泰安市近60年氣溫和降水的演變特征

陳善炳,趙鋼,陳彬

泰安市氣象局,山東泰安271000

泰安市近60年氣溫和降水的演變特征

陳善炳,趙鋼,陳彬

泰安市氣象局,山東泰安271000

利用泰安市6個臺站1951年1月至2015年2月月平均溫度和月降水量資料，研究了近60 a泰安市氣溫和降水的多時間尺度演變特征。結(jié)果表明，各月平均氣溫都有增暖的趨勢，只是增暖的幅度不盡相同。泰安市冬季氣溫增暖明顯大于夏季。泰安市各季氣溫存在顯著的準(zhǔn)8 a周期特征；泰安市主要降水期為夏季7、8月份。占全年降水量比重最多的夏季降水的減少導(dǎo)致泰安市降水量呈減少的趨勢。夏半年各月降水量的年際變率明顯的大于冬半年各月。春季降水主要呈現(xiàn)準(zhǔn)6 a的周期特征。秋季降水主要呈現(xiàn)準(zhǔn)3 a和8 a的周期特征，2000 a以來表現(xiàn)更為顯著。冬季降水則表現(xiàn)為準(zhǔn)2 a的周期震蕩，這表明冬季降水的年際變化特征最為顯著。

泰安市;氣溫;降水;演變特征

在全球變暖背景下，氣候變化及其異常給我們的生活帶來各種影響，隨著政治經(jīng)濟(jì)活動的日益活躍，這種影響也就越來越密切。泰安市，位于山東省中部，屬于溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，寒暑適宜，光溫同步，雨熱同季。春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季晴和氣爽，冬季寒冷少雪。泰安市作為全國著名的旅游城市，了解和掌握它的氣候特征，對泰山旅游氣候資源的研究和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。

近年來關(guān)于氣候變化分析研究一直是學(xué)科熱點[1-5]。一直以來，泰安市氣象局的業(yè)務(wù)人員對泰安市氣候特征（氣溫、大霧日數(shù)、雷暴、輻射等）的分析做了大量的工作。賈漢奎等[6]根據(jù)泰山氣象站1955～2004 a氣溫及降水資料，從年、季平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、降水量變化趨勢及異常年份的分析等角度對泰山近50 a來的氣候變化作了較全面的分析。王升國等[7]用統(tǒng)計學(xué)原理對泰安市所轄的5個氣象觀測站1971～2009 a的大霧資料進(jìn)行分析，得出時間分布特征。賈漢奎等[8]用1953～2010 a地面觀測資料，對泰安雷暴氣候特征進(jìn)行了分析。隨著全球變暖的影響，極端天氣氣候事件頻發(fā)。趙鋼等[9-11]分析研究了山東省及泰安市幾次極端天氣事件的成因。本文將統(tǒng)計分析泰安市近60 a氣候特征和異?，F(xiàn)象，旨在揭示季風(fēng)背景下泰安市氣候的變化規(guī)律，為防災(zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供科技支撐。

1 資料和方法

利用泰安市泰安、泰山、新泰、寧陽、東平、肥城共6個臺站1951年1月至2015年2月月平均溫度和月降水量資料，統(tǒng)計分析了近60 a泰安市氣溫和降水的月、季、年和年代際變化及其周期特征。主要研究方法有線性傾向估計、小波分析等[12]。

2 氣溫演變特征

2.1 泰安市月平均氣溫變化特征

表1給出了泰安市1951～2014年各月氣溫統(tǒng)計分析。月平均氣溫最高值出現(xiàn)在7月，為25.0℃，月平均氣溫最低值出現(xiàn)在1月，為-3.0℃。前冬(12月)平均氣溫要低于后冬(2月)。各月平均溫度最小值都出現(xiàn)在1960 a以前，反映出在1960 a代，泰安市處于溫度偏低的時期。而各月平均溫度最大值除5月(1967)、7月(1953)、8月(1967)外，都出現(xiàn)在1998 a以后，表明最近10 a泰安市月平均氣溫明顯升高。從線性傾向趨勢來看，各月平均氣溫都有增暖的趨勢，只是增暖的幅度不盡相同。其中增暖趨勢最明顯的是2月，為0.55℃/10 a，其次是3月，為0.47℃/10 a，溫度變化趨勢最不明顯的是8月份，其次是7月份，表明泰安市冬季氣溫增暖明顯大于夏季。

