近53a 珠峰地區氣溫降水變化特征分析

王順久 ,唐信英 ,王 鴿 ,李躍清

（1.四川省氣候中心，成都 610072；2.中國氣象局成都高原氣象研究所，成都 610072；3.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都 610072）

引言

青藏高原因其特殊的自然地理環境、復雜的地質構造及其對全球氣候環境變化的影響而備受關注，其氣候變化對中國、亞洲乃至全球的影響也成為研究的焦點[1?3]。珠穆朗瑪峰（以下簡稱珠峰）作為青藏高原最高峰，其獨特的自然條件、脆弱敏感的環境使其成為研究全球變化及其影響的理想場所，更是成為國內外大氣科學研究的熱點[4?5]。珠峰環境惡劣，站點極其稀少，目前僅在定日縣和聶拉木縣設有國家氣象觀測站，觀測資料缺乏成為制約其天氣氣候研究的關鍵因素之一[5?6]。近年雖然在珠峰地區開展了不少的氣象觀測，但大多都是專項試驗觀測，觀測時間較短，連續性較差，對開展珠峰地區天氣氣候研究和提高該地區預報準確性的作用十分有限[7]。關于珠峰地區天氣氣候研究可以歸納為兩方面，一是利用科學考察等專項觀測氣象資料開展氣象要素變化特征研究，二是基于國家氣象觀測站長期觀測數據開展氣候變化特征研究。李茂善等[4]利用2005 年4～6 月中國科學院科考觀測資料分析了珠峰地區大氣邊界層結構及近地層能量交換特征，楊興國等[8]利用2007 年5 月～2008 年8 月在珠峰北坡試驗觀測資料分析了氣溫和濕度時空變化特征，谷星月等[9]、胡偉等[10]和郭晨露等[11]以中國科學院青藏高原研究所大氣與環境綜合觀測研究站2007～2016 年地氣觀測數據分別開展了珠峰地區戈壁下墊面上地表輻射通量氣候特征分析、感熱潛熱通量模擬和實際蒸散發量與蒸發皿蒸發量對比研究，偉色卓瑪等[12]利用2017 年太陽紫外線和光譜觀測資料開展了珠峰地區太陽紫外輻射特性研究。郭建平等[13]利用2007 年定日探空資料分析了珠峰地區氣溫、濕度、風速、風向垂向結構特征和逐日變化特征，并分析了其可能原因，杜軍等[6]利用1971～2006 年氣象站觀測數據開展了珠峰地區蒸發皿蒸發量的變化及其影響因素研究，楊秀海等[7]利用聶拉木和定日觀測資料分析了珠峰地區1971～2009 年氣候變化時空分布特征，杜軍等[14]選取國家氣象觀測站逐日氣溫資料分析了珠峰地區1971～2012 年極端氣溫事件時空變化特征。

研究表明，珠峰地區作為地球上海拔最高的地區,其氣候條件與我國東部同緯度低海拔地區迥然不同[6]。比如，珠峰地區的變暖要明顯早于全球其它地區而且也是我國同期升溫最顯著的區域[5]，珠峰地區夏季瞬時總輻射大于太陽常數十分頻繁[15]，珠峰不僅出現過1h 平均總輻射大于太陽常數的記錄，而且也出現過地面長波輻射不僅低于平原地區也低于青藏高原其它地區的現象[16]。杜軍等[6]發現珠峰地區平均年蒸發量20 世紀90 年代最大、20 世紀80 年代最小，這與全國及其我國東北、西北和東部平原的變化不一致，突顯出該區域特有的變化趨勢。楊秀海等[7]發現珠峰地區增溫幅度遠高于全球平均水平，尤其是21 世紀初的近10 年。

