孫啟振，孟 上，馬 強(qiáng)，肖 鶯

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；2.中國(guó)海洋大學(xué)，山東青島266100；3.寧夏固原市氣象局六盤(pán)山氣象站，寧夏固原756000；4.武漢區(qū)域氣候中心，湖北武漢430074）

南極長(zhǎng)城站近二十九年氣候特征

孫啟振1,2，孟 上1，馬 強(qiáng)3，肖 鶯4

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081；2.中國(guó)海洋大學(xué)，山東青島266100；3.寧夏固原市氣象局六盤(pán)山氣象站，寧夏固原756000；4.武漢區(qū)域氣候中心，湖北武漢430074）

使用南極長(zhǎng)城站常規(guī)地面氣象觀(guān)測(cè)資料、澳大利亞南極局海冰外緣線(xiàn)資料和NOAA南極濤動(dòng)指數(shù)資料，對(duì)長(zhǎng)城站自1986—2014年的氣候特征進(jìn)行了多時(shí)間尺度的統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：長(zhǎng)城站冬季氣溫有升高的趨勢(shì)，升溫速率約為0.19℃/10 a；冬季氣溫與59°W經(jīng)線(xiàn)上海冰外緣線(xiàn)位置的年際變化特征呈顯著正相關(guān)，但對(duì)于氣候平均的海冰外緣線(xiàn)位置月變化比氣溫滯后約一個(gè)月；夏季氣溫有降低的趨勢(shì)，其他季節(jié)總體增暖。長(zhǎng)城站的風(fēng)向主要集中在西北和東南方向；1986—2014年間長(zhǎng)城站年平均風(fēng)速變化較小，大風(fēng)的每年累積日數(shù)分布情況與年平均風(fēng)速變化曲線(xiàn)相似；春季平均風(fēng)速較大，并且約有半數(shù)大風(fēng)風(fēng)向?yàn)槲鞅?，夏季的大風(fēng)天數(shù)少于其他季節(jié)。長(zhǎng)城站年平均氣壓呈降低趨勢(shì)，其變化與南極濤動(dòng)指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。年平均云量持續(xù)增加，且當(dāng)風(fēng)向?yàn)闁|北或西北時(shí)總云量較多；夏季平均總云量最多，冬季最少。長(zhǎng)城站的年平均降水量變化明顯，先減少后增多；降水量季節(jié)變化為秋季降水量最多，夏季次之，春季和冬季的降水量較少；日平均降水量西南風(fēng)時(shí)較少，東北風(fēng)時(shí)較多。霧的變化特點(diǎn)為春季和夏季霧天較多，其中1—3月的濃霧日數(shù)多于輕霧日數(shù)；大約三分之二有霧天的風(fēng)向?yàn)槲鞅毕?，約二分之一的霧出現(xiàn)在風(fēng)力為3—4級(jí)時(shí)。

南極；長(zhǎng)城站；氣候特征

1 引言

南極由于其特殊的冰雪屬性和地理位置，在全球氣候系統(tǒng)中占有重要地位。南極大陸幾乎全部被冰雪覆蓋，其高反照率對(duì)全球氣溫的變化會(huì)產(chǎn)生顯著的放大作用。早在三十多年前就已有大量研究指出南極多個(gè)地區(qū)的地面氣溫有所升高，尤其是南極半島，其升溫速率可能高達(dá)0.5℃/a[1-2]。Comiso等[3]使用測(cè)站資料和衛(wèi)星紅外波段數(shù)據(jù)研究了南極大陸的升溫速率，發(fā)現(xiàn)1954—1998年的測(cè)站資料反映出氣溫存在上升的趨勢(shì)（0.012℃/a），而1979—1998年的測(cè)站資料和衛(wèi)星紅外資料中的氣溫有下降的趨勢(shì)（-0.008℃/a）。

南極半島的氣溫年際變率和長(zhǎng)期增暖趨勢(shì)比南極其他地區(qū)都要顯著，該地區(qū)對(duì)氣候變化的敏感性可能是源于此處海冰與氣溫的強(qiáng)烈相互作用[2]。喬治王島的冰蓋對(duì)氣溫變化比較敏感，據(jù)模式計(jì)算，氣溫降低1℃將可能導(dǎo)致該地區(qū)冰蓋體積增加10%，氣溫升高1℃會(huì)使體積減少36%[4]。Reusch等[5]分析了西南極的自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)站資料（1979—1993年），發(fā)現(xiàn)多個(gè)站點(diǎn)在夏季有明顯的升溫過(guò)程。南極半島地區(qū)表層溫度的升高速率在過(guò)去50 a比地球上其他地區(qū)都要高[6]。Francisco等[7]使用測(cè)站資料研究了喬治王島1947—1995年期間的氣溫變化狀況，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)存在0.022℃/a的增暖趨勢(shì)，且冬季的升溫尤為明顯，約為0.038℃/a。Turner等[8]使用基于月平均的南極多個(gè)站點(diǎn)基本氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到南極半島在近50 a有顯著升溫過(guò)程的結(jié)論。進(jìn)一步研究認(rèn)為，在西南極的南極半島地區(qū)，與東南極地區(qū)的情況截然不同，受到強(qiáng)的西風(fēng)帶影響更加明顯，全球變暖使得半島東面夏季大部分時(shí)間氣溫升高，導(dǎo)致南極半島90%的冰川發(fā)生了退縮和冰架崩塌[9]。

