山東省≥0 ℃和≥15 ℃終日的時(shí)空變化特征分析

王廣寧 張國(guó)鑫 崔日鮮

摘要 選取山東省境內(nèi)17個(gè)氣象站1986—2015年的逐日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，采用線(xiàn)性?xún)A向估計(jì)方法和空間插值方法，對(duì)山東省≥0 ℃終日和≥15 ℃終日的時(shí)間和其間的積溫的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：山東省≥0 ℃終日的空間分布呈現(xiàn)南部和沿海地區(qū)晚、中部和北部地區(qū)早的特征;近30年來(lái)山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃終日的變化均未達(dá)到顯著水平。山東省≥15 ℃終日的空間分布呈東部沿海地區(qū)晚、中部地區(qū)早的特征;近30年來(lái)山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥15 ℃終日的變化總體呈推遲趨勢(shì)。山東省≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間活動(dòng)積溫的空間分布特征為西南地區(qū)高、東北地區(qū)低，呈現(xiàn)出由西南向東北逐漸降低的趨勢(shì);近30年來(lái)≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間活動(dòng)積溫變化均未達(dá)到顯著水平。

關(guān)鍵詞 ≥0 ℃終日;≥15 ℃終日;積溫;時(shí)空變化特征;山東省

中圖分類(lèi)號(hào) P423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）10-0198-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.051

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis of Temporal and Spatial Variation Characteristics of the End Date of ≥0℃ and ≥15℃ in Shandong Province

WANG Guang-ning， ZHANG Guo-xin， CUI Ri-xian （College of Agronomy， Qingdao Agricultural University，Shandong Provincial Key Laboratory of Dryland Farming Techniques， Qingdao，Shandong 266109）

Abstract The daily temperature data of 17 meteorological stations in Shandong Province from 1986 to 2015 were selected， and the temporal and spatial variation characteristics of the end date of ≥ 0 ℃ and ≥ 15 ℃ in Shandong Province were analyzed by using linear regression analysis and spatial interpolation method. The results showed that the spatial distribution of the end date of ≥ 0 ℃ in Shandong Province was late in the southern and coastal areas， and early in the central and northern areas. In the past 30 years， the time series of the end date of ≥ 0 ℃ in 17 meteorological stations in Shandong Province did not reach a significant level. The spatial distribution of the end date of ≥ 15 ℃ in Shandong Province was late in the eastern coastal area and early in the central area. In the past 30 years， 17 meteorological stations in Shandong Province showed an overall trend of delaying the end date of ≥ 15 ℃. The spatial distribution of the accumulated temperature from the end date of ≥ 0 ℃ to the end date of ≥ 15 ℃ in Shandong Province were high in southwest and low in northeast， showing a decreasing trend from southwest to northeast. In the past 30 years， the trend of the accumulated temperature from the end date of ≥ 0 ℃ to the end date of ≥ 15 ℃ did not reach a significant level.

Key words End date of ≥ 0 ℃;End date of ≥ 15 ℃;Accumulated temperature;Spatial and temporal variation characteristics; Shandong Province

近100年（1906—2005年）地表溫度上升了0.74 ℃，近50年的線(xiàn)性增溫速度為0.13 ℃/10 a[1]。在全球氣候變化大背景下，近100年間我國(guó)地表溫度的年平均值呈明顯上升趨勢(shì)，升幅比同期全球平均值略高[2]。氣候變化改變了各地的農(nóng)業(yè)氣候資源[3]，并不可避免地給各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)影響，而如何應(yīng)對(duì)氣候變化所帶來(lái)的影響是農(nóng)業(yè)科研和管理部門(mén)必須要解決的重要問(wèn)題。

