近50 a山東中部地區(qū)四季開始日期及長度變化特征

環(huán)海軍，劉巖，姚丹丹，夏福華

（1.淄博市氣象局，山東淄博 255048；2.山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博 255048）

近50 a山東中部地區(qū)四季開始日期及長度變化特征

環(huán)海軍1，劉巖1，姚丹丹2，夏福華1

（1.淄博市氣象局，山東淄博 255048；2.山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博 255048）

利用山東中部地區(qū)8個(gè)氣象站1966—2015年逐日氣溫觀測資料，用5日滑動(dòng)平均氣溫作為劃分依據(jù)，結(jié)合氣候趨勢法、Mann-Kendall法和經(jīng)驗(yàn)正交分解法，對山東中部地區(qū)近50 a的四季開始日期及長度時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：山東中部地區(qū)春季和夏季開始日期呈提前趨勢，秋季和冬季呈推遲趨勢，其中，夏季和冬季開始日期在1993年發(fā)生突變，四季開始日期的主要空間變化趨勢一致，秋季變化強(qiáng)度中心在中北部平原，其他三季變化強(qiáng)度中心均出現(xiàn)在中部地區(qū)，四季開始日期空間變化規(guī)律在第二特征向量上呈現(xiàn)區(qū)域變化的不一致性。冬季日數(shù)最多，其次為夏季，春季日數(shù)最少，春季和冬季日數(shù)呈減少趨勢，冬季減少趨勢顯著，氣候傾向率為-2.98 d/10 a，夏季和秋季日數(shù)呈增加趨勢，夏季日數(shù)增加顯著，四季日數(shù)主要空間變化規(guī)律一致，強(qiáng)度中心在中部地區(qū)，四季日數(shù)空間變化規(guī)律在第二特征向量上存在不一致性，其中，夏季和秋季第二特征向量呈現(xiàn)南部山區(qū)與其他地區(qū)不同。

四季開始日期；四季長度；時(shí)空變化；氣候趨勢

全球氣候變暖是當(dāng)前國內(nèi)外廣泛關(guān)注的熱門話題，氣候變暖及氣溫的年際波動(dòng)使區(qū)域季節(jié)的開始日期和持續(xù)長度發(fā)生變化。研究表明，近百年來中國大陸持續(xù)增溫[1-2]，大部分地區(qū)季節(jié)長度和起止時(shí)間發(fā)生了顯著變化[3-4]，對農(nóng)業(yè)、人民生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生很大影響，因此，分析氣候變暖背景下區(qū)域四季起止時(shí)間和持續(xù)長度變化特征具有重要意義。

不少學(xué)者對氣候變化背景下四季起止時(shí)間和持續(xù)長度變化特征進(jìn)行了研究，得出了不少有意義的結(jié)論。在四季起止日期劃分方面，郁珍艷等[8]對浙江省的四季劃分方法進(jìn)行了探討，結(jié)合動(dòng)植物物候觀測資料，對以往多種四季劃分方法進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算及對比分析，探討了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了一套適用于浙江省的四季劃分標(biāo)準(zhǔn)；范思睿等[9]對青藏高原四季劃分的辦法進(jìn)行了探討，初步定義了“高原普適季節(jié)劃分方法”為高原總體的四季劃分方法。在四季持續(xù)長度變化特征方面，嚴(yán)登華等[13]對中國北方地區(qū)四季的時(shí)空演變特征研究表明，北方地區(qū)四季演變呈一定的徑向、緯向和海陸分布規(guī)律，且由于地理隔離，存在不連續(xù)的高值或低值中心，但整體上呈現(xiàn)以下特征：春夏起始日期提前，秋季推遲，冬季整體變化不大；姜燕敏等[14]研究了氣候變暖對長三角地區(qū)四季長度的影響，結(jié)果表明，該區(qū)域夏季日數(shù)最多，且延長趨勢最強(qiáng)；郁珍艷等[15]對我國近47 a四季長度變化的研究表明，四季長度在全國范圍內(nèi)主要表現(xiàn)為春季變短，夏季變長，秋季基本變短，冬季變短的變化趨勢，但這種趨勢在空間分布上有所差異，北方比南方明顯，東部比西部明顯；姜燕敏等[13-18]對不同區(qū)域四季的開始日期及長度變化特征進(jìn)行了研究，得出了不同區(qū)域的四季變化特征。研究表明四季開始日期和持續(xù)時(shí)間存在明顯的地域差異，因此，研究山東中部地區(qū)四季的開始日期及長度變化特征，分析不同下墊面對其變化規(guī)律的影響有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

