潍坊市暖冬气候分析

朱翠红 刘哲 王婉

摘要 潍坊市自1971年以来，全市所有地区的冬季平均温度维持在-3.8～2.2℃范围内，呈现出典型的暖冬气候特征，这与当地隶属于北温带季风区，呈现暖温带季风型半湿润大陆性气候有关。首先探讨了暖冬的相关理论，重点结合潍坊市暖冬实验资料与方法对冬季气温变化特征展开全方位分析。

关键词 暖冬气候;暖冬实验;气温变化;异常

中图分类号：P458 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）03-113-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.047

潍坊市拥有平原、低山丘陵、滨海三种下垫面地势类型，通过对潍坊（1971—2018年）冬季（12月至翌年2月）气象状况进行记录分析，发现70—80年代当地冬季处于偏冷振荡期，90年代以来一直为偏暖期，冬季中各个月份气温都存在增温发展趋势，尤其是平均最低气温升高相对显著。通过对潍坊市冬季气候特征进行深度研讨，挖掘其中特点，期望以此为潍坊市未来冬季气候研究提供有价值的参考依据。

1 冬季平均气温变化特征

1.1 冬季平均气温年际及年代际变化

相比于冷冬，暖冬冬季的平均气温变化是长期持续的，简言之暖冬的温度变化幅度相对较大，尤其是异常暖冬存在较大的群发性特征[1]。1880—1970年之前，我国绝大部分地区都为冷冬气候，1970年以后异常暖冬情况开始逐渐出现，其中距平超过2 强度的异常暖冬集中在1970—2018年间[2]。说明我国冬季平均气温的变化是长期的且存在异常性的，可能与大气环流以及全球气温变化背景等因素相关。国内气象学学者也研究全球气候变暖，尤其是西伯利亚冬季高压对我国冬季温度的影响，寻找二者之间关联，并对暖冬气候问题进行定性[3-7]。

以山东省潍坊市为例，整体看来气温变化倾向于年际以及年代际变化，对冬季平均最高与最低气温变化曲线、线性变化倾向等内容进行分析，获得1971—2018年潍坊市冬季平均气温、平均最高温度与平均最低温度变化趋势，定性潍坊市是否在过去48年经历了暖冬，受到暖冬气候影响。

如果从当地常年冬季平均气温年代际变化情况看，潍坊市冬季平均气温变化呈现显著上升的趋势，上升幅度为0.4℃/10年，通过了0.001的显著性水平检验。70—80年代属于偏冷振荡期，冬季平均气温基本在历年平均值以下。90年代以来呈现上升趋势，属于偏暖期，2001年、2006年更是达到了历史峰值，为1.4℃，比最冷的1971年（-3.0℃）高4.4℃，21世紀10年代冬季平均气温略有下降，但仍在历年平均值以上（见图1）。

从各站点来看，所有站点冬季气温总体均呈现上升趋势，例如潍坊本站经度为119度12分、纬度为36度45分，地处22.2 m低海拔高度，在1971—2018年的冬季平均温度年代值分别为-1.1℃、-1.3℃、-1.2℃、-0.5℃、0.0℃。可以看到，潍坊的冬季平均温度还是呈现出了明显暖冬发展趋向，冬季温度逐渐升高，但是这一暖冬期的冬季平均气温是否处于长期缓慢变化过程中的，还需要加以进一步分析以求获得更有价值结论。

1.2 冬季平均气温的突变分析

为详细了解潍坊市冬季平均气温的变化，通过目前常用的Mann-Kendall检验进行突变分析，给定显著性水平α=0.05，u0.05=±1.96[8-9]。通过分析Uf曲线可知，潍坊市冬季平均气温呈现明显增暖趋势，80 s末90 s初增暖趋势超过了0.05的显著性水平临界线，从90 s后期到21世纪以来，增暖趋势甚至超过了0.001（u0.001=±2.56）的显著性水平，这表明潍坊市冬季平均气温增暖趋势十分显著。 Uf与Ub曲线于1989年相交于±1.96的信度线之间，表明潍坊市冬季平均气温在80 s末发生由冷到暖的突变，具体突变发生1989年前后（见图2）。

2 潍坊市暖冬变化

实际上在传统气候学理论中并没有定义何为"暖冬"，它是当前全球变暖现象发生以后出现的新气象名词。有关暖冬的定义可参考气象学中的暖锋、暖流、暖气团等基本概念。目前的气象学界专门将冬季细分为暖冬和冷冬，细分范围为每年12月至次翌年2月，根据《暖冬等级》（GB/T 21983-2008）对单站、区域暖冷冬进行了划分。暖冬对于人类生产生活有利有弊，能够节约大量能源，减轻供能压力，但同时也可引发农业生产中病虫害的全年持续爆发，严重影响农业生产收益，还会提高呼吸道疾病的发生率[10-11]。

