廊坊市近50 a 四季初日及時間長度的變化

王亞明，李丹陽，石林芝，張召賢

（1.大城縣氣象局，河北 大城 065900；2.固安縣氣象局，河北 固安 065500）

氣候變化對人類生存、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著極其深遠(yuǎn)的影響。目前，全球變暖已成為世界熱點(diǎn)問題。IPCC 第5 次評估報告指出，1880～2012 年全球地表平均氣溫升高了約0.85 ℃[1]。20 世紀(jì)以來，全球變暖日益顯著，導(dǎo)致溫度以及大氣環(huán)流等都出現(xiàn)不同程度的響應(yīng)變化。觀測數(shù)據(jù)表明[2]，近年來區(qū)域氣候變化特別是溫度的升高成為影響許多地區(qū)各種自然和生物系統(tǒng)的重要因素，如中高緯度地區(qū)生長期延長、樹木提前開花等。由于氣候增暖，20 世紀(jì)80 年代以后，歐洲許多物候現(xiàn)象發(fā)生了明顯變化，春季動植物物候期提前，秋季物候期推遲，植物的生長季節(jié)延長[3，4]。葛全勝等[5]對過去40 a 中國氣候與物候的變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)20 世紀(jì)80 年代以后東北、華北、西北、長江中下游地區(qū)以及云南南部春季物候期提前，西南地區(qū)東部、長江中游地區(qū)春季物候期推遲。張世軒[6]研究了近50 a 全球顯著增暖情形下中國四季的時空演變特征，結(jié)果表明，氣候增暖背景下中國大部分地區(qū)冬季持續(xù)時間明顯縮短，夏季增加，秋季增加，春季持續(xù)時間增加。任妍等[7]分析了我國43 a 的四季起始日以及生長期的變化特征，發(fā)現(xiàn)全國大部分地區(qū)春季和夏季起始日提前，春季比夏季提前趨勢更明顯，秋季和冬季起始日推遲，秋季比冬季推遲的范圍更大，且地域差異較大。很多學(xué)者對不同區(qū)域四季初日及長度變化特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域的四季長度和起止時間均發(fā)生了不同程度的變化，且有地域差異[8～15]。氣候變暖的一個顯著效應(yīng)將會使一些地區(qū)的四季起止時間和長度發(fā)生改變，進(jìn)而對植物等的生長物候期產(chǎn)生作用，并且對人們的生活和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著直接的影響，且在不同地域呈現(xiàn)出一定的差異。因此，研究在全球氣候變暖背景下，四季的變化特征有非常重要的意義。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

氣溫數(shù)據(jù)來源于河北省廊坊市9 個國家氣象觀測站1969～2018 年A 文件。

1.2 研究方法

1.2.1 確定季節(jié)初日 依據(jù)候溫法[16]分別計算出廊坊市9 個觀測站的四季初日，將候平均溫度（連續(xù)5 a氣溫的平均） 穩(wěn)定降到10 ℃以下作為冬季初日，從10 ℃以下穩(wěn)定上升到10 ℃以上時作為春季初日，穩(wěn)定上升到22 ℃以上作為夏季初日，從22 ℃以上穩(wěn)定降到22 ℃以下時作為秋季初日。

1.2.2 構(gòu)建模型 采用線性回歸算法定量描述4 個季節(jié)的長度，并利用Mann-Kendall 檢驗(yàn)對時間序列進(jìn)行突變分析。Mann-Kendall 檢驗(yàn)法是時間序列數(shù)據(jù)趨勢檢驗(yàn)中使用廣泛的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，該方法不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，適用于水文、氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 9 個氣象觀測站空間變化規(guī)律

通過匯總9 個氣象觀測站數(shù)據(jù)（表1） 顯示，廊坊市春季初日北部地區(qū)（三河、大廠、香河） 和南部地區(qū)（霸州、文安、大城） 最大相差3 d，夏季初日北部地區(qū)和南部地區(qū)最大相差6 d，秋季初日北部地區(qū)和南部地區(qū)最大相差4 d，冬季初日北部地區(qū)與南部地區(qū)最大相差3 d。廊坊市氣候空間差異較明顯，春夏兩季初日從北到南基本呈漸早趨勢，秋冬兩季初日從北到南基本呈漸晚趨勢，這與氣溫的地域變化特征[18]一致。

表1 9 個觀測站1969～2018 年四季的平均初日 （月-日）Table 1 The average beginning days of four seasons of 9 national meteorological stations from 1969 to 2018

2.2 9 個氣象觀測站四季初日和長度年際變化

2.2.1 廊坊市春季初日、長度變化分析 廊坊市近50 a 春季初日呈提早趨勢，平均速率為2.3 d/10 a，并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn)；春季初日最早日期為3 月18 日（2002 年和2014 年），最晚日期為4 月20 日（2010 年），平均日期為4 月1 日。廊坊市春季長度變化不明顯，總體呈縮短趨勢，平均速率為1 d/10 a；春季持續(xù)時間最長為74 d（1969 年和1973 年），最短為30 d（2010 年），平均值為56 d（圖1）。

2.2.2 廊坊市入夏初日和長度變化分析 廊坊市近50 a夏季初日呈明顯提早趨勢，平均速率為3.4 d/10 a，并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn)；夏季初日最早日期為5月10日（2007 和2009 年），最晚為6 月19 日（1969年），平均日期為5 月17 日。夏季持續(xù)時間呈明顯延長趨勢，平均速率為4.3 d/10 a，并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn)；夏季持續(xù)時間最長為130 d（2007 年），最短為80 d（1978 年），平均值為103 d（圖2）。

