聊城市1962—2011年气温变化特征分析

纪凡华,徐 娟,李 楠,韩风军

(聊城市气象局,山东聊城 252000)

聊城市1962—2011年气温变化特征分析

纪凡华,徐 娟,李 楠,韩风军

(聊城市气象局,山东聊城 252000)

运用常规统计方法、线性拟合方法、累积距平方法等分析了1962—2011年聊城市8个国家气象站50a气温资料的变化特征。结果表明:春季、秋季、冬季平均气温都随时间呈线性增加的趋势,年平均气温增温速率为0.18℃/10a,各季增温速率从大到小依次为冬季、秋季、春季,而夏季则呈现一定程度的弱降温趋势;年极端最高气温变化趋势以1994年为分界点前后分为一个降温阶段和一个升温阶段;年极端最低气温整体呈波动上升,分为4个降温阶段和3个升温阶段;冷指数即冷事件频率呈减少趋势,且从20世纪80年代中后开始显著减少,而暖指数则以增加趋势为主,但开始发生显著变化的年代在90年代中期。

气温;极端气温指数;气候变化;聊城

近百年来,全球正在发生以变暖为主要特征的气候变化[1],中国地面平均气温升高明显[2],最近的50a中国大陆地区年平均气温升高1.3℃,增温速率为0.25℃/10a[3]。在此背景下,极端气温事件由于其对自然和社会系统的严重影响,受到了越来越多的关注,周雅清等[4]分析了中国大陆1956—2008年极端气温事件变化特征,指出中国大陆地区霜冻日数和结冰日数明显减少,减少显著的区域集中在北方。Karl等[5]对全球最高、最低温度研究结果表明,近40a全球平均温度的变暖过程中,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。极端天气和海平面上升事件发生频率和强度的改变,将主要对自然和人类产生负面影响。我国专家对中国极端气温变化也做了大量分析[6-7],廉丽姝等[8]的研究认为,近41a山东省年平均气温的演变表现出明显的阶段性和周期性的基本特点。邹瑾等[9]研究认为济南近50a夏季极端最高气温从20世纪50年代以来呈明显下降趋势,又表现出明显的先上升后下降的波动性。

聊城市处于华北平原东部,鲁西北西部,全市为黄河冲积平原,地势平坦,为冬小麦、夏玉米等主要粮食作物产区,另外发展多种特色农业。温度对农业生产、生态环境、城市运行等有重大影响。采用更新的资料和统一的气温指数,对聊城气温变化趋势进行分析研究,揭示聊城市平均气温的变化规律及年极端最高、最低气温变化的基本事实,对合理利用该地气候资源以及对当地生态环境改善、农业经济结构调整和社会可持续发展等具有重要意义。

1 资料与方法

采用聊城市(35°47′～37°02′N,115°16′～116°32′E)8个县市的气象观测站1962—2011年逐日气温观测资料。统计方法:线性拟合方法分析平均气温资料的气候变化趋势,累积距平法分析极端气温资料的气候变化趋势。四季划分:春季为3—5月,夏季为6—8月,秋季为9—11月,冬季为12月—下年2月。

采用文献[4]的8个极端气温指数(见表1)分析气温的变化。使用统计方法计算逐站极端气温指数时间序列及线性趋势,线性趋势的计算采用最小二乘法。

表1 气温极端指数的定义

利用线性拟合方法进行倾向性分析。利用Mann-Kendal法对全年和各季节的气温进行检验。Mann-Kendal法是一种非参数统计检验方法,既可以用于检验序列的变化趋势,也可以检验气候突变,而且它是目前检验气候突变的一种常用方法。

图1 1962—2011年年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温变化 (直线为趋势线)

2 结果与讨论

2.1 平均气温时间变化特征

2.1.1 年平均气温变化趋势 对1962—2011年气温资料进行统计,并绘制趋势变化图,求解其一元回归方程 (图1)。由统计结果看,总体上年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温随时间呈线性增加趋势。年平均气温增温速率为0.18℃/10a,50a来增加了0.880℃;年平均最高气温增温速率为0.10℃/10a,50a来增加了0.510℃;年平均最低气温增温速率为0.32℃/10a,50a来增加了1.600℃(增温速率均通过0.05的显著性水平检验)。

