冀西北坝上地区近50 a气候资源变化分析——以河北省张北县为例

崔婷茹，韩桂娥，张立峰

（1.河北农业大学农学院，河北保定071001；2.沽源县气象局，河北沽源076550）

冀西北坝上地区近50 a气候资源变化分析
——以河北省张北县为例

崔婷茹1，2，韩桂娥2，张立峰1

（1.河北农业大学农学院，河北保定071001；2.沽源县气象局，河北沽源076550）

通过对冀西北坝上高原张北县1966—2015年近50 a来的气温、降水量和日照时长等气候因素的变化进行分析，揭示了该地区气候变化的若干事实，找出气候的变化趋势，以期对未来该地区气候变化规律的全面研究提供参考。结果表明，张北地区的年平均气温在近50 a间以0.4℃/10 a的气候变化率不断上升，以冬季的气温上升最快（0.55℃/10 a），检验发现，在1989年后年均气温上升趋势显著增强；进一步分析张北地区的极端高/低温，结果发现，二者均呈上升趋势，但极端低温的上升趋势更加显著。分析张北地区50 a间的降水量发现，其以-6.5 mm/10 a的变化率不断下降，其中以夏季降水量下降幅度最大（-15.97 mm/10 a）。对张北地区50 a日照时长研究发现，张北地区的日照时长以-57 h/10 a的变化速率不断下降，以秋季下降趋势最大，春季最小；M-K分析发现，张北的日照时长在20世纪90年代中期发生突变，并在90年代末下降幅度达到显著水平。通过对冀西北坝上地区的气候变化进行量化分析，可为进一步研究该地气候变化趋势以及未来作物的合理布局、土地的高效利用等奠定一定基础。

气温；降水；日照时长；M-K检验；张北

坝上高原位于河北省北部，包括沽源、张北、康保三县的全部地区和尚义、丰宁满族自治县、围场满族蒙古族自治县的部分地区，平均海拔1 486 m，是华北平原向内蒙古高原的过渡地带，拥有较为特殊的气候特点和种植结构。以张北县为例，其地处河北省西北部、内蒙古高原的南缘，属于冷温气候地带，≥0℃年积温为1 900～2 700℃，≥10℃年积温为1 300～2 200℃，没有明显的夏季，冬季严寒漫长。该地区气温偏低，热量不足，但日照时间长，年日照时数可达2 600～3 100 h。昼夜温差大，夏秋昼夜温差在10～17℃。降水少，且分布不均匀，年平均降水量在401.6 mm。年降水量南北部相差较大，北部少于400 mm，而南部坝头可达到500 mm左右。

自20世纪80年代以来，全球气候变暖引起了国际社会的广泛关注。联合国政府间气象变化专门委员会（IPCC）指出，自20世纪以来，全球气温已经上升了0.89℃，过去3个10 a，每一个都比自1850年以来其他任何一个10 a更加炎热[1]，这种气候的深刻变化对自然环境、生态系统、特别是农业生产等造成重大影响。近年来，我国许多学者也从全国或局部区域的角度对气温变化进行了研究分析，结果发现，我国的气温近百年来呈变暖趋势，与全球趋势基本一致，但各地的变化特征具有明显的季节性和区域性差异[2-8]。

M-K检验法最初由MANN和KENDALL共同提出，其特点在于不受少数异常值的干扰，计算简便也不需要样本遵循一定的分布，被广泛应用于分析径流、降水、气温及水文序列等非正态分布数据的趋势变化和显著性检验[9-11]。

在全球气候变暖的大背景下，冀西北坝上地区的气候正在发生较为明显的变化。近年来，该地区气温升高、降水量减少，使得土地干旱加重，给地方经济发展和农业资源环境造成了很大影响。

本试验通过对张北县1966—2015年近50 a来气温、降水量和日照时数进行分析，研究张北县的气候变化规律，旨在为该地区农业生产结构调整、提高防灾减灾能力和农业持续稳定发展提供参考。

1 资料和方法

1.1 资料来源

选取张北县气象观测站1966—2015年逐日4次平均气温、极端最高气温、极端最低气温、降水量、日照时长等气象要素资料。

1.2 数据处理

本研究中春、夏、秋、冬季所指月份分别为：3—5月、6—8月、9—11月、12月至次年2月。采用平均数、线性回归、M-K检验等数理统计方法分析其变化特征。

2 结果与分析

2.1 气温变化分析

2.1.1 平均气温变化由图1可知，从1966—2015年的近50 a来，冀西北坝上张北地区的平均气温为3.5℃，气温总体呈上升趋势，上升了约1.5℃，气候变化率约为0.4℃/10 a，年平均气温最高出现在1998年和2014年的5.1℃，年平均最低气温为1969年的2.0℃，二者相差3.1℃。通过分析1966—2015年的10 a均温发现，第1个10 a的年平均气温为2.7℃，而到了最近的一个10 a，年平均气温已达到4.2℃。且从1996年开始（除2012年外），近20 a的年平均气温均不低于历年平均值。