表1 泰安市各月氣溫統(tǒng)計特征Table Statistics of monthly temperatures in Tai’an City

為了更好的分析泰安市各月氣溫的年際變化特征，我們給出了1951～2014 a各月氣溫演變的時間序列(圖1)。從圖1可以看出，泰安市各月氣溫存在明顯的年際變化特征，冬半年的氣溫年際變化幅度要明顯的大于夏半年，表明泰安市冬季氣溫年際變率要大于夏季，冬季更容易出現(xiàn)氣候異常。從年代際尺度上來看，在1950 a代中期，泰安市月平均氣溫異常偏低，是建國以來最冷的一段時期。自1980 a代開始，泰安市各月平均氣溫開始進(jìn)入明顯增暖的時期，1980 a代以前，各月平均氣溫大都處于平均值以下，1980 a代以后，各月平均氣溫明顯上升，尤其是在1980～2000期間，年際波動更加顯著。新世紀(jì)初，泰安市各月氣溫的增暖幅度進(jìn)入一個趨緩的時期，在變暖的背景下多次出現(xiàn)低溫月，其中1月和12月表現(xiàn)的最顯著。

圖1 1951～2014年泰安市各月氣溫時間序列Fig.1 Time sequences of temperatures in Tai’an City from 1951-2014

2.2 泰安市季平均氣溫變化特征

在分析各月平均氣溫變化特征的基礎(chǔ)上，利用線性傾向估計和小波分析的方法研究了泰安市春、夏、秋、冬4季氣溫的演變趨勢及周期特征。圖2為1951～2014 a泰安市春季(2 a)、夏季(2 b)、秋季(2 c)、冬季(2 d)平均氣溫時間序列及線性趨勢。從圖中可以看出，近60 a泰安市各季氣溫變化主要呈現(xiàn)出增暖的演變趨勢，其中增暖最為顯著的是冬春兩季，近10 a來春季氣溫一直維持在較高的位相，1986 a前后，泰安市冬季氣溫由冷位相進(jìn)入暖位相并持續(xù)到2000 a前后，最近10 a冬季氣溫增暖趨勢放緩。夏秋兩季增暖趨勢要小于冬春季節(jié)，自1980 a代中后期以來，夏季平均氣溫的年際變率明顯增大。

圖2 1951～2014年泰安市各季平均氣溫的時間序列Fig.2 Time sequences of average seasonal temperatures in Tai’an City from 1951-2014

為了更好的把握泰安市各季平均氣溫的變化規(guī)律，利用小波分析的方法分析了各季平均氣溫的周期特征。圖3給出了泰安市春季、夏季、秋季、冬季平均氣溫的小波分析。結(jié)果表明泰安市各季氣溫存在顯著的周期變化，春季氣溫存在顯著的準(zhǔn)8 a周期震蕩特征，夏季氣溫存在準(zhǔn)8年和準(zhǔn)16 a的周期震蕩特征，秋季氣溫存在準(zhǔn)8 a的周期震蕩特征，冬季氣溫準(zhǔn)16 a的周期特征沒有通過顯著性檢驗。

圖3 泰安市各季平均氣溫的小波分析Fig.3 The wavelet analysis on the average seasonal temperatures in Tai’an City

3 降水演變特征

3.1 泰安市月降水變化特征

表2給出了泰安市各月降水的統(tǒng)計分析特征。泰安市各月降水差異大，主要降水期為夏季7、8月份。月平均降水量最多的是在7月份，為226.5 mm，月降水極值為586.8 mm出現(xiàn)在1957年7月。從線性趨勢上看，相對于溫度一致增暖的趨勢，降水的變化趨勢也更為復(fù)雜，1月、3月、4月、6月、7月、8月、10月、11月、12月呈現(xiàn)減少的趨勢，趨勢最顯著的為7月，2月、5月和9月的降水成增加的趨勢。這表明占全年降水最多的夏季降水的減少導(dǎo)致泰安市降水量呈減少的趨勢。

表2 泰安市各月降水統(tǒng)計分析Table 2 Statistics of precipitation in Tai’an City months

為了更好的分析泰安市各月降水的年際變化特征，我們給出了1951～2014 a各月降水量的時間序列(圖4)。從圖中可以看出，泰安市月降水量存在明顯的年際變化特征。夏半年各月降水量的年際變率明顯的大于冬半年各月，降水量減少趨勢最明顯的是7月份，線性傾向系數(shù)為8 mm/10 a，降水量增加趨勢最明顯的是5月份，線性傾向系數(shù)為5 mm/10 a。從年代際尺度來看，泰安市各月降水量的變化相較于溫度并不明顯。

圖4 1951～2014年泰安市各月降水量時間序列Fig.4 The time sequences of monthly precipitations in Tai’an City from 1951-2014

3.2 泰安市季降水量變化特征

在分析各月平均氣溫變化特征的基礎(chǔ)上，利用線性傾向估計和小波分析的方法研究了泰安市春、夏、秋、冬4季降水的演變趨勢及周期特征。

圖5 1951～2014年泰安市各季降水量的時間序列Fig.5 The time sequences of seasonal precipitations in Tai’an City from 1951-2014

