近61年濟(jì)寧市氣候變化特征分析

李曉輝 華磊 侯夢媛

摘 要：利用山東省濟(jì)寧市范圍內(nèi)的11個氣象站點(diǎn)的長期氣象觀測資料，運(yùn)用距平分析、滑動平均、氣候傾向率和墨西哥帽小波分析等方法，多尺度分析了該區(qū)域1959—2019年氣溫和降水時間序列的季節(jié)變化和年際變化規(guī)律。結(jié)果表明：近61年來，濟(jì)寧市氣溫以0.28 ℃/10年的趨勢增加，且四季氣溫均呈增溫趨勢，其中冬季氣溫增加趨勢最為明顯，達(dá)0.43 ℃/10年，但夏季增溫系數(shù)僅為0.09 ℃/10年。年降水量以-4.04 mm/10年的趨勢增減少，其中，夏季降水減少最為顯著，降水趨勢系數(shù)為-1.92 mm/10年，但春季和冬季降水增加。小波分析表明濟(jì)寧市氣溫存在4～6、10、20、30年的變化周期，主周期為20年；降水存在6、8、10、13～15、30年的變化周期，主周期為6年。從大尺度來看，未來一定時間內(nèi)濟(jì)寧市將氣溫偏高、降水偏少。

關(guān)鍵詞：氣溫；降水；氣候變化；特征分析；氣候傾向率

中圖分類號：P467 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

受全球氣候變暖影響，地球水循環(huán)及干濕條件改變，極端氣候事件頻發(fā)。蘇京志等[1]研究指出，盡管近幾年氣候變暖趨勢減緩，但地球溫度仍將繼續(xù)上升。很多學(xué)者深入探討了中國氣候變化，發(fā)現(xiàn)我國增暖趨勢明顯，近100年地表平均溫度增幅達(dá)0.56～0.92 ℃，且平均降水量沒有明顯趨勢，但20世紀(jì)70年代后降水出現(xiàn)明顯的年代際變化[2-3]。

山東省年平均氣溫和降水整體呈現(xiàn)波動上升的趨勢，極端氣候事件發(fā)生強(qiáng)度及頻率不斷增加，但又呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域不同。濟(jì)寧市位于魯西南地區(qū)，屬暖溫帶季風(fēng)型氣候，人文旅游資源豐富。目前，關(guān)于濟(jì)寧市氣候變化特征的研究較少，且數(shù)據(jù)較為陳舊，其結(jié)論已經(jīng)不能準(zhǔn)確反映濟(jì)寧市的氣候變化特征[4-5]。因此，將進(jìn)一步分析濟(jì)寧市氣溫和降水的長期演變規(guī)律，為該區(qū)域建設(shè)規(guī)劃及防災(zāi)減災(zāi)提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

利用濟(jì)寧市濟(jì)寧、微山、魚臺、鄒城、兗州、曲阜、金鄉(xiāng)、嘉祥、汶上、梁山、泗水11個氣象站1959—2019年的氣溫和降水量資料，通過距平分析、滑動平均、氣候傾向率等方法分析濟(jì)寧市氣溫及降水的年際變化規(guī)律和四季變化特征，運(yùn)用墨西哥帽小波函數(shù)對其氣溫、降水周期進(jìn)行分析及趨勢預(yù)測[6]。春季、夏季、秋季、冬季的劃分分別為3—5、6—8、9—11、12—翌年2月。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫的變化特征

2.1.1 年際變化

1959—2019年濟(jì)寧市年氣溫14.06 ℃，氣候傾向率為0.28 ℃/10年，呈增溫趨勢。從年氣溫距平變化和線性趨勢（圖1）可以看出，1994年前為相對冷期，氣溫以負(fù)距平為主，35年間僅有3年為正距平，其中，最冷年份出現(xiàn)在1969年，氣溫偏低1.45 ℃。1994年開始?xì)鉁匮杆偕仙?，最高氣溫出現(xiàn)在2019年，偏高1.38 ℃。氣溫年際變化趨勢分析表明：20世紀(jì)60～80年代，氣溫明顯低于多年平均氣溫，20世紀(jì)90年代開始進(jìn)入偏暖時期，21世紀(jì)10年代氣溫偏高0.81 ℃。

2.1.2 四季變化

1959—2019年濟(jì)寧市春季平均氣溫為14.57 ℃，增溫系數(shù)為0.35 ℃/10年。1959年至20世紀(jì)90年代前期，春季氣溫距平以負(fù)值為主，其中，最冷年份出現(xiàn)在1991年，氣溫偏低1.80 ℃。春季氣溫的轉(zhuǎn)折年份出現(xiàn)在1994年，之后氣溫僅有5年為負(fù)距平，其中，最暖年份出現(xiàn)在2014年，氣溫偏高2.48℃。

