近50年高淳二十四节气气温变化特征及突变分析

收稿日期：2020-09-21
基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFD1002201）；南京市气象科研项目（NJ201802）
作者简介：孔维财（1986-），男，江苏南京人，工程师，硕士，主要从事农业气象研究，（电话）189****5106（电子信箱）****************。

孔维财，宋如东，陆一磊，等.近50年高淳二十四节气气温变化特征及突变分析［J ］.湖北农业科学，2021，60（20）：43-47．
二十四节气起源于黄河流域，最早的二十四节气见于秦汉时期。

中国古人通过观察太阳周年运动与气候、农业、物候的关系，把一年分为不同的节气，对应各种不同的气候特征、农业活动、物候特点，充分体现了中国古人的智慧，至今还发挥着重要的作用［1］。

二十四节气现已成为中国文化的一部分，2016年中国二十四节气成为第31个入选人类非物质文化遗产代表名录。

随着全球气候变暖的加剧，极端气候事件频发，不仅对农业生产安全和人体健康带来威胁，也对社会经济造成巨大的影响［2］。

近年来，关于二十四节气的研究较多，钱诚等［3］研究了中国二十四节气气候变化规律；李耀宁等［4］研究了北京市二十四节气气温变化规律；沈姣姣等［5］研究了西安市二十四节气气温变化特征并进行了突变分析；杨玲珠等［6］研究了邯郸市二十四节气气候特征；武峰梅等［7］研究
近50年高淳二十四节气气温变化特征及突变分析
孔维财，宋如东，陆一磊，夏晓敏
（江苏省南京市高淳区气象局，南京
211300）
摘要：基于南京市高淳区1970—2019年逐日气温资料，采用距平分析、线性相关分析、M-K 突变检验等方法，对二十四节气气温变化特征和物候性节气（惊蛰、清明、小满和芒种）进行突变分析。

结果表明，高淳区近50年二十四节气平均气温、初终日气温呈明显的正态、单峰型特点，且趋势一致；大暑和大寒分别是一年中最热和最冷的节气；大寒至小暑气温逐渐上升，大暑至小寒气温逐渐下降；气温距平在20世纪80年代前多为负值，在20世纪90年代后多为正值。

惊蛰气温在1993年存在突变点，上升趋势显著变大，小满在1985年存在转暖的突变点。

各节气气温均呈上升趋势，趋势显著，这与全球气候变暖的大背景相符合，高淳区的农事活动可适当提前。

关键词：二十四节气；气温变化；突变分析；南京市高淳区中图分类号：P423.3；P461
文献标识码：A
文章编号：0439-8114（2021）20-0043-05DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2021.20.008
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
Air temperature variation and mutation analysis of the twenty-four
solar terms in Gaochun over 50years
KONG Wei-cai ，SONG Ru-dong ，LU Yi-lei ，XIA Xiao-min
（Gaochun Meteorological Bureau ，Nanjing 211300，China ）
Abstract ：Based on the daily temperature data from 1970to 2019in Gaochun district ，Nanjing city ，using anomaly analysis ，linear correlation analysis ，M-K mutation test and other methods ，the temperature change characteristics and the mutation of the 24solar terms were analyzed （Insects awaken ，Clear and bright ，Grain buds ，Grain in ear ）.The results showed that the average temperature
and the first and last day temperature of the 24solar terms in Gaochun in recent 50years showed obvious normal and unimodal charac⁃teristics ，and the trend was consistent.Great heat and Great cold were the hottest and coldest solar terms of the year respectively.The temperature rises gradually from Great cold to Slight heat ，and decreases gradually from Great heat to Slight cold.The temperature anomaly was mostly negative before the 1980s and positive after the 1990s.There was a sudden change in Insects awaken temperature in 1993，the rising trend became significantly larger ，and there was a sudden change in warming in Grain buds in 1985.The tempera⁃ture of each solar term showed a significant upward trend ，which was consistent with the background of global warming.Agricultural activities of Gaochun district can be appropriately advanced.
Key words ：twenty-four solar terms ；air temperature variation ；mutation analysis ；Gaochun district of Nanjing city
湖北农业科学2021年
了孝义市二十四节气气象要素的变化特征。

