近50年慶陽市氣候變化特征分析

周忠文 張?zhí)熹h 張謀草 劉英 薛璟軒 張俊林 張紅妮 韓博

摘要：以全球變暖為主要特征的氣候變化已成為當今世界重要的環(huán)境問題，慶陽市是全球氣候變化敏感的區(qū)域之一。為了探索環(huán)保新模式、推動人與自然和諧發(fā)展。利用慶陽市8個氣象觀測站1971 — 2020年連續(xù)50 a的氣象資料，采用氣候傾向率、累積距平、回歸分析等方法，分析了慶陽市氣候變化基本特征。結果表明，50年內(nèi)慶陽市年平均氣溫呈上升趨勢，平均升高速率為0.32 ℃/10 a，變暖幅度高于全球和全國平均水平;各季均增溫明顯，其中春季、冬季升溫幅度最大，夏季、秋季升溫幅度較小。年平均降水量呈波動增加趨勢，平均增加速率為14.5 mm/10 a;各季變化趨勢不一，夏季、秋季、冬季呈增加趨勢，春季呈減少趨勢。日照時數(shù)呈減少趨勢，平均減少速率為24.6 h /10 a;春季為增加趨勢，夏季、秋季、冬季為減少趨勢，日照時數(shù)的季節(jié)變化與降水的季節(jié)變化呈顯著負相關。整體氣候由寒旱向暖濕轉化，極端天氣氣候事件趨多趨強，與西北地區(qū)的氣候變化趨勢一致。

關鍵詞：慶陽市;氣候變化;特征分析

中圖分類號：P423? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2022）09-0045-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.09.011

Study on Analysis of the Climate Change Characteristics in Qingyang over the Past 50 Years

ZHOU Zhongwen 1， ZHANG Tianfeng 1， ZHANG Moucao 1， LIU Ying 1， XUE Jingxuan 1， ZHANG Junlin 1，ZHANG Hongni 1， HAN Bo 2

（1. Qingyang Meteorological Bureau of Gansu Province， Qingyang Gansu 745000， China; 2. Heshui Meteorological Bureau， Heshui Gansu 745300， China）

Abstract： Global warming as the main characteristics of the climate change has become a crucial environmental problem worldwide， Qingyang is one of the regions sensitive to global climate change. To explore a new model of environmental protection and to promote the harmonious development of man and nature， meteorological data of 8 meteorological observatories from 1971 to 2020 for 50 years were used in this study， climate trend rate， cumulative anomaly， regression analysis and other methods were applied to analyze the basic characteristics of climate change in Qingyang City. The results showed that the annual mean temperature in Qingyang has been increasing over the past 50 years with an increase rate of 0.32 ℃ every 10 years， which was higher than the global and national average. The temperature increase in each season was obvious， and the temperature rise in spring and winter was the highest， while the temperature rise in summer and autumn was less. The annual mean precipitation increased by 14.5 mm every 10 years. The seasonal variation trend was different and showed increase in summer， autumn and winter and decrease in spring， the sunshine duration decreased by 24.6 hours every 10 years， an increasing trend in spring， and a decreasing trend in summer， autumn and winter were detected. The seasonal variation of sunshine duration was also negatively correlated with that of precipitation （P

Key words： Qingyang; Climate change; Characteristic analysis

氣候變化已成為目前地球科學領域的熱點問題。氣候變化是指氣候平均狀態(tài)統(tǒng)計學意義上的巨大改變或者持續(xù)較長一段時間（通常為30年或更長）的氣候變動，主要指氣溫的升高與降低，降水的增加與減少，極端天氣和氣候事件的增多與減少及其變化速率等。諸多研究人員已使用不同方法開展研究，揭露了氣候變暖的事實[1 - 12 ];趙月蘭等[13 ]、楊建明等[14 ]對甘肅境內(nèi)近年氣候演變特征進行過分析。甘肅省東部俗稱隴東，地形為黃土高原殘塬溝壑區(qū)，深居內(nèi)陸，遠離海洋，降水總量少，是我國西北半濕潤氣候和半干旱氣候的分界嶺，具有明顯的生態(tài)過渡帶環(huán)境特征，是一個氣候資源相對貧乏的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。地處隴東的慶陽市氣候如何變化，是當?shù)厣鐣鹘缙毡殛P心的問題，直接關系自然災害防御、生態(tài)環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展等重大社會問題。分析慶陽市的氣候變化特征，并對其影響進行評估，對探索環(huán)保新模式、推動人與自然和諧發(fā)展，促進區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要的意義。