長(zhǎng)城站（62°13′S，58°58′W）位于南極半島附近的喬治王島上（見(jiàn)圖1），其氣候?qū)儆诘湫偷膩喣蠘O海洋性氣候[10]，近幾十年來(lái)對(duì)于長(zhǎng)城站的氣候狀況，國(guó)內(nèi)已有大量研究。張林[11]介紹了長(zhǎng)城站的天氣特征，如氣旋活動(dòng)規(guī)律、海霧、降水等情況，對(duì)長(zhǎng)城站氣旋和各天氣要素的預(yù)報(bào)方法做了總結(jié)。黃耀榮等[12]對(duì)長(zhǎng)城站的晴好天氣作了天氣學(xué)研究，認(rèn)為其形成是副熱帶高壓南伸與極地高壓北擴(kuò)控制該區(qū)的結(jié)果。胡勝利[13]使用長(zhǎng)城站20 a的觀(guān)測(cè)資料，對(duì)影響長(zhǎng)城站天氣系統(tǒng)和氣象變化特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)城站存在氣溫明顯增溫變暖、降水量減少、大風(fēng)天數(shù)增多等現(xiàn)象。卞林根等[10，14]研究了長(zhǎng)城站的溫度、風(fēng)和降水的氣候特征，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)城站具有明顯的氣候變暖趨勢(shì)，且秋季增溫速率最大；降水量的年際變化呈減少趨勢(shì)，氣壓變化趨勢(shì)與風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)的變化傾向基本相同。楊清華等[15]討論了南極長(zhǎng)城站海霧的特征和形成機(jī)制，認(rèn)為長(zhǎng)城站海霧大多為平流冷卻霧，高頻率的偏北風(fēng)和南大洋極鋒附近顯著的經(jīng)向海溫梯度是長(zhǎng)城站多海霧的根本原因。許淙等[16-17]分析研究了長(zhǎng)城站海霧的發(fā)生背景和天氣形勢(shì)，認(rèn)為長(zhǎng)城站的霧的季節(jié)性變化是大氣環(huán)流、地面氣壓場(chǎng)變化的綜合結(jié)果。楊清華等[18-19]分析了長(zhǎng)城站2012年的氣象及海冰特征，發(fā)現(xiàn)11月—次年3月能見(jiàn)度較好，6—10月能見(jiàn)度較差。孟上等[20]根據(jù)長(zhǎng)城站多年氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析了該地區(qū)與航空飛行相關(guān)的氣象要素特征和不同季節(jié)的天氣條件。

圖1 南極長(zhǎng)城站的位置（地圖來(lái)自澳大利亞南極局南極數(shù)據(jù)中心）

上述已有研究多集中于長(zhǎng)城站天氣預(yù)報(bào)方法以及氣溫、海霧等氣象要素的短期特征，對(duì)多種氣象要素長(zhǎng)期氣候特征的研究尚不夠全面，對(duì)于各要素之間的相互關(guān)聯(lián)問(wèn)題也少有闡述。本文利用多種數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)城站1986—2014年的氣溫、氣壓、風(fēng)、霧、云量和降水量等關(guān)鍵氣象要素進(jìn)行月、季尺度和年、年代際尺度的統(tǒng)計(jì)，并分析多種氣象要素之間的關(guān)系，以期獲得長(zhǎng)城站近29 a來(lái)的氣候變化狀況。

2 數(shù)據(jù)

本文所用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自南極長(zhǎng)城站氣象站（WMO區(qū)站號(hào)89058），其地面氣象觀(guān)測(cè)儀器和觀(guān)測(cè)方法按照WMO和中國(guó)氣象局地面氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范建設(shè)和運(yùn)行[10]。測(cè)站海拔10 m，自動(dòng)觀(guān)測(cè)要素包括風(fēng)、氣溫、濕度、氣壓、輻射、日照等，采樣頻率和算法為氣溫、濕度、氣壓和輻射6次/min，去掉最大值和最小值后，求算術(shù)平均值；風(fēng)向、風(fēng)速的采樣速率為1次/s，求取3 s、2 min、10 min的滑動(dòng)平均值；日照采樣速率為1次/min。人工觀(guān)測(cè)要素有云、能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象、地溫和降水量，觀(guān)測(cè)頻率為1次/6 h。對(duì)該測(cè)站氣溫變化趨勢(shì)的分析表明該站具有所在區(qū)域的代表性[14]，其氣象觀(guān)測(cè)資料已成為研究南極半島氣候變化的重要資料。本文氣溫、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速、降水量等要素的月、季節(jié)、年平均值由自動(dòng)觀(guān)測(cè)的每小時(shí)正點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到，云量和霧取自人工觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。本文將9—11月劃分為春季，12月—次年2月為夏季，3—5月為秋季，6—8月為冬季。

南大洋冬季的海冰覆蓋范圍可達(dá)1.9×107km2，海氣之間的熱量和氣體交換與海冰范圍的收縮和擴(kuò)張、密集度、厚度密切相關(guān)。南極的海冰在海洋環(huán)流中起到非常重要的作用，而海冰的界線(xiàn)與氣候變化密不可分，因此本文在討論長(zhǎng)城站氣溫時(shí)將與海冰外緣線(xiàn)相結(jié)合。本文所用的海冰外緣線(xiàn)（SeaIceExtent，SIE）位置數(shù)據(jù)來(lái)自澳大利亞南極數(shù)據(jù)中心①https://www1.data.antarctica.gov.au/aadc/portal/drill_down.cfm?id=52，選用距離長(zhǎng)城站最近的59°W經(jīng)線(xiàn)處海冰外緣線(xiàn)所在緯度的月平均值，該數(shù)據(jù)集的時(shí)間范圍為1986—2007年。