采用M-K非参数检验法对张北县的年平均气温变化趋势进行检测（图2），结果发现，张北县的年平均气温在1972年以前升降不定，从1973年开始一直处于上升趋势，并且从20世纪80年代后期越过了α＝0.05置信水平的临界线，年平均气温显著上升。根据UF，UB这2条曲线的交点可以得出，这一上升过程是一种突变，开始时间大约在1989年。

2.1.2 季节气温变化对1966—2015年间的四季均温分析发现（图3），冬季平均气温为-11.7℃，春季平均气温为4.7℃，夏季平均气温为17.7℃，秋季平均气温为3.8℃。从季节气温年际变化趋势线上可以看出，四季气温均呈现出上升趋势，其中，冬季上升最明显，气候变化率为0.55℃/10 a；之后依次是春季、夏季、秋季，气候变化率分别为0.39，0.38，0.35℃/10 a。

2.1.3 极端气温变化分析张北在1966—2015年近50 a期间出现的极端气温发现，张北地区极端最低气温出现在1978年（-34.8℃），极端最高气温出现在2010年（36.7℃）。进一步分析可以看出，张北地区的极端高/低温的年际变化曲线均呈现上升趋势，极端最高气温气候变化率约为0.40℃/10 a，极端最低气温为0.46℃/10 a。整体来看，极端最低气温上升趋势更加明显（图4）。

以M-K非参数检验张北地区极端气温变化趋势发现，张北地区极端高温在20世纪80年代末前起伏较大，之后虽然在1995—1997年间出现短暂的气温下降，但整体上呈现上升的趋势，并在1997年后，极端高温值快速上升，近几年则呈现出显著上升的变化趋势。相比极端高温，极端低温仅在20世纪60年代末70年代初出现短暂的下降趋势，其余时间均表现为上升的变化趋势，并在90年代中期越过了α＝0.05置信水平的临界线，极端低温气温值开始显著地上升。分析极端低温的UF和UB曲线发现，虽然二者出现4次交汇，但主要集中在1975—1986年间，在1986年交汇突变后，近几十年间再无交集，说明在1986年后，极端低温开始大幅上升（图5）。

2.2 降水变化分析

2.2.1 年降水量变化从农业生产角度讲，张北地区年降水量偏少，从图6可以看出，近50 a间年降水量平均为385.8 mm，其中最大值为1978年的548.4 mm，最小值为1997年的245.2 mm。张北地区的年降水量年际变化曲线呈现出下降趋势，降水量的变化率为-6.5 mm/10 a。

通过M-K法对张北地区近50 a降水量的变化趋势进行检验发现，张北近50 a间的降水量起伏较大，时而呈上升趋势时而呈下降趋势，但近10 a张北地区的年降水量不断下降，UF和UB虽有几次交点，但变化趋势不大，不存在突变现象（图7）。

2.2.2 季节降水量变化进一步分析张北地区各季节的降水量发现，张北地区65%的降水都集中在夏季。由图8可知，近50 a来，张北地区冬季的平均降水量为5.1 mm，春季平均降水量为56.0 mm，夏季平均降水量为250.1 mm，秋季平均降水量为73.1 mm。从季节降水量变化趋势可以看出，张北地区夏季降水量呈明显的下降趋势，虽然冬季、春季、秋季的降水量略呈上升趋势，但由于夏季降水量对年降水量的贡献最大。因而，张北地区的年平均降水量依旧不断下降。

2.3 日照时长变化

2.3.1 年日照时长变化张北地区属于长日照区，1966—2015年年平均日照时数为2 844.0 h，其中，年日照合计最大值出现在1980年的3 059.2 h，年日照合计最小值出现在2003年的2554.8h；年日照时数以-57h/10a变化率不断下降，特别是从1998年以后，年日照时数基本低于历年平均值（图9）。

对张北地区近50 a的日照时长变化趋势进行M-K非参数检验发现，张北地区日照时长在20世纪90年代以前基本呈现上升趋势，此后开始下降，并于90年代末越过α＝0.05置信水平临界线，下降趋势达到显著水平。根据UF和UB这2条曲线可以发现，此变化趋势为一种突变，发生在20世纪90年代中期（图10）。

2.3.2 季节日照时长变化进一步分析张北地区1966—2015年各季节的日照时长发现，各季节的日照时长与年日照时长变化趋势一致，均呈下降趋势，冬季、春季、夏季、秋季日照时长变化率分别为-14.6，-12.3，-13.7，-16.7 h/10 a（图11）。

