第三节 气候分析与研究
第三节 气候分析与研究
一、低温冷害预报技术
20世纪90年代初，省气象科研所潘华盛等对三江平原低温冷害发生的规律和长期预报技术进行了研究。认为三江平原低温是大范围气候异常问题。研究发现，三江平原冷夏大多对应厄尔尼诺发生期，暖夏多数对应反厄尔尼诺盛行期。利用4、5月海温关键区与之遥相关存在的阿留申低槽区，可预测7、8月三江平原低温。20世纪90年代后期进一步研究认为，20世纪80年代以后极涡多偏在日界线阿拉斯加以北，副热带高压强，夏季北界位置偏南或正常，西伸脊点偏西，东亚区中纬度多以纬向环流为主，西南暖空气强，乌拉尔低槽不易南下入侵黑龙江省，常受阿留申低槽西退影响，冷空气不是特强，往往造成阶段性低温。20世纪80年代以后，厄尔尼诺发生时黑龙江省往往不出现冷夏，相反高温多雨。分析认为，应归结于厄尔尼诺增暖源地不同，海水增暖首先从中太平洋开始，如1969、1987、1991、1993、1994年。夏季为北脊南槽形势，副高强度增强，北界偏北偏西，孟加拉湾暖湿空气北上进入黑龙江省受阻于西伯利亚高压，长时间滞留，形成高温多雨。
2001～2002年，省气象台白人海等在以往东北夏季低温冷害研究结论的基础上，以6～8月平均气温距平≤－0.7℃为标准，划分了1951～2000年嫩江松花江流域夏季冷暖等级。研究认为，松嫩流域低温与全球温度变化基本同步，北半球平均气温的变化略有在松嫩流域之前的先兆特征，是东北亚大范围气候异常现象。分析1901～2000年气温资料得出，低温冷害集中发生在20世纪10年代、30年代和60～80年代，具有群发性。2000年前后夏季气温处在高温半周期中，低温冷害发生机会几乎没有。关于低温发生的环流条件，研究认为松嫩流域气温异常偏低时，在500百帕高度的平均环流是有反映的，首先相关呈带状分布，极地冷空气南下，使中高纬度高度降低，如果低槽控制东亚地区，经常出现冷槽、冷涡，使气温持续偏低。综合100百帕高度场、海平面气压场分析结果认为，极地冷空气向南扩散、中高纬度高度下降、极涡活动偏向东亚一侧，副热带高压强度弱且偏南，冷空气直接入侵松嫩流域。研究提出夏季低温的预报技术：①建立数理统计模型；②建立物理因子概念模型，指出海温、火山活动、下垫面热力状况以及大型环流系统与夏季低温的联系，寻找有物理意义的预测信号，建立一种用于分析和预测的物理概念模型。如以ENSO循环为主线的夏季低温预测模型；③动力气候模式输出产品释用模型；④动力气候模式。
二、干旱与洪涝预报技术
1996～1998年，省气象科研所潘华盛、徐爱华先后对旱涝成因及大气环流变化、海洋洋流热源变化、厄尔尼诺现象以及季风、寒潮活动对旱涝影响进行了研究。夏季出现洪涝的500百帕环流，在中高纬度地区盛行3波型。其高度槽分别在90°E、60°W和180°W，极端中心偏在东半球。西太平洋副热带高压主体在130°E～170°W、20°～30°N的洋面上，西伸脊点在130°E，北界在30°N。东亚地区维持北槽南脊，槽位在东北地区，脊位在俄罗斯贝加尔湖东北至鄂霍次克海。干旱的环流形势与洪涝形势几乎相反，往往是副高偏弱，极涡强而偏于西半球，西藏高原的暖脊北伸，暖空气控制黑龙江省。研究认为，西太平洋海域热源变化是造成洪涝的主要原因之一：亲潮区海温在冬季维持暖水，盛夏多雨；北太平洋9月海温与次年8月旱涝有一定有关系。通过对厄尔尼诺对大气环流及黑龙江省旱涝灾害影响的分析得出：1951～1995年发生中等强度以上厄尔诺共10次，其中8次对应黑龙江省夏季低温多雨，有6次造成重大灾害。按发生时间分析，春季型与秋季型厄尔尼诺对大气环流和黑龙江省天气的影响有很大差异。春季型发生7次，副高弱、偏南、西伸脊点前期偏东，有5次黑龙江省气温偏低，有6次夏季降水偏多，其中，20世纪90年代以来发生的3次，夏季气温偏高。秋季型有3次，夏季多雨。研究表明，季风活动是造成黑龙江降水的重要原因，是诊断旱涝的强信号。当MI指数强时，亚洲大陆和西南印度洋气压低，北太平洋气压高，季风经向环流起作用。4、5月MI指数与6、7月降水关系明显。黑龙江省大的洪涝和干旱年，它的前2个月季风均有强或弱反映。
