濰坊市暖冬氣候分析

朱翠紅 劉哲 王婉

摘要?濰坊市自1971年以來，全市所有地區(qū)的冬季平均溫度維持在-3.8～2.2℃范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出典型的暖冬氣候特征，這與當(dāng)?shù)仉`屬于北溫帶季風(fēng)區(qū)，呈現(xiàn)暖溫帶季風(fēng)型半濕潤大陸性氣候有關(guān)。首先探討了暖冬的相關(guān)理論，重點結(jié)合濰坊市暖冬實驗資料與方法對冬季氣溫變化特征展開全方位分析。

關(guān)鍵詞?暖冬氣候;暖冬實驗;氣溫變化;異常

中圖分類號：P458?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-113-04

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.047

濰坊市擁有平原、低山丘陵、濱海三種下墊面地勢類型，通過對濰坊（1971—2018年）冬季（12月至翌年2月）氣象狀況進(jìn)行記錄分析，發(fā)現(xiàn)70—80年代當(dāng)?shù)囟咎幱谄湔袷幤冢?0年代以來一直為偏暖期，冬季中各個月份氣溫都存在增溫發(fā)展趨勢，尤其是平均最低氣溫升高相對顯著。通過對濰坊市冬季氣候特征進(jìn)行深度研討，挖掘其中特點，期望以此為濰坊市未來冬季氣候研究提供有價值的參考依據(jù)。

1?冬季平均氣溫變化特征

1.1?冬季平均氣溫年際及年代際變化

相比于冷冬，暖冬冬季的平均氣溫變化是長期持續(xù)的，簡言之暖冬的溫度變化幅度相對較大，尤其是異常暖冬存在較大的群發(fā)性特征[1]。1880—1970年之前，我國絕大部分地區(qū)都為冷冬氣候，1970年以后異常暖冬情況開始逐漸出現(xiàn)，其中距平超過2?強(qiáng)度的異常暖冬集中在1970—2018年間[2]。說明我國冬季平均氣溫的變化是長期的且存在異常性的，可能與大氣環(huán)流以及全球氣溫變化背景等因素相關(guān)。國內(nèi)氣象學(xué)學(xué)者也研究全球氣候變暖，尤其是西伯利亞冬季高壓對我國冬季溫度的影響，尋找二者之間關(guān)聯(lián)，并對暖冬氣候問題進(jìn)行定性[3-7]。

以山東省濰坊市為例，整體看來氣溫變化傾向于年際以及年代際變化，對冬季平均最高與最低氣溫變化曲線、線性變化傾向等內(nèi)容進(jìn)行分析，獲得1971—2018年濰坊市冬季平均氣溫、平均最高溫度與平均最低溫度變化趨勢，定性濰坊市是否在過去48年經(jīng)歷了暖冬，受到暖冬氣候影響。

如果從當(dāng)?shù)爻Ｄ甓酒骄鶜鉁啬甏H變化情況看，濰坊市冬季平均氣溫變化呈現(xiàn)顯著上升的趨勢，上升幅度為0.4℃/10年，通過了0.001的顯著性水平檢驗。70—80年代屬于偏冷振蕩期，冬季平均氣溫基本在歷年平均值以下。90年代以來呈現(xiàn)上升趨勢，屬于偏暖期，2001年、2006年更是達(dá)到了歷史峰值，為1.4℃，比最冷的1971年（-3.0℃）高4.4℃，21世紀(jì)10年代冬季平均氣溫略有下降，但仍在歷年平均值以上（見圖1）。

從各站點來看，所有站點冬季氣溫總體均呈現(xiàn)上升趨勢，例如濰坊本站經(jīng)度為119度12分、緯度為36度45分，地處22.2?m低海拔高度，在1971—2018年的冬季平均溫度年代值分別為-1.1℃、-1.3℃、-1.2℃、-0.5℃、0.0℃?？梢钥吹?，濰坊的冬季平均溫度還是呈現(xiàn)出了明顯暖冬發(fā)展趨向，冬季溫度逐漸升高，但是這一暖冬期的冬季平均氣溫是否處于長期緩慢變化過程中的，還需要加以進(jìn)一步分析以求獲得更有價值結(jié)論。