3 讨论与结论

在全球气候变暖的背景下，研究各个气候要素的变化趋势十分必要。前人研究结果表明，我国北方地区的气候处于明显变暖趋势，尤以西北、华北和东北地区变暖最为明显。李鹏飞等[12]通过对分布京津冀地区的22个气象站近50 a气象数据进行分析发现，该地区气温显著升高，降水减少。崔永州[13]研究发现，沽源县近50 a的年平均气温呈现出显著升高趋势。四季的平均气温也均呈上升趋势，冬季的升温幅度最大，活动积温和有效积温总量都不断增加；而沽源县近50 a的夏季降水量呈降低趋势。牛旭等[14]对太原近50 a气象数据分析发现，该地气温显著升高，冬季增幅最大；且日照时数显著降低，以冬季降幅最大。

本研究结论与前人所述基本一致，张北地区的气温、降水量和年日照时长同样发现，气温上升，降水量下降，日照时长降低的趋势，并且随着时间的推移，这种增暖、少雨、少日照的趋势越来越强。同时，本研究将这种趋势进行了具体量化，即近50 a来，张北地区气温上升了1.5℃，以0.40℃/10 a的变化速率上升，冬季上升趋势最大（0.55℃/10 a），M-K检验发现，在1989年后张北地区气温上升趋势显著增强；进一步对张北地区在近50 a间的极端高/低温分析发现，二者均有所上升，以极端低温的上升趋势最为明显。张北地区年降水量呈现下降趋势，以夏季降水量降低趋势最大，说明气温与降水量密切相关，同时，张北地区的日照时长也以变化率为-57 h/10 a的速率下降，M-K分析指出，下降趋势显著增强。这种具体的量化分析对当地的种植业结构调整和农业产业合理布局具有一定意义。

以张北为代表的坝上地区地处华北农牧交错带，属干旱和半干旱区，生态脆弱，对气候变化的响应敏感，气候变化直接影响当地的农业生产。气温升高、降水量减少将导致该区干旱进一步加重，土壤退化情况进一步恶化；日照时长的变化使得作物的生长期发生相应变化。同时气候变化使得热资源增加，也可导致作物界限北移，使得张北地区可以种植新的作物。而气候变化产生的极端性气候/天气事件对农业等不同行业的生产都产生很大的危害[15-20]。因此，为了适应气候变化趋势，坝上地区在自身农业生产基础薄弱的情况下必须探讨改变现有的作物种植模式和种植结构，引入适应气候变化趋势的新品种，同时，建立现代农业生产气象保障系统，加强对气候的监控与预侧，提高农业对气候变化的应变能力和抗灾减灾水平。该地区如何应对气候变化及其对农业水资源的影响是今后研究的重点。

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Analysis on the Changes of 50 Years Climate Resources on Bashang Region in North-west of Hebei—In the Case of Zhangbei County

CUI Tingru1，2，HANGuie2，ZHANGLifeng1
（1.College ofAgronomy，Hebei Agricultural University，Baoding071001，China；2.Guyuan CountyMeteorologyAdministration ofHebei，Guyuan 076550，China）

The objective of this study was to analysis the climate change using the temperature,rainfall and the hours of sunlight during 1966 to 2015 in Zhangbei county.The results would provide the scientific reference to explore the climate change in this region. The results showed that the average ofair temperature was goingup,and the rate was 0.4℃/10 a in the last fiftyyears,especiallyin winter seasons the rate was 0.5℃/10 a.The significant risingwas happeningafter 1989 usingthe M-Ktest.Duringthe risingofair temperature,the extreme high and low temperature were all on the rising,and the uptrend of the extreme low temperature was significant.The rainfall was decreasing,and the rate was-6.5 mm/10 a,and the evident change was in summer season,the rate was-15.97 mm/10 a.The hours of sunlight was also decreasing,and the rate was-57 h/10 a,and the maximum change was in Autumn,and the minimum change was in Spring.The change ofsunlight in this region had a drastic change during the mid of 1990s,and the lessen of the hours of sunlight was significant in the end of1990s.The results ofthis study could provide basis ofstudying the climate change,rational crop distribution and the high efficiencyofland use.

air temperature;rainfall;the hours ofsunlight;M-Ktest;Zhangbei county

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.36

S16

：A

：1002-2481（2017）05-0819-06

2017-02-16

国家科技支撑计划项目（2013BAD07B05）；农业部公益性行业（农业）科研专项（201503120）

崔婷茹（1988-），女，河北沽源人，在读硕士，研究方向：农业气象。张立峰为通信作者。