內蒙古1960～2015年積雪時空分布變化研究

張 峰甄 熙鄭鳳杰

（內蒙古自治區生態與農業氣象中心,內蒙古 呼和浩特 010051）

積雪對畜牧業生產具有雙重性，它既是淡水重要的來源之一[1]，影響地表水熱交換[2]，又可能因過量或非適時的出現引發雪災[3,4]。內蒙古地區氣候多樣，下墊面情況復雜，冬季局地降雪量大，形成積雪深度厚，雪災易發，掌握積雪的分布及變化規律對于內蒙古畜牧業生產十分重要。本文采用Mann-Kendall分析法研究1960～2015年內蒙古積雪時空分布變化情況，對于掌握雪災發生規律，合理安排畜牧業生產，防范牧區雪災具有重要意義。

1 資料與方法

選用內蒙古自治區內110個氣象站1960-2015年的逐日積雪深度數據，以0.5cm以上的積雪（包括0.5cm）為有積雪，0.5cm以下的積雪深度記為0cm。以每年9月1日至次年8月31日為一個積雪季，計算每個積雪季的最大積雪深度、積雪日數（積雪深度不為0的日數）、積雪期（積雪初日與積雪終日之間的時間）、積雪初終日（從每個積雪季9月1日起有積雪的第一天和最后一天的日序值）。

圖1 氣象觀測站分布示意圖

采用ArcGis中的IDW插值工具對56年的平均最大積雪深度、積雪日數、積雪期、積雪初終日及其趨勢系數繪制出分布圖。采用Mann-Kendall分析法分析方法，用1960～2015共56年的最大積雪深度、積雪日數、積雪期、積雪初終日數據，按東部、中部、西部劃分后的站點數據取平均值，繪制UF和UB曲線，取臨界值a=0.05即U0.05=±1.96。

2 結果與分析

2.1 積雪空間分布分析

從56年的平均最大積雪深度、積雪日數上看東部與中部類似，與西部地區相差較大。最大積雪深度表現為西部地區小于5cm，中、東部地區大于5cm，東部地區可達20cm以上；積雪日數表現為西部小于30d，中、東部大部大于30d，東部可達90d以上；積雪期表現為西部地區小于90d，中、東部地區大于90d，東部地區可達150d以上；積雪初日表現為東部最早，日序在60d以前，西部其次，中部最晚，日序在180d以上。積雪終日表現為西部最早，日序在180d以前，中部其次，在180d至200d之間，東部最晚，日序在220d 以后（圖 2～6）。

選0.05顯著水平，查分布表得臨界值為±0.273，可以看出，最大雪深趨勢系數東部地區為正值，中、西部地區為負值，東部地區達到顯數水平。積雪日數趨勢系數中、東部為正，西部地區出現負值，東部地區達到顯著水平。積雪期趨勢系數除中部地區出現正值，東、西部地區為負值，東部地區達到顯著水平。積雪初日趨勢系數東、中部地區為正，西部為負。積雪終日趨勢系數中部地區為正，東、西部地區為負，東部地區達顯著（圖 2～6）。

2.2 積雪時間分布分析

從年代平均值變化上看，上世紀60年代至本世紀初，平均最大積雪深度表現為東部地區增大4.5cm,中部地區增大0.5cm，西部地區減小1.8cm；平均積雪日數表現為東部地區增加27d，中部地區增加7.4d，西部地區減少7.2d；平均積雪期現為東部地區減少6.4d，中部地區減少12.8d，西部地區減少17.5d；平均積雪初日表現為東部地區推遲1.2d，中部地區推遲5.8d，西部地區提前0.2d；平均積雪終日表現為東部地區提前8.7d，中部地區提前5.8d，西部地區提前12.4d（圖 7）。

圖2 內蒙古地區最大積雪深度空間分布圖

圖3 內蒙古地區積雪日數空間分布圖

圖4 內蒙古地區積雪期空間分布圖

圖5 內蒙古地區積雪初日空間分布圖

圖6 內蒙古地區積雪終日空間分布圖

根據M-K突變檢驗結果表明，東部地區最大雪深表現為在1965年以后持續增大且趨勢顯著，積雪日數表現為1972年以后持續增加且趨勢顯著，積雪期表現為先增后減趨勢，積雪初日表現出提前趨勢，積雪終日先推遲后提前；中部地區最大雪深表現出波動下降趨勢，積雪日數表現出增加趨勢，積雪期表現出先增后減趨勢，積雪初日表現出提前趨勢，積雪終日表現出先增后減趨勢；西部地區最大雪深在1973年以后持續下降，但未達顯著趨勢，積雪日數和積雪期呈波動振蕩，積雪初日、終日表現出提前趨勢（圖8）。

