海阳50a气候特征分析

孙青仪，马剑峰，姜兆秋，倪全明，高 峰

（海阳市气象局，山东 海阳 265100）

海阳50a气候特征分析

孙青仪，马剑峰，姜兆秋，倪全明，高 峰

（海阳市气象局，山东 海阳 265100）

根据海阳1961—2010年气温、降水量、日照、相对湿度等气象资料，应用气候倾向率、Mann-Kendall 突变检测法、滑动t检验法，对海阳市气候变化及规律进行了分析。结果表明：历年平均气温、平均最高气温、平均最低气温、极端最低气温在过去的50a间呈显著的上升趋势，历年极端最高气温的上升趋势不显著，年代际变化特征突出；年降水量呈缓慢的减少趋势，变化趋势不显著，年代际间分布不均，变化较大，年降水量减少的原因是夏季和秋季降水减少；日照时数呈显著减少趋势，发生突变的时间点是2004年；年平均相对湿度呈现显著减少趋势，发生突变的时间点是1977年，秋季湿度减少最为明显。

气候特征；变化规律；趋势分析

引言

近年来对气候变化的研究十分活跃，气候变化已成为人类社会最为关心的问题之一[1]。第21届联合国气候变化大会于2015年11月30日—12月11日在巴黎北郊的布尔歇展览中心举行，来自政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告指出，过去100a（1906—2005年）全球地表平均温度升高0.74℃，海平面上升17cm[2]。中国过去100a（1905—2004年）地表年平均气温明显增暖，升高幅度约为0.79℃，增温速率约为0.08℃/10a[3]。在全球气候变化的大趋势下，有关农业气候资源的变化已为学者所关注，并在中国大部分地区开展了大量相关研究，但在具体的变化过程、转折时间和程度上又与全球有一定区别，同时也表现出较大的地域性差异[4]。屠其璞[5]对中国20世纪初以来的地表气温变化趋势和周期进行了分析；王绍武等[6-8]分析了近百年中国及全球气温变化趋势，唐红玉等[9]对中国极端温度的变化速率和变化趋势的区域分布以及季节变化特征进行了分析；马驻国等[10]分析了中国北方干旱半干旱地区1951—2000年极端气温发生频率和强度的变化趋势及区域差异；马鹏里等[11]分析了西北地区最高和最低气温的变化特征；朱爱民等[12]研究了菏泽市50a的变化特征；吴霭霞等[13]分析了莱阳近50a日照时数变化特征及气象影响因子。

海阳地处山东半岛的中南部，南临黄海，北接半岛内陆，属暖温带季风型大陆气候，季风进退和四季交替较为明显。研究全球变暖背景下海阳市气候变化趋势，分析其变化趋势和特征，为指导当地的农业生产、有效提高农业气候资源利用率，有效开展气象服务工作提供科学依据。

1 资料与分析方法

1.1 资料来源

分析资料来自海阳国家基本气象站1961—2010年的逐日气温、降水、日照时数、相对湿度气象观测资料。

1.2 分析方法

用线性倾向估计法计算气象要素随时间变化趋势及大小[13]，气候趋势分析采用一元线性回归方法。

用九点二次平滑技术滤除要素序列的年代际变化，用Mann-Kendall非参数统计检验法（M-K检验法）和滑动t检验法进行时间序列突变检验[14]。

利用中国气象局《全国气候影响评价》的标准来判断年降雨量与同期平均状态的偏离程度，即“降水距平百分率≤-80%：异常偏少；-80%＜%≤-50%：显著偏少；-50%＜%＜-25%：偏少；-25%≤%≤25%：正常；25%＜%＜50%：偏多；50%≤%＜80%：显著偏多；%≥80%：异常偏多”。

2 结果与分析

2.1 气温

海阳1961—2010年年平均气温为12.0℃，年平均最高气温为16.8℃，年平均最低气温为8.1℃，极端最高气温为37.6℃（1997年），极端最低气温为-16.3℃（1966年）。

2.1.1 历年平均气温

由图1a可见，50a来平均气温呈现明显上升趋势（R=0.76，通过了α=0.001的显著性检验，即增温趋势非常显著），气候倾向率为0.37℃/10a，即年平均气温以0.37℃/10a的速度增加，2007年年平均气温最高，达到13.5℃。从M-K突变检验中UF和UB曲线的交点位置确定，发生突变的时间点是1987年（图1b）。气候变暖后（1987—2010年）与变暖前（1961—1986年）两时段年平均差值为1.0℃，两条线的交点正好位于（|U0.05| =1.96）临界值上，表明升温趋势极为显著。