2.1 暖冬、冷冬的基本划分

选取潍坊9个台站从1971-2018年冬季平均气温为例，将冬季定义为当年12月至翌年2月，结合概率方法研究气候事件。主要是基于近年来的气候主题研究展开，有效规避不同地区温度变化幅度导致区域性差异的出现，也增加了可比性。具体来讲，可将冬季温度变化视为是正态高斯分布，平均划分气候偏高、正常以及偏低3类气候事件，即每一类气候事件发生的概率可规范在33.3%左右，由此计算不同台站的温度偏暖阈值[12]。假设冬季平均气温为随机变量，需要服从正态高斯分布对概率密度函数进行计算分析，具体如下。

结合将气温概率密度平均划分为3份，其中包括偏冷、正常与偏暖3类概率气候事件，发生概率均为33.3%，由此将冷、暖气候边界阈值设置为-0.43 、0.43 ， 与T分别表示为标准差与气候平均值。在算式中， 代表了样本长度，可取值1971-2018年序列， 表示了1981-2010年30年的冬季气候平均气温。采用概率气候事件进行划分，确定各站点冬季温度偏暖不同阈值，并对不同区域的暖冬标准在性质上进行统一，进而消除温度分布在不同地域的差异。

区域暖（冷）冬指标为区域范围内暖（冷）冬站点数超过总站点数的50%，区域强暖（冷）冬划分标准为在区域暖冬年内，强暖（冷）冬站点数超过暖（冷）冬站点数的50%，否则为区域弱暖（冷）冬。

2.2 潍坊市暖冷冬变化分析

近48年来，潍坊市各地区冷暖冬年数总体上不存在较大差别，基本特征首先呈现总体暖冬年略少于冷冬年，尤其是70s～80s冷冬年明显多于暖冬年，单站暖冬仅出现了3次。进入20世纪90年代以后，暖冬年数量开始增多，暖冬年甚至超过了冷冬年，暖冬年呈现出了持续迅速增加的发展态势，潍坊本站暖冬年数最多，说明城市化对暖冬具有一定的促进作用。从全市来看，区域冷冬年总体大于区域暖冬年，区域冷冬年主要出现在20世纪90年代之前，区域强冷冬近48年共出现了6次，全部出现在70 s～80 s。从20世纪90年代开始区域暖冬年呈现增多趋势，区域强暖冬从20世纪90年代之后开始出现，共出现4次（见表1）。

通过对潍坊市区域冷暖冬指数的线性拟合，发现潍坊市区域冷暖冬的年际变化突出。潍坊市区域暖冬指数以12.3%/10年的速率上升，通过了0.01的显著性水平检验， 1971—2018年发生了14次区域暖冬事件，其中暖冬强度弱和强分为10年和4年;潍坊市冬季偏暖，暖冬年在时间分布上很不均匀，特别是进入21世纪以来，呈现明显变暖趋势，出现了两次连续3年以上的暖冬年。潍坊市区域冷冬指数与之相反，以每10年16.2%的速度减少，通过了0.001的显著性水平检验，近48年共有17次区域冷冬事件，13次发生在90 s之前。潍坊市区域冷暖冬基本以80 s末90 s初为分界线，分界线之前冷冬事件频发，之后多以暖冬事件为主，这与前文分析的潍坊冬季平均气温冷暖突变发生在1989年的结论基本吻合（见图3）。

实际上，在过去48年间，全国气温变化趋势是与全球气温变化趋势大致相近的，总体特征都是增暖发展趋势[13]。细致分析会发现这种增暖表现为冬季气温逐渐升高，各地区针对全球气候变暖的响应并非完全相同。例如，在我国西南地区49年来始终处于降温发展趋势，暖冬渐行渐远[14]。而东北、华北、西北以及西部地区则呈现冬季增温趋势，其中就包括了山东省潍坊市[15-17]。选取潍坊地区低山丘陵（临朐）、平原（潍坊）、滨海（寿光）等三种不同下垫面地区进行细致的实验分析，了解暖冬气温变化状况，深度讨论潍坊市冬季气温的实际变化规律，发现当地不同下垫面对暖冬气候特征的影响。

3 潍坊市暖冬实验分析

3.1 实验资料与方法

选用取潍坊市1971—2018年冬季气温变化数据，分别对冬季（12月至翌年2月）的月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温等气温资料进行分析。在研究中，主要对潍坊地区的低山丘陵、平原、滨海三种大气下垫面进行分析，统计分析冬季气温变化倾向性，了解当地不同下垫面暖冬年分布情况与年代际变化特征情况。

3.2 潍坊市不同下垫面的冬季气温变化特征

通过对潍坊市冬季的气温变化特征进行深度剖析发现，潍坊市不同下垫面地区的冬季以及冬季各月平均气温、平均最高气温、平均最低气温变化均呈现上升趋势，其中滨海地区冬季升温最为显著，对整个地区冬季升温贡献最大。从冬季平均气温、平均最高气温和最低气温变化来看，冬季平均最低气温升高最为明显，冬季不同下垫面平均最低气温的升幅在0.36～0.71℃/10年，而冬季平均最高气温升温速度相对缓慢。

