吳玉芳，張艷偉，樊景豪，李瑞英

(1.定陶縣氣象局，山東 定陶 274100;2.同濟大學，上海 200092;3.菏澤市氣象局，山東 菏澤 274000)

分析區(qū)域氣候變化，旨在于了解當地氣候變化的特殊性，為提高短期氣候預測的準確率、研究物候期的變化、提高作物產量與品質、因地制宜制定防災減災措施、保護環(huán)境及合理開發(fā)利用自然資源等提供基礎理論依據。廉麗姝研究山東近40年氣候變化，指出山東年平均氣溫有顯著的上升趨勢，其中冬季氣溫增幅最大，與全國氣候變化趨勢基本一致［1］。王業(yè)宏指出近55年山東夏季降水以－15.386 mm/10a的氣候傾向率呈下降趨勢［2］;陳德英提出濟南市近50年日照時數以－129.7 h/10a的氣候傾向率減少［3］;張秀珍分析濰坊市氣候變化特征，發(fā)現(xiàn)該市年降水量以－24.351 mm/10a的氣候傾向率減少，氣溫增溫率是0.262℃/10a［4］;王曉默發(fā)現(xiàn)兗州近40年年平均氣溫每10年上升0.27℃，降水的減少率為－6.8 mm/10a，日照時數的氣候傾向率是－137.6 h/10a［5］;朱秀紅分析了五蓮縣1961～2005年氣候變化特征，結論是該縣年平均氣溫以0.3℃/10a的氣候傾向率上升，降水以－16.5 mm/10a的變率減少［6］。以上氣候研究表明，山東各地氣溫、日照時數氣候傾向率相差不大，降水地域性特征明顯。為了解當地氣候變化與山東其他市縣的異同點，深入探究氣候變化、異常的原因，本文進行詳細的分析。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文資料來源定陶氣象站1971～2010年地面觀測歷史記錄。氣溫包括日、月、年平均氣溫和年平均最高、年平均最低氣溫;降水包括月、年降水量及年暴雨、大暴雨日數;日照時數包括月、年日照時數;云量包括8時、14時月平均云量。

1.2 分析方法

距平值計算公式為P=X－Y，X為年代或年平均值，Y為近40年同期歷年平均值;距平百分率計算公式為M=(X－Y)/Y×100%，其中X與Y同距平值計算公式;分析要素氣候傾向率，采用線性回歸分析法［7］，建立一元線性回歸方程y=b0+b1x，其中回歸系數b1為y變化的傾向率;繪制多項式擬合線判斷未來趨勢;根據年降水距平百分率(MRR)將旱澇災情分為7個等級:MRR≤－60為特旱、－60＜MRR≤－40為重旱、－40＜MRR≤－20為輕旱、－20＜MRR≤20為正常、20＜MRR≤40為輕澇、40＜MRR≤60為重澇、MRR＞60為特澇［8］;暴雨與大暴雨日依照日降水量(R)判定:100 mm＞R≥50 mm為暴雨日、250 mm＞R≥100 mm為大暴雨日［9］;冷空氣等級以過程降溫與溫度負距平相接合劃分:過程降溫5℃ ～7℃且溫度負距平絕對值≤3℃為一般冷空氣、過程降溫8℃ ～9℃且溫度負距平絕對值等于4℃為強冷空氣、過程降溫≥10℃且溫度負距平絕對值≥5℃為寒潮［10］;本站4次基本觀測(2、8、14、20時)中只有8時、14時在日出日落時間內［11］，為分析云量與日照時數的相關性，將8時與14時云量平均作為日平均云量。

2 結果與分析

2.1 氣溫變化特征及影響因素

2.1.1 氣溫的年代際變化 對比分析四個年代平均氣溫的變化(表1)，春季二十世紀后三年代變化不明顯，2001～2010年出現(xiàn)了跳躍式上升，距平由90年代的－0.2℃躍變?yōu)?0.7℃;夏季四年代變化較小，2001～2010年的四季平均氣溫中只有夏季距平為負值;秋季80年代最低，2001～2010年最高;冬季隨年代攀升，90年代跳變幅度較大，距平由80年代的－0.4℃升為+0.4℃，2001～2010年較90年代沒有明顯變化。年平均氣溫80年代最低，90年代較歷年同期略偏高，2001～2010年較前三年代偏高明顯。以上分析表明，80年代為低溫期，90年代為升溫期，2001～2010年為高溫期。

表1 定陶縣近40年各年代平均氣溫、距平值(單位:℃)Table 1 Mean annual air temperature and the anomalies in recent 4 decades at Dingtao(℃)

圖1 定陶縣1971～2010年氣溫年際變化Fig.1 The distribution of the air temperature of annual mean from the year 1971 to 2010