夏季平均氣溫26.28 ℃，增溫系數(shù)僅為 0.09 ℃/10年。1959年至20世紀(jì)60年代氣溫以正距平為主，20世紀(jì)70～80年代氣溫以負(fù)距平居多，其中最冷年份出現(xiàn)在1976年，氣溫偏低1.34 ℃。20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，氣溫處于波動期，21世紀(jì)10年代增溫趨勢逐漸明顯，最暖年份（2018年）氣溫偏高2.23 ℃。

秋季平均氣溫為14.75 ℃，增溫系數(shù)為 0.24 ℃/10年。1959年至20世紀(jì)90年代中期，秋季氣溫距平以負(fù)值為主，其中，最冷年份出現(xiàn)在1981年，氣溫偏低1.50 ℃。氣溫轉(zhuǎn)折年份出現(xiàn)在1998年，氣溫距平達(dá)2.34 ℃。

冬季平均氣溫為0.75 ℃，增溫系數(shù)高于其他季節(jié)，達(dá) 0.43 ℃/10年。1959年至20世紀(jì)80年代中期冬季氣溫距平以負(fù)值為主，其中，最冷年份出現(xiàn)在1969年，氣溫偏低2.90 ℃。冬季氣溫轉(zhuǎn)折年份出現(xiàn)在1987年，此后氣溫大多高于多年平均氣溫，其中，最暖年份出現(xiàn)在2002年，氣溫偏高2.32 ℃。

2.2 降水的變化特征

2.2.1 年際變化

1959—2019年濟(jì)寧市年降水量為688.60 mm，以4.04 mm/10年的趨勢遞減。根據(jù)降水距平變化趨勢圖分析（圖2），濟(jì)寧市降水最大年份為出現(xiàn)在1964年，降水偏多473.2 mm；降水最少年份為2002年，降水偏少290.79 mm。氣溫年際變化趨勢分析表明：20世紀(jì)70年代降水為正距平，為多雨期；20世紀(jì)80年代降水驟減，年代降水偏少113.40 mm，為少雨期；20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初進(jìn)入新一輪多雨期；2010年以來降水變化劇烈，10年間降水量相對年降水量的正負(fù)距平之比為5∶5，但整體年代降水偏少16.20 mm。

2.2.2 四季變化

近61年濟(jì)寧市春季平均降水量為35.35 mm，呈增加趨勢（0.38 mm/10年）。20世紀(jì)60年代和90年代春季年代降水量均較多平均年降水量偏多，其中，春季最大降水量出現(xiàn)在1964年，降水偏多39.19 mm。20世紀(jì)70—80年代及21世紀(jì)以來春季年代降水量偏少，其中，最小值出現(xiàn)在2001年，降水偏少29.83 mm。

夏季平均降水量為141.96 mm，降水趨勢系數(shù)為

-1.92 mm/10年。20世紀(jì)60～70年代、21世紀(jì)00年代降水量均較多平均年降水量偏多，其中，夏季最大降水量出現(xiàn)在1971 年，降水偏多91.83 mm。20世紀(jì)80—90年代及21世紀(jì)10年代降水量偏少，其中，最小值出現(xiàn)在1983年，降水偏少86.51 mm。

秋季平均降水量為42.33 mm，無明顯趨勢變化。20世紀(jì)70年代和90年代降水量偏少，秋季最小降水量出現(xiàn)在1998年，降水偏少35.70 mm。其余年代降水量均較多平均年降水量偏多，其中，秋季最大降水量出現(xiàn)在2005年，降水偏多75.04 mm。

冬季平均降水量為9.87 mm，以0.18 mm/10年的速度增加。20世紀(jì)60年代和80年代降水量偏少，冬季最小降水量出現(xiàn)在1998年，降水偏少6.11 mm。其余年代降水量均較多平均年降水量偏多，冬季最大降水量出現(xiàn)在2001年，降水偏多19.78 mm。

