1957～2014年巨野縣氣候變化特征分析

程萌,鞏在武

1.南京信息工程大學(xué)公共管理學(xué)院,江蘇南京210044

2.巨野縣氣象局,山東巨野274900

1957～2014年巨野縣氣候變化特征分析

程萌1,2,鞏在武1

1.南京信息工程大學(xué)公共管理學(xué)院,江蘇南京210044

2.巨野縣氣象局,山東巨野274900

本文利用線性分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)法相結(jié)合，對(duì)巨野縣1957～2014年的年平均氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)的變化特點(diǎn)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：近58年巨野縣平均氣溫為13.8℃，年均氣溫以0.13℃/10 a的速率增加，20世紀(jì)90年代增暖是一突變現(xiàn)象。年平均降水量為671 mm，呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，下降速率為17.9 mm/10 a，且年際變化大，相鄰年份中，2002年和2003年差別最大，差值為762.5 mm，從1971年開(kāi)始降水量減少，并于1980年超過(guò)了顯著性水平0.05的臨界線。年日照時(shí)數(shù)以88.4 h/a的速率減少，趨勢(shì)十分明顯，其中夏秋季貢獻(xiàn)最大，年際間、年代間無(wú)明顯變化。日照時(shí)數(shù)的突變點(diǎn)為1982年，1984年以后減少趨勢(shì)十分明顯。

巨野縣;氣候;變化特征;分析

氣候作為人類賴以生存的自然環(huán)境的一個(gè)重要組成部分,其變化會(huì)影響到自然生態(tài)系統(tǒng)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。近年來(lái)，許多學(xué)者通過(guò)各種方法對(duì)氣候變化的特征進(jìn)行了分析和研究[1-10]，例如林學(xué)椿等通過(guò)對(duì)中國(guó)近40年來(lái)氣象資料的分析，得出最大增溫在東北和華北地區(qū)，降水量的減少使得干旱和沙漠化成為我國(guó)氣候的兩個(gè)突出問(wèn)題[1]，廉麗姝研究山東近40年氣候變化得出山東年平均氣溫有顯著的上升趨勢(shì)，其中冬季氣溫增幅最大，與全國(guó)氣候變化趨勢(shì)基本一致[2]，王業(yè)宏通過(guò)對(duì)近55年來(lái)山東夏季降水的分析得出降水量下降的傾向率為-15.386 mm/10 a[3]，陳德英指出濟(jì)南市近50年日照時(shí)數(shù)以-129.7 h/10 a的氣候傾向率減少[4]，張秀珍發(fā)現(xiàn)濰坊市降水量以-24.351 mm/10 a的速率減少，氣溫以0.262℃/10 a的速率升高[5]。各地區(qū)的氣候變化規(guī)律各有異同。

巨野縣位于魯西南黃河沖積平原腹地，地勢(shì)平坦，土地肥沃，四季分明，屬溫帶大陸性氣候，是山東省棉、糧、油生產(chǎn)基地的重要組成部分。小區(qū)域的氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活和防災(zāi)減災(zāi)有極其重要的影響[4,5]。因此，通過(guò)對(duì)該地區(qū)氣溫、降水、日照等氣象要素的變化特征的研究，對(duì)充分利用其農(nóng)業(yè)資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展起著重要的指導(dǎo)作用。

1 資料與方法

1.1 資料

本文所用資料為巨野縣氣象局1957～2014年地面氣象觀測(cè)資料，包括巨野縣逐年、逐月氣溫、降水和日照時(shí)數(shù)。

1.2 Mann-Kendall檢驗(yàn)法

Mann-Kendall檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法，最初由曼（H.B.Mann）和肯德?tīng)枺∕.G.Kendall）提出原理并發(fā)展了這一方法，后來(lái)經(jīng)其他人進(jìn)一步完善和改進(jìn)[11]。其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于類型變量和順序變量。Mann-Kendall檢驗(yàn)法原理為：對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列x，構(gòu)造一秩序列：

其中UF1=0，E(sk),var(sk)是累計(jì)數(shù)sk的均值和方差，在x1，x2，，xn相互獨(dú)立，且有相同連續(xù)分布時(shí)，

給定顯著性水平α=0.05，若|UFi|＞Uα=1.96，則表明序列存在明顯的趨勢(shì)變化，按時(shí)間序列x逆序，再重復(fù)上述過(guò)程，同時(shí)使UBk=-UFk（），UB1=0。

在UFk和UBk曲線圖中，若UFk或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)它們超過(guò)臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著。超過(guò)臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。如果UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻便是突變開(kāi)始的時(shí)間。