这些研
究均表明二十四节气均处于升温趋势。

中国地域广阔，气候差异明显，不同地区同一节
气从事的农业活动也不同。

南京市高淳区（简称高
淳）位于江苏省西南部，总面积约802km2，属亚热带
季风气候区，气候适宜，是江苏省重要的粮食生产和
水产养殖基地。

在全球气候变暖的趋势下，高淳二
十四节气气温也呈明显的上升趋势，气候条件和物
候特征也随之改变。

随着社会经济的发展，对农产
品的数量和质量要求越来越高，研究如何更好地利
用热量资源、准确把握农时进行农事活动，不但有利
于提高农业气象服务质量，而且对提高长江中下游
地区的农业经济效益具有重要的意义［8-11］。

1资料与方法
1.1二十四节气划分
二十四节气反映了太阳周年视运动，在公历中
日期相对固定，随年份有1~2d的变动，为便于统计
分析，本研究为所有节气取一个固定日期（表1），同
时以立春、立夏、立秋和立冬节气为分界将二十四节
气划分为春季型、夏季型、秋季型和冬季型。

取惊
蛰、清明、小满和芒种为物候性代表节气。

表1二十四节气日期
春季型
节气立春雨水惊蛰春分清明谷雨日期
2-04
2-19
3-06
3-21
4-05
4-20
夏季型
节气
立夏
小满
芒种
夏至
小暑
大暑
日期
5-06
5-21
6-06
6-22
7-07
7-23
秋季型
节气
立秋
处暑
白露
秋分
寒露
霜降
日期
8-08
8-23
9-08
9-23
10-09
10-24
冬季型
节气
立冬
小雪
大雪
冬至
小寒
大寒
日期
11-08
11-23
12-07
12-22
1-06
1-21
1.2资料来源及研究方法1970—2019年逐日气温数据来源于南京市高淳区气象局，其中因迁站等非自然变化因素导致的数据变化均进行了处理，具有较好的代表性和连续性。

本研究基于SPSS、Matlab等软件，采用气候倾向率、滑动平均、累计距平、相关分析、M-K突变检验等方法，对南京市高淳区进行了近50年二十四节气气温变化特征分析和物候性节气（惊蛰、清明、小满和芒种）气温突变分析。

2结果与分析
2.1二十四节气气温年变化特征
2.1.1年变化特征分析高淳位于长江中下游地区，属于亚热带季风气候，夏季炎热多雨、冬季寒冷干燥，春秋季为过渡季节，高淳近50年各节气平均
气温、初终日气温呈明显的正态、单峰型特点，且趋
势一致（图1）。

大暑是一年中最热的节气，平均气
温为29.7℃，小暑次之，平均气温为28.5℃；大寒是
一年中气温最低的节气，平均气温为3.3℃，小寒次
之，平均气温为3.4℃，极端最低气温出现在大寒节
气的概率为52%，出现在小寒的概率为34%。

大寒
至小暑的终日平均气温高于初日平均气温，气温呈
上升趋势，上升幅度最大为春分至清明，升幅为3.6℃；大暑至小寒的终日平均气温低于初日平均气温，呈下降趋势，下降幅度最大为霜降至立冬，降幅
为3.6℃。

35
25
15
5
-5
温
度
/
/
℃
平均气温
相邻节气温差
初日平均气温
终日平均气温立
春
雨
水
惊
蛰
春
分
清
明
谷
雨
立
夏
小
满
芒
种
夏
至
小
暑
大
暑
立
秋
处
暑
白
露
秋
分
寒
露
霜
降
立
冬
小
雪
大
雪
冬
至
小
寒
大
寒
节气
图1二十四节气平均气温、初终日平均气温
和相邻节气气温差
为分析高淳近50年气温变化趋势，本研究计算
了各个节气气温的变化线性趋势，结果（表2）表明，
节气气温均呈上升趋势，这与全球气候变暖的大背
景相符合［12］，其中，有5个节气的线性趋势通过了95%的信度检验，12个通过了99%的信度检验。

上升趋势最大的为春分，气候倾向率为0.81℃/10年，上升趋势最小的是处暑，气候倾向率为0.13℃/10年，其中，春季型节气上升趋势整体较大，秋季型节气次表2二十四节气气温变化的线性趋势系数（单位：℃/年）节气
立春
雨水
惊蛰
春分
清明
谷雨
立夏
小满
芒种
夏至
小暑
大暑
线性趋势系数
0.033
0.067**
0.072**
0.081**
0.052**
0.046**
0.051**
0.026*
0.023*
0.032
0.017
0.042**
节气
立秋
处暑
白露
秋分
寒露
霜降
立冬
小雪
大雪
冬至
小寒
大寒
线性趋势系数
0.021
0.013
0.056**
0.052**
0.043**
0.036**
0.034*
0.037**
0.018
0.044*
0.025*
0.033
注：“*”“**”分别表示通过95%、99%的信度检验
44
第20期
之，平均线性趋势系数分别为0.059、0.037℃/年，平均上升趋势最小为夏季型节气，夏季型和冬季型节气平均线性趋势均为0.032℃/年。