2001年，省气象台白人海等利用1951～2000年松嫩流域年降水量和年平均气温计算近50年天气干旱指数，分析旱涝发展趋势。计算出趋势项系数为0.48／10a，表明松嫩流域向干旱发展。在旱涝阶段性上，大约有15年左右的干旱阶段性变化。20世纪60年代中期前为湿润阶段，60年代中期到70年代末为干旱阶段，80年代至90年代中期又转为湿润阶段，90年代中期以后又转为干旱阶段。研究认为，6～9月500百帕高度从贝湖以南到东北地区低槽明显加深且向南伸展，甚至与低纬度季风槽连接，有利于松嫩流域降水增加，反之降水偏少；西太平洋副热带高压明显北进，北界达130°～140°E，有利于降水增加，反之偏少；东亚阻塞高压存在与加强，位于俄罗斯雅库茨克到鄂霍茨克海，有利于降水增加，反之降水偏少。结合东亚中高纬度纬向环流、偏东风强弱与松嫩流域6～9月降水关系分析得出，若从贝加尔湖以南到东北地区低槽加深，西太平洋副热带高压明显北进且东亚阻塞高压维持，有利于降水增加；东亚中高纬度代表西风强弱区域的纬向环流指数Ⅰz在低频阶段有明显的12年、25年周期变化，其变化与6～9月降水量呈很好的反位相关系。对影响旱涝的东亚环流和东亚高纬度阻塞形势进行了分型。研究认为，夏季降水与前期冬春季大西洋海温关系比较明显，与太平洋同期海温相关较好。典型多雨年的环流特征是乌拉尔山地区为高压脊控制、蒙古国东部为槽控制，下游的鄂霍茨克海地区由高压脊控制。典型少雨年的形势与此相反。对4～5月降水多少环流前兆分析认为，在前一年秋末冬初就有表现。
三、气候变化与气候资源利用
进入20世纪80年代后，气候变暖加剧。黑龙江省气象部门加强了气候变化和气候资源开发利用的研究，并与农业、林业、水利等部门的专家合作进行了气候变化对农业生产及生态环境影响的研究。
（一）气候变化及其影响
1987～1990年，省气候中心徐南平、耿喜等利用历史气象资料，分析气候变化趋势，最早提出黑龙江省气候变暖。研究认为，自1881年以来气温呈波动上升趋势，到20世纪80年代达历史最高值。冬、春增温幅度超过夏、秋季。20世纪80年代初划分的黑龙江省5条积温带发生北移东扩性变化。预测未来10年（1991～2000年）黑龙江省年平均气温比仍要上升0.3℃；冬季可达0.6℃，≥10℃积温将维持偏多趋势。进入20世纪以来，干涝阶段分明，平均10年左右转换1次。旱涝存在22年和36年的准周期。未来10年（指20世纪90年代中后期）将进入雨量偏少，相对干旱时期，降水量平均减少1％～2％，主要反映在中部、东部地区。研究还对未来50年气候作出了展望。建议充分利用气候变暖的热量资源，改进作物布局，调整种植结构等。该项成果1995年获中国气象局科技进步奖四等奖。
1991～1992年，省气象科研所和大兴安岭地区气象局，在大兴安岭林区对林内小气候和采伐迹地小气候进行对比观测，在此基础上分析了森林采伐对局地小气候的影响。通过对辐射平衡的计算得出，白天采伐迹地的辐射平衡值略高于林冠层辐射平衡值，是林冠下面辐射平衡值的10倍以上；地面热通量，采伐迹地明显增加，永冻层加深；而林内热通量小，永冻层较浅；林冠层潜热交换远大于采伐迹地，在大气层结处于中性和不稳定情况下，可差5～10倍以上。
1992～1993年，省气象局牵头组织气象、农业、林业等学科专家完成“黑龙江省气候变化对农业及生态环境影响与对策”。采用多种方法和大量数据，研究了黑龙江省气候变化规律，气候变暖特点及未来50年气候趋势预测，分析提出了气候变暖对农业及生态环境的影响和应当采取的对策。该项成果1995年获黑龙江省科技进步奖三等奖。
1999～2003年，省气象台潘华盛、徐南平主持，国家气象中心及省直农业、水利部门等方面专家参与完成国家科技部下达的研究项目“气候变暖对黑龙江省主要农作物影响及结构调整对策的研究”。首先研究了黑龙江省气候变暖的事实，成因及未来50年的气候趋势，分析认为，1971～2000年比1881～1910年年平均气温上升1.4℃。气温突变在1990年前后，比前一次1897年的强升温年平均气温还要高1.7℃左右；1981～2000年比1951～1980年的年平均气温升高1.1℃，气候明显变暖。变暖主要是极端最低气温上升，年较差变小。近20年全省极端最低气温较前26年升高1.0～2.23℃。