圖2 1986—2014年長(zhǎng)城站冬季平均氣溫（實(shí)曲線(xiàn)）及1986—2007年59°W經(jīng)線(xiàn)海冰外緣線(xiàn)的緯度值（虛曲線(xiàn)）（實(shí)直線(xiàn)為氣溫變化趨勢(shì)擬合線(xiàn)，虛直線(xiàn)為海冰外緣線(xiàn)緯度值變化趨勢(shì)擬合線(xiàn)）

圖3 長(zhǎng)城站1986—2014年年平均氣壓及南極濤動(dòng)指數(shù)（實(shí)曲線(xiàn)為氣壓，虛曲線(xiàn)為南極濤動(dòng)指數(shù)，實(shí)直線(xiàn)為氣壓變化趨勢(shì)擬合線(xiàn)，虛直線(xiàn)為南極濤動(dòng)指數(shù)變化趨勢(shì)擬合線(xiàn)）

南極濤動(dòng)（Antarctic Oscillation，AO）即南半球環(huán)狀模，是南半球最顯著的大尺度大氣活動(dòng)模態(tài)[21]，其強(qiáng)弱反映了南半球中高緯大尺度大氣運(yùn)動(dòng)的形式與強(qiáng)度變化。當(dāng)南極濤動(dòng)加強(qiáng)時(shí)，南半球中、高緯西風(fēng)也加強(qiáng)，可能影響有關(guān)海域海水的垂直混合和Ekman漂流作用，使海面溫度及氣溫發(fā)生變化[22]。由于南極濤動(dòng)可顯著影響南極地區(qū)的氣候狀況，因此本文在分析長(zhǎng)城站氣候時(shí)將其加入進(jìn)來(lái)。本文使用的南極濤動(dòng)指數(shù)（Antarctic Oscillation Index，AOI）月平均數(shù)據(jù)來(lái)自NOAA②http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/aao/aao.shtml，該指數(shù)的計(jì)算方式是，對(duì)20°S以南區(qū)域的700 hPa位勢(shì)高度異常場(chǎng)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交分解（EOF），將得到的第一主成分作標(biāo)準(zhǔn)化處理，即得到南極濤動(dòng)指數(shù)。正（負(fù)）南極濤動(dòng)指數(shù)代表南半球中高緯度地區(qū)出現(xiàn)西（東）風(fēng)異常[23]。

3 氣候特征

3.1 概況

對(duì)于氣候變化的研究，最受關(guān)注的是氣溫變化。本文分析了自1986—2014年長(zhǎng)城站冬季的氣溫變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)冬季升溫速率約為0.19℃/ 10 a（圖2），可見(jiàn)冬季的氣溫變化速率小于卞林根等[10]的年平均氣溫變化速率（0.27℃/10 a），同時(shí)也小于Francisco等[7]關(guān)于南極喬治王島地區(qū)年平均溫度變率約為0.22℃/10 a的分析結(jié)果。此外，29 a間長(zhǎng)城站冬季平均氣溫變化存在大約為2—4 a的周期。

伴隨著氣溫的升高，海冰外緣線(xiàn)不斷向南收縮，其年際變化特征與冬季氣溫的變化趨勢(shì)高度一致（見(jiàn)圖2）。在1986—2007年期間，當(dāng)冬季平均氣溫偏低，海冰外緣線(xiàn)北擴(kuò)，其中1987年（-8.6℃，57.68°）、1991年（-7.7℃，58.93°）、1995年（-10.0℃，57.28°）和2002年（-7.0℃，-59.60°）比較有代表性；而當(dāng)冬季平均氣溫偏高時(shí)，海冰外緣線(xiàn)南縮，如1989年（-1.8℃，-62.31°）。在1986—2007年，海冰外緣線(xiàn)南縮的平均速率為0.078°/a。平均來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)城站冬季平均每升溫0.57℃，則59°W經(jīng)線(xiàn)上的海冰外緣線(xiàn)向南收縮大約1個(gè)緯度。

南極濤動(dòng)的強(qiáng)弱反映出的大氣環(huán)流變化是影響氣溫、降水變化的主要原因，對(duì)南半球的氣候有重要影響。風(fēng)速、氣溫和降水與南極濤動(dòng)指數(shù)密切相關(guān)，當(dāng)南極濤動(dòng)指數(shù)較強(qiáng)時(shí)，來(lái)自西北方向的氣流會(huì)偏多，并引起南極半島及其鄰近的西南極和威德?tīng)柡：Ｓ蚱痆24]。這種情況下，南極大陸測(cè)站的平均海平面氣壓會(huì)有降低趨勢(shì)[8]，而其氣溫會(huì)有長(zhǎng)期的升高趨勢(shì)[6]。圖3中的南極濤動(dòng)指數(shù)為20°S以南區(qū)域700 hPa位勢(shì)高度異常場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)正交分解的主模態(tài)結(jié)果，可見(jiàn)1986—2014年期間，南極濤動(dòng)指數(shù)與長(zhǎng)城站氣壓的變化曲線(xiàn)在波動(dòng)形態(tài)上基本呈負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)，二者年際變化相關(guān)系數(shù)為-0.429，達(dá)到了95%的置信水平。南極濤動(dòng)指數(shù)總體升高，變化趨勢(shì)為0.009 1/a；而長(zhǎng)城站的氣壓在氣候態(tài)上有所下降，趨勢(shì)為-0.026 4 hPa/a。