1? ?資料及方法

1.1? ?資料來源

選取慶陽市8個氣象觀測站1971 — 2020年的溫度、降水量、日照時數(shù)、蒸發(fā)量等氣象數(shù)據(jù)作為氣候指標，分析50年以來慶陽市氣候變化特征。

1.2? ?研究區(qū)概況

慶陽市位于甘肅省最東部，陜甘寧三省區(qū)的交匯處，系黃河中下游黃土高原溝壑區(qū)，北鄰毛烏蘇沙漠，西靠六盤山，東接子午嶺，習稱“隴東”，素有“隴東糧倉”之稱。全市總土地面積約27萬km2，轄1區(qū)7縣116個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總人口268萬。慶陽市地處季風邊緣地帶的大陸腹部，受季風影響明顯，屬大陸性北溫帶半濕潤半干旱氣候過渡區(qū)，北部環(huán)縣、華池、慶城三縣屬半干旱氣候區(qū)域，其余縣區(qū)屬半濕潤氣候區(qū)域。慶陽全域?qū)俸底饔牮B(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本上“靠天吃飯”。慶陽市地勢北高南低，海拔885～2 082 m，地勢落差極大，且山、川、塬兼有，溝、峁、梁相間，地形復雜，坡地極多，土質(zhì)疏松，植被稀少，建筑物防雨能力差，抗暴洪能力極差，是氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。

慶陽市8縣區(qū)地處34° 43′～36° 34′ N，107°13′～108° 24′ E，有2個國家基本氣象站和6個一般氣象站（表1），海拔1 093.7～1 481.9 m。1971 —2020年平均氣溫8.6～10.0 ℃，氣候溫涼，冬季寒冷而漫長，夏季溫熱而短促，春季升溫快，秋季降溫迅速，晝夜溫差大。極端最高氣溫35.5～39.9 ℃，極端最低氣溫-27.1～-19.7 ℃，無霜期143～163 d。各縣區(qū)年均日照時數(shù)2 310.0～2 556.7 h，日照充足，光能資源豐富。各縣區(qū)年降水量427.8～630.5 mm，年蒸發(fā)量1 348.9～1 614.5 mm，為年降水量的2～3倍，氣候干燥。降水時空分布不均，大致從東南向西北遞減，地域差異明顯。降水年際波動大，季節(jié)分配不均，4 — 9月集中了年降水量的80%以上，雨熱同季，光、溫、水匹配基本合理，在作物生長季內(nèi)有利于農(nóng)業(yè)氣候資源的綜合利用。

1.3? ?研究方法

1.3.1? ? 氣候傾向率法? ? 各類氣象要素的變化趨勢采用氣候傾向率表征，用一元線性回歸函數(shù)表示，即：

Y=a+bt

式中，Y 為氣象要素，a 為回歸常數(shù)，t 為時間變量，定義 b1=b×10 表示為氣象要素每 10 a的氣候傾向率。

1.3.2? ? 累積距平法? ? 距平表示氣候要素值與多年平均值的偏差，是一種常用的，用曲線直觀判斷變化趨勢及突變時間的方法[15 ]。

1.3.3? ? 回歸分析法? ? 利用統(tǒng)計回歸方法建立各氣象要素與各類災害之間的線性相關性，并進行顯著性分析。

1.4? ?數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel軟件和函數(shù)計算進行整理分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?氣溫變化趨勢

由圖1可見，慶陽市近50年年平均氣溫為9.4 ℃，最高值出現(xiàn)在2006年，為10.6 ℃，比常年（1981 — 2020年，下同）高1.2 ℃;最低值出現(xiàn)在1984年，為8.0 ℃，比常年低1.4 ℃;1997年以后升溫更為明顯。

由各季平均氣溫變化曲線（圖1）可知，各季均增溫明顯。其中春季、冬季升溫幅度最大，上升速率為0.44 ℃/10 a和0.40 ℃/10 a;夏季、秋季升溫幅度較小，上升速率為0.19 ℃/10 a和0.21 ℃/10 a。