青藏高原冰雪等陸面過程變化的反饋機制放大了氣候變化的信號，通過對珠峰地區氣候及環境變化的監測分析可以獲得更早的全球變化預警信息[5]。因此，在全球變暖背景下，研究珠峰地區氣候及環境變化特點，協調自然環境變化與社會發展的關系具有重要的科學意義和現實意義[5]。本文將利用聶拉木和定日氣象站觀測資料，分析珠峰地區最新的氣候變化特征，為科學揭示珠峰地區氣候變化提供新的認知，為我國第二次青藏高原綜合科學考察研究提供氣候參考，促進青藏高原天氣氣候機理研究持續發展。

1 數據資料及研究方法

珠峰地區范圍較廣，包括西藏自治區的聶拉木、定日、定結和吉隆4 個縣，其中僅在聶拉木和定日建有國家氣象觀測站，距離珠峰最近且擁有長期氣象觀測資料。聶拉木站（28°11′N，85°58′E，海拔高度3810.0m）位于希夏邦馬峰與卓奧友峰之間，是西南季風水汽的主要通道之一，屬高原溫帶半濕潤季風區，位于珠峰南坡；定日站（28°38′N，87°05′E，海拔高度4301.7m）位于喜馬拉雅山和岡底斯山之間狹長地帶，地形較為閉塞，地勢南北高中間低，屬高原溫帶半干旱季風氣候區，位于珠峰北坡[5?7]。本文選用國家氣象科學數據中心（http://data.cma.cn）提供的聶拉木和定日1967～2019 年逐月氣溫和降水資料，結合Mann-Kendall 檢驗方法[17?22]，開展珠峰地區氣溫和降水季、年變化特征分析及趨勢檢驗。

2 時間變化特征分析

2.1 平均氣溫

由表1 可以看出，聶拉木和定日年平均氣溫分別為3.80℃和3.08℃，聶拉木除夏季氣溫略低于定日外，其它季節和年平均氣溫都高于定日，也就是說，夏天定日比聶拉木更熱而冬天定日又比聶拉木更冷。在季、年平均氣溫中冬季標準差和極差都是最大，說明珠峰地區冬季溫度變化大。表1 還表明定日季、年平均氣溫變化幅度均較聶拉木大。

表1 季、年平均氣溫統計特征值（單位：℃）

圖1 給出了聶拉木和定日年平均氣溫、5 年滑動平均及累積距平曲線。可以看出，聶拉木和定日年平均氣溫最小值分別出現在1997 年(2.73℃)和1967 年(0.85℃)，最大值分別出現在2006 年(4.92℃) 和2016年(4.52℃)，兩站年平均氣溫均是波動性增加，聶拉木波動更顯著，而定日幾乎是持續穩步升高。對于5 年滑動平均氣溫而言，聶拉木以1979～1983 年5 年的滑動平均氣溫最低(3.29℃)，5 年滑動平均最大值出現在2006～2010 年(4.68℃)；定日以1967～1971 年5 年滑動平均氣溫最低(1.85℃)，5 年滑動平均最大值出現在2006～2010 年(4.09℃)。聶拉木和定日年平均氣溫累積距平曲線變化特征十分明顯，也比較一致，即1967～2019 年兩站年平均氣溫均在1997 經歷了1 次顯著的變化，1967～1997 年呈波動下降而1997～2019 年則是波動增加，這較青藏高原地區年平均氣溫增暖突變發生在20 世紀90 年代中期的時間稍晚[23?24]，但與青藏高原地區年最高溫度在1997 年發生突變的結論一致[23]。

圖1 1967～2019 年聶拉木（左）和定日（右）平均氣溫變化（a、b.年平均氣溫和5 年滑動平均，c、d.累積距平曲線，單位：℃）

表2 給出了聶拉木和定日不同年代的季、年平均氣溫。總體來說，無論是聶拉木還是定日其平均氣溫均是隨著年代的推進而升高，特別是在進入21 世紀后增溫更加明顯且以冬季尤為突出。比如，聶拉木和定日21 世紀00 年代的年平均氣溫較20 世紀90 年代分別升高了0.62℃和0.6℃，聶拉木和定日21 世紀00年代的冬季平均氣溫則較20 世紀90 年代分別升高了1.24℃和1.23℃。這與楊秀海等[7]分析結論一致。

