扎龍濕地周邊地區(qū)近50年干濕特征分析

張苗苗 牛忠清 鄭凱

摘要 應(yīng)用扎龍濕地周邊5個(gè)測(cè)站1961～2010年逐日氣溫、降水資料，分析了扎龍濕地的干濕變化特征。結(jié)果表明，扎龍濕地年平均氣溫為3.9 ℃，平均氣溫突變年份為1986年，20世紀(jì)80年代以后氣溫顯著升高，近50年升溫速率0.42 ℃/10a，年平均氣溫存在2～8、10～30年的周期變化;扎龍濕地年平均降水量為412.3 mm，富裕站的降水存在減少趨勢(shì)，其他4站的降水有增加趨勢(shì)，年降水量變化存在3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分別位于1966、1982和1998年，扎龍濕地周邊地區(qū)降水量存在2～8、10和20～30年的周期變化;干燥指數(shù)存在增大（變干）趨勢(shì)，其中林甸站干濕變化最為平穩(wěn)，泰來(lái)站干濕變化最為劇烈。

關(guān)鍵詞 扎龍濕地;干濕特征;周期特征

中圖分類(lèi)號(hào) S161 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2015）03-261-06

Analysis of Arid and Humid Characteristic in Zhalong Wetland in Recent 50 Years

ZHANG Miaomiao， NIU Zhongqing， ZHENG Kai

（Heilongjiang Weather Modification Office， Harbin， Heilongjiang 150030）

Abstract Based on daily temperature and precipitation data of meteorological observation station surround Zhalong wetland， the characteristic of arid and humid conditions was analyzed. The annual mean temperature surround Zhalong wetland is 3.9 ℃. The abrupt change of mean temperature occurred in 1986. After the 80's temperature rises more significantly. The temperature increased 0.42℃ every 10 years in recent 50 years. There were annual mean temperature period of 2-8 years and 10-30 years in the area. The annual mean precipitation was 412.3 mm in Zhalong wetland. The precipitation was decreasing in Fuyu station and that in other four stations were ascending. Annual precipitation had three sudden changes， respectively in 1966， 1982 and 1998. There were precipitation period of 2-8 years，10 years and 20-30 years surround Zhalong wetland.The aridity index shows an ascendant trend. The arid and humid change is the most stable in Lindian， and the most severe in Tailai.

Key words Zhalong wetland; Arid and humid conditions; Periodic characteristic

基金項(xiàng)目 中國(guó)氣象局氣候變化專(zhuān)項(xiàng)（CCSF201209）。

作者簡(jiǎn)介 張苗苗（1982- ），女，黑龍江賓縣人，工程師，從事人工影響天氣研究。

收稿日期 20141211

扎龍自然保護(hù)區(qū)位于黑龍江省齊齊哈爾市東南，總面積近2 100 km²，是我國(guó)最大的以鶴類(lèi)等大型水禽為主體的珍稀鳥(niǎo)類(lèi)和濕地生態(tài)類(lèi)型的國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，1992年被列入國(guó)際重要濕地名錄。扎龍濕地的存在對(duì)于齊齊哈爾地區(qū)以及整個(gè)黑龍江省西部的氣候、生態(tài)環(huán)境起著重要的調(diào)節(jié)作用，因此具有十分重要的生態(tài)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近50多年來(lái)，在人類(lèi)活動(dòng)和區(qū)域氣候的共同作用下，扎龍濕地生態(tài)特征嚴(yán)重退化，近年來(lái)，由于連年干旱，水資源匱乏加劇，扎龍濕地面積萎縮，甚至面臨消亡的威脅，濕地生態(tài)系統(tǒng)亟待拯救，濕地生態(tài)環(huán)境用水問(wèn)題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者對(duì)扎龍濕地的氣候變化特征進(jìn)行了大量研究^[1-4]，主要集中在氣候變暖背景下溫度、降水量等的時(shí)間變化特征，而干旱是多種氣象因子共同作用的結(jié)果，因此筆者在溫度、降水變化趨勢(shì)和周期性特征研究的基礎(chǔ)上，引入干燥指數(shù)，綜合考慮以上2種因素，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)扎龍濕地周邊地區(qū)的干濕變化特征。