2.2.3 廊坊市入秋初日和長度變化分析 廊坊市近50 a秋季初日呈延遲趨勢，平均變化速率為0.9 d/10 a；最早秋季初日為8 月20 日（1976 年），最遲為9 月21日（2008 年），平均日期為9 月15 日。秋季持續(xù)時間呈縮短趨勢，平均速率為0.05 d/10 a；秋季持續(xù)時間最長為71 d（1979 年），最短為38 d（1986 年），平均長度為53 d（圖3）。

2.2.4 廊坊市入冬初日和長度變化分析 廊坊市近50 a冬季初日呈推遲趨勢，平均變化速率為0.8 d/10 a；最早冬季初日為10 月17 日（1986 年），最晚為11 月11 日（1995 年），平均入冬日期為10 月29 日。冬季持續(xù)時間明顯縮短，平均速率為3.2 d/10 a，并通過了0.01 顯著性檢驗(yàn)；冬季持續(xù)時間最長為176 d（1980年），最短為134 d（2014 年），平均長度為153 d（圖4）。

綜上所述，1969～2018 年廊坊市多年平均春夏秋冬4 個季節(jié)長度占比分別為15.3%、28.3%、14.4%和41.9%，冬季持續(xù)時間最長，約為春季和秋季持續(xù)時間的3 倍；夏季初日提早和持續(xù)時間延長趨勢明顯，由此也引起了春、冬兩季持續(xù)時間縮短，說明在全球氣候變暖的大背景下，對夏季影響最為明顯，冬季次之，春秋季變化較平穩(wěn)。

2.3 廊坊市四季長度突變分析

通過分析1969～2018 年廊坊市四季長度的M-K曲線顯示，春季長度總體變化不明顯，無明顯突變年份（圖5）。夏季長度在1971 年以后呈增加趨勢，且在20 世紀(jì)90 年代多次突變，1990～1995 年、2001～2003 年和2006 年以后為突變的時間區(qū)域；夏季長度增加明顯，均超過了0.05 置信度（圖6）。秋季長度多年變化平穩(wěn)，沒有發(fā)生突變的時間點(diǎn)（圖7）。冬季長度呈現(xiàn)逐漸減少趨勢，且在20 世紀(jì)90 年代附近發(fā)生突變，由波動變化轉(zhuǎn)變?yōu)闃O速減少（圖8）。

2.4 氣溫與四季長度的相關(guān)分析

近50 a，通過對廊坊市年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫與四季長度的相關(guān)系數(shù)（表2） 分析可知，夏季長度與平均氣溫和平均最高氣溫呈顯著正相關(guān)，冬季長度與平均氣溫和平均最低氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，秋季長度與平均最低氣溫呈顯著正相關(guān)。按線性趨勢進(jìn)行估算，平均氣溫每升高0.1 ℃，夏季長度延長1.2 d，冬季長度縮短0.9 d，驗(yàn)證了在全球變暖的大背景下，對夏季影響最為明顯，冬季長度次之。

表2 1969～2018 年廊坊市氣溫與四季長度相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between temperature and four seasons length in Langfang City from 1969 to 2018

3 結(jié)論與討論

通過應(yīng)用趨勢分析、相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)、Mann-Kendall 檢驗(yàn)等方法，對廊坊市近50 a 的四季初日和長度進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

（1） 廊坊市春、夏兩季初日從北到南基本呈漸早趨勢；秋、冬兩季初日從北到南基本呈漸晚趨勢。這與氣溫的地域變化特征一致。

（2） 1969～2018 年廊坊市春夏秋冬4 個季節(jié)的平均初日分別為4 月1 日、5 月17 日、9 月15 日、10月29日，入春初日呈提早趨勢（平均速率為2.3 d/10 a）；入夏初日呈明顯提早趨勢（平均速率為3.4 d/10 a）；秋季初日無明顯變化；入冬初日略有推遲趨勢（平均速率為0.8 d/10 a）。

（3） 1969～2018 年，廊坊市春夏秋冬4 個季節(jié)的平均長度為56 d、103 d、53 d、153 d，冬季長度分別為春季、秋季的2.7 倍和2.9 倍。四季長度變化特征為春季縮短（平均速率為1 d/10 a）；夏季明顯延長（平均速率為4.3 d/10 a）；秋季無明顯變化；冬季明顯縮短（平均速率為3.2 d/10 a）。夏季和冬季長度均在20 世紀(jì)90 年代發(fā)生突變，夏季長度突變超過0.05 置信度。

（4） 夏季長度與平均氣溫、平均最高氣溫呈顯著正相關(guān)，冬季長度與平均氣溫、平均最低氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，秋季長度與平均最低氣溫呈顯著正相關(guān)。平均氣溫每升高0.1 ℃，夏季長度延長1.2 d，冬季長度縮短0.9 d。

廊坊市春季的提前，意味著大田作物物候期的提前，小麥提前了返青期，促使小麥生長發(fā)育更好，莖稈粗壯，但是入春越早，越可能出現(xiàn)“倒春寒”；入夏的提前，有利于瓜果成熟，提前開啟夏季經(jīng)濟(jì)模式。由此可見，四季初日及長度變化對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，因此遵循氣候季節(jié)變化規(guī)律，適當(dāng)調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理利用氣候資源趨利避害，是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增收的保證。