界限溫度是具有一定生物學(xué)意義，且對(duì)農(nóng)事活動(dòng)具有指示意義的溫度，可以反映一個(gè)地區(qū)的熱量條件[4]。其中，界限溫度0 ℃為早春作物開(kāi)始播種、初冬季節(jié)冬小麥進(jìn)入越冬和冬小麥開(kāi)始返青等的指標(biāo)[4-5];界限溫度15 ℃為喜溫作物積極生長(zhǎng)、秋季冬小麥適宜播種的日期、玉米和水稻停止灌漿等的指標(biāo)[4，6]。許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)不同界限溫度進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果[7-14]，如高燕軍等[8]研究指出1961—2010年山東省界限溫度0、10 ℃積溫、持續(xù)日數(shù)均表現(xiàn)出顯著增多趨勢(shì);李春光等[12]研究指出濟(jì)寧地區(qū)界限溫度0和10 ℃的初日提前，而終日出現(xiàn)推遲;唐寶琪等[13]利用1961—2013年華東地區(qū)86個(gè)氣象臺(tái)站的逐日氣溫資料，分析了近53年該區(qū)域日平均氣溫穩(wěn)定10 ℃的持續(xù)日數(shù)、積溫和初終日的變化特征，結(jié)果表明，氣溫穩(wěn)定通過(guò)10 ℃ 的初日

提前、終日推遲，且受其影響積溫和持續(xù)日數(shù)呈顯著增加趨勢(shì);張煦庭等[14]利用我國(guó)溫帶地區(qū)840個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2015年逐日氣溫資料，對(duì)不同界限溫度（0、5、10、15和20 ℃）起止日期、持續(xù)時(shí)間和積溫進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，我國(guó)溫帶地區(qū)呈現(xiàn)各界限溫度初日提前、終日推遲、持續(xù)日數(shù)和積溫增加的趨勢(shì)，其中，15 ℃熱量資源變幅最大。

山東省是我國(guó)的農(nóng)業(yè)大省，是重要的糧食產(chǎn)區(qū)[8]。近年來(lái)對(duì)山東省界限溫度0、10 ℃等初日、終日及積溫等方面的研究結(jié)果已有報(bào)道[7-8，15]，但對(duì)界限溫度15 ℃終日、界限溫度0 ℃終日至15 ℃終日的活動(dòng)積溫等的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

該研究利用1986—2015年山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日氣溫資料對(duì)界限溫度0 ℃終日、界限溫度15 ℃終日以及這2個(gè)界限溫度終日期間活動(dòng)積溫的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，為山東省種植結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整、作物生產(chǎn)中熱量資源的合理有效利用等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

山東省位于我國(guó)東部沿海、黃河下游，是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)區(qū)。屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量集中，四季分明。年平均氣溫為11～14 ℃，年平均降水量為600～900 mm[7，15]。

1.2 資料來(lái)源 選取山東省境內(nèi)17個(gè)氣象站點(diǎn)（沂源、威海、莘縣、日照、臨沂、莒縣、海陽(yáng)、德州、東營(yíng)、惠民、兗州、青島、煙臺(tái)、濰坊、濟(jì)南、菏澤和龍口）1986—2015年的逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)，資料來(lái)自國(guó)家氣象局氣象信息中心。

1.3 研究方法

1.3.1 界限溫度0、15 ℃終日的確定和活動(dòng)積溫的計(jì)算。

先利用5日滑動(dòng)平均法確定山東省境內(nèi)17個(gè)氣象站點(diǎn)近30年每年界限溫度0和15 ℃終日;之后再計(jì)算各年度的這2個(gè)終日期間的活動(dòng)積溫。

