內(nèi)蒙古1960～2015年積雪時空分布變化研究

張 峰甄 熙鄭鳳杰

（內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

積雪對畜牧業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)引發(fā)雪災(zāi)[3,4]。內(nèi)蒙古地區(qū)氣候多樣，下墊面情況復(fù)雜，冬季局地降雪量大，形成積雪深度厚，雪災(zāi)易發(fā)，掌握積雪的分布及變化規(guī)律對于內(nèi)蒙古畜牧業(yè)生產(chǎn)十分重要。本文采用Mann-Kendall分析法研究1960～2015年內(nèi)蒙古積雪時空分布變化情況，對于掌握雪災(zāi)發(fā)生規(guī)律，合理安排畜牧業(yè)生產(chǎn)，防范牧區(qū)雪災(zāi)具有重要意義。

1 資料與方法

選用內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)110個氣象站1960-2015年的逐日積雪深度數(shù)據(jù)，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(shù)（積雪深度不為0的日數(shù)）、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(shù)、積雪期、積雪初終日及其趨勢系數(shù)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(shù)、積雪期、積雪初終日數(shù)據(jù)，按東部、中部、西部劃分后的站點數(shù)據(jù)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(jié)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(shù)上看東部與中部類似，與西部地區(qū)相差較大。最大積雪深度表現(xiàn)為西部地區(qū)小于5cm，中、東部地區(qū)大于5cm，東部地區(qū)可達(dá)20cm以上；積雪日數(shù)表現(xiàn)為西部小于30d，中、東部大部大于30d，東部可達(dá)90d以上；積雪期表現(xiàn)為西部地區(qū)小于90d，中、東部地區(qū)大于90d，東部地區(qū)可達(dá)150d以上；積雪初日表現(xiàn)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(xiàn)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(shù)東部地區(qū)為正值，中、西部地區(qū)為負(fù)值，東部地區(qū)達(dá)到顯數(shù)水平。積雪日數(shù)趨勢系數(shù)中、東部為正，西部地區(qū)出現(xiàn)負(fù)值，東部地區(qū)達(dá)到顯著水平。積雪期趨勢系數(shù)除中部地區(qū)出現(xiàn)正值，東、西部地區(qū)為負(fù)值，東部地區(qū)達(dá)到顯著水平。積雪初日趨勢系數(shù)東、中部地區(qū)為正，西部為負(fù)。積雪終日趨勢系數(shù)中部地區(qū)為正，東、西部地區(qū)為負(fù)，東部地區(qū)達(dá)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(jì)60年代至本世紀(jì)初，平均最大積雪深度表現(xiàn)為東部地區(qū)增大4.5cm,中部地區(qū)增大0.5cm，西部地區(qū)減小1.8cm；平均積雪日數(shù)表現(xiàn)為東部地區(qū)增加27d，中部地區(qū)增加7.4d，西部地區(qū)減少7.2d；平均積雪期現(xiàn)為東部地區(qū)減少6.4d，中部地區(qū)減少12.8d，西部地區(qū)減少17.5d；平均積雪初日表現(xiàn)為東部地區(qū)推遲1.2d，中部地區(qū)推遲5.8d，西部地區(qū)提前0.2d；平均積雪終日表現(xiàn)為東部地區(qū)提前8.7d，中部地區(qū)提前5.8d，西部地區(qū)提前12.4d（圖 7）。