選取臨界值a=0.05即U0.05=±1.96。可以看出，東部地區最大雪深增大是突變現象，突變點出現在1972年、1975年，積雪日數增加是突變現象，突變點出現在1972年、1973年和1976年，積雪期縮短是突變現象，突變點出現在2008年、2010年，積雪初日在臨界值間有交點，但交點多且過于靠近起止年份，不能判斷為突變點，積雪終日提前是突變現象，突變點出現在1999年、2000年和2005年；中部地區最大積雪深度增大、積雪日數增加，交點過多，不是突變現象，積雪期縮短是突變現象，突變點出現在2013年，積雪初日雖在臨界值間有交點，但未達到顯著著趨勢，因而不是突變現象，積雪終日在臨界值內有交點，但過于靠近起止年份，不能判斷其為突變現象；西部地區最大積雪深度、積雪日數、積雪期、積雪終日的變化趨勢均未達到顯著水平，且有過多交點，不是突變現象，積雪初日在1989以前呈顯著上升趨勢，之后呈下降趨勢，但趨勢不顯著，在臨界值線間交點過多，也不能判斷其為突變現象（圖8）。

整體上看，56年以來積雪深度的增大程度從東向西遞減，到達西部以后甚至轉為減小趨勢。20世紀后半頁，積雪日數呈先減后增趨勢，西部較東、中部滯后；積雪期東、中、西部均呈先縮短再延長趨勢，且西部較為滯后；積雪深度東、中部呈增加趨勢，西部呈減小趨勢。進入21世紀，全區積雪日數呈增加趨勢，積雪期呈縮短趨勢，積雪終日呈提前趨勢，東部地區達到統計顯著。

突變檢驗結果表明積雪深度增大在東部是突變現象,在中部不是突變現象，積雪深度減小在西部不是突變現象。積雪日數增加在東部是突變現象，而在中、西部則不是突變現象；積雪期縮短在東、中部是突變現象，在西部不是突變現象。

3 結論與討論

圖7 內蒙古不同地區積雪年代際變化對比

圖8 內蒙古不同地區積雪Mann-Kendall突變檢驗結果(虛直線是0.05顯著性水平臨界值信度線)

內蒙古地區積雪分布在空間上呈現東多西少的分布，東、西部積雪分配差異在逐年增大。東部地區在20世紀70年代發生突變，積雪深度顯著增大，而中、西部地區則未發生此種突變。東部積雪深度突變增加和西部積雪深度的減少共同導致東西部積雪深度差異增大，積雪空間分布不均勻性加劇。

內蒙古地區積雪日數總體呈增加趨勢，但進入21世紀后積雪期總體縮短，積雪時間分布上集中程度增加。張志富等指出內蒙古東北部雪季縮短的原因中，雪季開始期滯后和雪季結束期提前各占一半[5]。

本研究表明，內蒙古東部積雪終日提前的幅度較積雪初日推遲的幅度更大，東部積雪期縮短的主要原因是雪季結束期提前。張若楠等的研究表明，內蒙古地區的雪深隨時間有逐漸增多的趨勢[6]。王澄海等研究指出，中國地區積雪總體上呈現出平緩的增長趨勢,積雪深度和積雪日數的年代際變化趨勢在20世紀60年代呈現為稍有增加，70年代有所下降，80年代又增加；90年代又有略有增加的趨勢[7]。本研究表明，積雪深度變化上東、中、西部表現不盡相同，東部地區積雪深度發生突變性增加，中部緩慢增加，而西部略有減小。即在于東、中部地區，積雪深度和積雪日數變化是同步的，但在西部地區，兩者存在不同步現象。這與王澄海等得出的內蒙古地區屬于同增同減型研究結果略有差異。這種差異可能是由于本研究使用的內蒙古地區積雪資料時間序列更長,局部地區內的站點數更多。

影響積雪的主要因素是氣溫和冬季降水[8～10]，在全球變暖的大形勢下，低溫和降水的分布較上世紀更不均勻，東、西部間差異也在逐漸拉大。本研究發現內蒙古東部地區積雪深度和積雪日數在20世紀70年代后發生突變增加，而中部和西部則未發生這種突變。劉泓志等研究表明，內蒙古降水量按分區以及全區平均的年代際分量和年際分量都存在減少趨勢[11]，尹云鶴等研究指出20世紀60年代以后，全國平均氣溫呈顯著上升趨勢，在20世紀80年代后期發生顯著突變[12]。孫建奇等的研究表明，中國冬季降水與溫度在年代際尺度上表現出非常一致的變化特征，隨著冬季變暖的加劇，中國冬季降水也呈現出增加趨勢，在20世紀80年代中期發生年代際突變[13]。田海峰等研究表明，內蒙古冬季平均氣溫也于20世紀80年代中后期發生增溫突變[14]。包云等研究表明，1961～2007年內蒙古冬季降水特征場表現出西北與中、東部反位相和東北-西南走向的多區域反位相分布特征[15]。李虹雨等研究發現東部年最低氣溫與年降水量變化趨勢一致的年數更多[16]。可見，冬季降水與低溫在時空上的不匹配可能是造成內蒙古地區積雪東西差異分化的主要原因。