升温最大是佳木斯，其次是呼玛。变暖后年温差全省平均减少1.16℃，减少最多的仍是佳木斯，达1.93℃。在四季中，冬季增幅最大，近20年比前30年（下同）平均增高1.59℃；春季次之，平均增温1.29℃；夏秋增温较小分别在0.53℃、0.48℃。分析全国160个站气温年平均差值看出，黑龙江省是全国最大变暖区。黑龙江省呼玛和新疆塔城为全国升幅之最，近20年比前30年的年增温分别达1.6℃、1.4℃。研究认为，厄尔尼诺现象对黑龙江省冷夏控制能力减弱，冬季西伯利亚高压变弱和北太平洋高压变强是黑龙江省气候变暖的气候学原因。对未来30～50年的气候预测指出，通过对WMO认定较好的5个气候模式、两个排放情景数值模拟认为：到2030年黑龙江省年平均气温可提高1.94℃，2050年可提高2.42℃.而降水量变化不大，均在±3毫米范围波动。研究认为，气候明显变暖的近20年比前30年大雨暴雨次数增多，≥30℃极端最高气温平均日数下降，≤－30℃平均日数减少，无霜日数明显增加，积温增加，低温冷害明显减少，大旱次数增加，大涝次数减少，风速减弱，大风次数减少，大雪次数增加，寒潮次数减少等；对农业生态环境的影响表现在水土流失加重，西部沙化、盐碱化和草原退化加快，干旱面积增加，水资源匮乏，病虫害加重等。气候变暖对农作物生长利大于弊，有利于高产稳产。与前30年比玉米单产明显提高，水稻面积增加7.6倍，全省粮食总产翻了一番，其中气候变暖的贡献率达10％～13％。不利影响是，喜凉的亚麻、甜菜面积减少。对农业生态环境治理、水资源危机的适应性、防灾减灾、减少温室气体排放等提出了对策。认为在作物布局上，一、二积温带以玉米、水稻为主，退出小麦种植；三、四积温带发展大豆，置换玉米，适当增加水稻面积；小麦向四、五积温带集中。
2000年，齐齐哈尔市气象局孙磊石采用方差分析和7年滑动平均分析齐齐哈尔市年雨量变化，认为以24年周期变化为主。扎龙湿地地区年降水量在426毫米，折合水量占入境水量的62.85％，其余入境水量为乌裕尔河、双阳河、东升水库等来水。降水的阶段性对湿地产生明显影响。在1968～1981年少水期中，加上人类在中上游兴修水利工程，截流入境水量，以及开发湿地从事农业生产等活动的影响，使湿地地面积由20世纪60年代初的260万公顷，到20世纪80年代初退缩到不足100万公顷。在1982～1993年的多水期中，由于温度上升使水相平衡提高，湿地没有大范围扩展，生物多样性变化不大。1994年后进入新的水少期，湿地缺水再次突出，由于温度进一步升高，干旱和人类活动影响加剧，生物多样性进一步破坏，芦苇、沼泽面积由原来的80％下降到60％，解决湿地补水问题刻不容缓。
2002年，省气象台白人海应用降水、气温和土壤湿度资料分析干旱化发展趋势。其方法是用月平均气温、降水量距平和均方差所构造的干旱指数及土壤湿度显示干旱发展。研究结果表明，近50年黑龙江省向干旱发展，1990年以来干旱化趋势尤为明显，西部干旱化更为严重。气温的升高对干旱化的作用比降水更为严重。利用NCEF／NCAR的容积式土壤湿度计算全球50年来干旱发展趋势表明，黑龙江省干旱的发展是全球气候变暖的响应，全球平均气温上升1℃，黑龙江省干旱程度 增加10％左右。1951～2000年，黑龙江省每10年干旱指数上升趋势系数在0.19～0.29，其中西部达0.23～0.29。春、夏、秋三季上升趋势指数分别为：0.32，0.13，0.21。同年，虎林市气象局赵玉梅与黑龙江省环保科研所关克东等利用858农场气象站（湿地地区）、虎林气象站（干地地区）20多年气象资料，进行干地与湿地气候因子的相关分析。分析认为，年平均气温湿地与干地都在增温，但湿地比干地低0.5℃，原因是湿区的大量热量被蒸发；在1995年前湿地积温高于干地积温，而1995年后湿地积温低于干地积温，原因是湿地开垦面积增多，干地水田发展快，人工湿地大面积增加。
（二）农业气候资源开发利用
