近53a 珠峰地区气温降水变化特征分析

王顺久 ,唐信英 ,王 鸽 ,李跃清

（1.四川省气候中心，成都 610072；2.中国气象局成都高原气象研究所，成都 610072；3.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，成都 610072）

引言

青藏高原因其特殊的自然地理环境、复杂的地质构造及其对全球气候环境变化的影响而备受关注，其气候变化对中国、亚洲乃至全球的影响也成为研究的焦点[1−3]。珠穆朗玛峰（以下简称珠峰）作为青藏高原最高峰，其独特的自然条件、脆弱敏感的环境使其成为研究全球变化及其影响的理想场所，更是成为国内外大气科学研究的热点[4−5]。珠峰环境恶劣，站点极其稀少，目前仅在定日县和聂拉木县设有国家气象观测站，观测资料缺乏成为制约其天气气候研究的关键因素之一[5−6]。近年虽然在珠峰地区开展了不少的气象观测，但大多都是专项试验观测，观测时间较短，连续性较差，对开展珠峰地区天气气候研究和提高该地区预报准确性的作用十分有限[7]。关于珠峰地区天气气候研究可以归纳为两方面，一是利用科学考察等专项观测气象资料开展气象要素变化特征研究，二是基于国家气象观测站长期观测数据开展气候变化特征研究。李茂善等[4]利用2005 年4～6 月中国科学院科考观测资料分析了珠峰地区大气边界层结构及近地层能量交换特征，杨兴国等[8]利用2007 年5 月～2008 年8 月在珠峰北坡试验观测资料分析了气温和湿度时空变化特征，谷星月等[9]、胡伟等[10]和郭晨露等[11]以中国科学院青藏高原研究所大气与环境综合观测研究站2007～2016 年地气观测数据分别开展了珠峰地区戈壁下垫面上地表辐射通量气候特征分析、感热潜热通量模拟和实际蒸散发量与蒸发皿蒸发量对比研究，伟色卓玛等[12]利用2017 年太阳紫外线和光谱观测资料开展了珠峰地区太阳紫外辐射特性研究。郭建平等[13]利用2007 年定日探空资料分析了珠峰地区气温、湿度、风速、风向垂向结构特征和逐日变化特征，并分析了其可能原因，杜军等[6]利用1971～2006 年气象站观测数据开展了珠峰地区蒸发皿蒸发量的变化及其影响因素研究，杨秀海等[7]利用聂拉木和定日观测资料分析了珠峰地区1971～2009 年气候变化时空分布特征，杜军等[14]选取国家气象观测站逐日气温资料分析了珠峰地区1971～2012 年极端气温事件时空变化特征。

研究表明，珠峰地区作为地球上海拔最高的地区,其气候条件与我国东部同纬度低海拔地区迥然不同[6]。比如，珠峰地区的变暖要明显早于全球其它地区而且也是我国同期升温最显著的区域[5]，珠峰地区夏季瞬时总辐射大于太阳常数十分频繁[15]，珠峰不仅出现过1h 平均总辐射大于太阳常数的记录，而且也出现过地面长波辐射不仅低于平原地区也低于青藏高原其它地区的现象[16]。杜军等[6]发现珠峰地区平均年蒸发量20 世纪90 年代最大、20 世纪80 年代最小，这与全国及其我国东北、西北和东部平原的变化不一致，突显出该区域特有的变化趋势。杨秀海等[7]发现珠峰地区增温幅度远高于全球平均水平，尤其是21 世纪初的近10 年。

青藏高原冰雪等陆面过程变化的反馈机制放大了气候变化的信号，通过对珠峰地区气候及环境变化的监测分析可以获得更早的全球变化预警信息[5]。因此，在全球变暖背景下，研究珠峰地区气候及环境变化特点，协调自然环境变化与社会发展的关系具有重要的科学意义和现实意义[5]。本文将利用聂拉木和定日气象站观测资料，分析珠峰地区最新的气候变化特征，为科学揭示珠峰地区气候变化提供新的认知，为我国第二次青藏高原综合科学考察研究提供气候参考，促进青藏高原天气气候机理研究持续发展。

1 数据资料及研究方法

珠峰地区范围较广，包括西藏自治区的聂拉木、定日、定结和吉隆4 个县，其中仅在聂拉木和定日建有国家气象观测站，距离珠峰最近且拥有长期气象观测资料。聂拉木站（28°11′N，85°58′E，海拔高度3810.0m）位于希夏邦马峰与卓奥友峰之间，是西南季风水汽的主要通道之一，属高原温带半湿润季风区，位于珠峰南坡；定日站（28°38′N，87°05′E，海拔高度4301.7m）位于喜马拉雅山和冈底斯山之间狭长地带，地形较为闭塞，地势南北高中间低，属高原温带半干旱季风气候区，位于珠峰北坡[5−7]。本文选用国家气象科学数据中心（http://data.cma.cn）提供的聂拉木和定日1967～2019 年逐月气温和降水资料，结合Mann-Kendall 检验方法[17−22]，开展珠峰地区气温和降水季、年变化特征分析及趋势检验。