1.3.2 線(xiàn)性?xún)A向估計(jì)。

用xi表示樣本量為n的某一氣象要素，用ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立xi與ti之間的一元線(xiàn)性回歸方程[16]：

i=a+bti （i=1，2，…，n） （1）

式中，i為氣象要素的擬合值，t為時(shí)間序列;回歸系數(shù)b和常量a用最小二乘法估計(jì)。氣象傾向率為b×10，其含義為氣象要素每10年的變化速率[16]。若氣候傾向率>0，說(shuō)明該氣象要素隨時(shí)間t的增加呈上升趨勢(shì);氣候傾向率<0，說(shuō)明隨時(shí)間t的增加呈下降趨勢(shì)。其變化趨勢(shì)的顯著性可通過(guò)t檢驗(yàn)進(jìn)行判斷，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t用公式（2）計(jì)算。

t=r1-r2n-2（2）

式中，r為相關(guān)系數(shù);n為樣本數(shù)。統(tǒng)計(jì)量t服從自由度為n-2的t分布。在給定的顯著性水平α，當(dāng)|t|>t（α/2，n-2）時(shí)，拒絕原假設(shè)，即認(rèn)為xi的變化趨勢(shì)是顯著的[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東省≥0 ℃終日的時(shí)空變化 從圖1可以看出，1986—2015年山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃終日的平均為12月8日， 最早的站點(diǎn)為德州，為12月2日，最晚的站點(diǎn)為青島和日照，為12月15日。山東省中部山區(qū)、西部和西北部的≥0 ℃終日較早，為12月8日以前;山東省南部、半島地區(qū)和沿海地區(qū)的≥0 ℃終日較晚， 大部分地區(qū)出現(xiàn)在12月9日以后。

從1986—2015年山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃氣候傾向率和變化趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果（表1）可以看出，東營(yíng)、海陽(yáng)、惠民、莒縣、龍口、莘縣、濰坊和沂源 8個(gè)站點(diǎn)≥0 ℃終日的氣候傾向率>0，即近30年來(lái)≥0 ℃終日呈推遲趨勢(shì)，平均氣候傾向率為1.03 d/10 a;而德州、菏澤、濟(jì)南、臨沂、青島、日照、威海、煙臺(tái)和兗州9個(gè)站點(diǎn)≥0 ℃終日的氣候傾向率<0，即近30年來(lái)≥0 ℃終日呈提前趨勢(shì)，平均氣候傾向率為-1.60 d/10 a。變化趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，近30年來(lái)山東省17個(gè)站點(diǎn)≥0 ℃終日的變化趨勢(shì)均未達(dá)到顯著水平。

從山東省不同年代≥0 ℃終日的空間分布（圖2）可以看出，1986—1995和2006—2015年≥0 ℃終日空間分布較為相近，較1996—2005年相比≥0 ℃終日出現(xiàn)得早，1986—1995和2006—2015年17個(gè)站點(diǎn)≥0 ℃終日平均值均為12月8日，而1996—2005年≥0 ℃終日為12月10日。

2.2 山東省≥15 ℃終日的時(shí)空變化 從圖3可以看出，1986—2015年山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥15 ℃終日的平均值為10月11日， 最早的沂源為10月4日，最晚的青島、日照為10月19日。山東省東部和沿海地區(qū)≥15 ℃終日較晚，為10從1986—2015年山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥15 ℃終日氣候傾向率和變化趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果（表2）可以看出，僅臨沂和兗州2個(gè)站點(diǎn)的≥15 ℃終日氣候傾向率<0，即≥15 ℃終日呈提前趨勢(shì)，而其余15個(gè)站點(diǎn)的≥15 ℃終日氣候傾向率>0，即呈推遲趨勢(shì)，15個(gè)站點(diǎn)的氣候傾向率平均值為2.14 d/10 a。近30年來(lái)山東省17個(gè)站點(diǎn)≥15 ℃終日變化趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，除龍口、日照和濰坊3個(gè)站點(diǎn)的變化趨勢(shì)達(dá)到顯著水平外，其余14個(gè)站點(diǎn)的變化趨勢(shì)均未達(dá)到顯著水平。

從山東省不同年代≥15 ℃終日的空間分布（圖4）可以看出，1986—1995和1996—2005年≥15 ℃終日空間分布較為相近，較2006—2015年相比早，1986—1995和1996—2005年17個(gè)站點(diǎn)≥15 ℃終日平均值均為10月10日，而2006—2015年的≥15 ℃終日平均值為10月14日。表明最近10年≥15 ℃終日明顯晚于前2個(gè)10年。