1 資料與方法

選用扎龍濕地周邊齊齊哈爾、富裕、林甸、泰來(lái)、杜蒙5個(gè)氣象觀測(cè)站1961～2010年逐日平均氣溫和降水資料進(jìn)行了相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用趨勢(shì)系數(shù)^[5]、累積距平、MannKendall趨勢(shì)分析^[6-7]、小波分析^[8-9]等方法，分析了扎龍濕地氣溫、降水和干燥指數(shù)的變化趨勢(shì)、突變情況和周期性特征。干燥指數(shù)（K）表征氣候的干濕變化特征，計(jì)算公式為^[10]：K=0.16∑tr，

式中，t表示日平均氣溫≥10 ℃期間的積溫，r為氣溫≥10 ℃同期降水量，0.16為常數(shù)。K值越大，表示越干旱。

2 扎龍濕地年平均氣溫的變化特征

2.1 年平均氣溫的時(shí)間分布特征

應(yīng)用扎龍濕地周邊5個(gè)氣象觀測(cè)站氣象要素的平均值分析扎龍濕地氣候變化情況，由圖1可見(jiàn)，扎龍濕地周邊地區(qū)年平均氣溫存在明顯的年際變化;近50年年平均氣溫為3.9 ℃，其中2007年的年平均氣溫最高，為5.9 ℃，最小值出現(xiàn)在1969年，為1.5 ℃。從長(zhǎng)期趨勢(shì)（表1）上看，近50年扎龍濕地平均氣溫顯著升高，速率為0.42 ℃/10a;5個(gè)站點(diǎn)的年平均溫度隨緯度升高而降低，其中以泰來(lái)最高，歷年平均氣溫4.9 ℃，富裕的溫度最低，為2.8 ℃，受“熱島效應(yīng)”影響，齊齊哈爾站的溫度高于近乎同緯度的林甸站;50年間，5個(gè)測(cè)站的年平均氣溫均呈顯著升高趨勢(shì)，且均通過(guò)顯著性水平為0.001的t檢驗(yàn)，速率為0.37～0.51 ℃/10a，林甸站的年平均氣溫增速最大，為0.51 ℃/10a。

2.2 年平均氣溫的M-K檢驗(yàn)

從扎龍濕地年平均氣溫的MannKendall統(tǒng)計(jì)量曲線(xiàn)（圖2）可看出，20世紀(jì)60～80年代初，UF曲線(xiàn)小于零，變化較平穩(wěn);從80年代開(kāi)始，UF曲線(xiàn)大于零，表明年平均氣溫呈上升趨勢(shì)，UF曲線(xiàn)在80年代末開(kāi)始超過(guò)0.05顯著水平臨界線(xiàn)，表明該時(shí)段內(nèi)年平均氣溫的增加趨勢(shì)顯著。UF和UB曲線(xiàn)在1986年左右相交于置信區(qū)間內(nèi)，確定為扎龍濕地年平均氣溫變化的突變點(diǎn)。

2.3 年平均氣溫的周期性特征

由圖3可見(jiàn)，1961～2010年扎龍濕地年平均氣溫具有不同尺度的周期變化，且存在階段性特征，同時(shí)表現(xiàn)為多層次相互嵌套的結(jié)構(gòu)。近50年扎龍濕地年平均氣溫距平存在2～8年年際尺度的周期變化，

在整個(gè)時(shí)域中均有體現(xiàn)，1961～1980、2000～2010年年際尺

注：a.5站均值;b.齊齊哈爾;c.泰來(lái);d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

圖1 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站年平均氣溫的時(shí)間序列曲線(xiàn)