山東中部地區(qū)地處暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多數(shù)地區(qū)處在亞濕潤氣候大區(qū)的指標(biāo)范圍，地形主要包括平原和山區(qū)。受季風(fēng)影響，氣候變化具有明顯的季節(jié)性。冬季盛行偏北風(fēng)，雨雪稀少，寒冷干燥；春季氣溫回升快，少雨多風(fēng)，干旱發(fā)生頻繁；夏季高溫高濕，降水集中；秋季降水銳減，秋高氣爽。已有研究表明山東中部地區(qū)年季平均氣溫均呈上升趨勢，其中冬季增暖最明顯。研究山東中部地區(qū)四季的開始日期及長度變化特征，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)布局、光熱利用以及應(yīng)對氣候變化、促進(jìn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文氣象資料來源于山東中部地區(qū)自南而北8個(gè)氣象站1966—2015年近50 a逐日氣溫資料，站點(diǎn)分布見圖1。地形包括平原和山區(qū)，數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)缺失兩天內(nèi)的運(yùn)用前后資料進(jìn)行插補(bǔ)。

圖1 觀測站點(diǎn)分布

1.2 研究方法

1.2.1 四季的劃分標(biāo)準(zhǔn)

氣象部門通常根據(jù)陽歷劃分四季，即3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季，此種劃分方法雖然簡單，但與實(shí)際氣候狀況差異較大。本文采用張寶堃提出的物候?qū)W的劃分方法，采用5 d滑動(dòng)平均氣溫作為四季開始和結(jié)束的指標(biāo)，劃分標(biāo)準(zhǔn)為：春季：5 d滑動(dòng)平均氣溫穩(wěn)定≥10℃時(shí)，5 d滑動(dòng)平均首日記為春季開始；夏季：5 d滑動(dòng)平均氣溫穩(wěn)定≥22℃時(shí)，5 d滑動(dòng)平均首日記為夏季開始；秋季：5 d滑動(dòng)平均氣溫穩(wěn)定＜22℃時(shí)，5 d滑動(dòng)平均首日記為秋季開始；冬季：5 d滑動(dòng)平均氣溫穩(wěn)定＜10℃時(shí)，5 d滑動(dòng)平均首日記為冬季開始。

1.2.2 分析方法

本文基于氣象數(shù)據(jù)采用氣候傾向率、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)等方法分析山東中部地區(qū)四季變化的時(shí)間特征，利用經(jīng)驗(yàn)正交分解法（EOF）分析其空間變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 四季開始日期的時(shí)間變化特征

四季開始日期的時(shí)間變化規(guī)律見圖2，其中，四季開始日期日序計(jì)算的起始日期分別為3月1日、5月1日、8月1日和10月1日。近50年山東中部地區(qū)春季、夏季、秋季和冬季平均開始日期分別為4月2日、5月29日、9月7日和11月1日。春季和夏季開始日期隨時(shí)間變化呈提前趨勢，氣候傾向率分別為-1.5 d/10 a、-1.9 d/10 a，秋季和冬季的開始日期隨時(shí)間呈推遲的趨勢，氣候傾向率分別為0.9 d/ 10 a、1.4 d/10 a。由圖可知，春季開始日期在2000年后出現(xiàn)明顯的推遲，無明顯突變年份；夏季開始日期在1993年發(fā)生突變，之后入夏開始日期明顯提前；秋季開始日期呈弱推遲趨勢，無明顯突變年份；冬季開始日期自20世紀(jì)90年代后出現(xiàn)明顯的推遲，在1993年發(fā)生突變。

