1哈尔滨气温的长期变化及基本态特征
王永波1张治1 周秀杰2
(1、黑龙江省气象服务中心，黑龙江 150036；2、黑龙江省气象信息中心，黑龙江 150010）
摘要利用1881～2009年的气温观测资料，研究了哈尔滨市年及四季平均气温的气候基本态及气候变率特征，指出上世纪80年代以来哈尔滨市夏季气温变化的异常程度显著增加。在冬季，近期哈尔滨市气温处于暖背景及小变率的时段，反映哈尔滨市很长时间内大多数年份还将维持暖冬天气。对近49年哈尔滨市平均气温、平均最高（低）气温、平均日较差的时间变化特征进行了分析。结果表明：近49年来哈尔滨市年和四季平均气温都呈上升趋势，冬季增暖幅度最大；最高（低）气温变化趋势与平均气温一致，但无论年和四季，平均最高气温的变化速率都小于平均气温，平均最低气温的变化速率都大于平均气温。
哈尔滨冬季极端最低气温变化速率远大于夏季极端最低气温变化速率，也大于冬季和全年的平均气温变化的线性增长率，极端最低气温在20世纪60年代和80年代均较低，其中80年代为最低。自90年代以来极端最低气温不断上升，并偶有极端最低气温记录出现。哈尔滨夏季极端最高气温变化速率远小于冬季极端最高气温的变化速率。此外，日最低气温小于0 ºC的霜冻日数和日最高气温小于0 ºC的结冰日数显著减少，热带夜日数增加，暖夜日数增加更显著。冷昼日数减少，冷夜日数减少趋势更为明显。夏季日数和暖昼日数呈增加趋势。总之，哈尔滨冬季极端最高气温和极端最低气温上升显著，尤其是20世纪以来
稳定处于较高水平，促进了冬季变暖，与冬季平均气温的变化是相应的。与冬季对比，夏季极端最高气温上升不显著，极端最高气温在个别月份还有下降趋势，促使夏季高温天气减少。因此，在最近49年间，哈尔滨气温的总体趋势是趋向于温和。
关键词：哈尔滨气候基本态气候变率温度变化
1 引言
据IPCC第四次评估报告[1]，近百年来（1906-2005年）全球平均地面气温上升了0.74±0.18℃。中国近百年的温度变化趋势与全球大致相似[2]，但表现出较大的地域性差异[3-4]，东北地区是我国增温最为明显的地区之一[5] 。那么，作为中国最北方的省会城市，俗有冰城之称的哈尔滨，在当前全球和中国气候变暖，特别是20世纪80年代以后持续变暖的气候背景下，它的温度变化如何？这是人们非常关心并值得单独研究的问题。为此，本文在已有研究的基础上，对近百年来哈尔滨市气温变化状况进一步分析，以期对哈尔滨过去和现在的气候变化事实有更加清楚、深入的认识和了解，提高公众参与应对气候变化和节能减排的意识，更好地为十二五期间哈尔滨市政府和各行业积极应对气候变化和节能减排提供科学依据和优质服务。
目前，通常将气象要素30年的平均值作为气候平均值。但是这个平均值是可以随时间变化的。在Rasmusson等[6-7]的论著中，将30年以上的慢变的平均值定义为“气候基本态”，他们研究过全球海平
面气温（SST）的低频的气候基本态和高频分量的气候变率特征。实际上，气象场和气候系统都有一个慢变的气候平均值。这些慢变的平均值的特征及相互关系是很有必要研究的。慢变的平均值的改变有可
已在《高原气象》2012年第2期发表
能影响高频分量的变化[8] 。施能[9-10]已经研究了北半球冬季、夏季大气低层环流的气候基本态及气候变率特征，陈辉等[11]研究了长江中下游地区四季及年的降水量及平均气温的气候基本态特征。本工作，首先整理出1881年以来哈尔滨市四季及年的平均气温资料，然后对它们的长期变化及气候基本态特征进行初步研究。猫爪棉花糖
另外，大量的研究已经表明，极端气候事件（如洪水、干旱、高温、低温等）所造成的经济损失是非常巨大的，所以极端气候事件越来越引起公众的关注。极端温度作为一种极端气候事件，近年来各国气象学者已从不同角度作了研究，Karl[12]等对全球最高、最低温度研究结果表明，近年来在全球变暖过程中，表现出明显的日夜温度变化的不对称性，并使得日较差呈变小的趋势。在中国，对极端温度的研究同样已做了不少的工作[13-17]，指出了中国气温极端事件的季节特征和区域差异。本文运用气候变化检测、监测和指数专家小组（这个小组是由世界气象组织气候委员会（WMO-CCL）和气候变率预测计划（CLIVAR）共同发起成立的，并建立了专门的网页
