内蒙古1960～2015年积雪时空分布变化研究

张 峰甄 熙郑凤杰

（内蒙古自治区生态与农业气象中心,内蒙古 呼和浩特 010051）

积雪对畜牧业生产具有双重性，它既是淡水重要的来源之一[1]，影响地表水热交换[2]，又可能因过量或非适时的出现引发雪灾[3,4]。内蒙古地区气候多样，下垫面情况复杂，冬季局地降雪量大，形成积雪深度厚，雪灾易发，掌握积雪的分布及变化规律对于内蒙古畜牧业生产十分重要。本文采用Mann-Kendall分析法研究1960～2015年内蒙古积雪时空分布变化情况，对于掌握雪灾发生规律，合理安排畜牧业生产，防范牧区雪灾具有重要意义。

1 资料与方法

选用内蒙古自治区内110个气象站1960-2015年的逐日积雪深度数据，以0.5cm以上的积雪（包括0.5cm）为有积雪，0.5cm以下的积雪深度记为0cm。以每年9月1日至次年8月31日为一个积雪季，计算每个积雪季的最大积雪深度、积雪日数（积雪深度不为0的日数）、积雪期（积雪初日与积雪终日之间的时间）、积雪初终日（从每个积雪季9月1日起有积雪的第一天和最后一天的日序值）。

图1 气象观测站分布示意图

采用ArcGis中的IDW插值工具对56年的平均最大积雪深度、积雪日数、积雪期、积雪初终日及其趋势系数绘制出分布图。采用Mann-Kendall分析法分析方法，用1960～2015共56年的最大积雪深度、积雪日数、积雪期、积雪初终日数据，按东部、中部、西部划分后的站点数据取平均值，绘制UF和UB曲线，取临界值a=0.05即U0.05=±1.96。

2 结果与分析

2.1 积雪空间分布分析

从56年的平均最大积雪深度、积雪日数上看东部与中部类似，与西部地区相差较大。最大积雪深度表现为西部地区小于5cm，中、东部地区大于5cm，东部地区可达20cm以上；积雪日数表现为西部小于30d，中、东部大部大于30d，东部可达90d以上；积雪期表现为西部地区小于90d，中、东部地区大于90d，东部地区可达150d以上；积雪初日表现为东部最早，日序在60d以前，西部其次，中部最晚，日序在180d以上。积雪终日表现为西部最早，日序在180d以前，中部其次，在180d至200d之间，东部最晚，日序在220d 以后（图 2～6）。

选0.05显著水平，查分布表得临界值为±0.273，可以看出，最大雪深趋势系数东部地区为正值，中、西部地区为负值，东部地区达到显数水平。积雪日数趋势系数中、东部为正，西部地区出现负值，东部地区达到显著水平。积雪期趋势系数除中部地区出现正值，东、西部地区为负值，东部地区达到显著水平。积雪初日趋势系数东、中部地区为正，西部为负。积雪终日趋势系数中部地区为正，东、西部地区为负，东部地区达显著（图 2～6）。

2.2 积雪时间分布分析

从年代平均值变化上看，上世纪60年代至本世纪初，平均最大积雪深度表现为东部地区增大4.5cm,中部地区增大0.5cm，西部地区减小1.8cm；平均积雪日数表现为东部地区增加27d，中部地区增加7.4d，西部地区减少7.2d；平均积雪期现为东部地区减少6.4d，中部地区减少12.8d，西部地区减少17.5d；平均积雪初日表现为东部地区推迟1.2d，中部地区推迟5.8d，西部地区提前0.2d；平均积雪终日表现为东部地区提前8.7d，中部地区提前5.8d，西部地区提前12.4d（图 7）。

图2 内蒙古地区最大积雪深度空间分布图

图3 内蒙古地区积雪日数空间分布图

图4 内蒙古地区积雪期空间分布图

图5 内蒙古地区积雪初日空间分布图

图6 内蒙古地区积雪终日空间分布图

根据M-K突变检验结果表明，东部地区最大雪深表现为在1965年以后持续增大且趋势显著，积雪日数表现为1972年以后持续增加且趋势显著，积雪期表现为先增后减趋势，积雪初日表现出提前趋势，积雪终日先推迟后提前；中部地区最大雪深表现出波动下降趋势，积雪日数表现出增加趋势，积雪期表现出先增后减趋势，积雪初日表现出提前趋势，积雪终日表现出先增后减趋势；西部地区最大雪深在1973年以后持续下降，但未达显著趋势，积雪日数和积雪期呈波动振荡，积雪初日、终日表现出提前趋势（图8）。