1.2?冬季平均氣溫的突變分析

為詳細(xì)了解濰坊市冬季平均氣溫的變化，通過目前常用的Mann-Kendall檢驗進(jìn)行突變分析，給定顯著性水平α=0.05，u0.05=±1.96[8-9]。通過分析Uf曲線可知，濰坊市冬季平均氣溫呈現(xiàn)明顯增暖趨勢，80?s末90?s初增暖趨勢超過了0.05的顯著性水平臨界線，從90?s后期到21世紀(jì)以來，增暖趨勢甚至超過了0.001（u0.001=±2.56）的顯著性水平，這表明濰坊市冬季平均氣溫增暖趨勢十分顯著。?Uf與Ub曲線于1989年相交于±1.96的信度線之間，表明濰坊市冬季平均氣溫在80?s末發(fā)生由冷到暖的突變，具體突變發(fā)生1989年前后（見圖2）。

2?濰坊市暖冬變化

實際上在傳統(tǒng)氣候?qū)W理論中并沒有定義何為"暖冬"，它是當(dāng)前全球變暖現(xiàn)象發(fā)生以后出現(xiàn)的新氣象名詞。有關(guān)暖冬的定義可參考?xì)庀髮W(xué)中的暖鋒、暖流、暖氣團(tuán)等基本概念。目前的氣象學(xué)界專門將冬季細(xì)分為暖冬和冷冬，細(xì)分范圍為每年12月至次翌年2月，根據(jù)《暖冬等級》（GB/T?21983-2008）對單站、區(qū)域暖冷冬進(jìn)行了劃分。暖冬對于人類生產(chǎn)生活有利有弊，能夠節(jié)約大量能源，減輕供能壓力，但同時也可引發(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中病蟲害的全年持續(xù)爆發(fā)，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收益，還會提高呼吸道疾病的發(fā)生率[10-11]。

2.1?暖冬、冷冬的基本劃分

選取濰坊9個臺站從1971-2018年冬季平均氣溫為例，將冬季定義為當(dāng)年12月至翌年2月，結(jié)合概率方法研究氣候事件。主要是基于近年來的氣候主題研究展開，有效規(guī)避不同地區(qū)溫度變化幅度導(dǎo)致區(qū)域性差異的出現(xiàn)，也增加了可比性。具體來講，可將冬季溫度變化視為是正態(tài)高斯分布，平均劃分氣候偏高、正常以及偏低3類氣候事件，即每一類氣候事件發(fā)生的概率可規(guī)范在33.3%左右，由此計算不同臺站的溫度偏暖閾值[12]。假設(shè)冬季平均氣溫為隨機(jī)變量，需要服從正態(tài)高斯分布對概率密度函數(shù)進(jìn)行計算分析，具體如下。

結(jié)合將氣溫概率密度平均劃分為3份，其中包括偏冷、正常與偏暖3類概率氣候事件，發(fā)生概率均為33.3%，由此將冷、暖氣候邊界閾值設(shè)置為-0.43?、0.43?，?與T分別表示為標(biāo)準(zhǔn)差與氣候平均值。在算式中，?代表了樣本長度，可取值1971-2018年序列，?表示了1981-2010年30年的冬季氣候平均氣溫。采用概率氣候事件進(jìn)行劃分，確定各站點冬季溫度偏暖不同閾值，并對不同區(qū)域的暖冬標(biāo)準(zhǔn)在性質(zhì)上進(jìn)行統(tǒng)一，進(jìn)而消除溫度分布在不同地域的差異。

區(qū)域暖（冷）冬指標(biāo)為區(qū)域范圍內(nèi)暖（冷）冬站點數(shù)超過總站點數(shù)的50%，區(qū)域強(qiáng)暖（冷）冬劃分標(biāo)準(zhǔn)為在區(qū)域暖冬年內(nèi)，強(qiáng)暖（冷）冬站點數(shù)超過暖（冷）冬站點數(shù)的50%，否則為區(qū)域弱暖（冷）冬。