表1 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站年平均氣溫極值、傾向率

測(cè)站歷年均值

℃極大值

℃極小值

℃平均變率

%傾向率

℃/10a

齊齊哈爾4.0 6.0 1.8 18.90.39**

泰來(lái)4.9 6.6 2.5 13.80.35***

林甸3.3 5.5 0.8 25.20.51***

杜蒙4.3 6.1 1.9 16.80.37***

富裕2.8 5.2 0.7 27.00.46***

5站均值3.9 5.9 1.5 19.10.42***

注：***表示通過(guò)顯著性水平為0.001的t檢驗(yàn)。

圖2 1961～2010年扎龍濕地年平均氣溫MannKendall檢驗(yàn)

度周期信號(hào)較強(qiáng)，冷暖事件交替頻繁，中心位于4年左右;20世紀(jì)80～90年代年際尺度周期變化有向低頻發(fā)展的趨勢(shì)，但事件強(qiáng)度相對(duì)較弱，中心位于8年左右。小波系數(shù)頂部顯示平均氣溫可能存在10～30年年代際尺度周期變化。

圖3 1961～2010年扎龍濕地年平均氣溫距平的Morlet小波變換

3 扎龍濕地降水的變化特征

3.1 年降水量的分布特征

由圖4可見(jiàn)，扎龍濕地年平均降水量存在明顯的年際變化;近50年歷年平均降水量為412.3 mm，其中1998年受強(qiáng)厄爾尼諾事件影響，降水量為歷年最高，達(dá)631.2 mm，最小值出現(xiàn)在1979年，僅269.7 mm。從長(zhǎng)期趨勢(shì)（表2）上看，年降水量呈不顯著增加趨勢(shì)，傾向率為1.81 mm/10a。區(qū)域內(nèi)5個(gè)觀測(cè)站的年平均降水量自南向北減少，其中以泰來(lái)最少，歷年平均降水量382.0 mm，富裕最高，為436.5 mm;富裕站的降水呈弱的減少趨勢(shì)，傾向率為-1.94 mm/10a，其他4站的降水具有增加趨勢(shì)，傾向率為0.06～6.82 mm/10a，其中以齊齊哈爾站年降水量增幅最大，分析可能與齊齊哈爾城市化進(jìn)程有關(guān)，主要受“城市雨島”效應(yīng)影響。

注：a.5站均值;b，齊齊哈爾;c.泰來(lái);d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

圖4 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站年降水量的時(shí)間序列曲線(xiàn)

表2 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站年降水量極值、傾向率

測(cè)站歷年均值

mm極大值

mm極小值

mm平均變率

%傾向率

mm/10a

齊齊哈爾421.1 651.7 250.3 18.56.82

泰來(lái)382.0 672.5 189.2 21.91.59

林甸417.0 699.5 235.4 21.32.50

杜蒙405.1 594.5 248.5 18.50.06

富裕436.5 748.1 285.0 20.9-1.94

5站均值412.3 631.2 269.7 18.41.81

43卷3期 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 張苗苗等 扎龍濕地周邊地區(qū)近50年干濕特征分析

3.2 年降水量的累積距平

由扎龍濕地年降水量的距平和累積距平曲線(xiàn)（圖5a）可見(jiàn)，扎龍濕地降水量存在明顯的年際變化，1961～2010年間年降水量變化存在3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分別位于1966、1982和1998年。1961～1965年，累積曲線(xiàn)呈上升趨勢(shì)，同時(shí)表現(xiàn)出2～3年的年際變化;1967～1981年，累積曲線(xiàn)呈下降趨勢(shì)，以負(fù)距平為主，平均降水距平-42.9 mm;1983～1997年，區(qū)域內(nèi)降水量呈增加趨勢(shì)，平均降水正距平為30.2 mm，其中，1988～1998年降水量年際變幅較大，區(qū)域內(nèi)旱澇事件發(fā)生頻繁;1999～2010年，累積曲線(xiàn)呈下降趨勢(shì)。扎龍濕地周邊5個(gè)氣象臺(tái)站的降水量累積曲線(xiàn)的變化（圖5b～f）與5站均值基本一致，細(xì)節(jié)上存在差異。20世紀(jì)60年代中期以前，5站降水量累積曲線(xiàn)均存在增加趨勢(shì);之后至1980年左右年降水量呈減少趨勢(shì)，林甸、杜蒙站降水量的變化相對(duì)滯后;80年代以后各站累積曲線(xiàn)變化趨勢(shì)差異較大，80年代～90年代初、中期，齊齊哈爾、泰來(lái)和杜蒙累積曲線(xiàn)呈上升趨勢(shì)，年降水量增加;林甸和富裕站降水量增加的開(kāi)始年份位于1982（1979）～1988年;1989～2010年林甸站降水量累積曲線(xiàn)變化平穩(wěn)，以年際變化為主，其他4站累積曲線(xiàn)表現(xiàn)為由平穩(wěn)過(guò)渡到緩慢下降的變化趨勢(shì)，同時(shí)年際變化顯著。