長(zhǎng)城站處于南極半島北端，全年都有西風(fēng)帶氣旋過(guò)境。南極半島兩側(cè)有面積較大的冰架，冰-海-氣的相互作用容易導(dǎo)致中小尺度氣旋產(chǎn)生，因此，陰雪天氣是當(dāng)?shù)氐闹饕鞖馓卣?。長(zhǎng)城站年平均氣壓呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，與西風(fēng)帶的氣旋活動(dòng)對(duì)長(zhǎng)城站的影響逐漸加強(qiáng)有關(guān)。1986—2014年的29 a，伴隨著氣壓總體趨勢(shì)的降低，長(zhǎng)城站年平均云量呈增加趨勢(shì)（擬合直線(xiàn)的上升速率為0.009），近年來(lái)年平均云量已達(dá)9成以上（見(jiàn)圖4），當(dāng)?shù)厣儆星缋噬僭频奶鞖獬霈F(xiàn)。

圖4 長(zhǎng)城站1986—2014年年平均云量（直線(xiàn)為云量變化趨勢(shì)擬合線(xiàn)）

圖5表明：1986—2014年間長(zhǎng)城站年平均風(fēng)速變化不大，平均值為7.28 m/s，總體有較為平緩的增大趨勢(shì)。大風(fēng)的每年累積日數(shù)（有風(fēng)速大于17.0 m/s現(xiàn)象的日數(shù)）分布情況與年平均風(fēng)速變化曲線(xiàn)相似。多年平均的大風(fēng)累積日數(shù)為142d/a，其中2001年的大風(fēng)累積日數(shù)最多，達(dá)到226 d。

近29 a以來(lái)，長(zhǎng)城站的降水量總體先減少后增多，多年平均降水量為542.5 mm（見(jiàn)圖6）。需要說(shuō)明的是，長(zhǎng)城站氣象站的降水量觀(guān)測(cè)方式是用傳統(tǒng)雨量筒進(jìn)行人工器測(cè)，即每6 h將雨量筒中液態(tài)或固態(tài)降水稱(chēng)重，換算成降水量。然而，長(zhǎng)城站平均風(fēng)速較大，常有吹雪和雪暴現(xiàn)象，傳統(tǒng)的雨量筒由于沒(méi)有遮風(fēng)罩，降水落入雨量筒時(shí)會(huì)有“飄逸”現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間累積下來(lái)，觀(guān)測(cè)到的降水量會(huì)比實(shí)際降水量偏小。

圖5 長(zhǎng)城站1986—2014年年平均風(fēng)速（曲線(xiàn)）、年平均風(fēng)速變化擬合（直線(xiàn)）和累積大風(fēng)日數(shù)（柱形圖）

圖6 1986—2014年長(zhǎng)城站年降水量

表1 長(zhǎng)城站1986—2014年氣溫的年代際特征

3.2 年代際和季節(jié)的氣候特征

為了分析氣溫與海冰外緣線(xiàn)的關(guān)系，圖2給出了1986—2014年長(zhǎng)城站冬季的平均氣溫變化趨勢(shì)。但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：如果將近29 a劃分為1986—1995年、1996—2005年和2006—2014年3個(gè)時(shí)段（各時(shí)段的氣溫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1）則可見(jiàn)1996—2005年10 a的年平均氣溫稍高，其間的氣溫波動(dòng)相對(duì)較小，最高年平均氣溫與最低年平均氣溫之差僅為12.0℃，總體和過(guò)去30 a中全球氣溫變化趨勢(shì)一致?？傮w來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)城站由于緯度較低，氣候相對(duì)溫和，少有極端低溫出現(xiàn)。

由表2可見(jiàn)，相對(duì)于其他季節(jié)，夏季氣溫變化幅度最小；29 a間夏季的最低平均氣溫為0.37℃；氣溫變化方面呈變冷的趨勢(shì)，降溫幅度0.41℃，其他季節(jié)的氣溫變化趨勢(shì)均為總體增暖，尤以秋季為甚，共增暖0.77℃；有些年份秋季的平均氣溫大于0.0℃。冬季是各個(gè)年份之間溫度變化幅度最大的季節(jié)，最高與最低季節(jié)平均氣溫相差達(dá)8.17℃，表明長(zhǎng)城站地區(qū)在近29 a的各個(gè)冬季氣候有較大波動(dòng)?？傮w來(lái)看，近29 a長(zhǎng)城站的氣溫升高了約0.37℃。

表2 長(zhǎng)城站1986—2014年氣溫的季節(jié)特征

根據(jù)人工定時(shí)觀(guān)測(cè)的降水量數(shù)據(jù)，近29 a間，長(zhǎng)城站春季和冬季的平均累積降水量幾乎相同且相對(duì)較少，夏季次之，秋季降水量最多。各季節(jié)內(nèi)降水量的年際波動(dòng)都很大，不同年份之間的季度平均累積降水量最大值可達(dá)最小值的4—5倍。季度最高與最低累積降水量之差在秋季和冬季較高，最高達(dá)238.5 mm，從另一方面證實(shí)長(zhǎng)城站地區(qū)29 a來(lái)冬季氣候有較大波動(dòng)。

長(zhǎng)城站氣象站在1986—2001年的風(fēng)向觀(guān)測(cè)分16個(gè)象限，用E、ES等符號(hào)記錄，自2002年后改為0°—360°的實(shí)測(cè)記錄。為了更精確地顯示長(zhǎng)城站的風(fēng)向分布情況，本文只選取2002—2014年的風(fēng)向觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制風(fēng)玫瑰圖。圖7為2002—2014年日最大風(fēng)速時(shí)的風(fēng)玫瑰圖。為直觀(guān)理解長(zhǎng)城站氣候態(tài)風(fēng)向的分布情況，將南美洲、德雷克海峽以及南極半島地圖作為風(fēng)玫瑰圖的底圖，風(fēng)玫瑰圖的圓心為長(zhǎng)城站所在位置。由圖可見(jiàn)長(zhǎng)城站氣候態(tài)風(fēng)向分布主要集中在西北和東南象限，這也是長(zhǎng)城站附近的智利馬爾什機(jī)場(chǎng)跑道設(shè)計(jì)為西北-東南向的主要原因。相對(duì)于西北象限，長(zhǎng)城站風(fēng)向在東南象限更為集中，多為東-東南風(fēng)，而且在此風(fēng)向區(qū)間大風(fēng)頻率也較高。這種風(fēng)向分布特點(diǎn)除了受環(huán)流影響之外，還可能與局地地形有關(guān)。