圖5為1951～2014 a泰安市春季(8 a)、夏季(8 b)、秋季(8 c)、冬季(8 d)降水量時間序列及線性趨勢。從圖中可以看出，泰安市降水存在顯著的年際變化和年代際變化特征，冬季降水的年際變率最為顯著。在20世紀(jì)50～60年代，春季降水的年際變率要遠(yuǎn)小于夏季、秋季和冬季降水的異常，在20世紀(jì)70～80年代期間，夏季和秋季降水的年際異常進(jìn)入較小的時期，20世紀(jì)90年代以來，尤其是最近10 a，夏季和冬季降水在波動中明顯減少。從演變趨勢來看，除春季降水呈較弱增加的趨勢外，夏季、秋季、冬季降水呈明顯減少的趨勢，尤其是在夏季。

圖6 泰安市各季降水的小波分析Fig.6 The wavelet analysis on seasonal precipitations in Tai’an City

為了更好的把握泰安市各季降水的變化規(guī)律，利用小波分析的方法分析了各季降水的周期特征。春季降水主要呈現(xiàn)準(zhǔn)6 a的周期特征。夏季降水的周期特征沒有通過顯著性檢驗。秋季降水主要呈現(xiàn)準(zhǔn)3 a和8 a的周期特征，2000 a以來表現(xiàn)更為顯著。冬季降水則表現(xiàn)為準(zhǔn)2 a的周期震蕩，這表明冬季降水的年際變化特征最為顯著。

4 結(jié)論和討論

在分析泰安市近60 a氣溫和降水的多時間尺度變化特征，研究其周期特征、演變趨勢。主要得出以下結(jié)論：

（1）泰安市月平均氣溫最高值出現(xiàn)在7月，月平均氣溫最低值出現(xiàn)在1月。各月平均氣溫都有增暖的趨勢，只是增暖的幅度不盡相同。泰安市冬季氣溫增暖明顯大于夏季。泰安市各季氣溫存在顯著的準(zhǔn)8 a周期特征。

（2）泰安市主要降水期為夏季7、8月份。月平均降水量最多的是在7月份。占全年降水量比重最多的夏季降水減少了導(dǎo)致泰安市降水量呈減少的趨勢。夏半年各月降水量的年際變率明顯的大于冬半年各月。降水的周期特征更為復(fù)雜。春季降水主要呈現(xiàn)準(zhǔn)6 a的周期特征。秋季降水主要呈現(xiàn)準(zhǔn)3 a和8 a的周期特征，2000 a以來表現(xiàn)更為顯著。冬季降水則表現(xiàn)為準(zhǔn)2 a的周期震蕩，這表明冬季降水的年際變化特征最為顯著。

[1]任國玉,初子瑩,周雅清,等.中國氣溫變化研究最新進(jìn)展[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10(4):701-716

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[3]胡桂芳,薛德強(qiáng),奚秀芬.山東近百年來的氣溫變化[J].山東氣象,2003,23(3):8-11

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[5]陳永紅,張愛英,郭曉軍,等.河北省近45 a溫度變化的特征分析[J].山東氣象,2009,29(2):23-26

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[11]趙鋼,楊瑞峰,王升國,等.山東省2009年5月9～10日大暴雨成因分析[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,42(1):105-110

[12]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京:氣象出版社,110

The Evolutionary Characteristics of Temperatures and Precipitations inTai’an City duringLatest 60Years

CHEN Shan-bing,ZHAO Gnag,CHEN Bin
Tai’an Meteorological Administration,Tai’an 271000,China

The monthly average temperature and monthly precipitation data observed by six stations in Tai’an during January 1951 and February 2015 were examined to study the characteristics of change in temperature and precipitation of the city on various timescales for these nearly 60 years.According to the results of this study,all the monthly average temperatures show an upward trend,albeit to different extents.Evidently,the temperature rise extent in this city is higher in winter than in summer.The four seasonal temperatures feature a significantly quasi-periodic 8-year cycle and it is noticed that the main precipitation period in Tai’an is July and August in summer.The reduction in summer precipitation,which constitutes the major part of the annual rainfall,results in a descending trend in precipitation amount of the city.The interannual variability of the monthly precipitation in the summer half year is obviously larger than in the winter half year.Spring precipitation largely presents a quasi-periodic 6-year cycle.Autumn precipitation generally displays a quasi-periodic 3-and 8-year cycle, especially since 2000.Winter precipitation shows a quasi-periodic 2-year oscillation,suggesting winter precipitation has the most significant interannual variability.

Tai’an;temperature;precipitation;evolutionary characteristics

S716.1

A

1000-2324(2016)06-0862-05

2016-05-11

2016-05-20

泰安市氣象局氣象科學(xué)技術(shù)研究項目資助

陳善炳(1960-),男,本科,工程師,主要從事人工影響天氣研究.E-mail:121221636@qq.com