2.2?濰坊市暖冷冬變化分析

近48年來，濰坊市各地區(qū)冷暖冬年數(shù)總體上不存在較大差別，基本特征首先呈現(xiàn)總體暖冬年略少于冷冬年，尤其是70s～80s冷冬年明顯多于暖冬年，單站暖冬僅出現(xiàn)了3次。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，暖冬年數(shù)量開始增多，暖冬年甚至超過了冷冬年，暖冬年呈現(xiàn)出了持續(xù)迅速增加的發(fā)展態(tài)勢，濰坊本站暖冬年數(shù)最多，說明城市化對暖冬具有一定的促進(jìn)作用。從全市來看，區(qū)域冷冬年總體大于區(qū)域暖冬年，區(qū)域冷冬年主要出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代之前，區(qū)域強(qiáng)冷冬近48年共出現(xiàn)了6次，全部出現(xiàn)在70?s～80?s。從20世紀(jì)90年代開始區(qū)域暖冬年呈現(xiàn)增多趨勢，區(qū)域強(qiáng)暖冬從20世紀(jì)90年代之后開始出現(xiàn)，共出現(xiàn)4次（見表1）。

通過對濰坊市區(qū)域冷暖冬指數(shù)的線性擬合，發(fā)現(xiàn)濰坊市區(qū)域冷暖冬的年際變化突出。濰坊市區(qū)域暖冬指數(shù)以12.3%/10年的速率上升，通過了0.01的顯著性水平檢驗，?1971—2018年發(fā)生了14次區(qū)域暖冬事件，其中暖冬強(qiáng)度弱和強(qiáng)分為10年和4年;濰坊市冬季偏暖，暖冬年在時間分布上很不均勻，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，呈現(xiàn)明顯變暖趨勢，出現(xiàn)了兩次連續(xù)3年以上的暖冬年。濰坊市區(qū)域冷冬指數(shù)與之相反，以每10年16.2%的速度減少，通過了0.001的顯著性水平檢驗，近48年共有17次區(qū)域冷冬事件，13次發(fā)生在90?s之前。濰坊市區(qū)域冷暖冬基本以80?s末90?s初為分界線，分界線之前冷冬事件頻發(fā)，之后多以暖冬事件為主，這與前文分析的濰坊冬季平均氣溫冷暖突變發(fā)生在1989年的結(jié)論基本吻合（見圖3）。

實際上，在過去48年間，全國氣溫變化趨勢是與全球氣溫變化趨勢大致相近的，總體特征都是增暖發(fā)展趨勢[13]。細(xì)致分析會發(fā)現(xiàn)這種增暖表現(xiàn)為冬季氣溫逐漸升高，各地區(qū)針對全球氣候變暖的響應(yīng)并非完全相同。例如，在我國西南地區(qū)49年來始終處于降溫發(fā)展趨勢，暖冬漸行漸遠(yuǎn)[14]。而東北、華北、西北以及西部地區(qū)則呈現(xiàn)冬季增溫趨勢，其中就包括了山東省濰坊市[15-17]。選取濰坊地區(qū)低山丘陵（臨朐）、平原（濰坊）、濱海（壽光）等三種不同下墊面地區(qū)進(jìn)行細(xì)致的實驗分析，了解暖冬氣溫變化狀況，深度討論濰坊市冬季氣溫的實際變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)夭煌聣|面對暖冬氣候特征的影響。

3?濰坊市暖冬實驗分析

3.1?實驗資料與方法

選用取濰坊市1971—2018年冬季氣溫變化數(shù)據(jù)，分別對冬季（12月至翌年2月）的月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫等氣溫資料進(jìn)行分析。在研究中，主要對濰坊地區(qū)的低山丘陵、平原、濱海三種大氣下墊面進(jìn)行分析，統(tǒng)計分析冬季氣溫變化傾向性，了解當(dāng)?shù)夭煌聣|面暖冬年分布情況與年代際變化特征情況。

3.2?濰坊市不同下墊面的冬季氣溫變化特征

通過對濰坊市冬季的氣溫變化特征進(jìn)行深度剖析發(fā)現(xiàn)，濰坊市不同下墊面地區(qū)的冬季以及冬季各月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫變化均呈現(xiàn)上升趨勢，其中濱海地區(qū)冬季升溫最為顯著，對整個地區(qū)冬季升溫貢獻(xiàn)最大。從冬季平均氣溫、平均最高氣溫和最低氣溫變化來看，冬季平均最低氣溫升高最為明顯，冬季不同下墊面平均最低氣溫的升幅在0.36～0.71℃/10年，而冬季平均最高氣溫升溫速度相對緩慢。