表3 長(zhǎng)城站1986—2014年降水量的季節(jié)特征

表4 長(zhǎng)城站2002—2014年風(fēng)向在各季節(jié)和各區(qū)間的分布

圖7 長(zhǎng)城站2002—2014年年平均風(fēng)向玫瑰圖（底圖為南美洲、德雷克海峽以及南極半島地圖，風(fēng)向玫瑰圖的圓心位于地圖中長(zhǎng)城站所在位置）

根據(jù)日最大風(fēng)速繪制的風(fēng)玫瑰圖的季節(jié)分布情況（見(jiàn)表4、圖8），可見(jiàn)各季節(jié)風(fēng)向分布形態(tài)與多年平均的風(fēng)向分布形態(tài)都較為一致，處于西北和東南象限區(qū)間內(nèi)的比例大致為所有風(fēng)向的四分之三。各個(gè)季節(jié)的不同之處在于，春季的西北風(fēng)較多而東南風(fēng)較少，夏季的大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)在各個(gè)風(fēng)向內(nèi)相對(duì)于其他季節(jié)都較少，秋季東南風(fēng)較多，冬季西北風(fēng)較少。

圖8 長(zhǎng)城站2002—2014年各季節(jié)平均風(fēng)向玫瑰圖

長(zhǎng)城站近29 a來(lái)的月平均氣溫曲線(xiàn)呈一峰一谷的形態(tài)（見(jiàn)圖9），7月份為最低值（-6.39℃），2月份為最高值（1.76℃）。1986—2007年59°W海冰外緣線(xiàn)所處緯度值的多年月平均曲線(xiàn)也有相似的分布形態(tài)，3月開(kāi)始，伴隨氣溫下降，海冰外緣線(xiàn)逐漸北擴(kuò)，8月達(dá)到最北端；之后隨著氣溫回升，海冰開(kāi)始消融，外緣線(xiàn)不斷南縮；9—11月海冰消融速度最快，1月海冰達(dá)到最小范圍，3月之后海冰開(kāi)始再次凍結(jié)增長(zhǎng)。由圖9可見(jiàn)，海冰外緣線(xiàn)的變化比氣溫變化滯后約一個(gè)月，并且海冰融化的速度快于增長(zhǎng)的速度。這說(shuō)明冬季氣溫降低時(shí)海冰的北向延伸需要一定的時(shí)間，而夏季當(dāng)氣溫回升以后，海冰的融化同樣有所滯后。

圖10給出了長(zhǎng)城站1986—2014年的月平均風(fēng)速和大風(fēng)（風(fēng)速大于17.0 m/s）日數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況。由圖可見(jiàn)，夏季平均風(fēng)速較小，1月份平均風(fēng)速最小，為6.02 m/s；春季平均風(fēng)速較大，10月份平均風(fēng)速最大，為8.48 m/s。除1月、2月和12月外，其他月份的大風(fēng)日數(shù)均較多，平均約為每月12 d?？傮w來(lái)看，長(zhǎng)城站地區(qū)夏季的氣候相對(duì)溫和。

圖9 長(zhǎng)城站1986—2014年月平均氣溫（虛線(xiàn)）及1986—2007年59°W經(jīng)線(xiàn)海冰外緣線(xiàn)的緯度值（實(shí)線(xiàn)）

圖10 長(zhǎng)城站1986—2014年月平均風(fēng)速（曲線(xiàn)）和累積大風(fēng)日數(shù)（柱形圖）

表5 按季節(jié)統(tǒng)計(jì)的1986—2014年長(zhǎng)城站不同風(fēng)向的大風(fēng)日數(shù)（單位：d）

從月平均氣壓和降水量變化曲線(xiàn)（見(jiàn)圖11）來(lái)看，降水量與氣壓的變化趨勢(shì)相反，冬季氣壓偏高，降水量偏低；夏、秋季氣壓偏低，降水量偏高。5—9月平均氣壓較高，10—12月的平均氣壓較低；3—5月氣壓上升并維持較高值，直到9月才開(kāi)始下降；3月降水量最大，之后開(kāi)始下降，冬季一直偏低，直到9月份有所回升。因此，長(zhǎng)城站夏季氣候溫和時(shí)，氣旋帶來(lái)的氣壓和降水量不具有較強(qiáng)的規(guī)律，而在秋冬季節(jié)，氣旋活動(dòng)的多寡會(huì)帶來(lái)明顯的降水量和氣壓變化。

極地地區(qū)的霧一般分為3類(lèi)，一是從冷水面吹到臨近更冷的冰雪面上形成的平流冷卻霧，二是冷空氣流向暖水面形成的平流蒸發(fā)霧，三是低云下降形成的霧[25]。為了研究長(zhǎng)城站的霧，本文按照風(fēng)向和季節(jié)對(duì)霧進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

