大兴安岭北部近40年气候变化特征及其对厄尔尼诺事件的响应机制研究

本研究针对高纬度生态敏感区——大兴安岭北部，基于1980-2019年气象数据，综合运用Morlet小波分析、交叉小波变换和奇异值分解(SVD)等技术，揭示了该区域气温显著上升(0.30 °C/10a)及降水东西分异的空间格局，首次系统论证了厄尔尼诺(El Ni?o)通过10-62个月周期共振影响区域气候的机制，为寒区生态屏障应对全球气候变化提供了科学依据。

　　

在全球变暖背景下，高纬度寒冷地区正经历着远超全球平均的升温速率，这种现象被称为"极地放大效应"。作为中国东北重要的生态屏障，大兴安岭北部地处欧亚大陆最南缘的永久冻土带，既是西伯利亚冬季风南下的通道，又是夏季风的北界，其独特的地理位置使其成为气候变化的"放大器"。然而，这片面积达32.7万平方公里的生态敏感区，长期以来缺乏对气候长期演变规律及其与厄尔尼诺-南方振荡(ENSO)关联的系统研究。更关键的是，现有研究多聚焦于单一气象要素分析，未能揭示太平洋海气耦合过程对寒区气候的多尺度影响机制。

针对这一科学空白，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的研究团队开展了为期40年(1980-2019)的追踪研究。通过整合中国地面气候日值数据集(V3.0)、中国气象强迫数据集(CMFD)和Hadley中心海温数据(HadISST)，研究团队创新性地构建了"时间-空间-周期"三维分析框架。研究采用移动平均法消除随机波动，运用协同克里金(Co-Kriging)插值融合地形因子，结合Morlet连续复小波变换捕捉多尺度周期信号，并通过交叉小波变换(XWT)和奇异值分解(SVD)解析厄尔尼诺与区域气候的耦合模态。相关成果发表在《Research in Cold and Arid Regions》期刊。

3.1 大兴安岭北部温降水时空变化特征
研究显示，研究区年均温达-1.09°C，升温速率(0.30°C/10a)显著高于东北地区平均水平，呈现"南高北低"的纬度地带性。空间上，东南部扎兰屯站年均温最高(>3°C)，而漠河站最低(<-3°C)；小尔沟周边升温最剧烈(>0.35°C/10a)。降水则呈现"东多西少"格局，东部新林-加格达奇一带年降水超410mm，而西部新巴尔虎右旗以西不足230mm。值得注意的是，1987年出现极端低温(-2.70°C)，而2007年创下高温纪录(0.29°C)，温差近4°C。

3.2 气候变化的周期性规律
小波分析揭示气温存在21年和8年的显著周期，而降水周期特征不明显。通过小波方差检测发现，气温在1982-1988年、1995-2005年和2007-2016年三个时段表现出强烈的尺度共振，这与强厄尔尼诺事件(1982-1983、1997-1998、2014-2016)高度吻合。降水异常则呈现"正弦波动"特征，1998年前后发生由湿转干的显著突变。

3.3 对厄尔尼诺事件的响应机制
SVD异质相关图显示，新巴尔虎左旗-满洲里一带气温对厄尔尼诺响应最强，而降水敏感区集中在漠河-塔河-呼中一线。时间系数分析表明，Nino3.4区海温与气温的模态方差贡献率达99%(r=0.39)，显著高于降水(60%)。交叉小波分析进一步发现，厄尔尼诺通过10-17个月和18-62个月双周期影响气温，其中1997-2001年间存在1/8周期的相位滞后。降水则在30-65个月尺度上呈现显著负相关，特别是在1994-1996年强厄尔尼诺期间出现"海温升高-降水减少"的反相位现象。

这项研究首次系统揭示了大兴安岭北部气候变化的"暖干化"趋势与厄尔尼诺的多尺度关联机制。研究发现，该区域升温速率受极地放大效应和冰雪反照率反馈的双重驱动，而降水东西分异则与东亚季风减弱有关。更值得注意的是，厄尔尼诺通过改变大气环流，导致西伯利亚高压强度波动，进而影响寒区能量平衡。这些发现不仅为高纬度生态安全预警提供了理论依据，也为理解全球变暖背景下海气相互作用的远程效应提供了寒区案例。研究建议未来应加强厄尔尼诺不同位相(东部型/中部型)的差异化影响研究，以提升寒区气候预测的准确性。