1981～2010年辽宁省气候变化区划

王 涛，王乙舒，侯依玲，沈力都，赵连伟，顾正强，张海娜

(辽宁省沈阳区域气候中心，辽宁 沈阳 110166)

在全球变暖背景下,对区域气候的区划是目前国际上需要解决的科学问题之一。辽宁省位于欧亚大陆东岸，深受东亚季风气候影响，地形复杂，自然景观丰富多样，因而对其进行气候区划有利于充分认识其气候规律，为各行各业制定生产发展方案提供参考依据，而且在科学上亦有重要意义。

近些年来，国内外对气候区划的研究已经广泛开展[1-9]，取得了大量成果。郑景云等[10-12]提出中国气候区划新方案，结果表明在1981～2010年和1951～2010年两个时期，我国气候区划指标值和范围出现变化。车秀芬等[13]参照气候区划三级指标体系，结合海南岛实际气候特征进行气候区划。然而在全球变暖的背景下，在过去60多年中我国气候已发生许多显著变化，这将导致相应的气候特征发生变化。许多学者[14-21]主要分析了我国气候区划指标及其分界线的变化，但这些研究成果多侧重中国范围内的气候特征，缺乏针对辽宁省气候状况研究，且资料站点数相对较少，无法深入揭示辽宁省气候状况特征，因而进行辽宁省气候区划不论在科学研究上还是应用服务上，都具有重要意义。当前气候研究多以1981～2010年气候平均态为标准，为此，本文分析气候区划指标的变化趋势与波动特征，完成1981～2010年辽宁省气候状况区划。

1 资料与方法

1.1 资料处理

资料来自辽宁省52个站1961～2014年气象观测日值数据集，包括日平均气温、平均风速、最低气温、最高气温、降水量、日照时数及平均水气压共7个观测要素(气象台站空间分布见图1)。该数据经严格的数据质量控制，其中站点分布见图1。

有关气象资料缺测的处理方法：1个月中日值存在≥7 d缺测，即认为该月值为缺测；1年中存在≥1月缺测，即认为该年值缺测。对缺测的月、年值采取剔除的处理方法。

5日滑动平均法：从统计方法、统计结果以及对农作物危害程度看，5日滑动平均法比较符合辽宁省农业实际情况[22]。

1.2 计算方法

气候变化主要包括上升、下降、不明显3种变化趋势以及增强、减弱、不明显3种波动趋势，因此可划分为9种模态[23](图 2)。本文利用≥10 ℃积温日数、干燥度以及7月平均气温时间序列的变化趋势值和波动特征值进行气候变化的识别，并以此作为气候变化区划分析基础。

图2 气候变化的主要模态

变化趋势值的计算方法如下[23-24]:对于样本量为n的序列yj，用tj表示所对应的时刻，建立yj与tj之间的一元线性回归方程:

其中b的符号表示变量的线性趋势，b>0(b<0)表明随时间增加,y呈上升(下降)趋势。

波动特征值的计算方法如下:a和b,将上一步得到的a和b代入残差绝对值计算公式zj：

zj=|yj-a-btj|,j=1,2,…,n

计算变量的波动平均值：

建立zj与tj之间的一元线性回归方程：

同理，d>0(d<0)表明随时间增加呈上升(下降)趋势，即变量波动增强(减弱)。

1.3 区划方法和指标体系

本文参照国家标准采用的气候区划方法[25],对辽宁省 1981～2010 年的三级气候区进行划分。具体区划指标如下:

1.3.1 温度带 在日常农业生产及其气候资源评价中，日平均气温是否稳定达到10 ℃日数对农作物生长发育具有重要的意义。因此本文将5日滑动平均气温稳定≥10 ℃积温日数作为温度带划分的主要指标。同时考虑某些冬季农作物生长发育制约因子，因此选用1月平均气温作为辅助指标。

表1 温度带划分指标及其标准

1.3.2 干湿区 年干燥度是控制农作物种植类型和植被类型的重要因子，主要取决于多年平均蒸散量与多年平均降水量的比值大小，因此以年干燥度值作为辽宁省干湿区划分的首要指标；同时考虑当地的水分来源主要是降水，故以年降水量作为区划的辅助指标。本文在计算蒸散量时，根据 1998 年联合国粮农组织改进FAO56-Penman-Monteith模型[26]，并考虑我国实际，确定模型有关参数[27]。