根據(jù)氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范，本文將能見(jiàn)度＜1 km的霧稱(chēng)為濃霧，將能見(jiàn)度≥1 km但＜10 km的霧稱(chēng)為輕霧。圖12給出了長(zhǎng)城站1986—2014年月累積的出現(xiàn)霧的日數(shù)，可見(jiàn)春季和夏季的霧天比較多，其中1月和2月的霧天平均達(dá)每月14 d以上，冬季的霧天相對(duì)較少，最少的8月份平均只有8.4 d。各月份輕霧和濃霧的出現(xiàn)日數(shù)相差不大，但總體來(lái)看，1—3月的濃霧日數(shù)多于輕霧日數(shù)。表6給出不同季節(jié)、不同風(fēng)向時(shí)霧日的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。明顯可見(jiàn)，大約有三分之二的霧對(duì)應(yīng)處于西北象限的風(fēng)向，南西風(fēng)向時(shí)發(fā)生的霧最少，此時(shí)平均能見(jiàn)度較高。當(dāng)風(fēng)向處于東北象限時(shí)，春夏季多為濃霧；東南和西南風(fēng)向時(shí)，各季節(jié)的輕霧多于濃霧。

圖11 長(zhǎng)城站1986—2014年月平均氣壓（實(shí)線(xiàn)）和降水量（虛線(xiàn)）

圖12 長(zhǎng)城站1986—2014年月累積出現(xiàn)霧的日數(shù)

表6 按季節(jié)和風(fēng)向統(tǒng)計(jì)的長(zhǎng)城站1986—2014年霧日數(shù)（單位：d）

表7給出不同風(fēng)速下長(zhǎng)城站霧的統(tǒng)計(jì)情況。約55%的霧出現(xiàn)在風(fēng)力為3—4級(jí)時(shí)（3.3 m/s＜風(fēng)速＜7.9 m/s），5級(jí)風(fēng)以上的霧日數(shù)次之，風(fēng)速小于或等于2級(jí)時(shí)很少有霧出現(xiàn)。當(dāng)風(fēng)力為3—4級(jí)時(shí)，風(fēng)向?yàn)槲鞅焙蜄|北時(shí)容易出現(xiàn)濃霧，而風(fēng)向?yàn)闁|南時(shí)則輕霧較多。由此可見(jiàn)，長(zhǎng)城站的平流冷卻霧占大多數(shù)，偏北風(fēng)容易帶來(lái)暖濕空氣，有利于海霧的形成。偏南的冷氣流在海面蒸發(fā)作用下，使低空水汽壓增大至飽和，即產(chǎn)生平流蒸發(fā)霧。風(fēng)力大于5級(jí)時(shí)，由于濃霧在強(qiáng)風(fēng)的作用下不易聚集，因此輕霧日數(shù)多于濃霧日數(shù)。

表7 按風(fēng)速和風(fēng)向統(tǒng)計(jì)的長(zhǎng)城站1986—2014年的霧日數(shù)（單位：d）

3.4 云、降水量和能見(jiàn)度的氣候特征

根據(jù)1986—2014年長(zhǎng)城站氣象站的觀(guān)測(cè)記錄，將濕度、云量、降水量、日照和能見(jiàn)度根據(jù)風(fēng)向和季節(jié)分類(lèi)（見(jiàn)圖13），其中1999年5—12月無(wú)云量觀(guān)測(cè)記錄，因此剔除此時(shí)段所有數(shù)據(jù)。

由圖13可知，當(dāng)東北和西北風(fēng)向時(shí)，各個(gè)季節(jié)的平均總云量都較多，達(dá)9成以上；風(fēng)向?yàn)槲髂蠒r(shí)，平均總云量最少，平均不足8成。另外，夏季的平均總云量都大于其他季節(jié)的平均總云量；冬季的總云量比較少，但風(fēng)向?yàn)槲髂蠒r(shí)例外。直接影響當(dāng)?shù)亟邓鞖獾脑茷榈驮?，各個(gè)季節(jié)中風(fēng)向?yàn)槲髂蠒r(shí)，低云量最少，平均僅有6成，東北風(fēng)和西北風(fēng)時(shí)的低云量最多。此外，西南風(fēng)向的日照時(shí)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他風(fēng)向，尤其夏季西南風(fēng)向的平均日照時(shí)間接近5 h；而東北風(fēng)和西北風(fēng)時(shí)日照相對(duì)較少，每天不足1 h。結(jié)合總云量數(shù)據(jù)可知，除秋季外，風(fēng)向?yàn)闁|北和東南時(shí)的高云和中云最多，天氣相對(duì)較好；風(fēng)向?yàn)槲髂虾臀鞅睍r(shí)各個(gè)季節(jié)的高云和中云都相對(duì)較少。按季節(jié)劃分，春季和夏季的平均高云量和中云量較多，最高可達(dá)2.5成。

從日平均降水量來(lái)看，風(fēng)向?yàn)槲髂蠒r(shí)各個(gè)季節(jié)的日平均降水量比較均衡，且都較少，平均每天僅0.7 mm，這與此風(fēng)向的平均低云量較少密切相關(guān)；東北風(fēng)時(shí)的平均降水量較多，夏季（日均2.4 mm）和秋季（日均2.6 mm）遠(yuǎn)高于春季和冬季?？傮w來(lái)看，長(zhǎng)城站地區(qū)秋季的日平均降水量（1.8 mm）都高于其他季節(jié)。

長(zhǎng)城站地區(qū)的平均能見(jiàn)度，夏季均高于其他季節(jié)，當(dāng)風(fēng)向?yàn)槲髂蠒r(shí)（平均21.1 km）尤為顯著；冬季的能見(jiàn)度較小，但在各個(gè)風(fēng)向上較為均衡，平均為13.3 km。當(dāng)風(fēng)向?yàn)槲鞅睍r(shí)，能見(jiàn)度在各個(gè)季節(jié)均較低，平均僅為約12 km。

