扎龙湿地周边地区近50年干湿特征分析

2015-10-21张苗苗牛忠清郑凯

安徽农业科学 2015年3期

张苗苗牛忠清郑凯

摘要应用扎龙湿地周边5个测站1961～2010年逐日气温、降水资料，分析了扎龙湿地的干湿变化特征。结果表明，扎龙湿地年平均气温为3.9 ℃，平均气温突变年份为1986年，20世纪80年代以后气温显著升高，近50年升温速率0.42 ℃/10a，年平均气温存在2～8、10～30年的周期变化;扎龙湿地年平均降水量为412.3 mm，富裕站的降水存在减少趋势，其他4站的降水有增加趋势，年降水量变化存在3个转折点，分别位于1966、1982和1998年，扎龙湿地周边地区降水量存在2～8、10和20～30年的周期变化;干燥指数存在增大（变干）趋势，其中林甸站干湿变化最为平稳，泰来站干湿变化最为剧烈。

关键词扎龙湿地;干湿特征;周期特征

中图分类号 S161 文献标识码 A 文章编号 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

基金項目中国气象局气候变化专项（CCSF201209）。

作者简介张苗苗（1982- ），女，黑龙江宾县人，工程师，从事人工影响天气研究。

收稿日期 20141211

扎龙自然保护区位于黑龙江省齐齐哈尔市东南，总面积近2 100 km²，是我国最大的以鹤类等大型水禽为主体的珍稀鸟类和湿地生态类型的国家级自然保护区，1992年被列入国际重要湿地名录。扎龙湿地的存在对于齐齐哈尔地区以及整个黑龙江省西部的气候、生态环境起着重要的调节作用，因此具有十分重要的生态、环境和经济价值。近50多年来，在人类活动和区域气候的共同作用下，扎龙湿地生态特征严重退化，近年来，由于连年干旱，水资源匮乏加剧，扎龙湿地面积萎缩，甚至面临消亡的威胁，湿地生态系统亟待拯救，湿地生态环境用水问题成为人们关注的焦点。

近年来，国内部分学者对扎龙湿地的气候变化特征进行了大量研究^[1-4]，主要集中在气候变暖背景下温度、降水量等的时间变化特征，而干旱是多种气象因子共同作用的结果，因此笔者在温度、降水变化趋势和周期性特征研究的基础上，引入干燥指数，综合考虑以上2种因素，进一步认识扎龙湿地周边地区的干湿变化特征。

1 资料与方法

选用扎龙湿地周边齐齐哈尔、富裕、林甸、泰来、杜蒙5个气象观测站1961～2010年逐日平均气温和降水资料进行了相关的统计，应用趋势系数^[5]、累积距平、MannKendall趋势分析^[6-7]、小波分析^[8-9]等方法，分析了扎龙湿地气温、降水和干燥指数的变化趋势、突变情况和周期性特征。干燥指数（K）表征气候的干湿变化特征，计算公式为^[10]：K=0.16∑tr，

式中，t表示日平均气温≥10 ℃期间的积温，r为气温≥10 ℃同期降水量，0.16为常数。K值越大，表示越干旱。

2 扎龙湿地年平均气温的变化特征

2.1 年平均气温的时间分布特征

應用扎龙湿地周边5个气象观测站气象要素的平均值分析扎龙湿地气候变化情况，由图1可见，扎龙湿地周边地区年平均气温存在明显的年际变化;近50年年平均气温为3.9 ℃，其中2007年的年平均气温最高，为5.9 ℃，最小值出现在1969年，为1.5 ℃。从长期趋势（表1）上看，近50年扎龙湿地平均气温显著升高，速率为0.42 ℃/10a;5个站点的年平均温度随纬度升高而降低，其中以泰来最高，历年平均气温4.9 ℃，富裕的温度最低，为2.8 ℃，受“热岛效应”影响，齐齐哈尔站的温度高于近乎同纬度的林甸站;50年间，5个测站的年平均气温均呈显著升高趋势，且均通过显著性水平为0.001的t检验，速率为0.37～0.51 ℃/10a，林甸站的年平均气温增速最大，为0.51 ℃/10a。

2.2 年平均气温的M-K检验

从扎龙湿地年平均气温的MannKendall统计量曲线（图2）可看出，20世纪60～80年代初，UF曲线小于零，变化较平稳;从80年代开始，UF曲线大于零，表明年平均气温呈上升趋势，UF曲线在80年代末开始超过0.05显著水平临界线，表明该时段内年平均气温的增加趋势显著。UF和UB曲线在1986年左右相交于置信区间内，确定为扎龙湿地年平均气温变化的突变点。