表1 四季開始日期空間分布

2.2 四季開始日期的空間變化特征

山東中部地區(qū)近50 a四季開始日期空間分布見表1。由表可知，中部地區(qū)最早進(jìn)入春季，50 a平均開始日期為4月1日，其他地區(qū)偏晚1～2 d，南部山區(qū)偏晚3 d；多數(shù)地區(qū)夏季平均開始日期出現(xiàn)在5月27日，東部地區(qū)偏晚2 d，最南部山區(qū)偏晚7 d；最南部山區(qū)秋季開始最早，出現(xiàn)在9月1日，中部地區(qū)最晚出現(xiàn)在9月10日，其他地區(qū)偏晚4～8 d；最南部山區(qū)冬季開始日期出現(xiàn)在10月29日，中部平原最晚出現(xiàn)在11月3日，其他地區(qū)偏晚1～4 d。

圖2 春季（a、b）、夏季（c、d）、秋季（e、f）、冬季（g、h）開始日期的時(shí)間變化特征

四季開始日期EOF分解的第一特征向量見圖3。由圖可知，春季開始日期的主要空間變化趨勢一致，變化強(qiáng)度中心在中部地區(qū)，隨時(shí)間變化呈提前趨勢，第一特征向量貢獻(xiàn)率為93%；夏季開始日期的主要空間變化規(guī)律一致，強(qiáng)度中心出現(xiàn)在中部地區(qū)，隨時(shí)間變化呈提前趨勢，第一特性向量貢獻(xiàn)率86%，第二特征向量貢獻(xiàn)率6%，隨時(shí)間變化呈提前趨勢，呈現(xiàn)最南部山區(qū)和東北部平原與其他地區(qū)相反的變化趨勢；秋季開始日期空間主要變化規(guī)律一致，隨時(shí)間變化呈推遲趨勢，強(qiáng)度自北向南遞減，第一特征向量貢獻(xiàn)率74%，第二特征向量貢獻(xiàn)率11%，隨時(shí)間變化呈推遲趨勢，呈現(xiàn)南部山區(qū)與中北部平原不同的空間變化規(guī)律；冬季開始日期主要空間變化規(guī)律一致，隨時(shí)間變化呈推遲趨勢，強(qiáng)度中心在中部地區(qū)，第一特征向量貢獻(xiàn)率為82%，第二特征向量貢獻(xiàn)率為7%，隨時(shí)間變化呈推遲趨勢，呈現(xiàn)最南部山區(qū)和最北部平原與其他地區(qū)空間變化的不一致。

圖3 四季開始日期EOF分解的第一特征向量

2.3 四季長度的時(shí)間變化特征

山東中部地區(qū)四季日數(shù)的時(shí)間變化特征見表2。由表可知，山東中部地區(qū)冬季日數(shù)最多，其次為夏季，春季日數(shù)最少。春季和冬季日數(shù)隨時(shí)間變化呈減少趨勢，冬季減少趨勢顯著，氣候傾向率為-2.98 d/10 a，夏季和秋季日數(shù)隨時(shí)間變化呈增加趨勢，其中，夏季日數(shù)顯著增加。春季日數(shù)在80年代日數(shù)達(dá)最多，平均為60 d，之后呈減少趨勢，尤其在近5 a來減少趨勢明顯，歷史最多日數(shù)為80 d，出現(xiàn)在1986年；夏季日數(shù)在90年代后開始顯著增多，在近5 a出現(xiàn)最大值，平均為112 d，歷史最多日數(shù)為126 d，出現(xiàn)在2001年，最少為83 d，出現(xiàn)在1970年；秋季日數(shù)年代際變化不顯著，在2001—2010年出現(xiàn)最多，為58 d，歷史最多日數(shù)為80 d，出現(xiàn)在2005年；冬季日數(shù)在70年代最多，平均159 d，之后開始逐漸減少，尤其在2000年以后，減少趨勢明顯，歷史最少日數(shù)為123 d，出現(xiàn)在2013年。