年平均氣溫近50年呈上升趨勢，平均升高速率為0.32 ℃/10 a，高于同期全球（0.12 ℃/10 a）和全國（0.23 ℃/10 a）平均水平[16 - 17 ]。從各年代年平均氣溫變化（表2）來看，20世紀70、80年代偏低，20世紀90年代正常，進入21世紀后偏高。

2.2? ?降水量變化趨勢

由圖2可見，慶陽市近50年年平均降水量為527.4 mm，最大值出現(xiàn)在2003年，為743.3 mm，比常年多45%;最小值出現(xiàn)在1997年，為362.9 mm，比常年少29%。

由各季平均降水變化曲線（圖2）看，各季變化趨勢不一。夏季、秋季、冬季呈增加趨勢，增加速率為7.08、7.06、0.73 mm/10 a;春季呈減少趨勢，減少速率為0.25 mm/10 a。

年平均降水量50年來呈波動增加趨勢，增加速率為14.50 mm/10 a。由各年代年平均降水變化（表3）來看，年際波動幅度增大，年平均降水量以2020年后最多，為581.9 mm;其次是20世紀80年代，為543.0 mm;20世紀90年代最少，為481.6 mm。

2.3? ?日照時數(shù)變化趨勢

采用慶陽市8個氣象站1971 — 2021年的年平均日照時數(shù)，繪制了全市年平均日照時數(shù)演變曲線（圖3）。由圖3可見，50年以來年平均日照時數(shù)為2 395.4 h，最多值出現(xiàn)在1995年，為2 630.0 h，比常年偏多9%;最少值出現(xiàn)在1989年，為? ? 2 042.5 h，比常年偏少15%。

由各季平均日照時數(shù)變化曲線看，春季為增加趨勢，增加速率為7.77 h/10 a;夏季、秋季、冬季為減少趨勢，減少率為15.9、17.6、0.8 h/10 a，由此可見，日照時數(shù)的季節(jié)變化與降水的季節(jié)變化呈顯著負相關。由于秋季連陰雨增多，所以日照時數(shù)減少比較明顯。

年平均日照時數(shù)50年呈減少趨勢，線性減少速率為24.6 h/10 a，這主要是由于降水增加、降雨日數(shù)增多引起的。由各年代年平均日照變化看（表4），20世紀70年代、20世紀90年代偏多，20世紀80年代和2020年以后較少，與降水變化趨勢呈顯著負相關。但由于氣溫升高，可利用光照資源呈增加趨勢。

2.4? ?極端氣候變化趨勢

總的來看，在暖濕化氣候背景下，強降水事件明顯增多，氣象干旱有所減少;與高溫有關的極端事件增多，與低溫有關的極端事件減少，冰雹、沙塵、大風和連陰雨次數(shù)均減少。

2.4.1? ? 極端降水? ?50年來，慶陽市極端日降水和年暴雨日數(shù)總體呈增多趨勢（圖4、圖5）。在暖濕化氣候背景下，極端性天氣事件明顯增多，極端性更強，短時強降水、暴雨、冰雹疊加出現(xiàn)。小時雨強2019年7月21日最大，出現(xiàn)在合水劉家莊，為90.8 mm。暴雨共發(fā)生70場，2021年最多，達17場;2018年次之，16場。3 h最強降水、極值分別是170、194.5 mm，均于2021年8月19日出現(xiàn)在鎮(zhèn)原縣閆溝村。冰雹共發(fā)生57次，呈逐年增多趨勢，2021年最多，為12場，且具有來得快、分散性強、突發(fā)性強、強度高、致災性強的特點。

2.4.2? ? 極端高溫? ? 極端高溫日數(shù)頻次和范圍均呈增加趨勢，尤其近5年來更為明顯。盛夏高溫日數(shù)亦呈增加趨勢，2017年和2020年均有臺站極端高溫突破歷史極值，高溫與干旱疊加造成的影響更加嚴重（圖6）。

2.4.3? ? 低溫、強降溫和寒潮天氣? ? 由圖7可知，極端低溫、寒潮、強降溫總體呈減少趨勢，2010年以來更為明顯。但需重視如2008年的冰凍雨雪天氣、2016年1月的寒潮以及2018年4月、2020年4月的寒潮天氣等極端冷事件造成的嚴重危害。