表2 干湿区划分指标及其标准

1.3.3 气候区 一地的气候差异主要有地带和非地带性两种差异，本文对温度带和干湿区划分主要体现在前者，而7月平均气温空间分布可以显著地体现后者的影响作用。而且在中高纬度地区，7月气温高低是决定喜温作物能否种植以及农作物生长发育优差的重要因子，因此将7月平均气温作为辽宁省气候区划分的指标。

2 结果与分析

2.1 气候区划指标年际变化规律

2.1.1 ≥10 ℃积温日数变化趋势 图3a给出辽宁省≥10 ℃积温日数变化特征，可以得出以下信息：(1)平均值：辽宁省年均≥10 ℃积温日数平均值为176.4 d；(2)变化趋势值：辽宁省年均≥10 ℃积温日数变化趋势值为0.57 d/10年；(3)波动平均值:辽宁省年均≥10 ℃积温日数波动平均值为5.66 d；(4)波动特征值：辽宁省年均≥10 ℃积温日数波动特征值为-0.49 d/10年。

表3 气候区划分指标(7月平均气温)及其标准

2.1.2 干燥度变化趋势 从辽宁省年均干燥指数序列(1981～2010年)的变化曲线(图3b)上显示如下信息：(1)平均值：辽宁省年均干燥指数平均值为1.31；(2)变化趋势值:辽宁省年均干燥指数变化趋势值为-0.02/10年；(3)波动平均值：辽宁省年均干燥指数波动平均值为0.25；(4)波动特征值：辽宁省年均干燥指数的波动特征值为-0.03/10年。

2.1.3 7月平均气温变化趋势 从辽宁省年均7月平均气温序列(1981～2010年)的变化曲线(图3c)上显示如下信息：(1)平均值：辽宁省年均7月气温平均值为24 ℃；(2)变化趋势值：辽宁省年均7月气温变化趋势值为0.26 ℃/10年；(3)波动平均值：辽宁省年均7月气温波动平均值为0.74 ℃；(4)波动特征值：辽宁省年均7月平均气温波动特征值为0.004 ℃/10年。

图3 辽宁省≥10 ℃积温日数(a)、干燥指数(b)以及7月平均气温(c)变化特征(1981～2010年)

2.2 气候区划指标的区域规律

2.2.1 ≥10 ℃积温日数变化趋势 通过对60个可用气象站≥10 ℃积温日数时间序列进行计算，得到各个站点的≥10 ℃积温日数变化趋势值(图4a)，结果显示全省≥10 ℃积温日数呈不显著变化趋势：大部分地区(43站)≥10 ℃积温日数呈缓慢增加趋势，增长率在0～6 d/10年之间，其中苏家屯站增长率最高，在4 d/10年以上；辽西、辽南部分地区(17站)呈缓慢减少趋势，增长率在-4～0 d/10年之间，其中营口、羊山、凌源、建昌站增长率最低，在-4 d/10年以下。

2.2.2 干燥指数变化趋势 通过对47个可用气象站干燥指数时间序列进行计算，得到各个站点干燥指数变化趋势值(图4b)，结果表明全省干燥指数呈不显著变化趋势，并呈相互交错分布特征：北部、东南部以及环渤海地区干燥指数总体上呈增加趋势，增长率在0～0.15/10年之间，其中阜新站增长率最高达到0.10/10年以上；中部、东部、西部以及南部地区大体上呈减少趋势，增长率在-0.17～0/10年之间，其中建昌、旅顺站增长率最低，在-0.15/10年以下。

2.2.3 7月平均气温变化趋势 通过对60个可用气象站7月平均气温时间序列进行计算，得到各个站点7月平均气温变化趋势值(图4c),结果表明全省大部站点7月平均气温均呈缓慢增加趋势，增长率在0～0.8 ℃之间，其中苏家屯、大石桥站增长率最高，达到0.6 ℃以上。

2.2.4 ≥10 ℃积温日数波动特征 通过对60个可用气象站≥10 ℃积温日数时间序列进行计算，得到各个站点的≥10 ℃积温日数波动特征值(图4d),结果表明辽宁省东部大部地区≥10 ℃积温日数呈波动强度不显著减弱，西部大部地区呈强度不显著增强的分布特征。东部地区波动增强率在-4～0 d之间，其中抚顺、新宾、桓仁站增强率最低，为-2 d以下；西部地区波动增强率在0～4 d之间，其中建平站波动增强率最大，达到2 d以上。