2.1.2 季平均气温变化趋势 从各季节变化趋势看 (图略),春季、秋季、冬季均呈现不同程度的增温趋势,其中冬季增温速率最大,达0.47℃/10a,其次是秋季,增温速率达0.25℃/10a,春季为0.18℃/10a;夏季则呈现一定程度的弱降温趋势,降温速率0.05℃/10a,50 a来气温降低了0.248℃。

2.2 年平均气温突变特征

根据Mann-Kendall法的分析说明,超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域,如果UF、UB两条曲线出现交点,且交点在临界线之间,那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。自20世纪60年代以来,聊城市年平均气温有明显的增温趋势,这种增温趋势从21世纪初期开始超过了0.001显著性水平(U0.001=2.56)的临界值,表明升温趋势达到了极显著。从两条曲线的交点位置确定发生突变的时间点是1994年(图2)。气候变暖后(1995—2011年)与变暖前(1962—1994年)两时间段年平均气温差值为0.6℃。

图2 年平均气温M-K突变检验(直线为95%临界值线,临界值U0.05=1.96)

2.3 极端气温年变化

统计聊城市年极端最高气温、年极端最低气温50a变化(图3)。平均年极端最高气温为37.9℃,年极端最高气温变化以1994年为分界点,分为一个降温阶段和一个升温阶段,总体呈下降趋势,下降速率为0.257℃/10a,年极端最高气温最大值出现在1966年为40.8℃,最小值出现在2008年为34.1℃;平均年极端最低气温为-14.4℃,年极端最低气温整体呈波动变化,分为4个降温阶段(1962—1971年、1979—1981年、1997—2000年、2004—2011年)和3个升温阶段(1972—1978年、1982—1996、2001—2004),总体呈上升趋势,趋势系数为0.023℃/10a,年极端最低气温最大值出现在1996年为-9.3℃,最小值出现在1990年为-20.9℃。

图3 1962—2011年聊城年极端气温变化

由图4可见,聊城市近50a来年极端最高气温累计距平变化可划分为一个暖期和一个冷期。1962—1981年为暖期,整体呈上升趋势,持续时间20a,正距平年占70.0%,零距平年占5%,平均年极端最高气温为38.5℃,较多年平均年极端最高气温偏高0.6℃,其中1966年暖振幅最大,距平为2.9℃;1982—2011为冷期,整体呈下降趋势,持续时间30a,负距平年占60.0%,平均年极端最高气温为37.4℃,较多年平均年极端最高气温偏低0.5℃,其中2008年冷振幅最大,距平为-3.8℃。

图4 1962—2011年聊城年极端最高气温、年极端最低气温累积距平

由图4还可以看出,聊城近50a来年极端最低气温累计距平变化,大体可划分为3个冷期和2个暖期。1962—1972年为第一个冷期,整体呈下降趋势,持续时间11a,负距平年占63.6%,平均年极端最低气温为-15.2℃,较多年平均年极端最低气温偏低0.8℃,其中1971年冷振幅最大,距平为-5.4℃;1973—1980年为第一个暖期,整体呈上升趋势,持续时间8a,正距平年占62.5%,零距平年占25.0%,平均年极端最低气温为-13.5℃,较多年平均年极端最低气温偏高0.9℃,其中1978年暖振幅最大,距平为2.9℃;1981—1985年为第二个冷期,持续时间5a,负距平年占90.0%,平均年极端最低气温为-15.8℃,较多年平均年极端最低气温偏低1.4℃,其中1981年冷振幅最大,距平为-3.8℃;1986—1999年为第二个暖期,整体呈上升趋势,持续时间14a,正距平年占71.4%,平均年极端最低气温为-13.3℃,较多年平均年极端最高气温偏高1.1℃,其中1999年暖振幅最大,距平为5.1℃,但是1990年出现聊城市历史上气温极小值,距平为-6.5℃,出现极端气温冷事件;2000—2011年为第三个冷期,持续时间12 a,负距平年占58.3%。平均年极端最低气温为-15.1℃,较多年平均年极端最低气温偏低0.7℃,其中2001年冷振幅最大,距平为-3.6℃。

