黑龍江省極端氣溫變化特征分析

蔣慧亮,鄭 紅＊，孫桂玉，魏 磊，劉春生，徐永清，劉赫男

（1.黑龍江省氣候中心，黑龍江 哈爾濱 150030；2.佳木斯市氣象局服務(wù)中心，黑龍江 佳木斯 154000）

1 引言

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)全球變暖背景下的極端氣溫進(jìn)行了一系列的研究。Karl等研究揭示，美國(guó)和前蘇聯(lián)極端最低氣溫在過去幾十年有明顯上升趨勢(shì)，而極端最高氣候的變化則表現(xiàn)出較強(qiáng)的區(qū)域性；如付冬雪采用EOF方法分析了中國(guó)冬半年極端低溫頻數(shù)的時(shí)空演變特征；張寧等通過趨勢(shì)系數(shù)研究了中國(guó)年、季極端氣溫變化趨勢(shì)的時(shí)空特征。

黑龍江省位于中國(guó)最北部，地處中緯度亞洲大陸東岸，地域遼闊，地勢(shì)復(fù)雜，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候變率大。但由于該區(qū)域特殊的地理?xiàng)l件，其區(qū)域內(nèi)的工程項(xiàng)目建設(shè)對(duì)氣候變化、特別是對(duì)極端溫度事件影響的承受力具有一定的敏感性和脆弱性。

傳統(tǒng)的極端氣溫分析,由于氣象觀測(cè)臺(tái)站相對(duì)比較少,并且沒有考慮海拔高度的因素，不能真實(shí)的反應(yīng)一定區(qū)域氣溫的分布特征。本研究對(duì)黑龍江省最高、低氣溫和極端氣溫的分布規(guī)律進(jìn)行進(jìn)一步分析，以期為黑龍江省極端氣溫下的大型工程項(xiàng)目的可行性論證提供依據(jù)。

2 資料與方法

資料：選取黑龍江省79個(gè)氣象站1991-2020年的逐日最高氣溫、最低氣溫，使用黑龍江省高程1：25萬DEM數(shù)據(jù)。

方法：使用ArcGIS空間分析技術(shù)對(duì)氣溫要素進(jìn)行插值分析，將氣溫插值到小網(wǎng)格上,加入黑龍江省高程DEM數(shù)據(jù)，推算出不同海拔高度影響下的實(shí)際氣溫，結(jié)合地理環(huán)境特征來確定極端氣溫的分布特征。

3 最高氣溫分析

統(tǒng)計(jì)各氣象站逐日最高氣溫(圖1)，黑龍江省最北部漠河縣年平均最高氣溫最低，為6.9℃，由北向南最高氣溫逐漸升高，東寧縣年平均最高氣溫最高，達(dá)到12.7℃。根據(jù)各氣象站統(tǒng)計(jì)的最高氣溫，結(jié)合黑龍江省高程DEM數(shù)據(jù)，得到全省各個(gè)地形下的年平均最高氣溫分布圖。年平均最高氣溫分布圖變化趨勢(shì)同樣為北部地區(qū)氣溫低，南部地區(qū)氣溫高。但由于地形影響，在黑龍江省中部的小興安嶺山脈附近，氣溫要低于同緯度地區(qū)，溫差可達(dá)2.2℃，南部的大青山和張廣才嶺等高海拔地區(qū)氣溫同樣低于同緯度的周邊地區(qū)，溫差最大可達(dá)4.4℃。

圖1 黑龍江省各站年平均最高氣溫

4 最低氣溫分析

統(tǒng)計(jì)各氣象站逐日最低氣溫(圖2)，黑龍江省最北部漠河縣年平均最低氣溫最低，為-9.1℃，由北向南最低氣溫逐漸升高，東寧縣年平均最低氣溫最高，達(dá)到0.8℃。根據(jù)各個(gè)氣象站統(tǒng)計(jì)的最低氣溫，結(jié)合黑龍江省高程DEM數(shù)據(jù)，得到全省各個(gè)地形下的年平均最低氣溫分布圖。年平均最低氣溫分布圖變化趨勢(shì)同樣為北部地區(qū)氣溫低，南部地區(qū)氣溫高。但由于地形影響，在黑龍江省中部的小興安嶺山脈附近，氣溫要低于同緯度地區(qū)，南部的大青山和張廣才嶺等高海拔地區(qū)氣溫同樣低于同緯度的周邊地區(qū)，溫差最大可達(dá)4.5℃。

圖2 黑龍江省年平均最低氣溫分布

5 極端最高氣溫分析

極端最高氣溫統(tǒng)計(jì)的是各氣象站歷史上出現(xiàn)的逐日溫度最高值，極端最高氣溫的分布除了受緯度影響之外，下墊面和海拔高度對(duì)其影響也很大。