嚴(yán)格控制檢驗(yàn)環(huán)境。因?yàn)閮?chǔ)存時(shí)間、外界環(huán)境等因素會(huì)直接影響到食品微生物的檢驗(yàn)質(zhì)量，因此需要嚴(yán)格控制檢驗(yàn)環(huán)境。如在設(shè)置檢驗(yàn)空間時(shí)，需要將工作區(qū)域、檢驗(yàn)區(qū)域嚴(yán)格區(qū)分，避免實(shí)施檢驗(yàn)工作的操作區(qū)域受到室內(nèi)工作區(qū)環(huán)境的不利影響；要將無(wú)菌室設(shè)置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，且遵循隱蔽性、便捷性的要求科學(xué)設(shè)計(jì)。

在UFk和UBk曲線圖中，若UFk或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)它們超過(guò)臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著。超過(guò)臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。如果UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻便是突變開(kāi)始的時(shí)間。

圖1 1957～2014年巨野縣年平均氣溫變化Fig.1 The tendency of annual mean temperatures in Juye from 1957 to 2014

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候變化的線性分析

2.1.1 年平均氣溫巨野縣1957～2014年平均氣溫為13.8℃。由圖1可知，近58 a來(lái)，年均氣溫呈上升趨勢(shì)，平均以0.13℃/10 a的速率增加，低于最近50 a中國(guó)年平均氣溫的增加速率（0.22℃/10 a）[10]，極高溫和極低溫分別出現(xiàn)在曲線的兩端，極高溫為2014年的15.1℃，極低溫為1957年的12.6℃，極差為2.5℃。此時(shí)間段按照溫度的高低可劃分為兩個(gè)階段，1957～1988年平均氣溫13.5℃，為偏冷階段，1989～2014年平均氣溫14.0℃，為偏熱階段。包括3個(gè)明顯的升降溫階段，1966～1976年為降溫階段，降溫速率為0.43℃/10 a,1980～1999年為第一個(gè)升溫階段，升溫速率為0.43℃/10 a，2010～2014年為第二個(gè)升溫階段，升溫速率極高，達(dá)到了3.9℃/10 a。

2.1.2 降水量變化巨野縣1957～2014年平均降水量為671 mm。由圖2可以看出，年降水量呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，下降速率為-17.9 mm/10 a，且年際變化大，相鄰年份中，2002年和2003年差別最大，差值為762.5 mm。相對(duì)多雨年在1964、1990、1993、2003年，共4年，相對(duì)少雨年在1966、1988、2002、2012年，共4年，其余50年為正常年。

圖2 1957～2014年巨野縣降水量變化趨勢(shì)Fig.2 The tendency of annual precipitation in Juye from 1957 to 2014

2.1.3 日照時(shí)數(shù)變化從對(duì)巨野縣58 a來(lái)日照時(shí)數(shù)分析來(lái)看（圖3），年日照時(shí)數(shù)以88.4 h/a的速率減少，趨勢(shì)十分明顯，其中夏秋季影響最大。年際間、年代間無(wú)明顯變化。極大值為2842.1 h（1965年），極小值為1749 h（2003年），兩者相差1093.1 h。

圖3 1957～2014年巨野縣年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)Fig.3 The tendency of annual sunshine hours in Juye from 1957 to 2014

2.2 氣候變化的Mann-Kendall檢驗(yàn)

由圖4分析可知，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，巨野縣氣溫有明顯的增暖趨勢(shì)。21世紀(jì)以后，這種增暖趨勢(shì)大大超過(guò)顯著性水平0.05的臨界線，甚至超過(guò)0.001顯著水平（u0.001=2.56），表明升溫趨勢(shì)是非常顯著的。根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，確定巨野縣20世紀(jì)90年代增暖是一突變現(xiàn)象，具體是從1990年開(kāi)始的。降水量減少的突變是從1971年開(kāi)始的，并于1980年超過(guò)了顯著性水平0.05的臨界線。日照時(shí)數(shù)的突變點(diǎn)為1982年，1984年以后減少趨勢(shì)十分明顯。

圖4 巨野縣氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)的Mann-Kendall檢驗(yàn)Fig.4 The Mann-Kendall analysis of temperature,precipitation and sunshine hours in Juye

3 結(jié)論與討論

（1）巨野縣1957～2014年平均氣溫為13.8℃，平均以0.13℃/10 a的速率增加，與參考文獻(xiàn)[2]相符合，低于最近50 a中國(guó)年平均氣溫的增加速率（0.22℃/10 a），極高溫為2014年的15.1℃，極低溫為1957年的12.6℃，極差為2.5℃。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，巨野縣氣溫有明顯的增暖趨勢(shì)。21世紀(jì)以后，這種增暖趨勢(shì)大大超過(guò)顯著性水平0.05的臨界線，甚至超過(guò)0.001顯著水平（u0.001=2.56），表明升溫趨勢(shì)是非常顯著的。根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，確定巨野縣20世紀(jì)90年代增暖是一突變現(xiàn)象，具體是從1990年開(kāi)始的。

