1957—2014年山東省龍口市溫度和降水變化特征

王一然，潘仕梅，衣淑玉，史淑一，于立芝，劉 磊，劉 璐

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院，山東煙臺(tái)264670）

1957—2014年山東省龍口市溫度和降水變化特征

王一然，潘仕梅，衣淑玉，史淑一，于立芝，劉 磊，劉 璐

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院，山東煙臺(tái)264670）

為了充分利用龍口市的氣候資源，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，利用線(xiàn)性?xún)A向估計(jì)、M-K突變分析和滑動(dòng)平均法等方法，對(duì)龍口市1957—2014年的溫度和降水量進(jìn)行變化特征分析。結(jié)果表明：龍口市58年來(lái)的溫度均值為12.3℃，年降水量均值是605.0 mm；年氣溫變化表現(xiàn)為上升狀態(tài)，氣候傾向率為0.5℃/10 a，在四季溫度變化中，夏季增溫最小，春季增溫最大；年降水量下降趨勢(shì)顯著，以8.96 mm/10 a的速率線(xiàn)性降低，四季降水變化中，冬季下降幅度最小，秋季最大；在1950s—1970s期間，氣溫開(kāi)始平穩(wěn)降低，而1980s至今氣溫明顯增長(zhǎng)；降水量的年代際變化呈“增多—減少—增多”的變化規(guī)律，其中1970s—1980s呈減少規(guī)律；龍口市近58年的氣溫和降水的均值分別于1989年和1979年出現(xiàn)突變。該研究獲得了龍口市氣候變化規(guī)律的最新理論。

氣候變化；特征分析；突變檢測(cè)；龍口市；農(nóng)業(yè)發(fā)展

0 引言

21世紀(jì)以來(lái)，全球氣候變暖已變成人類(lèi)亟需處理的環(huán)境問(wèn)題。盡管近幾年由于自然因素的影響，地球升溫速度逐漸趨于平緩，但研究表明，未來(lái)地球溫度將會(huì)有明顯的上升趨勢(shì)[1]。伴隨著地表溫度的大幅快速增加，極端氣候也將頻頻發(fā)生，其會(huì)對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活造成極大的不便，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、旅游業(yè)的發(fā)展，阻礙社會(huì)的進(jìn)步[2-3]。例如，極端高溫或暴雨現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響植物的呼吸作用和光合作用，從而使農(nóng)作物產(chǎn)量降低，阻礙當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展。因此，掌握氣候變化的特征及預(yù)估其變化趨勢(shì)將成為未來(lái)治理氣候問(wèn)題的關(guān)鍵，有關(guān)氣候變化方面的研究工作成為許多來(lái)自不同國(guó)家的專(zhuān)家學(xué)者的研究重點(diǎn)。