4 結(jié)論

本文使用南極長(zhǎng)城站常規(guī)地面氣象觀(guān)測(cè)資料、澳大利亞南極局海冰外緣線(xiàn)資料和NOAA南極濤動(dòng)指數(shù)資料，對(duì)長(zhǎng)城站自1986—2014年的氣候特征進(jìn)行了多時(shí)間尺度的統(tǒng)計(jì)分析，得到了長(zhǎng)城站最近29 a以來(lái)氣候狀況的綜合分析結(jié)果。

1986—2014年長(zhǎng)城站冬季的氣溫有升高的趨勢(shì)，升溫速率約為0.19℃/10a。冬季氣溫與59°W經(jīng)線(xiàn)上的海冰外緣線(xiàn)的年際變化趨勢(shì)高度的一致，但在月尺度上海冰外緣線(xiàn)的進(jìn)退比氣溫變化滯后一個(gè)月。平均來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)城站冬季平均每升溫0.57℃，海冰外緣線(xiàn)向南收縮大約1個(gè)緯度。根據(jù)月平均氣溫統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，長(zhǎng)城站地區(qū)全年三分之一的時(shí)間保持較高的氣溫，夏季氣溫年變化幅度最小，但有變冷的趨勢(shì)，29 a共降溫0.41℃；其他3個(gè)季節(jié)氣溫變化趨勢(shì)總體變暖，尤其是秋季共增暖0.77℃；冬季是年溫度變化幅度最大的季節(jié)?？傮w來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)城站由于所處緯度較低，氣候相對(duì)溫和，近29 a長(zhǎng)城站的年平均氣溫升高了約0.37℃；氣溫年代際變化中，1996—2005年這10 a的年平均氣溫最高。

長(zhǎng)城站風(fēng)向分布主要集中在西北和東南方向。春季西北風(fēng)較多，東南風(fēng)較少；夏季的大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)少于其他季節(jié)。春季平均風(fēng)速較大，并且大約一半的大風(fēng)時(shí)，風(fēng)向?yàn)槲鞅?；其他季?jié)的大風(fēng)，風(fēng)向在西北和東南象限的比例基本相同。1986—2014年間長(zhǎng)城站年平均風(fēng)速比較平穩(wěn)，平均值為7.28 m/s。年大風(fēng)日數(shù)與年平均風(fēng)速趨勢(shì)相似。

長(zhǎng)城站最近29 a來(lái)年平均氣壓有降低的趨勢(shì)，其變化趨勢(shì)與南極濤動(dòng)指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，其中5—9月平均氣壓較高，10—12月的平均氣壓較低。長(zhǎng)城站年平均云量有所增加，年平均云量已達(dá)9成以上。當(dāng)風(fēng)向?yàn)闁|北和西北時(shí)，總云量較多；當(dāng)風(fēng)向?yàn)槲髂蠒r(shí)，平均總云量和低云量最少。夏季平均總云量最多，冬季總云量較少；除秋季外，風(fēng)向?yàn)闁|北和東南時(shí)的高云和中云最多。

圖13 按季節(jié)和風(fēng)向統(tǒng)計(jì)的長(zhǎng)城站1986—2014年各氣象要素特征

最近29 a來(lái)，長(zhǎng)城站的降水量總體上先減少后增多，多年平均降水量為542.5 mm/a。秋季平均累積降水量最多，夏季次之，春季和冬季的降水量幾乎相同且相對(duì)較少。各季節(jié)內(nèi)降水量的年際變化很大。從月平均趨勢(shì)看，降水量與氣壓的變化形態(tài)在大多數(shù)月份相反。風(fēng)向?yàn)槲髂蠒r(shí)，日平均降水量較少；東北風(fēng)時(shí)平均降水量較多，并且夏季和秋季遠(yuǎn)高于春季和冬季。

春季和夏季的霧日較多，1—3月濃霧日數(shù)多于輕霧日數(shù)，冬季的霧日相對(duì)較少；約有三分之二的霧出現(xiàn)在風(fēng)向?yàn)槲鞅睍r(shí)，西南風(fēng)時(shí)發(fā)生的霧最少；約55%的霧出現(xiàn)在風(fēng)力為3—4級(jí)時(shí)，此時(shí)西北和東北風(fēng)時(shí)容易出現(xiàn)濃霧，風(fēng)向?yàn)闁|南時(shí)則輕霧較多。能見(jiàn)度在夏季高于其他季節(jié)，冬季的能見(jiàn)度較小。

[1]Raper S C B,Wigley T M L,Mayes P R,et al.Variations in surface air temperatures.Part 3:the Antarctic,1957-82[J].Monthly Weather Review,1984,112(7):1341-1353.

[2]King J C.Recent climate variability in the vicinity of the Antarctic peninsula[J].International Journal of Climatology,1994,14(4): 357-369.

[3]ComisoJC.VariabilityandtrendsinAntarcticsurface temperatures from in situ and satellite infrared measurements[J]. Journal of Climate,2000,13(10):1674-1696.

[4]Knap W H,Oerlemans J,Cadée M.Climate sensitivity of the ice cap of King George Island,South Shetland Islands,Antarctica[J]. Annals of Glaciology,1996,23:154-159.

[5]Reusch D B,Alley R B.A 15-year West Antarctic climatology from six automatic weather station temperature and pressure records[J]. Journal of Geophysical Research,2004,109(D4):D04103.

[6]Schneider D P,Steig E J,van Ommen T D,et al.Antarctic temperatures over the past two centuries from ice cores[J]. Geophysical Research Letters,2006,33(16):L16707.

[7]Ferron F A,Sim?es J C,Aquino F E,et al.Air temperature time series for King George Island,Antarctica[J].Pesquisa Antartica Brasileira,2004,4:155-169.