3.3 年降水量的周期性特征

從圖6可以清楚地看出扎龍濕地年降水量距平的年際及年代際尺度周期變化和多時(shí)間尺度結(jié)構(gòu);頂部的小波系數(shù)分布表明，扎龍濕地降水量可能存在20～30年的周期變化，在整個(gè)時(shí)域中均有體現(xiàn)，存在2個(gè)多雨期和2個(gè)少雨期，即20世紀(jì)60年代～70年代初的多雨期、70年代初～80年代初的少雨期、80年代初～90年代末的多雨期和90年代末～2007年左右的少雨期，旱澇交替的突變點(diǎn)分別位于1973、1983和1999年。10年左右的周期

注：a.5站均值;b.齊齊哈爾;c.泰來(lái);d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

圖5 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站年降水量距平和累積距平曲線(xiàn)

信號(hào)在所討論的時(shí)域中也有體現(xiàn)，但等值線(xiàn)較稀疏，信號(hào)較弱;2～8年年際尺度的周期變化在整個(gè)時(shí)域中均有體現(xiàn)，70

年代中期以來(lái)，等值線(xiàn)密集，年際尺度周期信號(hào)較強(qiáng)，旱澇事件交替頻繁，中心位于3年左右，20世紀(jì)90年代年際尺度周

期變化有向低頻發(fā)展的趨勢(shì)，中心位于7年左右。

圖6 1961～2010年扎龍濕地年降水量距平的Morlet小波變換

4 扎龍濕地干燥指數(shù)的變化特征

4.1 干燥指數(shù)的分布特征

由干燥指數(shù)的時(shí)間序列曲線(xiàn)（圖7）可見(jiàn)，扎龍濕地干燥指數(shù)多年均值為1.5，1968、1982和2004年的干燥指數(shù)為歷年最高（2.4），表明這些年份最干燥;1998年在近50年中最為濕潤(rùn)，干燥指數(shù)最低，為0.9。從長(zhǎng)期趨勢(shì)（表3）上看，扎龍濕地干燥指數(shù)呈增大（變干）趨勢(shì)，增大趨勢(shì)不顯著。扎龍濕地周邊5個(gè)測(cè)站50年平均干燥指數(shù)1.4～1.7，富裕最小，歷年均值為1.4，表明該站相對(duì)較濕潤(rùn);泰來(lái)站最大，為1.7，表明該站最為干燥，同時(shí)，泰來(lái)站在2004年干燥指數(shù)最大，達(dá)3.3，為近50年內(nèi)最干燥年份。5站干燥指數(shù)均呈增大（變干）趨勢(shì)，其中泰來(lái)站變干趨勢(shì)最快，為0.10/10a，齊齊哈爾最慢，為0.02/10a，5站變干趨勢(shì)不顯著。

注：a.5站均值;b.齊齊哈爾;c.泰來(lái);d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

圖7 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站干燥指數(shù)的時(shí)間變化曲線(xiàn)