用Mann-Kendall、信噪比方法对最高、最低气温进行突变检验,没有发现有突变现象。

2.4 极端气温指数趋势变化特征

图5是极端指数的时间序列曲线图,表2是聊城极端气温指数的变化趋势。可见霜冻日数在3个时期(1962—1969年、1979—1989年、1999—2011年)增加,2个时期(1970—1978年、1990—1998年)减少,1969年最多124d, 1999年、2004年最少82d,50a以2.0d/10a的速率减少。同样,结冰日数总体表现为减少趋势,50a以1.7d/10a的速率减少,前期(1962—1969年)结冰日数增加,1969年最多33d;20世纪70年代开始减少,1969—1999年发生了巨大变化,减少速率达5d/10a,显示在此时间内气候变暖最为显著。结冰日数变化较霜冻日数变化平缓。夏季日数平均每年140d, 1994年前略少于平均值,表现为偏冷,1994年最多167d,2009年次之163d。50a来表现为增多趋势,但增速不大,为0.4d/10a。炎热夜数以1.0d/10a速率增多,1962—2011年50a平均炎热夜数69d,正距平年占总炎热夜数的48.0%,1994—2011年正距平年占总数的66.7%,炎热夜数上升趋势较显著,可见1994年为气温变化突变年,与年平均气温变化突变年一致,总体上其之前气候偏冷,之后偏暖。年最低气温极大值和年最高气温极小值都呈升高趋势,年最高气温极小值升高更明显一些,速率为0.3℃/10a,年最低气温极大值升高速率为0.1℃/10a,没有通过95%信度检验。综上所述,从时间演变来看聊城冷指数即冷事件呈减少趋势,且从20世纪80年代中后开始减少显著,而暖指数即暖事件则以增加趋势为主,但开始发生显著变化的年代在90年代中期。

图5 1960—2011年聊城气温极端指数的时间演变

___表2 聊城1962—2011年极端气温指数变化趋势

3 结论

对聊城市8个国家气象站50a的气温及8个极端气温指数的时间演变系统分析,得到以下结论。

(1)总体上年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温随时间呈线性增加趋势;从各季节变化趋势看,春季、秋季、冬季均呈现不同程度的增温趋势,增幅从大到时小依次为冬季、秋季、春季,而夏季则呈现一定程度的弱降温趋势,年平均气温的突变年为1994年。

(2)年极端最高气温变化以1994年为分界点前后分为一个降温阶段和一个升温阶段,总体呈下降趋势,下降速率为0.257℃/10a;年极端最低气温呈波动变化,分为4个降温阶段(1962—1971年、1979—1981年、1997—2000年、2004—2011年)和3个升温阶段(1972—1978年、1982—1996年、2001—2004年),总体呈上升趋势,上升速率为0.023℃/10a。

(3)年极端最高气温变化具有明显的阶段性,大体可划分为一个暖期和一个冷期,总体呈下降趋势,1962—1981年为暖期,1982—2011年为冷期;年极端最低气温变化具有明显的阶段性,大体可划分为3个冷期和2个暖期,总体呈上升趋势,冷期为1962—1972年、1981—1985年、2000—2011年,暖期为1973—1980年、1986—1999年。

(4)从极端气温指数的变化来看,霜冻日数、结冰日数等冷指数即冷事件频率都呈减少趋势,且从20世纪80年代中后期开始显著减少,而炎热夜数、夏季日数等暖指数即暖事件则呈增加趋势,但开始发生显著变化的年代在20世纪90年代中期;年最低气温极大值和年最高气温极小值都呈升高趋势,年最高气温极小值升高更明显一些,速率为0.3℃/10a,年最低气温极大值升高速率为0.1℃/10a。

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P423.3

:A

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1006-4354(2014)01-0009-05

2013-08-30

纪凡华(1984—),男,汉族,山东莒县人,助理工程师,从事天气预报研究。