[8]Turner J,Colwell S R,Marshall G J,et al.Antarctic climate change during the last 50 years[J].International Journal of Climatology, 2005,25(3):279-294.

[9]Turner J,Bindschadler R,Convey P,et al.Antarctic climate change and the environment[M].Cambridge:SCAR,2009.

[10]卞林根,馬永鋒,逯昌貴,等.南極長(zhǎng)城站(1985-2008)和中山站(1989-2008)地面溫度變化[J].極地研究,2010,22(1):1-9.

[11]張林.第六次南極考察-長(zhǎng)城站越冬氣象考察報(bào)告[J].海洋預(yù)報(bào), 1993,10(2):40-50.

[12]黃耀榮,許淙,張海影,等.西南極長(zhǎng)城站地區(qū)晴好天氣研究[J].極地研究,2000,12(3):203-210.

[13]胡勝利.南極長(zhǎng)城站20年來(lái)天氣溫度及降水變化特征[J].海洋預(yù)報(bào),2005,22(S):77-80.

[14]卞林根,馬永鋒,逯昌貴,陸龍驊.南極長(zhǎng)城站(1985-2008)和中山站(1989-2008)風(fēng)和降水等要素的氣候特征[J].極地研究, 2010,22(4):321-333.

[15]楊清華,張林,薛振和,等.南極長(zhǎng)城站海霧特征分析[J].極地研究,2007,19(2):111-120.

[16]許淙,楊清華,薛振和.南極長(zhǎng)城站夏季海霧預(yù)報(bào)的初步研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2011,20(6):112-116.

[17]許淙,楊清華,薛振和.南極長(zhǎng)城站海霧形成的氣候背景及天氣形勢(shì)分析[J].極地研究,2010,22(1):42-47.

[18]楊清華,張本正,李明,等.2012年南極長(zhǎng)城站氣象和海冰特征分析[J].極地研究,2013,25(3):268-277.

[19]楊清華,于樂(lè)江,魏立新,等.南極長(zhǎng)城站能見(jiàn)度變化分析[J].極地研究,2014,26(3):336-341.

[20]孟上,劉志剛,許淙,等.南極長(zhǎng)城站地區(qū)機(jī)場(chǎng)氣象環(huán)境分析[J].海洋預(yù)報(bào),2014,31(4):63-67.

[21]Sinclair M R,Renwick J A,Kidson J W.Low-frequency variability of Southern Hemisphere sea level pressure and weather system activity[J].Monthly Weather Review,1997,125(10): 2531-2543.

[22]龔道溢,王紹武.南極濤動(dòng)[J].科學(xué)通報(bào),1998,43(3):296-301.

[23]宋潔,李崇銀.南極濤動(dòng)和北半球大氣環(huán)流異常的聯(lián)系[J].大氣科學(xué),2009,33(4):847-858.

[24]van den Broeke M R,van Lipzig N P M.Changes in Antarctic temperature,wind and precipitation in response to the Antarctic Oscillation[J].Annals of Glaciology,2004,39(1):119-126.

[25]王彬華.海霧[M].北京:海洋出版社,1983.

Climatic characteristics in the past 29 years at the Great Wall Station,Antarctic

SUN Qi-zhen1,2，MENG Shang1，MAQiang3，XIAO Ying4
(1.National Marine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081 China;2.Ocean University of China,Qingdao 266100 China; 3.Liupanshan weather station,Guyuan Bureau of Meteorology,Guyuan 756000 China; 4.Wuhan Regional Climate Center,Wuhan 430074 China)

A statistical analysis of multiple-time-scale climatic characteristics at the Great Wall Station from 1986 to 2014 were explored based on the Meteorological observation data at the Antarctic Great Wall Station,outer line of sea ice data from the Australian Antarctic Division and the Antarctic Oscillation index data from NOAA. The results showed that:the winter time temperatures at the Great Wall Station tended to increase at a rate of about 0.19℃/10 a,and had a significant positive correlation with the sea ice outer line annual trends at the northern boundary of the 59°W,while the monthly changes of the sea ice had a one-month delay comparing to the temperature.The temperature was decreasing in summers and increasing in other seasons.The prevailing winds at the Great Wall Station mainly came from northwest and southeast.From 1986 to 2014,the annual average wind speed at the Great Wall Station remained relatively stable,and had a similar tendency comparing to the number of windy days.The average wind speed in spring was large and about half gale winds came from northwest,and windy days in summer were less than that in other seasons.The annual mean surface air pressure at the Great Wall Station was decreasing;and was negatively correlated with the Antarctic Oscillation Index.The annual mean cloud amount continued to increase,and was largest when the wind came from northeast or northwest;Seasonally speaking,it was relative larger in summer and smaller in winter.The annual mean precipitation at the Great Wall station changed significantly:firstly decrease and then increase.The seasonal precipitation was the highest in autumn,followed by summer,and lowest in spring and winter;daily average precipitation was lowest with southwest wind and highest with northeast wind.Spring and summer experienced more fog days than other seasons.Days of thick fog were more than that of light fog from January to March; about two-thirds of the days of fog experienced winds from northwest and roughly half of fog appeared with the wind of Beaufort scale 3 to 4.

Antarctic;Great Wall Station;climatic characteristics

P468.0

A

1003-0239（2016）05-0048-13

10.11737/j.issn.1003-0239.2016.05.006

2015-07-30

國(guó)家自然科學(xué)基金（41206185）；南北極環(huán)境資源調(diào)查專(zhuān)項(xiàng)（CHINARE-2016-02-04）

孫啟振（1984-），男，助理研究員，博士在讀，主要從事極地氣象研究及預(yù)報(bào)。E-mail：sunqizhen@nmefc.gov.cn