2.3 山東省≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間活動(dòng)積溫的時(shí)空變化

從圖5可以看出，1986—2015年山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫平均值為528.2 ℃·d，其中，沂源的積溫最大，為556.9 ℃·d，東營(yíng)最小，為484.3 ℃·d。除東營(yíng)及周邊地區(qū)積溫小于500.0℃·d外，其余地區(qū)積溫均大于500.0 ℃·d。山東省中南部、南部地區(qū)的積溫大于北部、中北部地區(qū)，且中南部、南部地區(qū)的積溫為530.0 ℃·d。總體上呈現(xiàn)西南地區(qū)高、東北地區(qū)低，由西南向東北逐漸降低的特征。

從1986—2015年山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫的氣候傾向率和變化趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果（表3）可以看出，兗州、臨沂、莒縣、德州和海陽(yáng)5個(gè)站點(diǎn)的氣候傾向率>0，即積溫呈增加趨勢(shì)，但增加幅度較小，5個(gè)站點(diǎn)氣候傾向率平均僅為5.1（℃·d）/10 a;其余12個(gè)站點(diǎn)的氣候傾向率<0，即近30年來(lái)≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫呈減小趨勢(shì)，12個(gè)站點(diǎn)氣候傾向率平均值為-22.3 （℃·d）/10 a。近30年來(lái)山東省17個(gè)站點(diǎn)該積溫的變化趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明所有站點(diǎn)的變化趨勢(shì)均未達(dá)到顯著水平。

從山東省不同年代≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫的空間分布（圖6）可以看出，1996—2005年≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫最大，17個(gè)站點(diǎn)平均值為547.1 ℃·d，而2006—2015年的積溫最小，僅為497.7 ℃·d。1986—1995、1996—2005和2005—2015年的積溫分別為540.0、547.1和497.7 ℃·d。

3 結(jié)論

山東省南部和沿海地區(qū)的≥0 ℃終日為12月9日以后， 而山東省中部和北部地區(qū)則為12月8日以前。1986—2015年?yáng)|營(yíng)、海陽(yáng)等8個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃終日呈推遲趨勢(shì)，而德州、菏澤等9個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃終日呈提前趨勢(shì)。近30年來(lái)山東省17個(gè)氣象站點(diǎn)≥0 ℃終日時(shí)間序列變化趨勢(shì)未達(dá)到顯著水平。

山東省東部沿海地區(qū)的≥15 ℃終日較晚，大部分地區(qū)出現(xiàn)在10月14日以后， 而山東省中部地區(qū)終日則較早， 大部分為10月13日以前。1986—2015年，除臨沂和兗州2個(gè)氣象站點(diǎn)≥15 ℃終日呈提前趨勢(shì)外，其余15個(gè)氣象站點(diǎn)≥15 ℃終日呈推遲趨勢(shì)。近30年來(lái)，龍口、日照和濰坊3個(gè)氣象站點(diǎn)≥15 ℃終日時(shí)間序列變化趨勢(shì)達(dá)到顯著水平，而其余14個(gè)氣象站點(diǎn)的變化趨勢(shì)未達(dá)到顯著水平。

1986—2015年山東省≥0 ℃終日至≥15 ℃終日的活動(dòng)積溫的空間分布呈現(xiàn)西南地區(qū)高、東北地區(qū)低，由西南向東北逐漸降低的特征。1986—2015年，德州、海陽(yáng)等5個(gè)氣象站點(diǎn)的≥0 ℃終日至≥15 ℃終日的積溫呈增加趨勢(shì)外，其余12個(gè)氣象站點(diǎn)的積溫呈減小趨勢(shì)。近30年來(lái)所有氣象站點(diǎn)的變化趨勢(shì)均未達(dá)到顯著水平。

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