2.1.2 氣溫的年際變化 從圖1看出年平均氣溫在歷年平均值附近波動，1997年始，在平均線以下的年份較少，年平均氣溫以0.232℃/10a的增溫率升高。年平均最高、平均最低氣溫增溫率分別為0.103℃/10a、0.359℃/10a，可見平均最高與平均最低氣溫變化是非對稱的，氣溫日較差有變小的趨勢，這表明當地氣候變暖得益于平均最低氣溫的上升。四季氣溫均有升高的趨勢(圖略)，增溫率分別為:春季0.268℃ /10a、夏季0.016 ℃ /10a、秋季0.169 ℃ /10a、冬季0.429℃/10a，冬季升溫對氣候變暖貢獻顯著。

2.1.3 氣候變暖的相關因素 由氣溫年代際、年際變化分析看出四季氣溫變化并不相同，夏季天氣較復雜，不僅受大氣環(huán)流影響，還受到中小尺度系統(tǒng)作用，氣溫上升幅度小、趨勢不明顯。分析影響氣溫的因素，發(fā)現(xiàn)氣溫的變化與冷空氣活動有一定的相關性。對比表2與表1，80年代冷空氣活動的總次數較70年代稍有增加，強度也略有增大，年平均氣溫稍有降低;90年代冷空氣活動總次數大幅度減少(距平值由80年代的+8次減為－9次)，其中強冷空氣與寒潮次數較80年代減少了2次，這恰好與90年代的快速升溫相對應;2001～2010年冷空氣活動總次數較90年代略有增加，但強冷空氣與寒潮的次數較90年代明顯減少，2001～2010年的年平均氣溫在90年代的基礎上繼續(xù)上升，但速度略有減緩。對比分析表明冷空氣活動對氣候變暖起到減緩或助長的作用，不決定其總體趨勢。

表2 定陶縣近40年各年代冷空氣(包括一般、強冷空氣與寒潮)次數與強度(強冷空氣與寒潮次數)(單位:次)Table 2 The frequencies and intensities of cold air events(including common，strong and cold waves)occurred in each decade from 1971 to 2010

2.2 降水變化特征及厄爾尼諾事件對降水的影響

2.2.1 降水的年代際變化 分析表3，春季降水量90年代最多;2001～2010年最少，主要原因是2001年的春季僅有0.4 mm的降水量。夏季降水量80年代最少，距平百分率低達－15%，期間有6年距平百分率為負值;2001～2010年最多，距平百分率高達+16%，期間有7年距平百分率為正值。秋冬兩季降水量四個年代沒有明顯差距。年降水量80年代最少，期間有6年距平百分率為負值;2001～2010年最多。夏季與年降水量從多到少年代先后順序均是:2001～2010年＞70年代＞90年代＞80年代。由此可見，2001～2010年為多雨年代，80年代為少雨年代。

2.2.2 降水的年際變化 由圖2看出近40年年降水量最多在2003年，最少在1988年，差值達831.3mm。相鄰年份間年降水量相差最大的是2002～2003年，差值達824.6 mm。降水量隨年度波動式變化，振幅較大，降水不均勻。結合暴雨、大暴雨日數分布(圖3)分析出:1971～1974年、1992～1996年、2003～2010年為多雨期;1975～1991年、1997～2002年為少雨期。年與四季降水量傾向率分別為:13.454 mm/10a、1.425 mm/10a、10.837 mm/10a、0.568 mm/10a、0.002 mm/10a，再比較各降水量曲線的變化形式，發(fā)現(xiàn)年與夏季最相似，可見當地降水主要集中在夏季。從年降水量的四階多項式擬合線看出未來降水有振蕩性增加的趨勢。

表3 定陶縣近40年各年代降水量、距平百分率Table 3 Annual mean precipitation and the anomalies in the recent 4 decades at Dingtao

2.2.3 年度旱澇特征 由降水量距平百分率劃定年度的旱澇特征，輕澇的年份是1971～1972、1984、1993 ～1995、2004 ～2005 年;特澇的年份是2003 年;輕旱的年份是1976、1986、1997、1999、2001 年;重旱年份是1988、2002年?？傮w來看旱澇災情有明顯的階段性，主要集中在1971～1972年、1984～1988年、1993～2005年，1993～2005年明顯加重。結合圖2分析旱澇年份夏季降水量，澇的年份均是夏季降水偏多，重旱的年份均是夏季降水偏少，5年的輕旱中，有2年是因為夏季降水偏少，3年因為春、夏、秋三季均偏少?？梢娔甓群禎程卣髋c夏季降水量關系密切。

2.2.4 厄爾尼諾事件與異常降水的相關性 影響當地降水的因素多而復雜，近期在探析El Nino事件與當地異常氣候的關系時發(fā)現(xiàn):近40年夏、秋、冬三季降水量最小值(分別為122.3 mm、22.4 mm、0.2 mm)，均出現(xiàn)在著名的El Nino事件年(1997年、1998年、1983年)［13］;1987年El Nino結束時間下跨至1988年1月［13］，1988年年降水量僅357.1 mm，為40年最少，是重旱年;2002年為較強的 El Nino事件年［14］，年降水量363.8 mm，為40年次少，是重旱年;El Nino出現(xiàn)的次年影響山東的熱帶氣旋偏多［13］，2003年年降水量達1188.4 mm，距平百分率為+79%，是近40年唯一的特澇年。以上分析表明厄爾尼諾事件與當地異常降水相關性較好。

