近50 a山东中部地区四季开始日期及长度变化特征

环海军，刘岩，姚丹丹，夏福华

（1.淄博市气象局，山东淄博 255048；2.山东工业职业学院，山东淄博 255048）

近50 a山东中部地区四季开始日期及长度变化特征

环海军1，刘岩1，姚丹丹2，夏福华1

（1.淄博市气象局，山东淄博 255048；2.山东工业职业学院，山东淄博 255048）

利用山东中部地区8个气象站1966—2015年逐日气温观测资料，用5日滑动平均气温作为划分依据，结合气候趋势法、Mann-Kendall法和经验正交分解法，对山东中部地区近50 a的四季开始日期及长度时空变化特征进行分析。结果表明：山东中部地区春季和夏季开始日期呈提前趋势，秋季和冬季呈推迟趋势，其中，夏季和冬季开始日期在1993年发生突变，四季开始日期的主要空间变化趋势一致，秋季变化强度中心在中北部平原，其他三季变化强度中心均出现在中部地区，四季开始日期空间变化规律在第二特征向量上呈现区域变化的不一致性。冬季日数最多，其次为夏季，春季日数最少，春季和冬季日数呈减少趋势，冬季减少趋势显著，气候倾向率为-2.98 d/10 a，夏季和秋季日数呈增加趋势，夏季日数增加显著，四季日数主要空间变化规律一致，强度中心在中部地区，四季日数空间变化规律在第二特征向量上存在不一致性，其中，夏季和秋季第二特征向量呈现南部山区与其他地区不同。

四季开始日期；四季长度；时空变化；气候趋势

全球气候变暖是当前国内外广泛关注的热门话题，气候变暖及气温的年际波动使区域季节的开始日期和持续长度发生变化。研究表明，近百年来中国大陆持续增温[1-2]，大部分地区季节长度和起止时间发生了显著变化[3-4]，对农业、人民生活和社会经济产生很大影响，因此，分析气候变暖背景下区域四季起止时间和持续长度变化特征具有重要意义。

不少学者对气候变化背景下四季起止时间和持续长度变化特征进行了研究，得出了不少有意义的结论。在四季起止日期划分方面，郁珍艳等[8]对浙江省的四季划分方法进行了探讨，结合动植物物候观测资料，对以往多种四季划分方法进行了统计计算及对比分析，探讨了各种方法的优缺点，总结了一套适用于浙江省的四季划分标准；范思睿等[9]对青藏高原四季划分的办法进行了探讨，初步定义了“高原普适季节划分方法”为高原总体的四季划分方法。在四季持续长度变化特征方面，严登华等[13]对中国北方地区四季的时空演变特征研究表明，北方地区四季演变呈一定的径向、纬向和海陆分布规律，且由于地理隔离，存在不连续的高值或低值中心，但整体上呈现以下特征：春夏起始日期提前，秋季推迟，冬季整体变化不大；姜燕敏等[14]研究了气候变暖对长三角地区四季长度的影响，结果表明，该区域夏季日数最多，且延长趋势最强；郁珍艳等[15]对我国近47 a四季长度变化的研究表明，四季长度在全国范围内主要表现为春季变短，夏季变长，秋季基本变短，冬季变短的变化趋势，但这种趋势在空间分布上有所差异，北方比南方明显，东部比西部明显；姜燕敏等[13-18]对不同区域四季的开始日期及长度变化特征进行了研究，得出了不同区域的四季变化特征。研究表明四季开始日期和持续时间存在明显的地域差异，因此，研究山东中部地区四季的开始日期及长度变化特征，分析不同下垫面对其变化规律的影响有重要的现实意义。

山东中部地区地处暖温带大陆性季风气候区，多数地区处在亚湿润气候大区的指标范围，地形主要包括平原和山区。受季风影响，气候变化具有明显的季节性。冬季盛行偏北风，雨雪稀少，寒冷干燥；春季气温回升快，少雨多风，干旱发生频繁；夏季高温高湿，降水集中；秋季降水锐减，秋高气爽。已有研究表明山东中部地区年季平均气温均呈上升趋势，其中冬季增暖最明显。研究山东中部地区四季的开始日期及长度变化特征，可为当地农业布局、光热利用以及应对气候变化、促进区域的可持续发展提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文气象资料来源于山东中部地区自南而北8个气象站1966—2015年近50 a逐日气温资料，站点分布见图1。地形包括平原和山区，数据经过严格质量控制，数据缺失两天内的运用前后资料进行插补。

图1 观测站点分布

1.2 研究方法

1.2.1 四季的划分标准

气象部门通常根据阳历划分四季，即3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至次年2月为冬季，此种划分方法虽然简单，但与实际气候状况差异较大。本文采用张宝堃提出的物候学的划分方法，采用5 d滑动平均气温作为四季开始和结束的指标，划分标准为：春季：5 d滑动平均气温稳定≥10℃时，5 d滑动平均首日记为春季开始；夏季：5 d滑动平均气温稳定≥22℃时，5 d滑动平均首日记为夏季开始；秋季：5 d滑动平均气温稳定＜22℃时，5 d滑动平均首日记为秋季开始；冬季：5 d滑动平均气温稳定＜10℃时，5 d滑动平均首日记为冬季开始。