图1 1961—2010海阳年平均气温变化趋势（a）和M-K突变检验（b）

2.1.2 历年平均最高气温

海阳1961—2010年平均最高气温为16.8℃（图略），呈明显的上升趋势（R＝0.443，通过了α=0.001的显著性检验，即增温趋势非常显著），平均以0.19℃/10a的速率增加。在M-K突变检测中可见，发生突变的时间点是1994年，在2001年超过临界直线（图略），开始持续通过α=0.05（U0.05=±1.96）显著性水平，并持续超过了0.001的显著水平（U0.001=2.56）。1994—2010年平均值为17.3℃，较平均值高0.5℃，1961—1993年平均值为16.5℃，较平均值低0.3℃。

2.1.3 历年平均最低气温

如图2a所示，海阳1961—2010年平均最低气温为8.1℃，50a来年均最低气温呈明显的上升趋势（R＝0.843，通过了α=0.001的显著性检验，即增温趋势非常显著），平均以0.59℃/10a的速率增加，但年际间变化较大，特别是60年代末至70年代中期呈现了平均最低气温急降急升的现象，1986-2007年则出现了匀速上升的现象。M-K突变检测中，UF和UB曲线在1973年、1976年、1978年、1980年多次相交（图2b），由于M-K法不能用于多交点突变检测，采用滑动T检验对这些交点进行验证。通过检验，年平均最低气温在1973年出现明显的突变现象。最低气温最高值出现在2007年，高达9.9℃，最低值出现在1969年，仅有5.8℃，相差4.1℃。

图2 1961—2010海阳历年平均最低气温变化趋势（a）和M-K突变检验（b）

2.1.4 历年极端最高气温

如图3a所示，海阳1961—2010年的极端最高气温为33.9℃，50a间极端最高气温变化趋势并不明显（R＝0.051，未通过α=0.05的显著性检验），呈略微增加的趋势，平均以0.06℃/10a的速率增加，但年际间变化较大，分布不均。在M-K突变检测中，UF和UB在1961年、1963年、1969年、2000年、2001年、2009年出现交点（图3b），由于M-K法不能用于多交点突变检测，采用滑动t检验对这些交点进行验证。通过检验，确认以上相交点均未通过突变检验，表明统计时段内没有明显突变发生。极端最高气温出现在1997年，高达37.6℃，最低值出现在1974年，仅有30.9℃，相差6.5℃。

图3 1961—2010海阳历年极端最高气温变化趋势（a）和M-K突变检验（b）

2.1.5 历年极端最低气温

1961—2010年极端最低气温变化趋势非常明显（R＝0.493，通过了α=0.001的显著性检验，即增温趋势非常显著），呈明显增加的趋势，平均以0.62℃/10a的速率增加，与50a平均气温、年平均最低气温的变化趋势一致。M-K突变检测中，UF和UB在1973年、1977年、1978年、1980年相交（图略），由于M-K法不能用于多交点突变检测，通过滑动t检验，确认以上相交点均未通过突变检验，表明统计时段内没有明显突变发生。极端最低气温出现在1966年，为-16.3℃，最高值出现在1992年和2007年，为-8.3℃（图略）。

2.1.6 月、季平均气温

如表1所示，海阳年平均气温为12.0℃，月平均气温最高出现在7月，最低气温出现在1月，气温年较差为28.8℃，四季分明。

从季节上来看，冬季的升温最为明显，通过了0.001水平的显著性检验，平均以0.53℃/10a的速率增加，秋季升温通过了0.001水平的显著性检验，平均以0.41℃/10a的速率增加，春季升温通过了0.001水平的显著性检验，平均以0.35℃/10a的速率增加，夏季升温通过了0.05水平的显著性检验，平均以0.17℃/10a的速率增加。

表1 1961-2010年逐月平均气温年变化率

2.2 降水

海阳降水的年际变化较为明显，最大年降水量为1658.1mm（1964年），最小年降水量390.7mm（1981年），平均年降水量为743.7mm。

2.2.1 年降水量

如图4a所示，海阳1961—2010年年降水量呈缓慢的减少趋势，50a来年降水变化趋势不显著（R＝0.244，未通过α=0.05的显著性检验，即变化趋势不显著），呈略微减少的趋势，气候倾向率为-40.8mm/10a，年际间降水量差异较大，年最大降水量为1671.4mm（1964年），年最小降水量为390.7mm（1981年），两者相差1280.7mm。从M-K突变检测中UF和UB曲线的多个交点可知（图4b），分别在1962年、1963年、1965年、2007年、2008年出现交点。通过滑动T检验确认，以上相交点均未通过突变检验，表明统计时段内没有明显突变发生。

2.2.2 月、季平均降水量

由表2可知，海阳月季降水分布不均匀，降水主要集中在汛期（6—9月），占全年降水量的71.0%，最大降水量出现在8月份（193.5mm），最小降水量在1月（8.9mm）。按照季节划分，夏季最大，占全年降水量的60.7%，以下依次为秋季（18.6%）、春季（16.8%）、冬季（3.9%），夏季和秋季的降水趋势呈减少的趋势，春季和冬季的降水趋势呈略微增加的趋势，但是均未通过α=0.05的显著性检验，即变化趋势不显著。年降水量的减少主要是夏季和秋季降水减少的原因造成。