圖2 內(nèi)蒙古地區(qū)最大積雪深度空間分布圖

圖3 內(nèi)蒙古地區(qū)積雪日數(shù)空間分布圖

圖4 內(nèi)蒙古地區(qū)積雪期空間分布圖

圖5 內(nèi)蒙古地區(qū)積雪初日空間分布圖

圖6 內(nèi)蒙古地區(qū)積雪終日空間分布圖

根據(jù)M-K突變檢驗結(jié)果表明，東部地區(qū)最大雪深表現(xiàn)為在1965年以后持續(xù)增大且趨勢顯著，積雪日數(shù)表現(xiàn)為1972年以后持續(xù)增加且趨勢顯著，積雪期表現(xiàn)為先增后減趨勢，積雪初日表現(xiàn)出提前趨勢，積雪終日先推遲后提前；中部地區(qū)最大雪深表現(xiàn)出波動下降趨勢，積雪日數(shù)表現(xiàn)出增加趨勢，積雪期表現(xiàn)出先增后減趨勢，積雪初日表現(xiàn)出提前趨勢，積雪終日表現(xiàn)出先增后減趨勢；西部地區(qū)最大雪深在1973年以后持續(xù)下降，但未達(dá)顯著趨勢，積雪日數(shù)和積雪期呈波動振蕩，積雪初日、終日表現(xiàn)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(qū)最大雪深增大是突變現(xiàn)象，突變點出現(xiàn)在1972年、1975年，積雪日數(shù)增加是突變現(xiàn)象，突變點出現(xiàn)在1972年、1973年和1976年，積雪期縮短是突變現(xiàn)象，突變點出現(xiàn)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(xiàn)象，突變點出現(xiàn)在1999年、2000年和2005年；中部地區(qū)最大積雪深度增大、積雪日數(shù)增加，交點過多，不是突變現(xiàn)象，積雪期縮短是突變現(xiàn)象，突變點出現(xiàn)在2013年，積雪初日雖在臨界值間有交點，但未達(dá)到顯著著趨勢，因而不是突變現(xiàn)象，積雪終日在臨界值內(nèi)有交點，但過于靠近起止年份，不能判斷其為突變現(xiàn)象；西部地區(qū)最大積雪深度、積雪日數(shù)、積雪期、積雪終日的變化趨勢均未達(dá)到顯著水平，且有過多交點，不是突變現(xiàn)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(xiàn)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(dá)西部以后甚至轉(zhuǎn)為減小趨勢。20世紀(jì)后半頁，積雪日數(shù)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(jìn)入21世紀(jì)，全區(qū)積雪日數(shù)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(qū)達(dá)到統(tǒng)計顯著。

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

3 結(jié)論與討論

圖7 內(nèi)蒙古不同地區(qū)積雪年代際變化對比

圖8 內(nèi)蒙古不同地區(qū)積雪Mann-Kendall突變檢驗結(jié)果(虛直線是0.05顯著性水平臨界值信度線)

內(nèi)蒙古地區(qū)積雪分布在空間上呈現(xiàn)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(qū)在20世紀(jì)70年代發(fā)生突變，積雪深度顯著增大，而中、西部地區(qū)則未發(fā)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(dǎo)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(nèi)蒙古地區(qū)積雪日數(shù)總體呈增加趨勢，但進(jìn)入21世紀(jì)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(nèi)蒙古東北部雪季縮短的原因中，雪季開始期滯后和雪季結(jié)束期提前各占一半[5]。

本研究表明，內(nèi)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(jié)束期提前。張若楠等的研究表明，內(nèi)蒙古地區(qū)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(qū)積雪總體上呈現(xiàn)出平緩的增長趨勢,積雪深度和積雪日數(shù)的年代際變化趨勢在20世紀(jì)60年代呈現(xiàn)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(xiàn)不盡相同，東部地區(qū)積雪深度發(fā)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(qū)，積雪深度和積雪日數(shù)變化是同步的，但在西部地區(qū)，兩者存在不同步現(xiàn)象。這與王澄海等得出的內(nèi)蒙古地區(qū)屬于同增同減型研究結(jié)果略有差異。這種差異可能是由于本研究使用的內(nèi)蒙古地區(qū)積雪資料時間序列更長,局部地區(qū)內(nèi)的站點數(shù)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(jì)更不均勻，東、西部間差異也在逐漸拉大。本研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古東部地區(qū)積雪深度和積雪日數(shù)在20世紀(jì)70年代后發(fā)生突變增加，而中部和西部則未發(fā)生這種突變。劉泓志等研究表明，內(nèi)蒙古降水量按分區(qū)以及全區(qū)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(jì)60年代以后，全國平均氣溫呈顯著上升趨勢，在20世紀(jì)80年代后期發(fā)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(xiàn)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(xiàn)出增加趨勢，在20世紀(jì)80年代中期發(fā)生年代際突變[13]。田海峰等研究表明，內(nèi)蒙古冬季平均氣溫也于20世紀(jì)80年代中后期發(fā)生增溫突變[14]。包云等研究表明，1961～2007年內(nèi)蒙古冬季降水特征場表現(xiàn)出西北與中、東部反位相和東北-西南走向的多區(qū)域反位相分布特征[15]。李虹雨等研究發(fā)現(xiàn)東部年最低氣溫與年降水量變化趨勢一致的年數(shù)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(nèi)蒙古地區(qū)積雪東西差異分化的主要原因。