1961-1975年這15 a中，只有4個年份時間系數出現了負值，表明在這15 a中，黑龍江省西部和東部寒潮頻次偏少，而中部地區異常偏多；1976-1991年時間系數波動起伏比較大，而上世紀90年代至21世紀初，時間系數均在零線以下，說明上世紀末到本世紀初中部地區寒潮頻次偏少，與其相反的西部和東部寒潮頻次明顯偏多。

圖2 EOF分解第1、2、3個模態空間分布相應的時間系數

3.2 不同地形寒潮分布特點

區域氣候特點與其對應的地理環境是分不開的，黑龍江省地域遼闊，南北和東西跨度大，由于其處在特定的地理位置和特殊的地形下，決定了它的不同區域在氣候上還是有很大差異的。黑龍江省的地勢大致是西北部、北部和東南部高，東北部、西南部低；主要由山地、臺地、平原和水面構成。西北部為東北-西南走向的大興安嶺山地，北部為西北-東南走向的小興安嶺山地，東南部為東北-西南走向的張廣才嶺、老爺嶺、完達山脈，土地約占全省總面積的24.7%；海拔高度在300 m以上的丘陵地帶約占全省的35.8%；東北部的三江平原、西部的松嫩平原，是中國最大的東北平原的一部分，平原占全省總面積的37.0%，海拔高度為50～200 m。

冬半年單站寒潮的多年平均發生頻次有兩個大值區，分別位于西北部大興安嶺山區，松嫩平原東北部和小興安嶺山脈交界處，都在5次以上，尤其是松嫩平原東北部和小興安嶺山脈交界處，部分地區達7次以上。松嫩平原西部和三江平原大部地區，年均發生寒潮頻次在3次以下。松嫩平原中部和東部，年均發生寒潮頻次在3～6次。西南山區張廣才嶺和長白山脈一帶，在3次左右。松嫩平原西部一帶和三江平原東北部年均發生寒潮頻次最少，年均1次左右。春、秋和冬季的分布情況與此相似（圖略），雖然3個季節分布的差別不大，但冬季寒潮發生的頻次最多，秋季次之，春季最少。從區域平均的單站寒潮頻次在各月份的分布圖中（圖略）可以看出，10-12月份的寒潮明顯多于其他月份，尤其是l1月是全年中發生寒潮頻次最多的月份，這可能與秋冬季大氣環流轉換有關。

利用線性傾向估計方法討論冬半年寒潮頻次在近49 a的變化趨勢可知，對單站而言，黑龍江省大部分區域的寒潮頻次在冬半年的趨勢都是減少的，只有個別站點的趨勢沒有變化，西北部大興安嶺山區減少的趨勢尤其明顯，線性趨勢系數大都在-0.05次/年以上，局部地區達到-0.07次/年，并且寒潮頻次的減少趨勢達到了95%的信度檢驗。

北部小興安嶺山脈，寒潮頻次減少的趨勢也達到了-0.05次/年以上，松嫩平原南部有部分地區和三江平原部分地區達到了-0.05次/年，東南部張廣才嶺和長白山脈地區寒潮頻次減少的趨勢為-0.03次/年以上，其它地區，寒潮頻次的變化趨勢大都為-0.02次/年左右，經統計，有66.1%的站點寒潮減少的趨勢通過了95%的信度檢驗。

4 結論與討論

（1）通過統計分析，近49 a，山區發生寒潮的頻次比平原地區要多，西北部大興安嶺山區和北部小興安嶺山區，都在5次以上，松嫩平原西部和三江平原大部地區，年均發生寒潮頻次在3次以下，松嫩平原西部一帶和三江平原東北部年均發生寒潮頻次最少，年均1次左右。

（2）黑龍江省大部分地區，每年的寒潮頻次都在逐漸減少，山區比平原地區減少的幅度要明顯，松嫩平原西部和三江平原東北部減少的趨勢最不明顯，西北部大興安嶺山區和北部小興安嶺山區減少的趨勢最明顯，通過了95%的信度檢驗。

（3）寒潮發生在春、秋、冬三季，其中冬季發生的頻次要多于春秋季，從各月寒潮發生的頻次來看，10-12月，這3個月發生的頻次較多，其中11月最多。

（4）溫度的劇烈變化是造成寒潮天氣發生的主要原因，近百年來，全球的溫度持續增加，黑龍江省的氣候也在變暖，特別是冬季的氣溫增加顯著，這也可能是造成寒潮頻次減少的原因。

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Climatic characteristics of the cold wave happened in the winter half year in Heilongjiang province

WANG Ying1，XU Yong-qing2，LI Yong-sheng2
（1.Harbin Meteorological Bureau,Heilongjiang Harbin 150028; 2.Climate Center of Heilongjiang province,Heilongjiang Harbin 150030）

The temporal and spacial characteristics of the cold wave occurred in winter half year was studied in detail with the data of daily mean temperature and daily minimum temperature of 62 observation stations from 1 January 1961 to 28 February 2010 which is edited by Information Center of Heilongjiang Province.The results show that the frequency of cold wave decreases within past half century and has apparent inter-annual and interdecadal variation,besides that,the cold waves in different terrain are significantly different.All of the data from 62 observation stations is checked with the Mann-Kendall method and no mutation is found.Using the GIS to analyze the frequency of cold wave happened in different terrain,it found that cold waves occurred in mountain areas is more than in plain areas.

cold wave;temperature;change trend;terrain

P463.1

A

1002－252X（2012）03－0001－03

2012－6－1

王瑩（1984-），女，黑龍江省齊齊哈爾市人，南京信息工程大學，本科生，助理工程師.