2 时间变化特征分析

2.1 平均气温

由表1 可以看出，聂拉木和定日年平均气温分别为3.80℃和3.08℃，聂拉木除夏季气温略低于定日外，其它季节和年平均气温都高于定日，也就是说，夏天定日比聂拉木更热而冬天定日又比聂拉木更冷。在季、年平均气温中冬季标准差和极差都是最大，说明珠峰地区冬季温度变化大。表1 还表明定日季、年平均气温变化幅度均较聂拉木大。

表1 季、年平均气温统计特征值（单位：℃）

图1 给出了聂拉木和定日年平均气温、5 年滑动平均及累积距平曲线。可以看出，聂拉木和定日年平均气温最小值分别出现在1997 年(2.73℃)和1967 年(0.85℃)，最大值分别出现在2006 年(4.92℃) 和2016年(4.52℃)，两站年平均气温均是波动性增加，聂拉木波动更显著，而定日几乎是持续稳步升高。对于5 年滑动平均气温而言，聂拉木以1979～1983 年5 年的滑动平均气温最低(3.29℃)，5 年滑动平均最大值出现在2006～2010 年(4.68℃)；定日以1967～1971 年5 年滑动平均气温最低(1.85℃)，5 年滑动平均最大值出现在2006～2010 年(4.09℃)。聂拉木和定日年平均气温累积距平曲线变化特征十分明显，也比较一致，即1967～2019 年两站年平均气温均在1997 经历了1 次显著的变化，1967～1997 年呈波动下降而1997～2019 年则是波动增加，这较青藏高原地区年平均气温增暖突变发生在20 世纪90 年代中期的时间稍晚[23−24]，但与青藏高原地区年最高温度在1997 年发生突变的结论一致[23]。

图1 1967～2019 年聂拉木（左）和定日（右）平均气温变化（a、b.年平均气温和5 年滑动平均，c、d.累积距平曲线，单位：℃）

表2 给出了聂拉木和定日不同年代的季、年平均气温。总体来说，无论是聂拉木还是定日其平均气温均是随着年代的推进而升高，特别是在进入21 世纪后增温更加明显且以冬季尤为突出。比如，聂拉木和定日21 世纪00 年代的年平均气温较20 世纪90 年代分别升高了0.62℃和0.6℃，聂拉木和定日21 世纪00年代的冬季平均气温则较20 世纪90 年代分别升高了1.24℃和1.23℃。这与杨秀海等[7]分析结论一致。

表2 季、年平均气温年代际变化（单位：℃）

2.2 降水

从表3 可以看出，聂拉木年降水是定日年降水的2 倍多。总体来说，聂拉木降水在季节分配上相对较均匀，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%，而冬季降水则不足全年的1%。月降水分布分析表明，聂拉木11 月降水最少，其余月份差异并不十分显著，7 月、8 月和9 月略多一些；定日则主要发生在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，聂拉木季、年降水标准差和极差均远远大于定日，说明聂拉木季、年降水波动幅度远大于定日。

表3 季、年降水量统计特征值（单位：mm）

图2 给出了聂拉木和定日年降水、5 年滑动平均以及累积距平曲线。可以看出，聂拉木和定日年降水最小值分别出现在1992年(396.7mm)和1982年(104.9mm)，最大值分别出现在1988年(946.6mm)和1973年(474.3mm)，两站年降水呈波动性变化且聂拉木波动更大。聂拉木5年滑动年降水最大值出现在1985～1989年(687.3mm)，最小值出现在1990～1994 年(453.1mm)。定日5 年滑动年降水最大值出现在1998～2002 年(361.6mm)，最小值出现在1979～1983 年(221.9mm)。聂拉木年降水累积距平曲线变化特征十分明显，在1979 年和1989 经历了2 次显著的变化，即1979 年以前波动变化但趋势不明显，1979～1989 年则是明显的逐年增大，1989～2019年则是逐年减小。定日的年降水累积距平曲线变化则较复杂，随年波动幅度大且更为频繁。根据图2，可以初略的将1979 年、1995 年和2011 年视为3 个变化转折点，在1967～1979 年、1979～1995 年、1995～2011 年和2011～2019 年4 个阶段分别呈现出波动性增加、波动性减少、波动性再增加和波动性再减少的变化特征。聂拉木和定日年降水变化特征与青藏高原地区年降水的年代际波动变化特性相似[23−24]。

图2 1967～2019 年聂拉木（左）和定日（右）降水变化（a、b.年降水和5 年滑动平均，c、d.累积距平曲线，单位：mm）

从表4 可以看出，聂拉木四季、年降水的最大值均出现在20 世纪80 年代；而定日春季降水最大值出现在21 世纪00 年代，夏季和秋季降水最大值出现在20 世纪70 年代，冬季降水最大值出现在20 世纪80年代，年降水最大值出现在20 世纪70 年代。