2.3 氣溫及降水的小波分析

2.3.1 氣溫的小波分析

從圖3可以看出，近61年來濟(jì)寧市氣溫變化的周期振蕩較為明顯，主要存在4～6、10、20、30年的變化周期，主周期為20年。降水量在10年以下尺度上，周期震蕩劇烈，具體表現(xiàn)為在20世紀(jì)60至70年代呈6年的“多—少”變化，在20世紀(jì)70年代中期至21世紀(jì)10年代則呈現(xiàn)4年的“多—少”變化。同時，在20世紀(jì)90年代中期后還同時存在著8～10年的“多—少”周期變化，且小波系數(shù)高、低值中心均隨時間序列降低，表明周期變化有縮短的趨勢。隨著時間尺度的增加，氣溫變化的周期振蕩規(guī)律趨于清晰，結(jié)合小波方差圖可以看出，20年振蕩在整個研究時段內(nèi)具有全域性和穩(wěn)定性，表現(xiàn)為7個“多—少”循環(huán)交替。20世紀(jì)90年代中期前還存在30年的次周期變化，但進(jìn)入21世紀(jì)后小波系數(shù)高、低值中心均降低至20年附近。從20年大尺度來看，2015年開始出現(xiàn)溫度升高的等值線，至2019年等值線未閉合，說明未來一定時間內(nèi)濟(jì)寧市氣溫仍將繼續(xù)偏高。

2.3.2 降水的小波分析

從圖4可以看出，20世紀(jì)60年代至70年代中期年降水量呈8年的“少—多”周期變化，20世紀(jì)70年代后期開始呈6年和10年的周期變化，且6年的周期振蕩強(qiáng)度最強(qiáng)，為主周期。20世紀(jì)90年代中期以后存在13～15年的周期變化。在整個研究期內(nèi)，存在30年的次周期震蕩，表現(xiàn)為2.5個“少—多”循環(huán)交替。無論從30年大尺度還是10年以下小尺度來看，2019年開始小波系數(shù)均為負(fù)值區(qū)，表明未來濟(jì)寧市將進(jìn)入少雨期。

3 結(jié)論與討論

1959—2019年，濟(jì)寧市年氣溫以0.28 ℃/10 年的趨勢增加，與1961—2010 年全國平均0. 27 ℃ /10年的溫度氣候傾向率相似，但略低于山東省的增溫幅度。20世紀(jì)60～80年代氣溫明顯低于多年平均氣溫，為偏冷時期；20世紀(jì)90年代開始進(jìn)入偏暖時期，尤其21世紀(jì)10年代氣溫距平達(dá)到最高，表明濟(jì)寧市氣溫有進(jìn)一步升高的態(tài)勢。M-K檢驗(yàn)顯示1989年開始?xì)鉁厣仙厔蒿@著，研究結(jié)果與前人對龍口市的氣候變化趨勢研究結(jié)論較為一致[7]。季節(jié)分析發(fā)現(xiàn)濟(jì)寧市四季氣溫均呈增加趨勢，但以冬季氣溫增加趨勢最為明顯，相似結(jié)論也出現(xiàn)在山東省及其他地區(qū)的研究[8-9]。

濟(jì)寧市年降水量呈弱減少趨勢，降水氣候傾向率-4.039 mm/10年，與山東省降水增多的趨勢相反，這種差異可能與下墊面特征及汛期降水量變化因素有關(guān)。20世紀(jì)80年代降水偏少113.4 mm，為明顯少雨期；20世紀(jì)70年代和90年代、21世紀(jì)00年代降水偏多；2010年以來降水變化劇烈，但整體年代降水偏少16.2 mm。季節(jié)分析發(fā)現(xiàn)春季和冬季降水增加，而夏季降水減少，秋季降水變化不明顯，研究結(jié)果與全國季節(jié)降水量的變化趨勢也有所差異。

小波分析發(fā)現(xiàn)濟(jì)寧市年氣溫和降水量均存在多時間尺度特征，且大尺度的周期變化嵌套著劇烈的小尺度周期震蕩。其中年氣溫呈現(xiàn)4～6、10、20、30年的變化周期，主周期為20年；年降水量呈現(xiàn)6、8、10、13～15、30年的震蕩周期，主周期為6年。從大尺度來看，2019年氣溫處在小波系數(shù)正值區(qū)，降水處在小波系數(shù)負(fù)值區(qū)，且周期曲線均未閉合，未來一定時間內(nèi)濟(jì)寧市仍將氣溫偏高、降水偏少。

選取濟(jì)寧市范圍內(nèi)11個氣象站點(diǎn)的長序列資料進(jìn)行綜合分析，未考慮局地地形及小氣候的影響，研究結(jié)果具有一定局限性。今后將進(jìn)一步結(jié)合海拔等地理因子，細(xì)化研究區(qū)域及時段，對區(qū)域性氣候變化特征進(jìn)行深度分析。

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