2.2.5 干燥指数波动特征 通过对47个可用气象站干燥指数时间序列进行计算，得到各个站点干燥指数波动特征值(图4e),结果表明辽宁省西部(东部)地区干燥指数呈波动不显著减弱(增强)的分布特征。西部地区波动增强率在-0.13～0/10年之间，其中凌源站波动增强率最低，在-0.10/10年以下；东部地区波动增强率在0～0.05/10年之间。

2.2.6 7月平均气温波动特征 通过对60个可用气象站7月平均气温时间序列进行计算，得到各个站点7月平均气温波动特征(图4f),结果表明辽宁省北部(南部)地区7月平均气温呈波动不显著减弱(增强)的分布特征。北部地区波动增强率在-0.2～0 ℃/10年之间，其中朝阳、抚顺局部地区波动增长率最低，在-0.1 ℃以下；南部地区波动增长率在0～0.2 ℃之间，其中大连、营口局部地区波动增长率最高，在0.1 ℃以上。

2.3 气候区划指标置信度检验

在对3个变量时间序列进行一元线性回归的同时,根据显著性水平计算得到置信度，基于对应的置信度对气象站点数通过检验的情况进行统计，对站点进行分类(表4)，其中“未通过检验”表示在该置信度下气象站某项指标不能通过检验，即无显著变化趋势或无显著波动特征。从结果看出，在一级指标中,大部分气象站点的3个变量时间序列均呈不显著变化趋势，没有通过置信度检验，其中对应的上升趋势站点数为43(72%)、21(45%)、60(100%)，下降趋势站点数为17(28%)、26(55%)、0(0%)。在二级指标中，大部分气象站点3个变量时间序列亦均呈不显著波动特征，没有通过置信度检验，波动增强与减弱站点数各占50%左右，其中对应的波动增强站点数为26(43%)、22(47%)、28(47%)，波动减弱站点数为34(57%)、25(53%)、32(53%)。

总之，辽宁省大部分站点的变化趋势和波动强度呈不显著变化，没有通过置信度检验，因此在1981～2010年气候区划指标基本上保持稳定的特征，没有显著变化和波动。

2.4 区划指标的地理分布

≥10 ℃积温日数总体呈西多东少特征。据此大部分地区属于暖温带，中温带主要分布在辽宁省西北部、东部地区(图5a)。其中中温带与暖温带的分界线包括东、西两段。西段分界线主要呈纬向延伸，界线以北地区为中温带，主要包括建平县地区，界线以南地区为暖温带；东段分界线呈经向延伸，界线北起铁岭西北角，向南穿过铁岭西部，抚顺西部边缘，本溪西北角，辽阳东南角，鞍山东北角，最后向东横穿丹东中部，一直延伸到鸭绿江沿岸，界线以东地区为中温带，仅包括抚顺、本溪、丹东北部以及铁岭大部地区，界线以西以南地区为暖温带区域。

辽宁省干燥度总体上呈现自东南向西北增加趋势，主要分为3个干湿区，分别为半干旱区、半湿润区和湿润区(图5b)。半干旱区与半湿润区的边界北起铁岭西北角，向西南穿过沈阳北部、锦州北部，一直延伸到葫芦岛西北角，界线以北区域为半干旱区，界线以南区域为半湿润区。半湿润区与半干旱区的边界北起铁岭东部边缘，向南穿过抚顺西部边缘、沈阳东南角、辽阳中部、鞍山南部，一直延伸到大连西北角，界线以东地区为湿润区，界线以西地区为半湿润区。

图5c显示7月平均气温总体呈西高东低分布特征。主要分为两个气候区Td与Te，其中边界线包括东、西两段。西段边界线主要横穿朝阳北部地区，界线以北地区为Td，界线以南地区为Te。东段边界线北起沈阳北部，向南穿过铁岭西南部边缘、抚顺西部边缘、本溪西北角、辽阳东南角、鞍山南部，一直延伸到大连西北角。边界线以东地区为Td，界线以西地区为Te。