表3 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站干燥指數(shù)極值、傾向率

測(cè)站歷年均值極大值極小值平均變率

%傾向率

/10a

齊齊哈爾1.5 2.5 0.9 23.30.02

泰來(lái)1.7 3.3 0.8 28.70.10

林甸1.5 2.8 0.8 27.60.06

杜蒙1.5 2.9 0.9 23.90.06

富裕1.4 2.5 0.8 25.60.06

5站均值1.5 2.4 0.9 23.40.06

4.2 干燥指數(shù)的累積距平

由圖8可見(jiàn)，扎龍濕地干燥指數(shù)累積曲線(xiàn)在20世紀(jì)60年代中期以前表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，之后至70年代末變化相對(duì)平穩(wěn)，呈現(xiàn)弱的上升（變干）趨勢(shì)，以年際尺度變化為主，1982年可以確定為累積曲線(xiàn)變化的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，1983～1994年干燥指數(shù)累積曲線(xiàn)下降，呈現(xiàn)變濕趨勢(shì)，1995～2010年累積曲線(xiàn)上升，呈現(xiàn)變干趨勢(shì);20世紀(jì)60～70年代，扎龍濕地周邊測(cè)站干燥指數(shù)的變化基本一致，80年代開(kāi)始累積曲線(xiàn)的變化存在細(xì)微差異。5個(gè)測(cè)站干燥指數(shù)的累積曲線(xiàn)在20世紀(jì)60年代中期以前均有下降的趨勢(shì)，之后至70年代末以年際變化為主，變化相對(duì)平穩(wěn)，僅在70年代后期存在上升趨勢(shì)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)均位于1982年;1983～1994年，齊齊哈爾、泰來(lái)、杜蒙和富裕站干燥指數(shù)累積曲線(xiàn)呈下降（變濕）趨勢(shì)，1995～2010年累積曲線(xiàn)上升，呈現(xiàn)變干趨勢(shì)，其中以泰來(lái)站的累積曲線(xiàn)的變化最為劇烈;1983～1987年林甸站干燥指數(shù)呈下降（變濕）趨勢(shì)，1988～2010年累積曲線(xiàn)變化平穩(wěn)，以年際尺度變化為主。試分析以上現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，80年代開(kāi)始，扎龍濕地平均氣溫顯著升高，降水增多;80年代～90年代初，降水變化起主導(dǎo)作用，故干燥指數(shù)減小;90年代中期，年平均氣溫的升高與降水所產(chǎn)生的作用相當(dāng)，干燥指數(shù)變化平穩(wěn);90年代末開(kāi)始，降水減少，年平均氣溫仍持續(xù)升高，干燥指數(shù)減小，扎龍濕地呈現(xiàn)變干趨勢(shì)。5站中以林甸站距離扎龍濕地最近，受濕地影響最大，干濕變化最為平穩(wěn);泰來(lái)站距離濕地中心最遠(yuǎn)，濕地調(diào)節(jié)作用不明顯，同時(shí)受地理位置等影響，干濕變化最為劇烈。

5 小結(jié)

（1）1961～2010年扎龍濕地周邊地區(qū)年平均氣溫為3.9 ℃，從長(zhǎng)期趨勢(shì)上看，以0.42 ℃/10a的速度顯著升高;5站的年平均氣溫變化相對(duì)一致，1986年為扎龍濕地年平均氣溫突變點(diǎn)，20世紀(jì)80年代末至2010年年平均氣溫的增加趨勢(shì)顯著;年平均氣溫距平存在2～8、10～30年的周期變化。

（2）扎龍濕地年平均降水量為412.3 mm，從長(zhǎng)期趨勢(shì)上看，齊齊哈爾、泰來(lái)、林甸、杜蒙4站的降水表現(xiàn)為不顯著增加趨勢(shì)，富裕站的降水存在減少趨勢(shì);扎龍濕地年降水量累積距平曲線(xiàn)存在3個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分別位于1966、1982和1998年。小波分析表明，扎龍濕地降水量存在2～8年、準(zhǔn)10年和20～30年的周期變化。

注：a.5站均值;b.齊齊哈爾;c.泰來(lái);d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

圖8 1961～2010年扎龍濕地周邊測(cè)站干燥指數(shù)的距平和累積距平曲線(xiàn)

（3）扎龍濕地及周邊5站干燥指數(shù)呈不顯著增大（變干）趨勢(shì)。5站中以林甸站距離扎龍濕地最近，受濕地影響最大，干濕變化最為平穩(wěn);泰來(lái)站干濕變化最為劇烈。

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