表2 季、年平均氣溫年代際變化（單位：℃）

2.2 降水

從表3 可以看出，聶拉木年降水是定日年降水的2 倍多。總體來說，聶拉木降水在季節分配上相對較均勻，只是夏季略多而冬季略少；定日年降水主要集中在夏季，接近全年的85%，而冬季降水則不足全年的1%。月降水分布分析表明，聶拉木11 月降水最少，其余月份差異并不十分顯著，7 月、8 月和9 月略多一些；定日則主要發生在6～9 月，且集中在8 月和9 月，其余月份降水很少。另一方面，除夏季外，聶拉木季、年降水標準差和極差均遠遠大于定日，說明聶拉木季、年降水波動幅度遠大于定日。

表3 季、年降水量統計特征值（單位：mm）

圖2 給出了聶拉木和定日年降水、5 年滑動平均以及累積距平曲線。可以看出，聶拉木和定日年降水最小值分別出現在1992年(396.7mm)和1982年(104.9mm)，最大值分別出現在1988年(946.6mm)和1973年(474.3mm)，兩站年降水呈波動性變化且聶拉木波動更大。聶拉木5年滑動年降水最大值出現在1985～1989年(687.3mm)，最小值出現在1990～1994 年(453.1mm)。定日5 年滑動年降水最大值出現在1998～2002 年(361.6mm)，最小值出現在1979～1983 年(221.9mm)。聶拉木年降水累積距平曲線變化特征十分明顯，在1979 年和1989 經歷了2 次顯著的變化，即1979 年以前波動變化但趨勢不明顯，1979～1989 年則是明顯的逐年增大，1989～2019年則是逐年減小。定日的年降水累積距平曲線變化則較復雜，隨年波動幅度大且更為頻繁。根據圖2，可以初略的將1979 年、1995 年和2011 年視為3 個變化轉折點，在1967～1979 年、1979～1995 年、1995～2011 年和2011～2019 年4 個階段分別呈現出波動性增加、波動性減少、波動性再增加和波動性再減少的變化特征。聶拉木和定日年降水變化特征與青藏高原地區年降水的年代際波動變化特性相似[23?24]。

圖2 1967～2019 年聶拉木（左）和定日（右）降水變化（a、b.年降水和5 年滑動平均，c、d.累積距平曲線，單位：mm）

從表4 可以看出，聶拉木四季、年降水的最大值均出現在20 世紀80 年代；而定日春季降水最大值出現在21 世紀00 年代，夏季和秋季降水最大值出現在20 世紀70 年代，冬季降水最大值出現在20 世紀80年代，年降水最大值出現在20 世紀70 年代。

表4 季、年降水量年代際變化（單位：mm）

3 趨勢檢驗

表5 給出了季、年平均氣溫趨勢檢驗結果。可以看出，近53a 珠峰地區氣溫升高趨勢明顯，除聶拉木春季平均氣溫升高趨勢通過信度95%的顯著性檢驗外，其余季節和年平均氣溫趨勢變化都通過了信度99%的顯著性檢驗，說明在全球氣候變暖的大背景下，珠峰地區氣溫呈顯著升高趨勢，這與青藏高原地區氣溫整體變暖趨勢一致[24?27]。從趨勢變化率來看，定日升溫比聶拉木更顯著，升溫幅度也明顯更大，如定日的年平均氣溫趨勢變化率幾乎是聶拉木的2 倍，這一結果與朱伊等[27]指出的青藏高原地區高海拔地區升溫速率普遍高于低海拔地區和余蓮等[28]研究發現的青藏高原地區北部升溫幅度大于南部的結論一致。從季節來看，無論是聶拉木還是定日，冬季增溫幅度都是最大，這與青藏高原地區冬季增暖尤為顯著的結論相符[25?26]。聶拉木春季增溫幅度最小，而定日是夏季增溫幅度最小。研究表明1961～2007 年青藏高原年平均氣溫趨勢變化率達0.037℃/a[29]，雖然聶拉木和定日均低于青藏高原整體的增溫率，但還是明顯高于近50a（1953～2002 年）全國的增溫水平（0.016℃/a）[29?30]。另一方面，聶拉木和定日氣溫趨勢變化率較吳紹紅等[31]分析1971～2000 年得到的0.016℃/a 和0.024℃/a又有明顯的升高，說明珠峰地區還在持續變暖，值得繼續關注。