Dai[4]提出溫室氣體是影響未來(lái)氣候變化的重要因素，運(yùn)用氣候模型將有助于預(yù)測(cè)氣候變化趨勢(shì)；趙宗慈等[5]表示，提高氣象資料的精確度及改善氣候模式將會(huì)提高未來(lái)氣候變化預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。中國(guó)氣溫也受全球變暖的影響，其增長(zhǎng)速率及幅度遠(yuǎn)高于同期北半球國(guó)家。由于中國(guó)地域遼闊，橫跨多個(gè)氣候帶，所以導(dǎo)致不同地區(qū)之間氣候特點(diǎn)有明顯不同。專(zhuān)家學(xué)者們運(yùn)用相應(yīng)的研究方法從全國(guó)到區(qū)域的氣候特征進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，取得了很多研究成果。研究結(jié)果表現(xiàn)為中國(guó)氣候趨勢(shì)總體以降水增多、氣溫升高為主；氣溫隨緯度變化，南方省份氣溫較高，北方省份氣溫較低；降水量變化受緯度和經(jīng)度的影響，南方降水量高，北方降水量低，東部降水多，西部降水少[6-7]。不同季節(jié)的氣溫與降水也存在著明顯的區(qū)域差異：冬春兩季，中國(guó)大部分地區(qū)氣溫上升而西南省份持續(xù)降溫，全國(guó)范圍內(nèi)降水量變化不大；夏秋兩季，氣溫變化受緯度影響，南方地區(qū)在夏季升溫，北方地區(qū)則在秋季有明顯的溫度提升，中緯度省份降水量逐漸減少[8]。極端氣候特點(diǎn)也因地域差異而出現(xiàn)不同：極端降水方面以暴雨為例，其受緯度影響較大，南方地區(qū)極端降水事件發(fā)生頻繁，其中長(zhǎng)江中下游地區(qū)事件發(fā)生次數(shù)增幅最大，北方地區(qū)則呈現(xiàn)相反趨向，暴雨事件出現(xiàn)概率逐漸減??；極端氣溫方面以高溫為例，其受經(jīng)度影響較大，東部季風(fēng)區(qū)及部分內(nèi)陸地區(qū)易受高溫侵襲[9-10]。山東省氣候變化特點(diǎn)與全國(guó)趨向相似，但又呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域不同。近60年，隨著氣候的變化，山東省氣溫呈上升趨勢(shì)，而降水量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，極端氣候事件發(fā)生強(qiáng)度及頻率不斷增加，異常氣候的頻發(fā)嚴(yán)重阻礙了當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展[11-19]。

山東省龍口市位于膠東半島的西北部，屬暖溫帶季風(fēng)型氣候，盛產(chǎn)農(nóng)作物，并適宜濱海旅游。目前，關(guān)于龍口市氣候變化規(guī)律方面的研究較少，僅甄晴等[20]對(duì)龍口市1961—2008年的氣候特征進(jìn)行了分析，其研究?jī)?nèi)容存在試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析老舊問(wèn)題，其結(jié)論已經(jīng)不能準(zhǔn)確反映龍口市的氣候變化特征。特別是近幾年龍口市的干旱、高溫等極端事件頻發(fā)，氣候異常突出，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。因此，為了能夠充分利用當(dāng)?shù)氐牡乩韮?yōu)勢(shì)和氣候資源，本研究進(jìn)一步分析龍口市氣溫和降水的變化趨勢(shì)及突變氣候特征，以期做好氣候預(yù)測(cè)預(yù)警、防災(zāi)避災(zāi)的措施，從而降低自然災(zāi)害可能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增收和合理開(kāi)發(fā)利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源提供重要理論依據(jù)。

1 資料與方法

本研究選用龍口市氣象觀測(cè)站1957—2014年的氣象數(shù)據(jù)，利用氣候傾向率和滑動(dòng)平均法等方法[21]具體分析龍口市的氣溫及降水變化特征，利用M-K突變分析法[21]（給定的顯著水平是α為0.05和α為0.01）對(duì)龍口市的氣候突變進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化特征

2.1.1 年均氣溫變化特征 從龍口市年氣溫均值變化趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖1）可知，58年間龍口市年均氣溫為12.3℃，且以0.5℃/10 a的速度線(xiàn)性遞增。1969年溫度均值為10.7℃，比多年均值低1.6℃，是龍口近58年來(lái)最冷的一年；而2014年的溫度均值為14.1℃，比一般均值高1.8℃，是龍口近58年來(lái)最暖的年份。氣溫序列變化分為2個(gè)時(shí)期：1988年之前，氣溫均值多低于均值12.3℃，成為偏冷階段；1988年之后，氣溫均值多高于均值12.3℃，成為偏暖階段，偏冷階段均溫比偏暖階段低1.4℃。