1.2.2 分析方法

本文基于气象数据采用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验等方法分析山东中部地区四季变化的时间特征，利用经验正交分解法（EOF）分析其空间变化特征。

2 结果与分析

2.1 四季开始日期的时间变化特征

四季开始日期的时间变化规律见图2，其中，四季开始日期日序计算的起始日期分别为3月1日、5月1日、8月1日和10月1日。近50年山东中部地区春季、夏季、秋季和冬季平均开始日期分别为4月2日、5月29日、9月7日和11月1日。春季和夏季开始日期随时间变化呈提前趋势，气候倾向率分别为-1.5 d/10 a、-1.9 d/10 a，秋季和冬季的开始日期随时间呈推迟的趋势，气候倾向率分别为0.9 d/ 10 a、1.4 d/10 a。由图可知，春季开始日期在2000年后出现明显的推迟，无明显突变年份；夏季开始日期在1993年发生突变，之后入夏开始日期明显提前；秋季开始日期呈弱推迟趋势，无明显突变年份；冬季开始日期自20世纪90年代后出现明显的推迟，在1993年发生突变。

表1 四季开始日期空间分布

2.2 四季开始日期的空间变化特征

山东中部地区近50 a四季开始日期空间分布见表1。由表可知，中部地区最早进入春季，50 a平均开始日期为4月1日，其他地区偏晚1～2 d，南部山区偏晚3 d；多数地区夏季平均开始日期出现在5月27日，东部地区偏晚2 d，最南部山区偏晚7 d；最南部山区秋季开始最早，出现在9月1日，中部地区最晚出现在9月10日，其他地区偏晚4～8 d；最南部山区冬季开始日期出现在10月29日，中部平原最晚出现在11月3日，其他地区偏晚1～4 d。

图2 春季（a、b）、夏季（c、d）、秋季（e、f）、冬季（g、h）开始日期的时间变化特征

四季开始日期EOF分解的第一特征向量见图3。由图可知，春季开始日期的主要空间变化趋势一致，变化强度中心在中部地区，随时间变化呈提前趋势，第一特征向量贡献率为93%；夏季开始日期的主要空间变化规律一致，强度中心出现在中部地区，随时间变化呈提前趋势，第一特性向量贡献率86%，第二特征向量贡献率6%，随时间变化呈提前趋势，呈现最南部山区和东北部平原与其他地区相反的变化趋势；秋季开始日期空间主要变化规律一致，随时间变化呈推迟趋势，强度自北向南递减，第一特征向量贡献率74%，第二特征向量贡献率11%，随时间变化呈推迟趋势，呈现南部山区与中北部平原不同的空间变化规律；冬季开始日期主要空间变化规律一致，随时间变化呈推迟趋势，强度中心在中部地区，第一特征向量贡献率为82%，第二特征向量贡献率为7%，随时间变化呈推迟趋势，呈现最南部山区和最北部平原与其他地区空间变化的不一致。

图3 四季开始日期EOF分解的第一特征向量

2.3 四季长度的时间变化特征

山东中部地区四季日数的时间变化特征见表2。由表可知，山东中部地区冬季日数最多，其次为夏季，春季日数最少。春季和冬季日数随时间变化呈减少趋势，冬季减少趋势显著，气候倾向率为-2.98 d/10 a，夏季和秋季日数随时间变化呈增加趋势，其中，夏季日数显著增加。春季日数在80年代日数达最多，平均为60 d，之后呈减少趋势，尤其在近5 a来减少趋势明显，历史最多日数为80 d，出现在1986年；夏季日数在90年代后开始显著增多，在近5 a出现最大值，平均为112 d，历史最多日数为126 d，出现在2001年，最少为83 d，出现在1970年；秋季日数年代际变化不显著，在2001—2010年出现最多，为58 d，历史最多日数为80 d，出现在2005年；冬季日数在70年代最多，平均159 d，之后开始逐渐减少，尤其在2000年以后，减少趋势明显，历史最少日数为123 d，出现在2013年。

表2 四季日数时间变化特征

2.4 四季长度的空间变化特征

山东中部地区四季日数空间分布见表3。由表可知，各地春季日数接近，最南部山区最多为59 d，最北部平原最少为54 d，其他地区55～57 d；中部夏季日数最多，50 a平均值为106 d，最南部山区最少为91 d；最北部平原秋季日数最少，50 a平均值为52 d，南部山区最多为58天；最南部山区冬季日数最多为158 d，中部平原最少为150 d。