表5 平均氣溫Mann-Kendall 趨勢檢驗

從表6 的季、年降水量趨勢變化檢驗結果可以看出，無論是聶拉木還是定日，季、年降水量呈現出有增有減的變化特性，但除聶拉木秋季降水通過信度90%的顯著性檢驗外，其余季節和年都沒有通過顯著性檢驗，說明珠峰季、年降水無顯著的變化趨勢，已有研究也表明青藏高原地區降水量無顯著變化或呈微弱增加趨勢[24?26]。從年降水來看，聶拉木略有減少而定日則是略有增加，這與珠峰北翼降水呈增勢而南翼降水則以減勢為主的結論一致[5]。從季節來看，聶拉木冬、春季略有增加而夏、秋季則略有減少，而定日則是除秋季略有減少外，其余季節均是略有增加。從趨勢變化率來看，聶拉木秋季減少幅度最大而春季增加幅度最大，定日則是夏季增加幅度最大，即使秋季減少但幅度也遠遠小于聶拉木。已有研究表明，青藏高原地區春季和冬季降水量以增加趨勢為主且春季增加趨勢遠遠大于冬季，而夏季和秋季降水量則有所減少且秋季更為顯著[24?25]，可見，珠峰地區降水量趨勢變化與青藏高原地區基本一致。另一方面，即使在珠峰地區，年降水也表現出有增（定日）有減（聶拉木）的不同變化，這不僅說明珠峰地區氣候變化具有很強的局地差異性，也進一步揭示了青藏高原地區降水變化區域差異的顯著性[26,32?33]。

表6 降水量Mann-Kendall 趨勢檢驗

4 結論

本文通過聶拉木和定日氣象站觀測資料，開展了珠峰地區氣溫和降水變化特征分析和趨勢檢驗，研究成果不僅可為青藏高原氣候及氣候變化研究提供參考，也可為我國第二次青藏高原綜合科學考察提供參考。主要結論如下：

（1）近53a 珠峰地區氣溫呈顯著升高趨勢，且冬季增溫幅度最大。珠峰地區季、年平均氣溫相對較低，年平均氣溫不到4℃，冬季平均氣溫波動最大。珠峰年平均氣溫在1997 年出現了轉折，1997 年之前呈波動下降而1997 年之后則是波動增加。珠峰季、年平均氣溫均隨年代的推進而升高，進入21 世紀后增高更加明顯，且冬季更為突出。

（2）珠峰地區近53a 降水量的變化并不明顯，季、年降水除聶拉木秋季降水趨勢通過信度90%顯著性檢驗外，其余季節和年都沒有通過顯著性檢驗。從年降水量來看，聶拉木略有減少而定日則是略有增加。聶拉木秋季降水減少幅度最大而春季降水增加幅度最大，定日則是夏季降水增加幅度最大，即使秋季降水減少但幅度也遠遠小于聶拉木。

（3）珠峰地區氣候局地差異性明顯。珠峰南坡平均氣溫總體高于北坡，雖然珠峰南、北坡年平均氣溫均呈現波動性增加但南坡波動幅度更大，而北坡則呈現持續穩步升高。北坡升溫較南坡更顯著且升溫幅度也明顯高于南坡。珠峰南坡年降水遠遠大于北坡，南坡降水在季節分配上總體來說相對較均勻，而北坡年降水主要集中在夏季。同時，南坡季、年降水波動變化幅度遠遠大于北坡。