氣候變暖使得蘋果生長期延長，花蕾期、開花期、坐果期提早，果樹遭受花期凍害的風險增大。如圖7所示，冬春季氣溫明顯上升，導致蘋果花期明顯提前。21世紀以來，2/3年份的蘋果始花期和盛花期出現(xiàn)在4月20日之前，對應4月份各旬極端最低氣溫有1/2年份在0 ℃以下，這期間蘋果生長正處于花期，極端最低氣溫低于-3.0 ℃的次數(shù)較頻繁，出現(xiàn)花期凍害的可能性很大。2018年極端最低氣溫達-6.4 ℃，當年造成嚴重凍害。同期歷史極端最低氣溫達-9.0 ℃，今后不排除出現(xiàn)類似情況。

2.5? ?未來暖濕化氣候變化趨勢預計

國家氣候中心氣候模式集合預估表明，中等排放情景下，未來甘肅省氣溫和降水仍將繼續(xù)呈現(xiàn)上升態(tài)勢，預計至2050年，年平均氣溫將上升2.17 ℃，降水增加8.4%。

3? ?討論與結論

慶陽市的降水增多只是干旱地區(qū)降水的波動，雖然增幅較小，但氣候暖濕化有利于作物適宜種植區(qū)的擴大和提質(zhì)增產(chǎn);利于生態(tài)環(huán)境改善，減緩水土流失。伴隨暖濕化趨勢，極端強降水和高溫事件增多，寒潮霜凍、強降溫等極端事件減少，但強冷事件的影響加重。特色林果業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)風險加大，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響加重。建議抓住氣候暖濕化的有利機遇，趨利避害，統(tǒng)籌利用氣候資源，優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，完善自然災害監(jiān)測預警機制，提高對極端氣候事件的防御能力。研究日照變化趨勢， 了解其變化的氣候背景， 不但對農(nóng)業(yè)結構調(diào)整、合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著十分重要的作用， 同時還可以為太陽能的開發(fā)利用提供科學依據(jù)[18 ]。

慶陽市50年以來年平均氣溫呈上升趨勢，平均升高速率為0.32 ℃/10 a，氣溫變暖幅度高于全球和全國平均水平。各季均增溫明顯，其中春季、冬季升溫幅度最大，夏季、秋季升溫幅度較小。年平均降水量呈波動增加趨勢，平均增加速率為14.5 mm/10 a;各季變化趨勢不一，夏季、秋季、冬季呈增加趨勢，春季呈減少趨勢。日照時數(shù)呈減少趨勢，平均減少速率為24.6 h /10 a，其中春季為增加趨勢，夏季、秋季、冬季為減少趨勢。日照時數(shù)的季節(jié)變化與降水的季節(jié)變化呈顯著負相關。整體氣候由寒旱向暖濕轉化，極端天氣氣候事件趨多趨強，與西北氣候變化趨勢一致。近年來，在暖濕化氣候背景下，強降水事件明顯增多，氣象干旱事件有所減少;與高溫有關的極端事件增多，與低溫有關的極端事件減少;極端性天氣事件明顯增多，極端性更強，短時強降水、暴雨、冰雹疊加出現(xiàn)，對農(nóng)業(yè)造成的損失增加。

今后要抓住氣候暖濕化機遇，加強生態(tài)環(huán)境保護，順應氣候暖濕化趨勢，因地制宜，宜林則林，宜草則草，加大黃土高原溝壑貧困區(qū)植樹造林，減少水土流失，逐步改善生態(tài)環(huán)境。針對氣候變化新特點，因地制宜調(diào)整各類特色作物的耕作制度，加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施，改善農(nóng)業(yè)基礎設施，減緩氣候變化的不利影響。充分考慮氣候風險因素，加大極端天氣氣候事件和災害防御科普宣傳力度，提升社會整體防災減災意識與適應能力。要進一步加強氣候變化監(jiān)測與氣候規(guī)律研究，完善自然災害監(jiān)測預警機制，建立防雹增雨作業(yè)示范區(qū)、防霜試驗示范點、綜合農(nóng)業(yè)防災減災示范園，加強作業(yè)效益評估，增強科學利用云水資源和防御冰雹等氣象災害的能力。

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