圖1 龍口市年氣溫均值變化趨勢(shì)圖

2.1.2 氣溫年代際變化特征 從龍口市氣溫年代際變化分布規(guī)律圖（見(jiàn)圖2）可知，1950s—1970s，氣溫均值變化不大，且都低于標(biāo)準(zhǔn)均溫(12.2℃)；1980s氣候溫度逐漸攀升，但仍未達(dá)到均溫；1990s氣溫繼續(xù)攀升且增幅明顯，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值；21世紀(jì)初氣溫仍保持增長(zhǎng)狀態(tài)，但增幅小于20世紀(jì)末。1980s到21世紀(jì)初的溫度增幅分別是：0.3、1.0、0.4℃?？梢灶A(yù)期21世紀(jì)龍口市氣溫將繼續(xù)維持上升趨勢(shì)。

圖2 龍口市氣溫年代際變化分布規(guī)律圖

2.1.3 四季平均氣溫變化特征 由龍口市四季平均氣溫均值變化圖（見(jiàn)圖3）看出，近58年龍口市四季氣溫均呈緩慢攀升趨勢(shì)。由圖3可知，夏季均溫攀升最緩慢，以0.3℃/10 a的速度增長(zhǎng)；春季均溫以0.6℃/10 a的速度迅速攀升，秋冬兩季均溫以0.4℃/10 a、0.5℃/10 a的速度攀升。圖3a中春季最高均溫為2014年的14.7℃；1969年氣溫均值最低(9.2℃)，負(fù)平均年份占50%。圖3b中夏季最低溫度均值為1976年的22.2℃，最高均溫為1994年的26.4℃，相差4.1℃。圖3c中秋季均溫的最高值是1998年的16.6℃，最低溫度均值為1981年的12.6℃。圖3d中冬季最高氣溫均值為2007年的2.4℃；最低氣溫均值為1969年的-3.3℃。1990年之前，冬季溫度均值多低于常年平均值，1990s后冬季溫度大多高于溫度均值。

2.1.4 氣溫突變分析 從龍口市年均氣溫M-K統(tǒng)計(jì)量變化趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖4）看出，龍口市平均氣溫整體呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)。1961年之前氣溫逐漸攀升，但并未通過(guò)α為0.05的顯著檢驗(yàn)；1961—1972年，氣溫逐漸降低，但仍未通過(guò)此顯著檢驗(yàn)。1972年至今，溫度再次處于攀升狀態(tài)，并于1989年之后出現(xiàn)顯著的增長(zhǎng)趨向，1991年通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)，出現(xiàn)氣溫極顯著上升現(xiàn)象，這也是全球變暖的局部現(xiàn)象體現(xiàn)，突變現(xiàn)象具體出現(xiàn)在1989年。

圖3 平均氣溫均值季節(jié)變化圖

圖4 龍口市年均氣溫M-K統(tǒng)計(jì)量變化趨勢(shì)圖

2.2 降水變化特征

2.2.1 年降水量變化特征 從龍口市年降水量均值變化趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖5）可知，近58年龍口降水量以8.96 mm/ 10 a的速度線(xiàn)性遞減，降水量平均值為605.0 mm。降水范圍從2014年的370.5 mm到1964年的943.2 mm，最多與最少降水量之間差了572.7 mm。降水量變化可以分為3個(gè)階段：（1）1982年之前降水量數(shù)值大多高于平均水平；（2）1982—2007年降水量數(shù)值大多低于均值；（3）2007年以后降水量增長(zhǎng)顯著。

圖5 龍口市年降水量均值變化趨勢(shì)圖

2.2.2 降水量年代際變化特征 由龍口市降水量年代際變化規(guī)律圖（見(jiàn)圖6）看出，龍口降水變化整體呈波動(dòng)變化，可以分為2個(gè)階段：第1階段出現(xiàn)于1950s—1970s，降水量持續(xù)增長(zhǎng)，1970s出現(xiàn)最大值668.9 mm。1950s—1960s增長(zhǎng)幅度較大，1960s—1970s增長(zhǎng)幅度較小；第2階段為1980s—21世紀(jì)初，降水量緩慢增長(zhǎng)，出現(xiàn)相似趨勢(shì)。1970s—1980s降水量大幅下降了129.1 mm。1960s、1970s及21世紀(jì)初，降水量普遍高于均值，其余時(shí)間段都不及降水均值。按1980s以來(lái)降水的持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，21世紀(jì)龍口市降水量將持續(xù)增長(zhǎng)。