對濰坊地區(qū)的冬季平均氣溫、最高平均氣溫和最低平均氣溫進(jìn)行年代時間統(tǒng)計，濰坊的三種下墊面年代際變化基本保持一致水平，在70～80年代間振蕩降低，90年代開始溫度顯著上升，進(jìn)入暖冬期，其中濱海地區(qū)90年代與80年代的年代差達(dá)到了1.5℃，升溫明顯。進(jìn)入21世紀(jì)后冬季平均氣溫變化略有振蕩，如低山丘陵地區(qū)2016年冬季平均氣溫達(dá)到歷史峰值（1.6℃），2017年又跌落至-0.1℃，暖冬期溫度變化極不穩(wěn)定，但整體看來溫度增幅相對明顯。

從濰坊地區(qū)不同下墊面冬季各個月份線性發(fā)展趨勢展開進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)不同年份冬季各月氣溫變化表現(xiàn)不甚相同。2月份升溫最為顯著，3種下墊面的月平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫的升溫幅度均通過了0.01的顯著性水平檢驗，其中濱海地區(qū)月平均最低氣溫的增幅相對最大，達(dá)到了0.946℃/10年，說明2月份增溫對冬季變暖的貢獻(xiàn)最大?;12月份增溫幅度最小，如平原地區(qū)冬季平均最高氣溫增溫速度為0.069℃/10年左右，該數(shù)值為增溫幅度最小值（見表2）。

3.3?不同下墊面暖冷冬分析

通過分析，發(fā)現(xiàn)濰坊市不同下墊面暖冬指數(shù)上升明顯，每10年升幅為0.3～0.53℃，北部濱海地區(qū)升幅最大，中部平原升幅最小。從暖冷冬頻率來看，不同下墊面冷暖冬頻率略有差異，暖冬頻率平原最高，為40%，濱海最低，僅有27%;而冷冬頻率與之相反，呈現(xiàn)濱海高平原低的特點，不同下墊面冷冬頻率在27%～35%之間。不同下墊面不同年代冷暖冬出現(xiàn)次數(shù)差別較大。1971～1979，平原地區(qū)暖冬年明顯多于其他地區(qū)，出現(xiàn)6次，而濱海地區(qū)僅在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)暖冬1次，20世紀(jì)80年代未出現(xiàn)暖冬事件;而冷冬事件1971～1979不同下墊面差別更大，濱海地區(qū)最多，出現(xiàn)了13次冷冬，而平原地區(qū)只出現(xiàn)了7次。20世紀(jì)90年代后，各下墊面冷暖冬變化趨勢一致，冷冬減少，暖冬顯著增多。冷冬事件地域差別不大，在4～6次左右;發(fā)生連續(xù)暖冬事件頻率增多，特別是2013—2018年，暖冬的影響范圍及強(qiáng)度達(dá)到峰值，除濱海外其他地區(qū)均出現(xiàn)了連續(xù)6年的暖冬，中部平原地區(qū)出現(xiàn)了5年的強(qiáng)暖冬（見表3）。

3.4?低溫日數(shù)變化分析

冬季氣溫的高低與本地區(qū)冷空氣活動的次數(shù)和強(qiáng)度有直接的關(guān)系，而低溫日數(shù)是反映冷空氣影響的最直接表現(xiàn)，常說的低溫日數(shù)是指日最低氣溫≤-10.0℃的日數(shù)。以濱海為例，近48年平均低溫日數(shù)為11.0?d，平均每10年減少3.8?d。1971—1989年冬季最低氣溫≤-10.0℃的日數(shù)平均為18.1?d，1990—2018年平均6.4?d，變化幅度如此之大，更說明暖冬已經(jīng)成為濰坊地區(qū)主要冬季氣候表現(xiàn)類型，低溫日數(shù)整整減少了65%。自進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，濰坊地區(qū)的冷空氣活動呈現(xiàn)出更進(jìn)一步明顯減少發(fā)展的趨勢，冷冬期顯著減少，強(qiáng)冷凍期完全消失。

4?結(jié)論

（1）在近48?a來，濰坊市各個地區(qū)的冬季氣溫總體還是呈現(xiàn)出顯著升高發(fā)展趨勢的，升溫幅度0.4℃/10?a，通過了0.001的顯著性水平檢。通過對濰坊地區(qū)冬季平均氣溫的突變分析表明，濰坊市冬季平均氣溫在20世紀(jì)80年代末發(fā)生了由冷到暖的突變，其中尤以1989年之后冬季增溫最為明顯，全區(qū)冬季平均氣溫在2001年最高達(dá)到1.4℃。