2.5 分区简述

依据上述气候区划原则、指标体系和分区等级系统，将辽宁省分为2个温度带、3个干湿区、2个气候区(图6)；各区的位置及代表站的气候指标值见表5。其中在划分温度带和干湿区时,分别以各站的主要指标值为依据进行划分，当由于主要指标值差异较小而不能明确表示该站所属区域，或由于地形作用影响而导致个别站点的主要指标值与其他多数站点差异较大时，则利用辅助指标来进行区域划分。在进行划定区划界线时，依据指标的等值线确定界线总体走向；并根据取大放小与保证区域气候特征空间分布连续性原则，参照地形(如山地、丘陵等)确定界线的具体位置。

图4 辽宁省≥10 ℃积温日数(a)、干燥指数(b)、7月平均气温(c)变化趋势值及其波动特征值(d、e、f)分布 (1981～2010年)

2.5.1 西北部中温带半干旱区(ⅠATd) 本区主要包括建平县区域。该区域全年平均气温7.6 ℃，最高气温37 ℃，最低气温-36.9 ℃，年均日照时数2850～2950 h，年降水量平均614.7 mm，无霜期120～155 d。主要地貌为辽西山地丘陵区，努鲁尔虎山脉横贯中部，自东北延伸西南。

2.5.2 西北部暖温带半干旱区(ⅡATe) 本区主要包括朝阳市大部、阜新市、义县部分地区。该区域全年平均气温5.4～8.7 ℃，年均日照时数2840～2950 h，年降水量450～580 mm，无霜期120～175 d。土地自然类型多样，山地、丘陵、岗地、川地、平地交错分布。

2.5.3 北部暖温带半干旱区(ⅡATd) 本区主要包括康平县地区。该区域面积较小，地处辽河流域，年平均气温6.9 ℃，年平均日照时数2867.8 h，无霜期在150 d左右，年降水量540 mm左右。主要地貌为北部为科尔泌沙地东南缘，东部为辽河冲积平原，包括低山丘陵、黄土丘陵沟壑、低丘平岗、低洼平原。

2.5.4 北部暖温带半湿润区(ⅡBTd) 本区域主要包括法库县以及铁岭市西部地区。该区域年平均气温为6.7 ℃，7月份平均气温23.8 ℃，1月平均气温为-13.4 ℃，极端最高温度35.1 ℃，极端最低温度为-30.6 ℃，多年平均降雨量为600 mm，平均日照时数2800 h，无霜期150 d左右。 主要地貌为丘陵平原区，西部和西北部山区属医巫吕山支脉，山丘在400 m以下，辽河及其支流秀水河、拉马河贯穿全境，形成较大面积的冲积平原。

表4 不同置信度下气象站点分类统计结果

注：左侧数字代表气象站数量，右侧括号内数值代表该类气象站占气象站总数的百分比。

图5 辽宁省温度带(a)、干湿度(b)以及气候区(c)区划图 (1981～2010年)

2.5.5 东北部中温带半湿润区(ⅠBTd) 本区域主要包括铁岭中部以及北部地区。该区域全年日照为2700 h左右，年平均降雨量为700 mm，年平均气温6.3 ℃，最低气温-31 ℃，最高气温34.4 ℃，封冻期150 d左右，无霜期127～162 d。主要地貌为辽河平原，地势平坦。

2.5.6 东部中温带湿润区(ⅠCTd) 本区域自北向南主要包括铁岭南部、抚顺、本溪、丹东北部地区。该区域年平均气温5.0～8.0 ℃，无霜期为130～160 d，年平均降水量为740～1200 mm，日照时数为2200～2700 h。该区域属辽宁东部山区，属长白山余脉，多山地丘陵，间有大小不均的谷地。

2.5.7 东南部暖温带湿润区(ⅡCTd) 本区域主要包括大连东北角,丹东中南部以及鞍山南部地区。该区域年平均气温多在8～9 ℃，年降水量750～1100 mm，年日照时数在2300～2500 h，无霜期在156～182 d，最高气温36.6 ℃，最低气温-29.3 ℃。该区域属辽东山地丘陵的一部分，地势由东北向西南逐渐降低，以山地和丘陵为主，局部还有阶地、盆地、台地、沿海平原。

2.5.8 南部暖温带湿润区(ⅡBTd) 本区域主要包括大连地区。该区域年平均气温10.5 ℃，极端气温最高37.8 ℃，最低-19.13 ℃，年降水量550～950 mm，日照总时数为2500～2800 h，无霜期165～220 d。地形地貌主要为山地丘陵，平原低地少，整个地形为北高南低。

