67年來濟南最高和最低氣溫變化特征

王金霞

(山東省濟南市氣象局，山東濟南 250000)

氣候變暖已引起了各國科學(xué)家和政府的高度關(guān)注。政府間氣候變化專門委員會第五次IPCC評估報告指出，最近的3個10年比1850年以來其他任何10年都更溫暖；1983—2012年很有可能是北半球過去1 400年來最熱的30年；全球幾乎所有地區(qū)都經(jīng)歷了升溫過程，1880—2012年全球表面平均升溫達0.85 ℃，2003—2012年的平均溫度比1850—1990年平均溫度升高了0.78 ℃[1]。研究指出，我國氣候變暖在冬季更加明顯[2-5]，在20世紀(jì)80年代氣溫有變暖突變[6-9]，自20世紀(jì)60、70年代以來出現(xiàn)嚴(yán)冬的機會減少[3-5，10]。筆者根據(jù)濟南1951—2017年逐日氣溫觀測資料，分析了濟南最高、最低氣溫的變化規(guī)律，為合理利用和開發(fā)氣候資源、有效地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源與處理選取濟南站1951—2017年逐日最高、最低氣溫數(shù)據(jù)，該站為國家氣象觀測站基本氣象站，數(shù)據(jù)具有完整性和可靠性。將每年12個月的月氣溫的平均值作為當(dāng)年的年平均氣溫；取4、7、10、1月作為春、夏、秋、冬四季。對其中缺測或錯誤數(shù)據(jù)進行插補。

1.2分析方法分析年際與春夏秋冬四季的最高、最低氣溫隨年份的變化趨勢，用這些數(shù)據(jù)建立氣溫與年份的一元回歸方程：

Y=a+bt

(1)

其中，Y為氣象要素，t為年份序號(t取1～67)；b為氣溫變化率，a、b用最小二乘法求出。當(dāng)b>0時，表示氣象要素Y隨時間t的增加呈上升趨勢；當(dāng)b<0時，表示氣象要素Y隨時間t的增加呈下降趨勢；利用5年滑動平均分析氣象要素隨時間變化更為直觀。

用累積距平法分析氣象要素的長期變化趨勢。通過對累積距平曲線的觀察，可以看出要素變化的階段性，并對要素變化進行突變分析。對時間序列的Xi，其某一時間的累積距平表示為：

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1年最高、最低氣溫變化特征分析由圖1a可知，1951—2017年濟南年最高氣溫變化是圍繞平均值19.6 ℃振蕩，最高值是2017年的20.8 ℃，從一元線性方程可以看出，67年來最高氣溫呈上升趨勢，增溫率是0.080 ℃/10 a(R2=0.061 2)，增溫趨勢明顯，5年滑動平均值近幾年出現(xiàn)明顯的上升趨勢。由圖1 b可知，1951—2017年濟南年最低氣溫總體呈上升趨勢，增溫率為0.288 ℃/10 a，增溫趨勢較為顯著(R2=0.511 0)；67年來最低氣溫也一直呈上升趨勢，20世紀(jì)80年代中期躍過多年平均值；1987—1999年年最低氣溫一直高于67年的平均值，1998年達到最大值12.1 ℃，這是厄爾尼諾事件對氣候變暖的影響。厄爾尼諾事件后進入21世紀(jì)最低氣溫趨于平緩，近2年又出現(xiàn)顯著增加趨勢。從5年滑動平均來看，最高、最低氣溫在最近幾年都有顯著升高。

2.2四季最高、最低氣溫變化特征

2.2.1春季。由圖2a可知，近67年來濟南春季最高、最低氣溫都是隨時間推移而增加，增溫率分別是0.146、0.371 ℃/10 a，R2分別為0.034 8和0.237 3，春季最高溫度增溫不明顯，而最低溫度增溫趨勢較為顯著。春季最高氣溫在20世紀(jì)50—60年代波動較大，隨后變化比較平穩(wěn)；春季最低氣溫一直處于緩慢上升狀態(tài)。20世紀(jì)80年代—2008年最高氣溫和最低氣溫都處于一個較高水平，前期和近幾年變化波動加大。

圖1 1951—2017年濟南最高(a)和最低(b)氣溫變化Fig.1 Change of highest(a)and lowest(b)temperature in Jinan from 1951 to 2017