表2 四季日數(shù)時(shí)間變化特征

2.4 四季長度的空間變化特征

山東中部地區(qū)四季日數(shù)空間分布見表3。由表可知，各地春季日數(shù)接近，最南部山區(qū)最多為59 d，最北部平原最少為54 d，其他地區(qū)55～57 d；中部夏季日數(shù)最多，50 a平均值為106 d，最南部山區(qū)最少為91 d；最北部平原秋季日數(shù)最少，50 a平均值為52 d，南部山區(qū)最多為58天；最南部山區(qū)冬季日數(shù)最多為158 d，中部平原最少為150 d。

表3 四季日數(shù)空間分布d

山東中部地區(qū)四季日數(shù)EOF分解的第一特征向量見圖4。由圖可知，春季日數(shù)的主要空間變化趨勢一致，變化強(qiáng)度中心出現(xiàn)在中部地區(qū)，向兩邊遞減，隨時(shí)間變化呈減少趨勢，第一特征向量貢獻(xiàn)率為87%；夏季日數(shù)的主要空間變化規(guī)律一致，強(qiáng)度中心出現(xiàn)在中部地區(qū)，隨時(shí)間變化呈增加趨勢，第一特性向量貢獻(xiàn)率77%，第二特征向量貢獻(xiàn)率10%，隨時(shí)間變化呈增加趨勢，呈現(xiàn)南部山區(qū)與其他地區(qū)相反的變化趨勢；秋季日數(shù)空間主要變化規(guī)律一致，隨時(shí)間變化呈增加趨勢，強(qiáng)度由中部東北—西南方向向兩側(cè)遞減，第一特征向量貢獻(xiàn)率77%，第二特征向量貢獻(xiàn)率9%，隨時(shí)間變化呈減少趨勢，呈現(xiàn)南部山區(qū)與中北部地區(qū)相反的空間變化規(guī)律；冬季日數(shù)主要空間變化規(guī)律一致，隨時(shí)間變化呈減少趨勢，強(qiáng)度中心在中部東北—西南方向地區(qū)，第一特征向量貢獻(xiàn)率為91%。

圖4 四季日數(shù)EOF分解的第一特征向量

3 結(jié)論與討論

（1）山東中部地區(qū)春季和夏季開始日期隨時(shí)間變化呈提前趨勢，秋季和冬季的開始日期隨時(shí)間呈推遲的趨勢，其中，夏季和冬季開始日期隨時(shí)間的變化趨勢明顯，均在1993年發(fā)生突變。四季開始日期的主要空間變化趨勢一致，秋季變化強(qiáng)度中心在中北部平原，其他三季變化強(qiáng)度中心均出現(xiàn)在中部地區(qū)，第一特征向量貢獻(xiàn)率分別為93%、86%、74%和82%，其時(shí)間系數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律與四季開始日期的時(shí)間變化規(guī)律一致。四季開始日期空間變化規(guī)律在第二特征向量上呈現(xiàn)不一致性，其中，秋季第二特征向量貢獻(xiàn)率最大為11%，隨時(shí)間變化呈推遲趨勢，呈現(xiàn)南部山區(qū)與中北部平原不一致的空間變化規(guī)律。