表4 季、年降水量年代际变化（单位：mm）

3 趋势检验

表5 给出了季、年平均气温趋势检验结果。可以看出，近53a 珠峰地区气温升高趋势明显，除聂拉木春季平均气温升高趋势通过信度95%的显著性检验外，其余季节和年平均气温趋势变化都通过了信度99%的显著性检验，说明在全球气候变暖的大背景下，珠峰地区气温呈显著升高趋势，这与青藏高原地区气温整体变暖趋势一致[24−27]。从趋势变化率来看，定日升温比聂拉木更显著，升温幅度也明显更大，如定日的年平均气温趋势变化率几乎是聂拉木的2 倍，这一结果与朱伊等[27]指出的青藏高原地区高海拔地区升温速率普遍高于低海拔地区和余莲等[28]研究发现的青藏高原地区北部升温幅度大于南部的结论一致。从季节来看，无论是聂拉木还是定日，冬季增温幅度都是最大，这与青藏高原地区冬季增暖尤为显著的结论相符[25−26]。聂拉木春季增温幅度最小，而定日是夏季增温幅度最小。研究表明1961～2007 年青藏高原年平均气温趋势变化率达0.037℃/a[29]，虽然聂拉木和定日均低于青藏高原整体的增温率，但还是明显高于近50a（1953～2002 年）全国的增温水平（0.016℃/a）[29−30]。另一方面，聂拉木和定日气温趋势变化率较吴绍红等[31]分析1971～2000 年得到的0.016℃/a 和0.024℃/a又有明显的升高，说明珠峰地区还在持续变暖，值得继续关注。

表5 平均气温Mann-Kendall 趋势检验

从表6 的季、年降水量趋势变化检验结果可以看出，无论是聂拉木还是定日，季、年降水量呈现出有增有减的变化特性，但除聂拉木秋季降水通过信度90%的显著性检验外，其余季节和年都没有通过显著性检验，说明珠峰季、年降水无显著的变化趋势，已有研究也表明青藏高原地区降水量无显著变化或呈微弱增加趋势[24−26]。从年降水来看，聂拉木略有减少而定日则是略有增加，这与珠峰北翼降水呈增势而南翼降水则以减势为主的结论一致[5]。从季节来看，聂拉木冬、春季略有增加而夏、秋季则略有减少，而定日则是除秋季略有减少外，其余季节均是略有增加。从趋势变化率来看，聂拉木秋季减少幅度最大而春季增加幅度最大，定日则是夏季增加幅度最大，即使秋季减少但幅度也远远小于聂拉木。已有研究表明，青藏高原地区春季和冬季降水量以增加趋势为主且春季增加趋势远远大于冬季，而夏季和秋季降水量则有所减少且秋季更为显著[24−25]，可见，珠峰地区降水量趋势变化与青藏高原地区基本一致。另一方面，即使在珠峰地区，年降水也表现出有增（定日）有减（聂拉木）的不同变化，这不仅说明珠峰地区气候变化具有很强的局地差异性，也进一步揭示了青藏高原地区降水变化区域差异的显著性[26,32−33]。

表6 降水量Mann-Kendall 趋势检验

4 结论

本文通过聂拉木和定日气象站观测资料，开展了珠峰地区气温和降水变化特征分析和趋势检验，研究成果不仅可为青藏高原气候及气候变化研究提供参考，也可为我国第二次青藏高原综合科学考察提供参考。主要结论如下：

（1）近53a 珠峰地区气温呈显著升高趋势，且冬季增温幅度最大。珠峰地区季、年平均气温相对较低，年平均气温不到4℃，冬季平均气温波动最大。珠峰年平均气温在1997 年出现了转折，1997 年之前呈波动下降而1997 年之后则是波动增加。珠峰季、年平均气温均随年代的推进而升高，进入21 世纪后增高更加明显，且冬季更为突出。

（2）珠峰地区近53a 降水量的变化并不明显，季、年降水除聂拉木秋季降水趋势通过信度90%显著性检验外，其余季节和年都没有通过显著性检验。从年降水量来看，聂拉木略有减少而定日则是略有增加。聂拉木秋季降水减少幅度最大而春季降水增加幅度最大，定日则是夏季降水增加幅度最大，即使秋季降水减少但幅度也远远小于聂拉木。

（3）珠峰地区气候局地差异性明显。珠峰南坡平均气温总体高于北坡，虽然珠峰南、北坡年平均气温均呈现波动性增加但南坡波动幅度更大，而北坡则呈现持续稳步升高。北坡升温较南坡更显著且升温幅度也明显高于南坡。珠峰南坡年降水远远大于北坡，南坡降水在季节分配上总体来说相对较均匀，而北坡年降水主要集中在夏季。同时，南坡季、年降水波动变化幅度远远大于北坡。