1987年，省气象局根据肇源等南部县引种“吉”字号玉米是否可行问题，组织气候和农业气象技术人员分析吉林、黑龙江省气温、降水、光照等差异，分析引种“吉”字号玉米的气候风险。研究表明，黑龙江省南部与吉林省北部气候差异很小，热量条件基本一致，属同一气候区，在黑龙江省第一积温带，即≥10℃积温保证率在2 600℃以上地区种植“吉”字号玉米可以正常成熟，在第二积温带采取育苗移栽、地膜覆盖等保护地栽培也可种植“吉”字号玉米。此项研究为全省大范围引种“吉”字号玉米提供了科学依据。
1990年，在牡丹江市农委的支持下，牡丹江市气象局与市区划办合作，组织市县乡村四级共553人，其中专业技术人员171人，对全市各村的积温、霜期进行大规模调查，广泛收集了气象、林业、农场和水文等方面的气象观测资料，对各积温区临界线的村，采用实地调查、作物品种反馈等方法确定积温带的走向。通过调查和分析认为，牡丹江地区与省内同纬度比，气温冬季偏高，夏季偏低；区域内积温差异悬殊，东宁县三岔口盆地≥10℃积温在2 700℃以上，而海林、林口等山区积温则在2 100℃以下；一般县（市）有3～4个积温区，东宁有6个积温区；1980年后气候变暖，积温增加50～80℃。调查分析结果编印成《牡丹江市农业气候资源调查报告（热量部分）》，对牡丹江及所属的绥芬河、密山、宁安、林口、海林、穆棱、东宁、虎林县（市）各乡（镇）、村的积温、初终霜最早、最晚和平均日期分别进行了确定，逐乡逐村列表描述。
1993～1995年，省气象科研所祖世亨、魏松林等采用现代气候统计分析法，收集省内旱、涝、冷害年份的历史资料及经济损失情况，制定客观的灾害标准，划分灾害等级，研究灾害时空分布特征和发生规律；建立统计—动力模型，充分利用计算机技术对大量历史资料数据进行建库、加工、处理，做到从原始资料到预测结果和区划成果连续作业，将气象灾害的数据、指标、预测、区划、评估、检索联成一体，迅速向用户提供咨询和决策服务，具有很强的可操作性。本项研究还利用树木年轮资料，建立长迖250年的气温序列，填补了中国东北地区气象资料的空白。建立了两套灾害等级标准，变静态灾害区划为动态灾害区划。与国内同类研究相比独具特色：以灾害信息系统的形式将灾害数据库、指标库、方法库等联成一体，随时可以客观分析、预测预报灾情、进行灾害区划、灾害评估、灾害检索。1995年获黑龙江省科技进步奖四等奖。
1995～1998年，由省气象科研所潘华盛等进行了三江平原气候资源开发利用的研究，1997年获中国气象局科技进步奖三等奖。该项研究对三江平原的气候特征、农业气候资源、农业气候区划、主要灾害性天气及预测、利用气候资源合理开发治理三江平原等问题进行了深入研究。将三江平原划分为3个农业气候区：一区为合江平原农业气候区；二区为牡丹江半山间农业气候区。；三区为三江农业区。研究认为，低温冷害是三江平原地区的主要气象灾害，但1981年后强低温冷害明显减少；内涝特别夏秋涝象发生机率较高，达43％，严重影响粮食产量。提出了气候资源开发利用对策：①坚持旱涝兼治，以治涝为主，做到排蓄结合、排灌结合，加大农田的排水能力。治旱以防春旱为主，采取抢墒、造墒、提墒等播种法。②加强低温冷害防御措施。主要是合理选用品种，防止越区种植、适时早播、增施磷肥、高台种植玉米、加强田间管理等。③防沙固土，扩大水田面积。
1997～1999年，针对黑龙江省玉米水分过大，质量低劣问题，省气象局张广学、孙玉亭、李荣芳、马旭清等对农业气候资源变化及开发利用进行调查研究。调查研究表明，1979～1998年由于气候变暖加剧，5条积温带北移0.5～1.0纬度，三江平原二三积温带东扩面积较大；春季增暖明显，稳定通过10℃初日平均提前4～6天，终霜冻提前4～8天，夏季气温一直保持正常偏高水平，未出现一次严重的低温冷害，玉米水分过大的主要原因是越区种植造成的，与错误使用积温指导农民选用品种有关，首次提出了按农作物生育期80％保证率积温选择品种的建议。生育期积温是指玉米平均出苗期至成熟期≥10℃的积温，与全年≥10℃的积温有很大差异。显然，按全年≥10℃积温选用品种，与按生育期积温选用品种要差150～260℃，相当于超越1个积温带种植玉米。改用生育期80％保证率的积温选用品种，可保证玉米优质高产。在该项成果推广会上，黑龙江省农业厅局领导和专家认为，该项研究成果实用意义强，是个创新。经省政府领导批示，黑龙江省农业办公室将此项研究成果转发到各市县人民政府参照使用。2001年获省气象局科技进步奖。