圖6 龍口市降水量年代際變化規(guī)律圖

2.2.3 降水量季節(jié)變化特征 從龍口市四季年降水量均值趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖7）可知，降水量于春季不斷攀升，夏秋兩季降水量不斷減少，且降水量于春季大幅下降，降水量于冬季基本不變。由圖7a可知，春季降水量均值為87.9 mm，并且以2.3 mm/10 a的速度緩慢攀升，春季降水量占四季總量的14.5%，最多降水量為1963年的210.5 mm，最小降水量為2011年的27.6 mm，兩者相差182.9 mm；由圖7b可知，夏季降水均值為370.9 mm，并且以2.0 mm/10 a的速不斷下降，夏季降水量平均值占四季的61.3%，最多降水量為2013年的693.5 mm，最少降水量為 1991年的 145.8 mm，兩者相差為547.7 mm，分布極不均勻；由圖7c可知，秋季降水量占全年降水量的百分比為19.2%，其以9.7 mm/10 a的速度迅速下降，降水量均值為116.4 mm，最多降水量為1961年的 340.8 mm，最少降水量為 2006年的32.2 mm，相差為308.6 mm；由圖7d可知，降水量于冬季無(wú)明顯變化趨勢(shì)，季均降水量為29.8 mm，占全年降水量的4.9%，最高降水量為1997年的81.1 mm，最低降水量為1988年的3.8 mm，兩者相差77.3 mm，趨勢(shì)率為 0.5 mm/10 a，可見(jiàn)秋季降水量大幅減少是年降水量減少的根源。

2.2.4 降水量突變分析 從龍口市年降水量均值M-K統(tǒng)計(jì)量變化圖（見(jiàn)圖8）可以得知，龍口市年降水量整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，除1964年之外，其余年份統(tǒng)計(jì)量都未超過(guò)0.05顯著水平，1964之后的年份降水?dāng)?shù)值不斷呈波動(dòng)狀降低。1964年統(tǒng)計(jì)量超過(guò)α=0.05顯著性檢驗(yàn)水平，表明龍口市降水的下降趨勢(shì)變化明顯。從UB和UF兩曲線(xiàn)相交的位置可知，龍口市近58年降水現(xiàn)象于1979年發(fā)生突變。

圖7 年降水量均值季節(jié)變化圖

圖8 龍口市年降水量均值M-K統(tǒng)計(jì)量變化圖

3 結(jié)論與討論

通過(guò)龍口市近58年的降水量和溫度的數(shù)據(jù)研究分析，得出以下結(jié)論：（1）氣溫方面，58年間龍口市年均氣溫為12.3℃，且以0.5℃/10 a的速度線(xiàn)性遞增；在1950s—1970s間，氣溫變化處于平穩(wěn)下降狀態(tài)，1980s以來(lái)的氣溫變化出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，1980s—1990s平均氣溫上升最快；不同季節(jié)的氣溫都呈上升狀態(tài)，春夏秋冬的溫度傾向率依次為：0.6℃/10 a、0.3℃/10 a、0.4℃/10 a、0.5℃/10 a，溫度上升幅度規(guī)律為春季＞冬季＞秋季＞夏季。（2）降水方面，58年間龍口市降水量均值為605.0 mm，整體處于下降狀態(tài)，以8.96 mm/10 a的速率線(xiàn)性減少；降水量的年代際變化呈“增多—減少—增多”的變化規(guī)律，其中1970s—1980s間呈現(xiàn)減少規(guī)律；降水量四季的變化趨勢(shì)差別較大，春季降水量以2.3 mm/10 a的傾向率逐漸攀升；夏季和秋季降水量分別以2.0 mm/10 a和9.7 mm/10 a的傾向率顯著下降；冬季降水量基本變化不大，傾向率為0.5 mm/10 a，對(duì)年降水量下降貢獻(xiàn)最大的是秋季降水量。（3）氣候突變方面，近58年龍口市的增溫和降水量下降趨勢(shì)都是突變現(xiàn)象，年均氣溫是在1989年出現(xiàn)突變，年降水量在1979年出現(xiàn)突變現(xiàn)象。