随着高淳经济的发展，城市热岛效应对高淳春季型和秋季型节气影响较大，对高温型节气影响较小［13-15］。

2.1.2年代际变化特征分析由表3可知，各节气在年代上距平呈上升趋势，大部分节气距平在20世纪70年代和80年代为负值，从20世纪90年代开始距平多为正值。

春季型、夏季型和秋季型节气距平均在20世纪80年代出现负最大值，距平平均值分别为-1.1、-0.6、-0.7℃；夏季型和秋季型节气在近50年距平变化幅度较小，夏季型节气距平平均值在20世纪70年代至21世纪10年代相差1.0℃，秋季型相差为1.1℃，而春季型和冬季型相差分别为1.8、1.3℃。

表3二十四节气年代际气温距平（单位：℃）节气
春季型夏季型秋季型冬季型立春
雨水
惊蛰
春分
清明
谷雨
立夏
小满
芒种
夏至
小暑
大暑
立秋
处暑
白露
秋分
寒露
霜降
立冬
小雪
大雪
冬至
小寒
大寒
20世纪70年代
（1970—1979年）
-1.0
-0.9
-1.3
-0.8
-0.4
-0.6
-1.3
-0.7
-0.3
-0.4
-0.3
-0.1
0.3
-0.8
-0.9
-0.7
-0.4
-0.8
-0.8
-0.9
-0.4
-0.5
20世纪80年代
（1980—1989年）
-0.7
-1.6
-0.9
-1.3
-1.0
-1.0
-0.1
-0.3
-0.6
-0.9
-0.4
-1.4
-0.8
-0.7
-1.0
-0.6
-0.7
-0.6
-0.7
-0.8
-0.5
-0.7
20世纪90年代
（1990—1999年）
1.1
0.5
0.1
-1.3
-0.5
0.4
0.1
0.2
-0.1
-0.5
0.1
0.2
-0.1
0.2
0.2
-0.1
-0.1
0.1
0.1
0.6
0.7
-0.5
0.2
21世纪00年代
（2000—2009年）
0.9
1.0
1.1
1.7
1.1
0.4
0.3
0.7
0.6
1.6
0.6
-0.2
0.2
0.7
1.1
0.8
0.8
-0.4
0.6
0.1
0.4
0.3
21世纪10年代
（2010—2019年）
-0.3
1.1
1.2
1.9
0.9
0.9
1.1
0.3
0.2
-0.1
1.5
1.0
0.3
1.1
0.6
0.6
0.4
1.2
0.7
0.1
0.7
0.6
0.7
2.2物候性节气气温距平变化及突变分析
二十四节气与中国农业生产密切相关，其中惊蛰、清明、小满和芒种等节气对物候和农事安排有重要的指导意义［16］。

本研究对惊蛰、清明、小满和芒种的气温及距平进行了线性拟合，并对物候性节气平均气温进行M-K突变分析，分析其有无突变点。

2.2.1气温距平变化分析惊蛰物候特征为作物复苏生长，该时期气温对作物的生长十分重要。

由图2a可知，高淳近50年以来惊蛰平均气温为9.4℃，上升趋势明显，线性趋势系数为0.072℃/年（通过了99%的信度检验），该节气气温距平也呈上升的趋势，这与节气平均气温上升趋势一致；1970—1993年节气距平多以负值为主，1994—2019年距平多以正值为主，距平上升趋势的气候倾向率为0.72℃/10年。

清明（图2b）、小满（图2c）节气与惊蛰节气比较相似，清明、小满平均气温上升线性趋势系数分别为0.052℃/年（通过了99%的信度检验）和0.026℃/年（通过了95%的信度检验），清明在1995年前以负距平为主，1995年之后以正距平为主，距平上升趋势的气候倾向率为0.52℃/10年，小满以2000年为分
孔维财等：近50年高淳二十四节气气温变化特征及突变分析45
湖北农
业
科学2021年
界点，前期以负值为主，后期以正值为主，距平上升趋势的气候倾向率为0.26℃/10年。

芒种（图2d ）平均气温为24.9℃，平均气温上升线性趋势系数为0.023℃/年（通过了95%的信度检验），距平正负变化没有明显的分界点，距平上升趋势的气候倾向率为0.23℃/10年。