选取临界值a=0.05即U0.05=±1.96。可以看出，东部地区最大雪深增大是突变现象，突变点出现在1972年、1975年，积雪日数增加是突变现象，突变点出现在1972年、1973年和1976年，积雪期缩短是突变现象，突变点出现在2008年、2010年，积雪初日在临界值间有交点，但交点多且过于靠近起止年份，不能判断为突变点，积雪终日提前是突变现象，突变点出现在1999年、2000年和2005年；中部地区最大积雪深度增大、积雪日数增加，交点过多，不是突变现象，积雪期缩短是突变现象，突变点出现在2013年，积雪初日虽在临界值间有交点，但未达到显著著趋势，因而不是突变现象，积雪终日在临界值内有交点，但过于靠近起止年份，不能判断其为突变现象；西部地区最大积雪深度、积雪日数、积雪期、积雪终日的变化趋势均未达到显著水平，且有过多交点，不是突变现象，积雪初日在1989以前呈显著上升趋势，之后呈下降趋势，但趋势不显著，在临界值线间交点过多，也不能判断其为突变现象（图8）。

整体上看，56年以来积雪深度的增大程度从东向西递减，到达西部以后甚至转为减小趋势。20世纪后半页，积雪日数呈先减后增趋势，西部较东、中部滞后；积雪期东、中、西部均呈先缩短再延长趋势，且西部较为滞后；积雪深度东、中部呈增加趋势，西部呈减小趋势。进入21世纪，全区积雪日数呈增加趋势，积雪期呈缩短趋势，积雪终日呈提前趋势，东部地区达到统计显著。

突变检验结果表明积雪深度增大在东部是突变现象,在中部不是突变现象，积雪深度减小在西部不是突变现象。积雪日数增加在东部是突变现象，而在中、西部则不是突变现象；积雪期缩短在东、中部是突变现象，在西部不是突变现象。

3 结论与讨论

图7 内蒙古不同地区积雪年代际变化对比

图8 内蒙古不同地区积雪Mann-Kendall突变检验结果(虚直线是0.05显著性水平临界值信度线)

内蒙古地区积雪分布在空间上呈现东多西少的分布，东、西部积雪分配差异在逐年增大。东部地区在20世纪70年代发生突变，积雪深度显著增大，而中、西部地区则未发生此种突变。东部积雪深度突变增加和西部积雪深度的减少共同导致东西部积雪深度差异增大，积雪空间分布不均匀性加剧。

内蒙古地区积雪日数总体呈增加趋势，但进入21世纪后积雪期总体缩短，积雪时间分布上集中程度增加。张志富等指出内蒙古东北部雪季缩短的原因中，雪季开始期滞后和雪季结束期提前各占一半[5]。

本研究表明，内蒙古东部积雪终日提前的幅度较积雪初日推迟的幅度更大，东部积雪期缩短的主要原因是雪季结束期提前。张若楠等的研究表明，内蒙古地区的雪深随时间有逐渐增多的趋势[6]。王澄海等研究指出，中国地区积雪总体上呈现出平缓的增长趋势,积雪深度和积雪日数的年代际变化趋势在20世纪60年代呈现为稍有增加，70年代有所下降，80年代又增加；90年代又有略有增加的趋势[7]。本研究表明，积雪深度变化上东、中、西部表现不尽相同，东部地区积雪深度发生突变性增加，中部缓慢增加，而西部略有减小。即在于东、中部地区，积雪深度和积雪日数变化是同步的，但在西部地区，两者存在不同步现象。这与王澄海等得出的内蒙古地区属于同增同减型研究结果略有差异。这种差异可能是由于本研究使用的内蒙古地区积雪资料时间序列更长,局部地区内的站点数更多。

影响积雪的主要因素是气温和冬季降水[8～10]，在全球变暖的大形势下，低温和降水的分布较上世纪更不均匀，东、西部间差异也在逐渐拉大。本研究发现内蒙古东部地区积雪深度和积雪日数在20世纪70年代后发生突变增加，而中部和西部则未发生这种突变。刘泓志等研究表明，内蒙古降水量按分区以及全区平均的年代际分量和年际分量都存在减少趋势[11]，尹云鹤等研究指出20世纪60年代以后，全国平均气温呈显著上升趋势，在20世纪80年代后期发生显著突变[12]。孙建奇等的研究表明，中国冬季降水与温度在年代际尺度上表现出非常一致的变化特征，随着冬季变暖的加剧，中国冬季降水也呈现出增加趋势，在20世纪80年代中期发生年代际突变[13]。田海峰等研究表明，内蒙古冬季平均气温也于20世纪80年代中后期发生增温突变[14]。包云等研究表明，1961～2007年内蒙古冬季降水特征场表现出西北与中、东部反位相和东北-西南走向的多区域反位相分布特征[15]。李虹雨等研究发现东部年最低气温与年降水量变化趋势一致的年数更多[16]。可见，冬季降水与低温在时空上的不匹配可能是造成内蒙古地区积雪东西差异分化的主要原因。