本研究利用專(zhuān)家學(xué)者們?cè)跉夂蚍治鲋谐Ｓ玫慕y(tǒng)計(jì)診斷方法，運(yùn)用線(xiàn)性?xún)A向估計(jì)方法分析了龍口市的溫度和降水的58年來(lái)的趨勢(shì)變化，運(yùn)用M-K法進(jìn)行了龍口市近58年的溫度和降水的突變分析；在研究區(qū)域上選取了山東省的濱海城市—龍口市，山東省是中國(guó)農(nóng)業(yè)大省，煙臺(tái)市又是缺水嚴(yán)重的城市之一，所以研究龍口市的氣候資源，可以為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供非常重要的理論依據(jù)。

本研究?jī)H運(yùn)用M-K法分析了龍口市溫度和降水的突變特征，該方法人為地劃分序列長(zhǎng)度，其結(jié)論得出可能具有一定的局限性。筆者將在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步配合其他的方法進(jìn)行綜合比較分析，以期得出更為合理的結(jié)論，為龍口市農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有力的理論支持。

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Variation Characteristics of Temperature and Precipitation of Longkou from 1957 to 2014

Wang Yiran,Pan Shimei,Yi Shuyu,Shi Shuyi,Yu Lizhi,Liu Lei,Liu Lu
(Yantai Research Institute of China Agricultural University,Yantai 264670,Shandong,China)

To make full use of the climate resources of Longkou and promote the sustainable development of local agriculture and tourism,the authors studied the climate change characteristics of Longkou in Shandong. The temperature and precipitation of Longkou from 1957 to 2014 were analyzed by linear tendency estimation, Mann-Kendall mutation analysis and sliding average method.The results showed that:the mean temperature of Longkou was 12.3℃and the annual precipitation was 605.0 mm;the air temperature change was upwards with the climate tendency of 0.5℃/10 a;in terms of seasons,the temperature in summer increased slightly, while the temperature in spring increased the most;the annual precipitation decreased dramatically with 8.96 mm/10 a;the precipitation change in the four seasons was the smallest in winter and the largest in autumn;from the 1950s and the 1970s,the air temperature change showed a steady decline,the temperature increased significantly since the 1980s;in contrast,the precipitation witnessed a fluctuation of increasedecrease-increase and there was a drop between the 1970s and the 1980s;the mutation of mean temperature and precipitation appeared in 1989 and 1979,respectively.The study obtains the latest rule of climate change in Longkou.

Climatic Change;Feature Analysis;Mutation Detection;Longkou;Agricultural Development

S162

：A論文編號(hào)：cjas17030011

煙臺(tái)市社會(huì)科學(xué)規(guī)劃研究項(xiàng)目重點(diǎn)課題“氣候變化對(duì)煙臺(tái)市旅游業(yè)發(fā)展的影響及對(duì)策研究”(ytsk2016-Z-32)；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院“煙臺(tái)市旅游氣候舒適度與游客網(wǎng)絡(luò)關(guān)注度相關(guān)性分析研究”(YT201608)。

王一然，女，1996年出生，山東濟(jì)南人，在讀本科，研究方向：設(shè)施農(nóng)業(yè)與工程。通信地址：264670山東省煙臺(tái)市萊山區(qū)濱海中路2006號(hào)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院理工學(xué)院，E-mail：527577976@qq.com。

潘仕梅，女，1968年出生，山東棲霞人，高級(jí)講師，碩士，研究方向：區(qū)域氣候與農(nóng)業(yè)。通信地址：264670山東省煙臺(tái)市萊山區(qū)濱海中路2006號(hào)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院理工學(xué)院，Tel：0535-6923127，E-mail：sdytpsm@sina.com。

2017-03-07，

：2017-05-27。