cccma.seos.uvic.ca/etccdmi/index.shtml，该网页包括了指数的定义、计算方法）制定的与温度相关的气候变化指数，研究了近49年哈尔滨市极端温度变化特征。
2 资料和方法
本文使用的气象资料为国家气候中心整理的月平均温度资料，解放前缺测的资料是由海参崴实况插补得来的。哈尔滨市月平均气温长度为1881～2009年，逐日最高、最低气温资料长度为1961～2009年。文中所指的年平均为1～12月平均，春季、夏季、秋季、冬季分别为3～5月、6～8月、9～11月及12～2月平均。
在分析要素的变化趋势时，选用线性方程对原序列y 进行拟合[18] 。
年和四季的气温趋势系数，为要素序列与自然数列1，2 ，3………的相关系数。趋势系数的计算公式为[18]：
xt r =∑∑∑===−⋅−−−n i n i i n i i t i x x
t i x x 1
2121)()()
)(( 其中，n 为年数；i x 是第i 年的值；x 为样本均值；2/)1(+=n t 。xt r 的正（负）值表示该要素在计算的n 年内有线性增（降）的趋势。而)1/(22
xt xt r n r −−符合自由度n-2的t 分布，从而可检验这种趋势是否显著。
为了分离高、低频率带，本文使用一种滤波频率带很狭的多级滤波器来实现频率带的分离。这种滤波器是由Zheng 等[19] 提出的方法，被 Rasmusson 等[6] ，Wang 等[7]用于分离SST 的30年以上的慢变的平均值。也就是说，将气象要素的长时间序列资料以30年为界滤波：
X=X L +X H
其中X L 为气候基本态序列，而高频分量X H 则包括 QBO 尺度，ENSO 尺度以及年代际（10－25年）的气候变化。利用这种方法滤波后的序列长度与原序列相同。
为研究气候变率异常，我们计算了X的高频分量场的31年滑动均方差，计算公式为：
X HV(t)=SQRT∑+
−
=+
15 152)
31
/)
(
(
t
t k
H
k
t
X
X HV(t)也是一个时间序列，用于估计高频分量场的气候变率特征的时间变化。X HV(t)的序列长度与原序列相比，前后少15年。
极端气温事件的变化特征，利用逐日最高气温、最低气温，按照表1计算方法，统计了10个与气
温相关极端气候指数。
表1 与气温相关极端气候指数定义
Table 1 The definition of extreme climate indices associated with temperature
中秋祝福短信问候语名称定义单位
霜冻日数日最低气温（TN）<0ºC的全部日数日数
夏季日数日最高气温（TX）>25ºC的全部日数日数
结冰日数日最高气温（TX）<0ºC的全部日数日数
热带夜数日最低气温（TN）>20ºC的全部日数日数
月最低气温极大值每月内日最低气温的最大值ºC
月最高气温极小值每月内日最高气温的最小值ºC
冷夜日数日最低气温（TN）< 第10百分位值的日数日数
冷昼日数日最高气温（TX）< 第10百分位值的日数日数
暖夜日数日最低气温（TN）> 第90百分位值的日数日数
暖昼日数日最高气温（TX）> 第90百分位值的日数日数
三、近百年哈尔滨市平均气温的气候基本态及气候变率特征
本文用与陈辉[11]相同的处理方法，对哈尔滨市1881～2009年的年和四季平均气温作高低频率带的
工商银行房贷分离，研究它们的气候基本态特征和气候变率特征。
图1给出哈尔滨市四季及年平均气温的气候基本态距平（图中虚曲线）及气候变率（实曲线）。
图1 1881～2009年哈尔滨平均气温的气候基本态距平（虚曲线，数值坐标在左）
及气候变率（实曲线，数值坐标在右），单位：℃，虚直线为回归方程
(a)春季； (b)夏季； (c)秋季； (d)冬季； ( e)年
新剑侠情缘完美结局Fig.1 The climat base state (dotted) and climatic variability (solid curves) of mean temperature