2.5.9 中部暖温带湿润区(ⅡCTe) 本区域主要包括辽阳东部、抚顺西部边缘、本溪西北角以及岫岩西北角地区。该区域年平均降水量在680～900 mm之间，年平均气温6～8 ℃，无霜期140～170 d。地形地貌主要为丘陵山区，是长白山的余脉。

2.5.10 中部暖温带半湿润区(ⅡBTe) 本区域主要包括沈阳中南部、辽阳西部、鞍山中北部、营口、盘锦、锦州南部以及葫芦岛大部地区。年平均气温8～10.4 ℃，无霜期144～182 d，年降水量550～800 mm，日照时数为2468～2880 h。主要地貌为平原丘陵，大部分地区为辽河冲积平原，辽西部分地区为低地丘陵。

图6 辽宁省气候区划图表5 辽宁省1981～2010年的气候区划结果

温度带干湿区气候区代码所在位置代表站点主要气候指标值站点名称编号海拔/m≥10 ℃日数/d年干燥度7月气温/℃Ⅰ中温带A半干旱区ⅠATd努鲁尔虎山中温带半干带旱区建平54321661.8152.51.722.3B半湿润区ⅠBTd辽北丘陵波状平原中温带半湿润区昌图54243165.1167.51.323.7C湿润区ⅠCTd辽东低山丘陵中温带湿润区清原54259237.2156.60.823.1Ⅱ暖温带A半干旱区ⅡATe大凌河谷暖温带半干旱区朝阳54324174.3183.21.925.0ⅡATd辽河冲积平原暖温带半干旱区康平54244118.6173.21.623.9B半湿润区ⅡBTe浑河冲积平原暖温带半湿润区沈阳5434249.0175.81.124.6ⅡBTd辽南丘陵暖温带半湿润区普兰店5456911.7184.51.123.9C湿润区ⅡCTd辽东丘陵暖温带湿润区丹东5449713.8180.20.723.1ⅡCTe辽东丘陵暖温带湿润区本溪54346185.4171.00.924.0

3 结论与讨论

(1)本文分析了气候区划指标的时空变化趋势和波动特征，结果显示3种气候区划指标总体趋向稳定，但仍然显示出一些变化特征：在年际变化上，辽宁省≥10 ℃积温日数(干燥度、7月平均气温)总体呈缓慢上升(减小、上升)趋势，波动强度呈缓慢减弱(减弱、上升)趋势；在空间分布上，除辽南、辽西地区外，其他大部分地区≥10 ℃积温日数呈缓慢上升趋势，辽南、辽西以及环渤海地区波动强度呈减弱趋势，其他大部分地区呈加强趋势。辽西、辽南地区干燥度呈缓慢减小趋势，有利于气候条件趋湿，其他地区变化趋势交错分布。辽西、辽南地区干燥度波动强度呈缓慢减弱趋势，其他地区为交错分布。7月平均气温大部分站点呈缓慢增加趋势，其中中部地区较明显；南部地区波动强度呈缓慢增强趋势，其他地区呈缓慢减弱趋势。

(2)气候区划指标分级置信度分析中，绝大部分站点没有通过0.1以上置信度检验，表明1981～2010年气候区划指标变化和波动基本上是保持稳定的，呈缓慢变化趋势特征。

(3)气候区划结果表明辽宁省划分为2个温度带、3个干湿区、10个气候区。辽宁中西部大部地区属暖温带，东部地区属中温带；西北部属半干旱区，中部属半湿润区，东部属湿润区。10个气候小区气候均有所差异，区划结果与辽宁省气候状况较一致。

(4)与郑景云的气候区划结果相比，中温带界线偏南，半干旱区的界线有较明显的南移，半湿润区的界线有所东移。在本区划中，建平县属中温带，沈阳北部、锦州北部、阜新、朝阳地区属半干旱区，大连东北角以东以北地区属湿润区。而郑景云的区划结论中，建平县属暖温带，仅沈阳北部地区属半干旱区，其他大部分地区属于半湿润区，大连中部以东以北地区属湿润区。

(5)辽宁省面积较小，地形较复杂，区划结果基本上反映了辽宁省气候区划特征。但本文研究还有许多不足：缺乏辽宁省周边陆地和海洋上气象资料信息，可能对气候区划结果产生影响；虽然本文使用的辽宁省气象站点数量达到61个，但是西北部、东部站点数分布密度仍然较低。因此在以后的区划研究中要改进上述不足，提高气候区划精细化水平。