圖2 1951—2017年濟南春季(a)、夏季(b)、秋季(c)和冬季(d)最高和最低氣溫變化Fig.2 Highest and lowest temperature changes in spring(a)，summer(b)，autumn(c)and winter(d)in Jinan from 1951 to 2017

2.2.2夏季。由圖2b可知，夏季最高氣溫的高值出現(xiàn)在20世紀(jì)50—60年代和90年代—2008年，70—80年代相對偏低，整體趨勢是有所下降，趨勢率為-0.047 ℃/10 a。夏季最低氣溫變化較為平緩，趨勢率為0.082 ℃/10 a；20世紀(jì)90年代—2008年波動較為明顯，高值和低值均出現(xiàn)在這個時段?？偟膩碚f，夏季最高氣溫和最低氣溫變化都較小，最高氣溫表現(xiàn)為不明顯的降溫趨勢，最低氣溫表現(xiàn)為不明顯的升溫趨勢，兩者的信度都較低，分別為0.007 0和0.026 0(可信度均小于0.05)。

2.2.3秋季。從圖2c可以看出，秋季最高氣溫變化比較平緩，以0.017 ℃/10 a的速率緩慢上升，67年僅上升0.11 ℃，可信度僅為0.000 5，基本上可以說秋季的最高氣溫沒有變化，但是年際間波動較明顯，如2006和2007年的年最高氣溫差達5.7 ℃。秋季最低氣溫升溫傾向率為0.295 ℃/10 a，有資料記錄以來均呈上升趨勢，80年代以后，僅2002—2008年低于平均值外，其他年份都在平均值以上，67年最低氣溫增加了2 ℃。

2.2.4冬季。從圖2d可看出，冬季是氣溫變化最為明顯的季節(jié)，最高氣溫變化傾向率為0.153 ℃/10 a，是四季最高氣溫升速最大的，年際間波動較大，沒有明顯的階段性，但是信度較低，僅為0.032 0。冬季的最低氣溫對氣候變暖貢獻最大，趨勢增溫率達0.420 ℃/10 a，67年冬季最低氣溫增加了近3 ℃，特別是1985—2000年冬季最低氣溫持續(xù)偏高。冬季最低氣溫在整個上升趨勢中，2001—2011年略有下滑，近幾年又明顯回升。

2.3最高、最低氣溫年代際變化特征從表1可以看出，20世紀(jì)50、60年代和2001—2010年濟南最高氣溫年平均變化速率是負(fù)值，這3個年代最高氣溫有下降趨勢。20世紀(jì)70—90年代和2011—2017年濟南最高氣溫年平均變化速率是正值，最高氣溫有上升趨勢，特別是2011—2017年變率為0.204 ℃/10 a，增溫較為明顯。

表11951—2017年濟南各年代最高氣溫變化率

Table 1 Change rate of the highest temperature in Jinan from 1951 to 2017℃/10 a

由表2 可知，7個年代際的最低氣溫年平均變化率僅20世紀(jì)60年代為負(fù)值，為-0.055 ℃/10 a，說明這個年代的最低氣溫略有下降；其他幾個年代的變率均為正值，尤其是20世紀(jì)50年代和2011—2017年的變率分別為0.204和0.218 ℃/10 a，這2個年代的最低氣溫增溫明顯。從年代看，20世紀(jì)50年代四季最低氣溫的變率均為正值，春季幅度較大。從季節(jié)上看，秋季各年代最低氣溫增溫最為明顯，除2011—2017年變率為-0.089 ℃/10 a外，前6個年代的變率均為正值。

3 小結(jié)

(1)67年濟南地區(qū)氣溫總體呈上升趨勢，最高氣溫上升了0.5 ℃，增溫率為0.080 ℃/10 a；最低氣溫上升了1.9 ℃，升溫率為0.288 ℃/10 a，最低氣溫升溫明顯，對氣候變暖貢獻較大。

(2)濟南不同季節(jié)的氣溫變化基本都是增暖趨勢，除夏季最高氣溫略有下降趨勢外，其他各季的最高氣溫和四季的最低氣溫都是上升趨勢。

表21951—2017年濟南各年代最低氣溫變化率

Table 2 Change rate of the lowest temperature in Jinan from 1951 to 2017℃/10 a

(3)從年代際來看，濟南最高氣溫僅20世紀(jì)50—60年代和90年代略有下降，其他年代都是增加趨勢，近幾年增溫明顯，2011年以來增溫率0.204 ℃/10 a。最低氣溫僅60年代為負(fù)值。