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1、第10卷第1期极地研究Vol.10, No.11998年3月CHINESE JOURNAL OF POLAR RESEARCHMarch1998研究论文400年来北极巴罗角的温度变化特征王国 张青松(中国科学院地理研究所,北京100101)提要 近400年湖泊岩芯温度记录揭示,巴罗地区总的变化趋势是升温,平均升温速率为每百年0.4,但近200年呈降温趋势。 熵谱分析表明,近代巴罗地区温度波动存在33年、40年、29年周期和90年左右的世纪周期;19211994年巴罗气象台逐月温度资料统计分析和熵谱分析表明,现代巴罗温度变化有4个月、 半年、14个月、16个月、3年、4年、7年和10年周期。关键
2、词 北极 巴罗 温度变化 熵谱特征1 引言巴罗(7120N ,15640W)位于阿拉斯加的最北端,北面是辽阔的北冰洋,南面是平坦 的滨海平原,本区是北美洲极地气团的发源地(维特维茨基,1957 )。 巴罗地区的温度变化在一定程度上反映了极地气团的活动特征。400年来巴罗温度记录的恢复与分析将对研究 近代北极气团的活动特征、 演化趋势以及北美洲大陆的气候变化机制具有十分重要的意 义。1994年夏,张青松等在北极阿拉斯加巴罗的Elson泻湖中,钻取一个长为60cm的湖泊 岩芯(AB267),上层20cm的210Pb测年的平均沉积速率约为1.1mm?a。 本文将根据湖泊岩 芯记录的1580年 197
3、2年温度资料分析400年来巴罗地区温度的变化特征和熵谱特征;根据巴罗气象台1921年 1994年的逐月平均温度资料(World MeteorologicalOrganiza2tion,1994 )分析现代巴罗角气温变化的各月和年际统计特征和熵谱特征(张建中,周琴芳,1986;杨位钦,顾岚,1988 )。2 400年来巴罗角温度变化特征2. 1 变化趋势依据湖泊岩芯重建的400年温度记录与近74年巴罗气象台气温记录的交叉时段温度 对比表明(图1a),这种重建是可行的。 湖泊岩芯记录与巴罗气象台11年滑动平均曲线的相 关系数为0.878。1580年 1610年有两个明显的峰,1610年 1650年
4、持续低温,1655年左右 有一弱峰,1670年 1700年为Mounder低温期,这个被称为小冰期之盛期的事件是具有王国,张青松,李元芳(1998):巴罗AB267钻孔岩芯的沉积环境分析,地理学报,待刊国家自然科学基金资助项目(49571072);中国科学院特别资助项目全球性的。 之后,气温节节回升,1770年左右达到峰值。1820年左右有一低温期,随后气温 回升并持续20年左右,1870年以后温度下降,并于1972年前后降至谷值。 在整个400年温度 变化曲线上,除19世纪外,都与全球变化有很好的一致性。图1 (a)Elson泻湖沉积温度恢复曲线与巴罗气象台温度记录的对比, (b)阿拉斯加巴
5、罗400年来气 温记录的恢复曲线(图1a中线1为气象台的年均温度变化趋势,线2为其11年平均曲线,线3为从 湖泊岩芯提取的温度因子对年均温度作线性回归得到的温度曲线,线4是基于11年滑动平均曲 线作线性回归得到的温度曲线;图1b中线1是400年来温度记录的线性回归曲线,线2是1771年 以来温度记录的线性回归曲线,线3是1694年 1771年温度记录的线性回归曲线,线4是1579年 1694年温度记录的线性回归曲线,线5是巴罗气象台的年均温度变化曲线) Fig.1.(a)Comparison between the temperaturerecord from Elson Lagoon and
6、 Barrow Meteorology Observatory , (b)Recoverd curve of 400 years temperaturerecord at Barrow Alaska(Fig.1 a, line 1 is mean annual temperatureof Barrow MeteorologyObservatory , line 2 is its 112years slide mean , line 3 is temperaturereconstructedfrom lake core based on mean annual tempera2 ture , l
7、ine 4 is reconstructedtemperaturebased on 112years slide mean temperature .Fig.1 b, line 1 is a linear regression to the temperaturerecord over the past 400 years , line 2 is a linear regression to the temperaturerecord since 1771, line 3 is a linear regression to the temperature record from 1694 to
8、 1771, line 4 is a linear regression to the temperaturerecord from 1579 to 1694, line 5 ismean annual temperature of Barrow MeteorologyObservatory).整体上看,400年来北极巴罗地区的温度是逐渐升高的(图1b的线1),平均升温速率21极地研究第10卷是每百年0.4。 分阶段看,1771年来北极巴罗地区是逐渐降温的(图1b的线2),降温速率 是每百年0.39。16941771年北极巴罗地区的温度是迅速升高的(图1b的线3),升温速 率高达每百年2.6。