表3 四季日数空间分布d

山东中部地区四季日数EOF分解的第一特征向量见图4。由图可知，春季日数的主要空间变化趋势一致，变化强度中心出现在中部地区，向两边递减，随时间变化呈减少趋势，第一特征向量贡献率为87%；夏季日数的主要空间变化规律一致，强度中心出现在中部地区，随时间变化呈增加趋势，第一特性向量贡献率77%，第二特征向量贡献率10%，随时间变化呈增加趋势，呈现南部山区与其他地区相反的变化趋势；秋季日数空间主要变化规律一致，随时间变化呈增加趋势，强度由中部东北—西南方向向两侧递减，第一特征向量贡献率77%，第二特征向量贡献率9%，随时间变化呈减少趋势，呈现南部山区与中北部地区相反的空间变化规律；冬季日数主要空间变化规律一致，随时间变化呈减少趋势，强度中心在中部东北—西南方向地区，第一特征向量贡献率为91%。

图4 四季日数EOF分解的第一特征向量

3 结论与讨论

（1）山东中部地区春季和夏季开始日期随时间变化呈提前趋势，秋季和冬季的开始日期随时间呈推迟的趋势，其中，夏季和冬季开始日期随时间的变化趋势明显，均在1993年发生突变。四季开始日期的主要空间变化趋势一致，秋季变化强度中心在中北部平原，其他三季变化强度中心均出现在中部地区，第一特征向量贡献率分别为93%、86%、74%和82%，其时间系数随时间变化规律与四季开始日期的时间变化规律一致。四季开始日期空间变化规律在第二特征向量上呈现不一致性，其中，秋季第二特征向量贡献率最大为11%，随时间变化呈推迟趋势，呈现南部山区与中北部平原不一致的空间变化规律。

（2）山东中部地区冬季日数最多，其次为夏季，春季日数最少。春季和冬季日数随时间变化呈减少趋势，冬季尤为显著，气候倾向率为-2.98 d/10 a，夏季和秋季日数随时间变化呈增加趋势，夏季日数显著增加。春季日数近5 a减少趋势明显，夏季日数在20世纪90年代后开始显著增多，在近5 a出现最大值，秋季日数年代际变化不显著，冬季日数在2000年后减少趋势明显。南部山区春季、秋季和冬季日数最多，中部地区夏季日数最多，四季日数主要空间变化规律一致，春季和夏季变化强度中心在中部地区，秋季和冬季变化强度中心在中部的东北西南方向一带，第一特征向量贡献率分别为87%、77%、77%和91%，其时间系数随时间变化规律与四季日数的时间变化规律一致。四季日数空间变化规律在第二特征向量上呈现不一致性，其中，夏季和秋季第二特征向量贡献率较大，主要呈现南部山区与其他地区的不一致。

（3）由于近年来平均气温的显著升高，引起各地季节的显著变化，但不同地区的变化幅度不同。山东中部地区入夏日期显著提前，入冬日期显著推迟，夏季日数显著增多，冬季日数显著减少，与“中国最明显的增温发生在北方地区，明显增温主要表现在冷季”的研究结论一致。以夏季显著延长、冬季显著缩短为主要气候特征的气候变暖，对经济、生态和人类活动等方面产生重大影响，尤其是对农业生产布局、病虫害防治、农业生产潜力、作物种类分布和农业管理等方面的影响，因此，掌握气候变暖带来的四季变化特征，可以合理调整和布局农业生产，减轻气候变暖带来的不利影响。

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Variation Characteristics of the Beginning Dates and Length of Different Seasons in the Middle Area of Shandong Province in Recent 50 years

HUAN Haijun1，LIU yan1，YAO Dandan2，XIA Fuhua1
（1.Zibo Meteorological Bureau，Zibo 255048，China;2.Shandong Vocational College of Industry，Zibo 255048，China）

The spatial and temporal variation characteristics of beginning dates and length of the seasons in the middle area of Shandong province in recently 50 years were analyzed，using methods of 5-day overlapping mean air temperature，climate trending rate，Mann-Kendall and empirical orthogonal function based on daily air temperature data from eight weather stations.The results showed that the beginning dates of spring and summer had advanced trends over time，which were delayed in autumn and winter，and the abrupt changes in beginning dates of summer and winter both occurred in 1993.The main spatial variations of beginning dates of different seasons were consistent，the change intensity center of autumn was in the north central plains，and the other seasons were in the central regions.The second eigenvector of spatial variation of beginning dates of different seasons presented different spatial variations.Days of winter were the most，followed by summer，and spring was the least.It presented decreased trends over time in spring and winter，which was significant in winter over a climate trending rate of-2.98 d/10 a.It showed increased trends over time in winter and autumn，and which was more significant in summer.The main spatial variation days of four seasons were consistence，the intensity center was in the central regions.The second eigenvector of spatial variation days of four seasons presented different spatial variations，especially between southern mountain areas and other regions of the days of summer and autumn.

season beginning dates;season length;temporal and spatial variation characteristics; climate trending rate

文献标识码：B 文章编号：1002-0799（2017）03-0079-07

环海军，刘岩，姚丹丹，等.近50年山东中部地区四季开始日期及长度变化特征[J].沙漠与绿洲气象，2017，11（3）：79-85.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.03.011

2017-02-16；

2017-03-06

山东省气象局气象科学技术研究项目（2016sdqxm13）资助。

环海军（1987-），男，工程师，主要从事气候变化、应用气象和农业气象等方面的研究。E-mail：324380521@qq.com