2.3 年平均气温的周期性特征

由图3可见，1961～2010年扎龙湿地年平均气温具有不同尺度的周期变化，且存在阶段性特征，同时表现为多层次相互嵌套的结构。近50年扎龙湿地年平均气温距平存在2～8年年际尺度的周期变化，

在整个时域中均有体现，1961～1980、2000～2010年年际尺

注：a.5站均值;b.齐齐哈尔;c.泰来;d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

图1 1961～2010年扎龙湿地周边测站年平均气温的时间序列曲线

表1 1961～2010年扎龙湿地周边测站年平均气温极值、倾向率

测站历年均值

℃极大值

℃极小值

℃平均变率

%倾向率

℃/10a

齐齐哈尔4.0 6.0 1.8 18.90.39**

泰来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：***表示通过显著性水平为0.001的t检验。

图2 1961～2010年扎龙湿地年平均气温MannKendall检验

度周期信号较强，冷暖事件交替频繁，中心位于4年左右;20世纪80～90年代年际尺度周期变化有向低频发展的趋势，但事件强度相对较弱，中心位于8年左右。小波系数顶部显示平均气温可能存在10～30年年代际尺度周期变化。

图3 1961～2010年扎龙湿地年平均气温距平的Morlet小波变换

3 扎龙湿地降水的变化特征

3.1 年降水量的分布特征

由图4可见，扎龙湿地年平均降水量存在明显的年际变化;近50年历年平均降水量为412.3 mm，其中1998年受强厄尔尼诺事件影响，降水量为历年最高，达631.2 mm，最小值出现在1979年，仅269.7 mm。从长期趋势（表2）上看，年降水量呈不显著增加趋势，倾向率为1.81 mm/10a。区域内5个观测站的年平均降水量自南向北减少，其中以泰来最少，历年平均降水量382.0 mm，富裕最高，为436.5 mm;富裕站的降水呈弱的减少趋势，倾向率为-1.94 mm/10a，其他4站的降水具有增加趋势，倾向率为0.06～6.82 mm/10a，其中以齐齐哈尔站年降水量增幅最大，分析可能与齐齐哈尔城市化进程有关，主要受“城市雨岛”效应影响。

注：a.5站均值;b，齐齐哈尔;c.泰来;d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

图4 1961～2010年扎龙湿地周边测站年降水量的时间序列曲线

表2 1961～2010年扎龙湿地周边测站年降水量极值、倾向率

测站历年均值

mm极大值

mm极小值

mm平均变率

%倾向率

mm/10a

齐齐哈尔421.1 651.7 250.3 18.56.82

泰来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期张苗苗等扎龙湿地周边地区近50年干湿特征分析

3.2 年降水量的累积距平

由扎龙湿地年降水量的距平和累积距平曲线（图5a）可见，扎龙湿地降水量存在明显的年际变化，1961～2010年间年降水量变化存在3个转折点，分别位于1966、1982和1998年。1961～1965年，累积曲线呈上升趋势，同时表现出2～3年的年际变化;1967～1981年，累积曲线呈下降趋势，以负距平为主，平均降水距平-42.9 mm;1983～1997年，区域内降水量呈增加趋势，平均降水正距平为30.2 mm，其中，1988～1998年降水量年际变幅较大，区域内旱涝事件发生频繁;1999～2010年，累积曲线呈下降趋势。扎龙湿地周边5个气象台站的降水量累积曲线的变化（图5b～f）与5站均值基本一致，细节上存在差异。20世纪60年代中期以前，5站降水量累积曲线均存在增加趋势;之后至1980年左右年降水量呈减少趋势，林甸、杜蒙站降水量的变化相对滞后;80年代以后各站累积曲线变化趋势差异较大，80年代～90年代初、中期，齐齐哈尔、泰来和杜蒙累积曲线呈上升趋势，年降水量增加;林甸和富裕站降水量增加的开始年份位于1982（1979）～1988年;1989～2010年林甸站降水量累积曲线变化平稳，以年际变化为主，其他4站累积曲线表现为由平稳过渡到缓慢下降的变化趋势，同时年际变化显著。

3.3 年降水量的周期性特征

从图6可以清楚地看出扎龙湿地年降水量距平的年际及年代际尺度周期变化和多时间尺度结构;顶部的小波系数分布表明，扎龙湿地降水量可能存在20～30年的周期变化，在整个时域中均有体现，存在2个多雨期和2个少雨期，即20世纪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，旱涝交替的突变点分别位于1973、1983和1999年。10年左右的周期