对潍坊地区的冬季平均气温、最高平均气温和最低平均气温进行年代时间统计，潍坊的三种下垫面年代际变化基本保持一致水平，在70～80年代间振荡降低，90年代开始温度显著上升，进入暖冬期，其中滨海地区90年代与80年代的年代差达到了1.5℃，升温明显。进入21世纪后冬季平均气温变化略有振荡，如低山丘陵地区2016年冬季平均气温达到历史峰值（1.6℃），2017年又跌落至-0.1℃，暖冬期温度变化极不稳定，但整体看来温度增幅相对明显。

从潍坊地区不同下垫面冬季各个月份线性发展趋势展开进一步分析，发现不同年份冬季各月气温变化表现不甚相同。2月份升温最为显著，3种下垫面的月平均气温、平均最高气温和平均最低气温的升温幅度均通过了0.01的显著性水平检验，其中滨海地区月平均最低气温的增幅相对最大，达到了0.946℃/10年，说明2月份增温对冬季变暖的贡献最大 ;12月份增温幅度最小，如平原地区冬季平均最高气温增温速度为0.069℃/10年左右，该数值为增温幅度最小值（见表2）。

3.3 不同下垫面暖冷冬分析

通过分析，发现潍坊市不同下垫面暖冬指数上升明显，每10年升幅为0.3～0.53℃，北部滨海地区升幅最大，中部平原升幅最小。从暖冷冬频率来看，不同下垫面冷暖冬频率略有差异，暖冬频率平原最高，为40%，滨海最低，仅有27%;而冷冬频率与之相反，呈现滨海高平原低的特点，不同下垫面冷冬频率在27%～35%之间。不同下垫面不同年代冷暖冬出现次数差别较大。1971～1979，平原地区暖冬年明显多于其他地区，出现6次，而滨海地区仅在20世紀70年代出现暖冬1次，20世纪80年代未出现暖冬事件;而冷冬事件1971～1979不同下垫面差别更大，滨海地区最多，出现了13次冷冬，而平原地区只出现了7次。20世纪90年代后，各下垫面冷暖冬变化趋势一致，冷冬减少，暖冬显著增多。冷冬事件地域差别不大，在4～6次左右;发生连续暖冬事件频率增多，特别是2013—2018年，暖冬的影响范围及强度达到峰值，除滨海外其他地区均出现了连续6年的暖冬，中部平原地区出现了5年的强暖冬（见表3）。

3.4 低温日数变化分析

冬季气温的高低与本地区冷空气活动的次数和强度有直接的关系，而低温日数是反映冷空气影响的最直接表现，常说的低温日数是指日最低气温≤-10.0℃的日数。以滨海为例，近48年平均低温日数为11.0 d，平均每10年减少3.8 d。1971—1989年冬季最低气温≤-10.0℃的日数平均为18.1 d，1990—2018年平均6.4 d，变化幅度如此之大，更说明暖冬已经成为潍坊地区主要冬季气候表现类型，低温日数整整减少了65%。自进入20世纪90年代以后，潍坊地区的冷空气活动呈现出更进一步明显减少发展的趋势，冷冬期显著减少，强冷冻期完全消失。

4 结论

（1）在近48 a来，潍坊市各个地区的冬季气温总体还是呈现出显著升高发展趋势的，升温幅度0.4℃/10 a，通过了0.001的显著性水平检。通过对潍坊地区冬季平均气温的突变分析表明，潍坊市冬季平均气温在20世纪80年代末发生了由冷到暖的突变，其中尤以1989年之后冬季增温最为明显，全区冬季平均气温在2001年最高达到1.4℃。

（2）潍坊市冬季平均气温变化幅度大，但潍坊市各地区冷暖冬年数量总体差别不大，呈现暖冬年略少于冷冬年，而冷、暖冬年的年代际分布差异明显偏大，进入20世纪90年代以后就再未出现过冷冬年，暖冬年从20世纪90年代至今成了潍坊市的主要冬季气候类型，区域强暖冬共出现4次，全部出现在近30 a。潍坊市暖冬指数呈现显著上升趋势，上升速率为12.3 %/10 a，潍坊市冷冬指数以16.2 %/10 a的速率下降，通过了0.001的显著性水平检验。

（3）潍坊市三种不同下垫面的冬季及冬季各月平均气温、平均最高气温、平均最低气温均呈现上升趋势，尤以滨海地区冬季升温明显高于平原与低山丘陵地区，对冬季地区升温贡献最大。冬季平均最低气温升高最为明显，冬季不同下垫面平均最低气温的升幅在0.36～0.71℃/10 a之间，而冬季平均最高气温升温速度相对缓慢。2月份升温对冬季变暖的贡献最大，其中滨海地区2月份平均最低气温升温幅度达到了0.946℃/10 a。

（4）通过对潍坊市冬季低温日数的分析发现，冬季冷空气活动次数正在逐渐减少，强度减弱且冬季温度升高，这是暖冬年出现的最主要原因。

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责任编辑：黄艳飞