（2）巨野縣1957～2014年平均降雨量為671 mm，年降水量呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，下降速率為17.9 mm/10 a，與參考文獻(xiàn)[3]相符合，與且年際變化大，相鄰年份中，2002年和2003年差別最大，差值為762.5 mm。相對(duì)多雨年在1964、1990、1993、2003年，共4年，相對(duì)少雨年在1966、1988、2002、2012年，共4年，其余50年為正常年，降水量減少的突變是從1971年開(kāi)始的，并于1980年超過(guò)了顯著性水平0.05的臨界線。

（3）巨野縣年日照時(shí)數(shù)以88.4 h/a的速率減少，趨勢(shì)十分明顯，其中夏秋季貢獻(xiàn)最大。年際間、年代間無(wú)明顯變化。極大值為2842.1 h（1965年），極小值為1749 h（2003年），兩者相差1093.1 h。日照時(shí)數(shù)的突變點(diǎn)為1982年，1984年以后減少趨勢(shì)十分明顯。

從時(shí)間序列中討論的巨野縣溫度、降水量、日照時(shí)數(shù)的變化特征與全國(guó)及山東省氣候變化規(guī)律有較好的回應(yīng)，但也有部分差異[1-3]。溫度的升高不止受大氣環(huán)流的影響，還和人類活動(dòng)有關(guān)，降水量更具有顯著的局域性特征,因?yàn)楦鞯亟邓砍艽髿猸h(huán)流影響外，還受地形地貌等復(fù)雜因素的影響，降水、云量以及氣溶膠引起的視程障礙又是影響日照時(shí)數(shù)變化的直接因素。氣候變化的原因是極其復(fù)雜的，因此，需要在分析其變化特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)氣候變化機(jī)理的研究，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活和防災(zāi)減災(zāi)提供理論參考。

[1]林學(xué)椿,于淑秋.近40年我國(guó)氣候趨勢(shì)[J].氣象,1990,16(10):16-22

[2]廉麗姝,李為華,朱平盛.山東省近40年氣候變化特征[J].氣象科技,2006,34(1):57-61

[3]王業(yè)宏,孫興池,高慧君.山東省近55年夏季降水和平均氣溫的多時(shí)間尺度分析[J].山東氣象,2007,24(3):11

[4]陳德英,李蕓,王新堂.濟(jì)南市近58年日照變化特征分析[J].山東氣象,2010,30(1):13

[5]張秀珍,張文煜,宋嘉堯,等.濰坊市近45年特征分析[J].山東氣象,2008,28(1):15

[6]馬曉群,張愛(ài)民,陳曉藝.氣候變化對(duì)安徽省淮河區(qū)域旱澇災(zāi)害的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2002,23(4):1-4

[7]苗愛(ài)梅,武捷,賈利冬,等.1950—2008年山西氣候變化的特征及趨勢(shì)研究[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2010,25(3):264-272

[8]徐宗學(xué),張楠.黃河流域近50年降水變化趨勢(shì)分析[J].地理研究,2006,25(1):27-34

[9]李樹(shù)軍,袁靜,王文波,等.濰坊市農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2013,29(20):157-164

[10]翟盤茂,潘曉華.中國(guó)北方近50a溫度和降水極端事件變化[J].地理學(xué)報(bào),2003,58(增刊):1-10

[11]魏風(fēng)英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].2版.北京:氣象出版社,2007:38

[12]何云玲,魯枝海.近60年昆明市氣候變化特征分析[J].地理科學(xué),2012,9:1119-1124

Analysis on the Characteristics of Climate Changes in Juye County from 1957 to 2014

CHENG Meng1,2,GONG Zai-wu1
1.Institute of Public Administration/Nanjing University of Information Science&Technology,Nanjing 210044,China
2.Juye County Meteorological Bureau,Juye 274900,China

This paper analyzed on the variation characteristics of the annual average temperature,rainfall and sunshine times in Juye County during 1957-2014 using the method of linear analysis and Mann-Kendall examination.The result showed that the average temperature was 13.8℃and the annual average temperature increased by the rate of 0.13℃/10a in recent 58 years in Juye.Warming was a mutation phenomenon in the 1990s,specific starting in 1990.The annual average rainfall was 671 mm to show a clear downward trend at 17.9 mm/10 a and the interannual change was large.The largest difference was 762.5 mm between 2002 and 2003.The reducing precipitation mutation began in 1971 and surpassed the significant level of 0.05 in 1980.Annual sunshine hours decreased at rate 88.4 h/a and the trend was very obvious and the largest contribution to them was in summer and autumn.The abrupt change point of the sunshine time was in 1982 and the reducing trend was obvious after 1984.

Juye;climate;characteristics of changes;analysis

P468.1/.7

A

1000-2324(2015)05-0721-04

2014-08-15

2014-09-23

程萌(1982-),男,山東菏澤人,本科,工程師.主要從事氣象綜合觀測(cè)工作.E-mail:83704198@qq.com