9、15791694年来北极巴罗地区的温度是逐渐降低的(图1b的线4), 降温速率为每百年0.68。 图1b中线1、 线2、 线3、 线4的回归参数见表1。表1 阿拉斯加巴罗最近400年气温记录的回归参数 Table 1. Correlationstatistics of linear regression to the 400 year temperaturerecord from Barrow.线号回归方程起止年代相关系数协方差 1y=-20.5348+0.00439269x1579年 1973年0.62829249.3991 2y=-4.83677-0.00390591x1771年 1973
10、年-0 .621917-13 .6845 3y=-58.8875+0.0264971x1694年 1771年0.90878515.0631 4y=-2.24874-0.00680702x1579年 1694年-0 .489201-9 .026112. 2 谱特征在400年温度记录的熵谱图上,有很强的33年周期,较弱的40年、29年和90年左右的世图2 阿拉斯加巴罗最近400年气温变化的谱特征 Fig.2. Feature of spectra of the temperatureover the past 400 years at Barrow , Alaska .纪周期(图2)。 这几个气候
11、周期与世界气候研究中已发现的几个周期相一致。Moore对1839年 1909年北美的降水量分析中发现了33年气候周期;北京市气象台在对1470年 1974年北京地区的旱涝分析中发现了89年的周期;布鲁克纳对1813年 1912年印度的降 水量、 洲本金哉对1050年 1930年日本鹿旧岛屋久杉的树木年轮、Brunt对1757年 1886 年法国巴黎的气温和对1764年 1900年意大利米兰的降水量分析中发现了30年的周期。 长江流域规划办公室在对1860年 1974年69月份汉口的平均流量分析中发现了41年的周期(龚高法等,1983;西冈秀雄,1974 )。 巴罗温度的这几个周期能在北半球各地
12、的降水记 录中得以发现,可能说明北极气团的活动与北半球的降水有成因上的联系。3 现代巴罗角温度变化特征31第1期王国、 张青松:400年来北极巴罗角的温度变化特征3. 1 各月份温度统计特征据1943年 1994年巴罗气象台温度资料,本区各月份的气温变化上,夏季各月平均温 度最为稳定,52年来6月份温度标准差0.97,平均差0.72,7月份标准差1.14,平均差0.89(表2)。 冬季温度起伏最大,其中2月份统计标准差4.08,平均差3.19,11月份统 计标准差3.82,平均差3.23,全年各月按统计标准差由小到大排序依次为:6月、7月、5 月、9月、8月、3月、4月、10月、1月、12月、
13、11月、2月。 在年内温度变化形势上,从3月到6月气 温几乎是直线上升,6月到9月的气温则形成一个尖峰,这个峰在各年的形式上都较为稳 定,9月、10月的温度下降形势稍有起伏,在11月到3月形成的宽谷中常常凸凹起伏,并且变 化极不稳定,这是由于冬季巴罗地区气团活动极为强烈、 北极锋面移动频繁所致。表2 1921年 1994年及诸月观测温度统计列表 Table 2. The list of monthlytemperaturestatistics in 19211994. 月份均值最大值最小值方差标准差平均差 年均温-12 .4-9 .8-15 .51.11.10.9 1-26 .0-14 .7-
14、34 .014.53.83.0 2-27 .8-13 .0-36 .115.23.93.1 3-26 .1-20 .9-32 .65.92.42.0 4-18 .2-11 .7-26 .77.52.72.2 5-7 .2-3 .1-11 .32.61.61.2 61.03.5-1 .31.21.10.9 74.17.41.41.71.31.0 83.38.1-0 .33.71.91.6 9-0 .92.7-4 .63.61.91.5 10-9 .2-3 .8-17 .59.93.12.6 11-18 .2-9 .3-24 .913.53.73.1 12-24 .0-17 .4-32 .69.1
15、3.02.43. 2 年内温度变化的谱特征1921年 1994年的888个月的熵谱分析上,有很强的半年周期和4个月周期(图3a)。3. 3 年际温度变化的谱特征在年际变化上,强主周期为1.2年和1.4年(图3a),再下来是一个4年的周期和一个10 年的周期(图3b)。 看来10年周期是巴罗近74年温度变化的最长周期。 这清楚地反映了太阳黑子活动对北极气团活动的控制作用。3. 4 11年滑动平均趋势年平均温度的11年滑动平均变化上,巴罗在30年代后期到40年代前期为高温期,比74 年来平均温度约高1。 整个60年代为低温期,比74年来平均温度约低1。 春季温度从1935年开始直线下滑,至1975
16、年降温1.4,但在之后的19年里又迅速回升了1.5。 夏季 温度变化从格局上与春季相似,但在时间上有11年的提前量。 秋季温度形势比较特别,1938年 1953年为高温期,之后一直在低温状态徘徊。 冬季温度的低温期出现在5060年 代(图4)。4 结论(1)400年来巴罗地区总的来说是变暖的,有三个明显的温度变化阶段:17世纪降温、18世纪强烈升温和近200年缓慢降温。 (2)巴罗温度的长期变化有90年左右的世纪周期和33年周期。41极地研究第10卷图3 1921年 1994年巴罗逐月气温变化的谱特征Fig.3. Spectra feature of monthlytemperaturefluctuation from 1921 to 1994 at Barrow .图4 1921年 1994年巴罗气温()的变化趋势Fig.4. Tendency of temperaturechange at Barrow from 1921 to 1994. (3)Mounder极小期