（2）濰坊市冬季平均氣溫變化幅度大，但濰坊市各地區(qū)冷暖冬年數(shù)量總體差別不大，呈現(xiàn)暖冬年略少于冷冬年，而冷、暖冬年的年代際分布差異明顯偏大，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后就再未出現(xiàn)過冷冬年，暖冬年從20世紀(jì)90年代至今成了濰坊市的主要冬季氣候類型，區(qū)域強(qiáng)暖冬共出現(xiàn)4次，全部出現(xiàn)在近30?a。濰坊市暖冬指數(shù)呈現(xiàn)顯著上升趨勢，上升速率為12.3?%/10?a，濰坊市冷冬指數(shù)以16.2?%/10?a的速率下降，通過了0.001的顯著性水平檢驗。

（3）濰坊市三種不同下墊面的冬季及冬季各月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢，尤以濱海地區(qū)冬季升溫明顯高于平原與低山丘陵地區(qū)，對冬季地區(qū)升溫貢獻(xiàn)最大。冬季平均最低氣溫升高最為明顯，冬季不同下墊面平均最低氣溫的升幅在0.36～0.71℃/10?a之間，而冬季平均最高氣溫升溫速度相對緩慢。2月份升溫對冬季變暖的貢獻(xiàn)最大，其中濱海地區(qū)2月份平均最低氣溫升溫幅度達(dá)到了0.946℃/10?a。

（4）通過對濰坊市冬季低溫日數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，冬季冷空氣活動次數(shù)正在逐漸減少，強(qiáng)度減弱且冬季溫度升高，這是暖冬年出現(xiàn)的最主要原因。

參考文獻(xiàn)

[1]?路軍強(qiáng)，周媛.由暖冬現(xiàn)象引發(fā)的對全球氣候變暖的原因的分析[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2008，19（4）：88，90.

[2]?陳峪，任國玉，王凌，等.近56年我國暖冬氣候事件變化[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2009，20（5）：539-545.

[3]?孫林海，趙振國.我國暖冬氣候及其成因分析[J].氣象，2004，30（12）：57-60.

[4]?張云霞.近57年商丘市冬季氣溫及暖冬變化特征提要[C].第34屆中國氣象學(xué)會年會-S12?提升氣象科技水平，保障農(nóng)業(yè)減災(zāi)增效論文集[A].中國氣象學(xué)會，2017：636-637.

[5]?魯佩，董婕.陜甘寧地區(qū)暖冬氣候特征分析[J].亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報，2017，12（1）：32-39.

[6]?楊成芳，孫即霖，薛德強(qiáng).山東冬季近41年氣溫異常及其海氣背景場特征[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報，2004，34（2）：165-172.

[7]?張?zhí)旆?，王位泰，姜惠峰，?甘肅隴東黃土高原暖冬異常氣候事件特征分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2019，35（12）：81-88.

[8]崔日鮮.濰坊市近56年氣溫及降水變化特征分析[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，29（4）：267-272，298.

[9]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)（第2版）[M].北京：氣象出版社，2007.37-38，57-64.

[10]山義昌，魯?shù)?冬季氣溫對濰坊市四類疾病的影響初探[J].山東氣象，2002，22（2）：21-22.

[11]?曹鋒.暖冬驟增對江漢平原越冬作物的不利影響初探[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，57（17）：34-36.

[12]?陳峪，王凌，鄒旭愷.《GB/T?21983-2008暖冬等級》中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[13]?范蘭，呂昌河，楊彪.近15年中國氣溫變化趨勢分析分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（5）：102-103.

[14]?徐虹，余凌翔.云南1971-2006年暖冬的時空變化分析[C].第26屆中國氣象學(xué)會年會氣候變化分會場論文集[A].中國氣象學(xué)會氣候變化委員會、國家氣候中心：中國氣象學(xué)會，2009：1317-1321.

[15]?陳倩雯，假拉，肖天貴.近50年青藏高原冷暖冬氣候特征研究[J].成都信息工程大學(xué)學(xué)報，2016，31（6）：607-613.

[16]?宋愛紅，王月蘭.濰坊市暖冬氣候分析[J].山東氣象，2005，25（3）：8-11.

[17]?李會霞，史興民.近50年來黃土高原地區(qū)暖冬現(xiàn)象的氣候特征[J].干旱區(qū)研究，2017（1）：136-143.

責(zé)任編輯：黃艷飛