2.2.2
气温M-K 突变分析
本研究通过M-K 法分
析了物候性节气气温突变点，如果UF 和UB 线在置信区间（0.05水平显著置信曲线U 0.05=1.96）之间有交点，说明存在突变，交点对应年份为突变年份。

惊蛰（图3a ）UF 均大于0，气温呈升高趋势，在1993年存在突变点，上升显著，趋势变大。

清明（图3b ）气温在1970—1985年呈上升趋势（UF >0），1985
—2000年节气气温呈下降的趋势（UF <0），2000年后转暖趋势明显，在2000年存在突变点。

小满（图3c ）气温在1970—1985年上升与下降的趋势都不明显，在1985年之后气温变暖趋势十分明显（UF >0），在1985年存在转暖的突变点。

芒种（图3d ）气温在1970—1980年呈下降趋势（UF <0），至1980年后气温呈上升的趋势，趋势明显，在1980年存在突变点，但是在2000年气温上升趋势变缓，在2000年也存在一个突变点。

3小结与讨论
本研究利用SPSS 、Matlab 等软件，采用线性相关
分析、M-K 突变检验等方法，分析了高淳1970—2019年二十四节气和物候性节气（惊蛰、清明、小满和芒种）的平均气温、初终日平均气温、相邻节气温差、年代际平均气温及距平，得出如下结论。

1）高淳近50年二十四节气平均气温、初终日气
温呈明显的正态、单峰型特点，且趋势一致；大暑和大寒分别是一年中最热和最冷的节气；大寒至小暑的节气终日平均气温高于初日平均气温，气温逐渐上升，大暑至小寒的节气终日平均气温低于初日平均气温，气温逐渐下降；一年中，一般大暑气温达到一年的峰值，至大寒降至气温最低值。

2）各节气气温的变化线性趋势中有5个节气通过了95%的信度检验，12个通过了99%的信度检验。

上升趋势最大的为春分，上升趋势最小的是处暑；春季型和秋季型节气上升趋势整体较高，上升趋势最小为夏季型节气，这与高淳的城市热岛效应关系密切；大部分节气距平在20世纪70年代和80年代为负值，从20世纪90年代开始距平多为正值；惊蛰、清明、小满和芒种的节气距平上升趋势与节气平均气温上升趋势一致。

惊蛰在1970—1993年气温距平以负值为主，1994—2019年距平以正值为主；清明在2000年前以负距平为主，2000年之后以正距平为主；小满以1995年为分界点，前期以负值为主，后期以正值为主；芒种气温距平正负距平变化没有明显的分界点。

1970197519801985199019952000200520102015
年份6420
-2
-4-6距平//℃
距平5年滑动平均线性（距平）
a
1970197519801985199019952000200520102015
年份
420
-2-4
距平//℃
距平5年滑动平均线性（距平）
b
1970197519801985199019952000200520102015
年份32
10
-1
-2-3
距平//℃
距平5年滑动平均线性（距平）
c
1970197519801985199019952000200520102015
年份
3210
-1-2-3
-4
距平//℃
距平5年滑动平均线性（距平）
d
a.惊蛰；
b.清明；
c.小满；
d.芒种
图2物候性节气气温距平
46
第20期3）通过M-K 分析可知，惊蛰气温呈一致的升高
趋势，在1993年存在突变点，上升趋势变大；清明在2000年后转暖趋势明显，2000年为突变点；小满在
1970—1985年上升与下降的趋势都不明显，在1985年之后气温变暖趋势十分明显，1985年存在突变点；芒种在1970—1980年呈下降趋势，至1980年后
气温呈明显上升的趋势，1980年为突变点。

根据二十四节气气温升高的趋势，高淳的农事活动可适当提前。

但本研究对农业生产活动提供的帮助有一定的局限性，农事活动的调整还需要综合考虑降水、日照、当地农业生产技术水平等因素，二十四节气与其他气象要素的综合分析还有待进一步研究。

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197019801990
200020102015年份
6420-2-4-6UF 统计量
UB 统计量0.05显著水平
a
197019801990
200020102015
年份
6420-2-4-6
UF 统计量UB 统计量0.05显著水平
b
1970
1980
1990
2000
20102015
年份
642
0-2-4-6
UF 统计量UB 统计量0.05显著水平c
197019801990
200020102015
年份
642
0-2-4-6
UF 统计量UB 统计量0.05显著水平
d
数值
数值
数值
数值
a.惊蛰；
b.清明；
c.小满；
d.芒种
图3物候性节气M-K 突变分析
孔维财等：近50年高淳二十四节气气温变化特征及突变分析47。