anomaly in harbin with regression line.units of the base state(left) and climatic variability(right)
are ℃：（a）spring;(b)summer;(c)autumn;(d)winter;(e)annual
看出：（1）哈尔滨市年及各季平均气温的基本态都呈余弦曲线形态，但是在更长的百年尺度下都有上升的趋势。1881年以来，哈尔滨市的年平均气温显著增暖1.55℃，其中冬季的增暖幅度最大，春季次之，秋季和夏季最小。他们的增暖幅度分别为2.84℃，2.58℃，0.65℃，0.26℃。
（2）春季和冬季变化趋势与年相同，在1881年～上世纪70年代是低基本态，春季从70年代初进入高基本态，冬季从70年代中期进入高基本态。而夏、秋季变化趋势相似，在40～50年代中期为高基本态，表明40年代的升温主要是夏季和秋季升温明显，而夏季和秋季都是从80年代末才开始进入高基本态，说明80年代的变暖主要是冬、春季气温上升明显。而90年代开始的气候变暖是四季共同变暖造成的，从图上看，年及四季的高基本态都至少要维持30年左右。
（3）图1中的实曲线是31年滑动的均方差变化，可以看出，各季节及年有明显不同的变率异常。春季70年代前一直处在低基本态，但是在更长的百年尺度下为上升的趋势，70年代后转为高基本态，且气候变率变小，反映出近期春季持续偏暖的特征。夏季60～80年代为低基本态低变率，反映出持续冷夏的特征，而90年代以后为高基本态高变率，反映出近期频繁发生的酷暑与冷夏。秋季与夏季相似，但近期气候变率在减小，说明近期秋季气温偏高的概率较大。冬季与春季相似，近期在暖背景下的冬季
气温变率又变小的特征表明哈尔滨市冬季出现持续暖冬的特征，从图上看，未来30年哈尔滨市的冬季仍处在高基本态、暖背景下，出现暖冬的概率较大。
四、近49年哈尔滨市年和各季节温度变化
4．1 平均温度变化趋势
表2和图2分别是哈尔滨市年及各季节平均气温、平均最高气温、平均最低气温、日较差变化趋势及哈尔滨市年与各季平均温度距平随时间演变曲线。
可以看到，近49年来，哈尔滨市的年平均温度显著增暖约2.45ºC ，其中冬季增暖幅度最大，春、秋两季次之，夏季最小，他们的增暖幅度分别为4.17 ºC 、2.55 ºC 、1.96 ºC 和1.42 ºC 。
澳门赌王何鸿燊资产表2 1961-2009年哈尔滨市年及各季平均气温、平均最高气温、平均最低气温、日较差变化趋势（ºC/10a ） Table 2 The linear trend of mean temperature 、mean maximum temperature and minimum temperature(ºC/10a) 季节 平均温度 最高温度 最低温度 日较差
春季 0.52(0.53**) 0.33(0.34*) 0.75(0.66**) -0.40(-0.61**)
夏季 0.29(0.46*) 0.16(0.25) 0.43(0.65**) -0.27(-0.54**)
秋季 0.40(0.49*) 0.27(0.32*) 0.52(0.59**) -0.25(-0.44*)
冬季 0.85(0.56**) 0.63(0.42*) 1.02(0.62**) -0.41(-0.60**)
年 0.50(0.70**) 0.34(0.53**) 0.68(0.79**) -0.34(-0.70**) 图2 1961-2009年哈尔滨市平均温度距平随时间演变曲线（ºC ） 及趋势：(a)春季；(b)夏季；(c)秋季；(d)冬季；(e)年 Fig.2 A
教师节对老师说的话verage air temperature anomalies （ºC ） and their trends in harbin during 1961-2009 for (a) spring (b) summer (c) autumn (d) winter (e)annual mean
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