根據(jù)各氣象站統(tǒng)計(jì)的極端最高氣溫，結(jié)合黑龍江省高程DEM數(shù)據(jù)，得到全省各個(gè)地形下的極端最高氣溫分布圖(圖3)。黑龍江省極端最高氣溫的分布為西部最高，齊齊哈爾、龍江、泰來、甘南均在40℃以上，龍江最高為41.1℃，其次甘南40.9℃。黑龍江中南部張廣才嶺最低30℃，同緯度低海拔地區(qū)均在36℃以上。黑龍江省中部的小興安嶺以及青黑山等高海拔地區(qū)，極端高溫在32℃左右，同緯度低海拔地區(qū)均在37℃以上。

圖3 黑龍江省極端最高氣溫分布

6 極端最低氣溫分析

極端最低氣溫統(tǒng)計(jì)的是各氣象站歷史上出現(xiàn)的逐日溫度最低值，極端最低氣溫的分布除了受緯度影響之外，下墊面和海拔高度對(duì)其影響也很大。

根據(jù)各氣象站統(tǒng)計(jì)的極端最低氣溫，結(jié)合黑龍江省高程DEM數(shù)據(jù)，得到全省各個(gè)地形下的極端最低氣溫分布圖(圖4)。黑龍江省極端最低氣溫的分布為北部最低。最低在漠河以及呼中之間高海拔地區(qū)，此地區(qū)處于大興安嶺余脈，最低可達(dá)-55.1℃。黑龍江中南部張廣才嶺等高海拔地區(qū)的極端低溫要高于周圍低海拔地區(qū)，-45℃左右，同緯度低海拔地區(qū)均在-41℃以上。黑龍江省中部的小興安嶺以及青黑山等高海拔地區(qū)，極端低溫在-48℃左右，同緯度低海拔地區(qū)均在-43℃以上,東寧最高為-33.9℃。

圖4 黑龍江省極端最低氣溫分布

7 極端氣溫長(zhǎng)年代變化分析

統(tǒng)計(jì)黑龍江省極端氣溫長(zhǎng)年代極值(圖5)，此極值僅統(tǒng)計(jì)觀測(cè)站數(shù)據(jù)，不含插值所得的數(shù)據(jù)。

極端高溫呈不明顯增加的趨勢(shì)，增加趨勢(shì)極小，平均每10 a增加0.1℃左右。極端高溫長(zhǎng)年代變化幅度不大，最高為41.4℃，出現(xiàn)在2004年；最低為35℃，出現(xiàn)在2012年。極端低溫呈不明顯增加的趨勢(shì)，增加趨勢(shì)極小，平均每10 a增加0.1℃左右。極端低溫長(zhǎng)年代變化幅度不大，最高為-39.7℃，出現(xiàn)在1995年；最低為-48.1℃，出現(xiàn)在1997年。

分析黑龍江省極端氣溫的溫差變化情況(圖6)，全省極端溫差在76.7℃-88.9℃之間，長(zhǎng)年代溫差雖有波動(dòng)，但整體增減變化不明顯。極端氣溫溫差最大可達(dá)88.9℃，出現(xiàn)在2004年。

圖5 黑龍江省極端氣溫長(zhǎng)年代變化

圖6 黑龍江省極端溫差長(zhǎng)年代變化

8 結(jié)論

黑龍江省極端氣溫空間變化趨勢(shì)明顯，北部明顯高于南部，低海拔地區(qū)明顯高于高海拔地區(qū)。黑龍江省極端最低氣溫變化范圍為-33.9-（-55.1）℃，極端最低氣溫為-55.1℃，出現(xiàn)在漠河以及呼中之間高海拔地區(qū)，此地區(qū)處于大興安嶺余脈。由漠河往南，極端最低氣溫?cái)?shù)值逐漸升高。黑龍江省極端最高氣溫變化范圍為30-41.1℃，極端最高氣溫為41.1℃，出現(xiàn)在龍江,黑龍江中南部張廣才嶺最低為30℃。黑龍江省極端最高氣溫出現(xiàn)在甘南、龍江、泰來等地，中南部海拔高的地區(qū)極端最高氣溫?cái)?shù)值較低。極端高、低溫的長(zhǎng)年代變化均呈不明顯增加的趨勢(shì)，增加趨勢(shì)極小，平均每10 a增加0.1℃左右。全省極端溫度溫差長(zhǎng)年代變化雖有波動(dòng)，但整體增減變化不明顯，極端氣溫溫差最大可達(dá)88.9℃。