（2）山東中部地區(qū)冬季日數(shù)最多，其次為夏季，春季日數(shù)最少。春季和冬季日數(shù)隨時(shí)間變化呈減少趨勢，冬季尤為顯著，氣候傾向率為-2.98 d/10 a，夏季和秋季日數(shù)隨時(shí)間變化呈增加趨勢，夏季日數(shù)顯著增加。春季日數(shù)近5 a減少趨勢明顯，夏季日數(shù)在20世紀(jì)90年代后開始顯著增多，在近5 a出現(xiàn)最大值，秋季日數(shù)年代際變化不顯著，冬季日數(shù)在2000年后減少趨勢明顯。南部山區(qū)春季、秋季和冬季日數(shù)最多，中部地區(qū)夏季日數(shù)最多，四季日數(shù)主要空間變化規(guī)律一致，春季和夏季變化強(qiáng)度中心在中部地區(qū)，秋季和冬季變化強(qiáng)度中心在中部的東北西南方向一帶，第一特征向量貢獻(xiàn)率分別為87%、77%、77%和91%，其時(shí)間系數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律與四季日數(shù)的時(shí)間變化規(guī)律一致。四季日數(shù)空間變化規(guī)律在第二特征向量上呈現(xiàn)不一致性，其中，夏季和秋季第二特征向量貢獻(xiàn)率較大，主要呈現(xiàn)南部山區(qū)與其他地區(qū)的不一致。

（3）由于近年來平均氣溫的顯著升高，引起各地季節(jié)的顯著變化，但不同地區(qū)的變化幅度不同。山東中部地區(qū)入夏日期顯著提前，入冬日期顯著推遲，夏季日數(shù)顯著增多，冬季日數(shù)顯著減少，與“中國最明顯的增溫發(fā)生在北方地區(qū)，明顯增溫主要表現(xiàn)在冷季”的研究結(jié)論一致。以夏季顯著延長、冬季顯著縮短為主要?dú)夂蛱卣鞯臍夂蜃兣?，對?jīng)濟(jì)、生態(tài)和人類活動(dòng)等方面產(chǎn)生重大影響，尤其是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、病蟲害防治、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力、作物種類分布和農(nóng)業(yè)管理等方面的影響，因此，掌握氣候變暖帶來的四季變化特征，可以合理調(diào)整和布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，減輕氣候變暖帶來的不利影響。

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Variation Characteristics of the Beginning Dates and Length of Different Seasons in the Middle Area of Shandong Province in Recent 50 years

HUAN Haijun1，LIU yan1，YAO Dandan2，XIA Fuhua1
（1.Zibo Meteorological Bureau，Zibo 255048，China;2.Shandong Vocational College of Industry，Zibo 255048，China）

The spatial and temporal variation characteristics of beginning dates and length of the seasons in the middle area of Shandong province in recently 50 years were analyzed，using methods of 5-day overlapping mean air temperature，climate trending rate，Mann-Kendall and empirical orthogonal function based on daily air temperature data from eight weather stations.The results showed that the beginning dates of spring and summer had advanced trends over time，which were delayed in autumn and winter，and the abrupt changes in beginning dates of summer and winter both occurred in 1993.The main spatial variations of beginning dates of different seasons were consistent，the change intensity center of autumn was in the north central plains，and the other seasons were in the central regions.The second eigenvector of spatial variation of beginning dates of different seasons presented different spatial variations.Days of winter were the most，followed by summer，and spring was the least.It presented decreased trends over time in spring and winter，which was significant in winter over a climate trending rate of-2.98 d/10 a.It showed increased trends over time in winter and autumn，and which was more significant in summer.The main spatial variation days of four seasons were consistence，the intensity center was in the central regions.The second eigenvector of spatial variation days of four seasons presented different spatial variations，especially between southern mountain areas and other regions of the days of summer and autumn.

season beginning dates;season length;temporal and spatial variation characteristics; climate trending rate

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號：1002-0799（2017）03-0079-07

環(huán)海軍，劉巖，姚丹丹，等.近50年山東中部地區(qū)四季開始日期及長度變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（3）：79-85.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.03.011

2017-02-16；

2017-03-06

山東省氣象局氣象科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2016sdqxm13）資助。

環(huán)海軍（1987-），男，工程師，主要從事氣候變化、應(yīng)用氣象和農(nóng)業(yè)氣象等方面的研究。E-mail：324380521@qq.com