2.3 日照時數變化特征及影響因素

2.3.1 日照時數的年代際變化 比較四年代日照時數(表4)，年日照時數隨年代持續(xù)減少，2001～2010年較70年代減少461.8 h，40年中有3年低于2000 h，均出現(xiàn)在2001～2010年期間。四季日照時數最多均是70年代，夏、秋、冬三季最少均是2001～2010年，春季最少是90年代;四季中降幅最大的是夏季，2001～2010年較70年代減少了189.9 h，距平百分率由+15%下降至－14%;其次是秋季，2001～2010年比70年代減少128.4 h，距平百分率由+11%降至－13%。

表4 定陶縣近40年各年代日照時數、距平百分率Table 4 Annual mean sunlight hours and the anomalies in the recent 4 decades at Dingtao

2.3.2 日照時數的年際變化特征 近40年年日照時數呈波動式且以－135.21 h/10a的氣候傾向率不斷減少，結合多項式擬合趨勢線(圖4)，可判定未來年日照時數仍有減少的趨勢，但幅度較小。年日照時數降幅較大的時段有兩個，分別是:1978～1984年(變化率為－75.256 h/a)、1999～2003年(變化率為－101.97 h/a)。四季日照時數都有減少的趨勢(冬、春圖略)，傾向率分別是:－16.632 h/10a(春)、－55.236 h/10a(夏)、－37.2 h/10a(秋)、－24.255 h/10a(冬)?？梢娤那飪杉救照諘r數的氣候傾向決定著年日照時數的總體趨勢。

圖4 定陶縣1971～2010年日照時數年際變化Fig.4 The distribution of annual sunlight hours from the year 1971 to 2010

2.3.3 影響日照時數的因素 近代經濟快速發(fā)展，工業(yè)突飛猛進，資源大量消耗，自然生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，大氣中的氣溶膠、灰塵、顆粒物等消光物質越來越多，致使太陽直接輻照度減弱，日照時數呈普遍減少的趨勢［3］。眾所周知，云與降水是影響日照時數最直觀的因素。對比分析年代際日照時數與同期降水量、云量的關系(表3、表4、表5)，春季時數四年代中90年代最少，90年代春季降水量與云量恰為四年代中最多;夏季時數2001～2010年較90年代大幅度減少，對應降水量與云量均大幅度增加;秋季時數2001～2010年減少幅度緊次于夏季，2001～2010年秋季云量較90年代明顯增多;冬季云量90年代較80年代明顯減少，相應日照時數有少許增加。近40年夏季日平均云量最多與同期日照時數最少均為2007年;夏季日平均云量最少的年份是1997年，夏季日照時數1997年為1979～2010年最大;從日照時數與云量的三階多項式擬合線(圖5、圖6)看出，兩者存在相關性。分析圖4與圖2，年日照時數最小值出現(xiàn)在2003年，該年的年降水量恰好是近40年最大。以上分析說明降水量與云量的增減對日照時數減少起到促進或制約的作用，但不能決定其總體趨勢。

表5 定陶縣近40年各年代平均云量與距平值(單位:成)Table 5 Mean annual cloudage and the anomalies of the recent 4 decades at Dingtao

3 結論

(1)80年為低溫期;90年代為升溫期;2001～2010年相對為高溫期。年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫的氣候傾向率分別是:0.232℃/10a、0.103℃/10a、0.359℃/10a，平均最高與平均最低氣溫變化是非對稱的，氣溫日較差有變小的趨勢，當地氣候變暖得益于最低氣溫的不斷上升;四季氣溫都有升高的趨勢，冬季升溫對氣候變暖貢獻最顯著。分析冷空氣活動與氣溫變化的關系，發(fā)現(xiàn)冷空氣活動對氣候變暖起到減緩或助長的作用，但只是疊加效應，不決定其總體趨勢。

(2)2001～2010年為多雨年代，80年代為少雨年代。降水量隨年度波動式變化，振幅較大，降水不均勻。1971～1974年、1992～1996年、2003～2010年為多雨期，1975～1991年、1997～2002年為少雨期。未來降水有振蕩性增加的趨勢，氣候傾向率為13.454 mm/10a。年度旱澇特征與夏季降水量關系密切，旱澇災情有階段性，集中在1971～1972年、1984～1988年、1993～2005年，1993～2005年明顯加重。探析El Nino事件對當地降水的影響，發(fā)現(xiàn)El Nino與當地降水異常相關性較好。

(3)年日照時數隨年代減少，2001～2010年較70年代偏少461.8 h，近10年已有3年低于2000小時。年日照時數以－135.21 h/10a的傾向率減少，未來減幅有變小的趨勢。降幅較大的時段有兩個，分別是1978～1984年、1999～2003年。四季中夏季日照時數減少最快。分析降水量、云量與日照時數的變化關系，看出降水量與云量的增減對日照時數減少起到促進或制約的作用，并不能決定其總體趨勢。

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