注：a.5站均值;b.齐齐哈尔;c.泰来;d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

图5 1961～2010年扎龙湿地周边测站年降水量距平和累积距平曲线

信号在所讨论的时域中也有体现，但等值线较稀疏，信号较弱;2～8年年际尺度的周期变化在整个时域中均有体现，70

年代中期以来，等值线密集，年际尺度周期信号较强，旱涝事件交替频繁，中心位于3年左右，20世纪90年代年际尺度周

期变化有向低频发展的趋势，中心位于7年左右。

图6 1961～2010年扎龙湿地年降水量距平的Morlet小波变换

4 扎龙湿地干燥指数的变化特征

4.1 干燥指数的分布特征

由干燥指数的时间序列曲线（图7）可见，扎龙湿地干燥指数多年均值为1.5，1968、1982和2004年的干燥指数为历年最高（2.4），表明这些年份最干燥;1998年在近50年中最为湿润，干燥指数最低，为0.9。从长期趋势（表3）上看，扎龙湿地干燥指数呈增大（变干）趋势，增大趋势不显著。扎龙湿地周边5个测站50年平均干燥指数1.4～1.7，富裕最小，历年均值为1.4，表明该站相对较湿润;泰来站最大，为1.7，表明该站最为干燥，同时，泰来站在2004年干燥指数最大，达3.3，为近50年内最干燥年份。5站干燥指数均呈增大（变干）趋势，其中泰来站变干趋势最快，为0.10/10a，齐齐哈尔最慢，为0.02/10a，5站变干趋势不显著。

注：a.5站均值;b.齐齐哈尔;c.泰来;d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

图7 1961～2010年扎龙湿地周边测站干燥指数的时间变化曲线

表3 1961～2010年扎龙湿地周边测站干燥指数极值、倾向率

测站历年均值极大值极小值平均变率

%倾向率

/10a

齐齐哈尔1.5 2.5 0.9 23.30.02

泰来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 干燥指數的累积距平

由图8可见，扎龙湿地干燥指数累积曲线在20世纪60年代中期以前表现为下降趋势，之后至70年代末变化相对平稳，呈现弱的上升（变干）趋势，以年际尺度变化为主，1982年可以确定为累积曲线变化的一个转折点，1983～1994年干燥指数累积曲线下降，呈现变湿趋势，1995～2010年累积曲线上升，呈现变干趋势;20世纪60～70年代，扎龙湿地周边测站干燥指数的变化基本一致，80年代开始累积曲线的变化存在细微差异。5个测站干燥指数的累积曲线在20世纪60年代中期以前均有下降的趋势，之后至70年代末以年际变化为主，变化相对平稳，仅在70年代后期存在上升趋势，转折点均位于1982年;1983～1994年，齐齐哈尔、泰来、杜蒙和富裕站干燥指数累积曲线呈下降（变湿）趋势，1995～2010年累积曲线上升，呈现变干趋势，其中以泰来站的累积曲线的变化最为剧烈;1983～1987年林甸站干燥指数呈下降（变湿）趋势，1988～2010年累积曲线变化平稳，以年际尺度变化为主。试分析以上现象产生的原因，80年代开始，扎龙湿地平均气温显著升高，降水增多;80年代～90年代初，降水变化起主导作用，故干燥指数减小;90年代中期，年平均气温的升高与降水所产生的作用相当，干燥指数变化平稳;90年代末开始，降水减少，年平均气温仍持续升高，干燥指数减小，扎龙湿地呈现变干趋势。5站中以林甸站距离扎龙湿地最近，受湿地影响最大，干湿变化最为平稳;泰来站距离湿地中心最远，湿地调节作用不明显，同时受地理位置等影响，干湿变化最为剧烈。

5 小结

（1）1961～2010年扎龙湿地周边地区年平均气温为3.9 ℃，从长期趋势上看，以0.42 ℃/10a的速度显著升高;5站的年平均气温变化相对一致，1986年为扎龙湿地年平均气温突变点，20世纪80年代末至2010年年平均气温的增加趋势显著;年平均气温距平存在2～8、10～30年的周期变化。

（2）扎龙湿地年平均降水量为412.3 mm，从长期趋势上看，齐齐哈尔、泰来、林甸、杜蒙4站的降水表现为不显著增加趋势，富裕站的降水存在减少趋势;扎龙湿地年降水量累积距平曲线存在3个转折点，分别位于1966、1982和1998年。小波分析表明，扎龙湿地降水量存在2～8年、准10年和20～30年的周期变化。

注：a.5站均值;b.齐齐哈尔;c.泰来;d.林甸;e.杜蒙;f.富裕。

图8 1961～2010年扎龙湿地周边测站干燥指数的距平和累积距平曲线

（3）扎龙湿地及周边5站干燥指数呈不显著增大（变干）趋势。5站中以林甸站距离扎龙湿地最近，受湿地影响最大，干湿变化最为平稳;泰来站干湿变化最为剧烈。

参考文献

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