表2 1961—2010年平均逐月降水量和占全年降水量百分比

2.2.3 降水量频率与保证率

50a来，海阳年降水量处于390～1672mm之间，主要集中在500～900mm之间，占70%。通过中国气象局《全国气候影响评价》的标准来判断年降雨量与同期平均状态的偏离程度，可知，降水正常的年份是33a，偏多的年份是6a，偏少8a，显著偏多1a，异常偏多2a。年降水量高于600mm的保证率是72%，说明海阳降水比较充沛，适合农业及林果业的种植、生产。通过进一步的分析可知，近50a来，年降水量低于500mm的年份为1981年、1992年、1999年，高于1100mm的年份为1964年、1970年、1985年。

2.3 日照时数

海阳50a来日照时数的分析结果来看，日照时数呈明显的减少趋势（R=0.337，通过了α=0.05的显著性检验，即减少趋势显著）。气候倾向率为-44.8h/10a，日照时数极大值出现在1968年，为2897.5h，极小值出现在2007年，为2157.9h，两者相差739.6h。从M-K突变检测中UF和UB曲线的交点确定，发生突变的时间点是2004年，在2010年超过临界直线，开始通过α=0.05（U0.05=±1.96）显著性水平。2004—2010年平均值为2316.6h，较50a平均值少251.6h，1961—2003年平均值为2609.2h，较50年平均值多41h（图略）。

如表3所示，海阳年平均日照时数为2568.2h，5月日照时数最多，为254.3h，7月日照时数最少，为182.6h。从季节上来看，冬季通过了0.01水平的显著性检验，平均以-13.7h/10a的速率递减；春季、夏季、秋季平均以-8.9h/10a，-14.3h/10a，-8.6h/10a的速率递减，但均未通过0.05水平的显著性检验。

表3 1961—2010年平均逐月日照时数

2.4 相对湿度

50a海阳年平均相对湿度呈现明显下降趋势（R=0.337，通过了α=0.001的显著性检验，即减小趋势非常显著），气候倾向率为-1.04%/10a，即年平均相对湿度以1.04%/10a的速度减少，1964年年平均相对湿度最高，达到75%，1988年最小，为63%。从M-K突变检验中UF和UB曲线的交点位置确定，发生突变的时间点是1977年，在1979年超过临界直线，开始持续通过α=0.05（U0.05=±1.96）显著性水平。突变后（1977—2010年）的历年平均相对湿度为68%，突变前（1961—1976年）的历年平均相对湿度为72%，两时段年平均差值为4%。

如表4所示，海阳50a逐月平均相对湿度为69%，7月最大，3月最小。3—7月为递增趋势，7—12月为递减趋势。全年相对湿度均为60%以上，气候湿润。从季节上看，秋季湿度减少最为明显，通过了0.001水平的显著性检验，平均以1.66%/10a的速率递减；春季平均以0.97%/10a的速率递减，通过了0.01水平的显著性检验；夏季平均以0.86%/10a的速率递减，通过了0.001水平的显著性检验；冬季平均以0.70%/10a的速率递减，通过了0.05水平的显著性检验。

表4 1961—2010年平均逐月相对湿度

3 结论与讨论

（1）海阳50a平均气温、50a历年平均最高、最低气温、50a历年极端最高、最低气温呈增加趋势，且50a平均气温、平均最高、平均最低、历年极端最低上升趋势非常显著，均通过了α=0.001的显著性检验。历年平均气温的突变时间是1987年；平均最高气温的突变时间是1994年；平均最低气温的突变时间是1973年。极端最高气温变化趋势并不显著，呈略微增加的趋势，极端最高气温、极端最低气温均未通过突变检验。从季度上分析，冬季的升温趋势显著，冬季温度的升高，将使作物群体的抗逆性能下降，发育期提前将导致作物受冻害的气候风险增大，冬末春初如果遇到冷空气的侵袭，作物极易受到低温伤害的影响。

（2）年降水量呈缓慢的减少趋势，气候倾向率为-40.8mm/10a，变化趋势不显著，但年代际间分布不均，变化较大，通过滑动t检验表明，该时段内没有明显的突变发生。年降水量高于600mm的保证率是72%，说明海阳降水比较充沛，适合农业及林果业的种植、生产。年降水量的减少主要是夏季和秋季降水减少的原因造成。

（3）日照时数呈明显的减少趋势，减少速率为44.8h/10a，发生突变的时间点是2004年。

（4）年平均相对湿度呈现明显下降趋势，气候倾向率为-1.04%/10a。秋季湿度减少最为明显，通过了0.001水平的显著性检验，平均以1.66%/10a的速率递减，发生突变的时间点是1977年。全年相对湿度均为60%以上。

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P468

：B

：1005-0582（2016）04-0023-06

10.19513/j.cnki.issn1005-0582.2016.04.005

2016-01-12

孙青仪（1978—），男，山东长岛人，本科，工程师，主要从事气候分析工作。