莱芜近52年气候变化特征分析

莱芜近52年气候变化特征分析
王承军;王琪珍;卜庆雷
【摘要】利用莱芜1957～2009年逐月气温、降水、初终霜日、无霜期、日照时数等气象资抖,采用线性方程、5年滑动平均、气候倾向率等方法,分析了莱芜近52年的气候变化特征,结果表明:52年来,莱芜气温在波动中呈现上升的趋势,气温升高主要发生在1990年以后,不同季节的气温升高速率不同,气候倾向率大小依次为冬季、春季、秋季、夏季;最近20年来,莱芜春、秋、冬三季增温迅速,暖冬趋势明显;极端最高气温下降,高温日数减少,极端最低气温的强度减弱,持续时间缩短,气温年较差减小,冬暖夏凉趋势明显加强;年降水量在波动中减少,20世纪90年代后降水量增加,夏季降水量的增多贡献最大;暴雨日数和强度急剧增加,极端强降水事件增加;年日照时数总体呈减少趋势,年际波动较大,21世纪初期的日照时数急剧减少,秋季日照时数的减少贡献最大.
【期刊名称】《江西农业学报》
【年(卷),期】2011(023)002
【总页数】5页(P163-166,173)
【关键词】莱芜;气候变化;特征;分析
【作者】王承军;王琪珍;卜庆雷
【作者单位】山东省莱芜市气象局,山东,莱芜,271100;山东省莱芜市气象局,山东,莱芜,271100;山东省莱芜市气象局,山东,莱芜,271100
【正文语种】中文
【中图分类】P467
在过去的100年里，全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化，这种
变化对世界范围内的生态、资源、环境的负面效应日益显现，导致了各类极端天气气候事件的频繁发生，已经并将继续对社会经济的可持续发展带来深远的影响［1］。

在过去的几十年中，全球气候变化已对我国农业和农业生态系统，特别是我国北方旱区的农业造成了重大的影响，其中不少影响是负面的。

莱芜地处鲁中山区腹地，属于暖温带大陆性季风气候，是山东省重要的农业产区，农业经济较为发达。

在全球气候变暖的大背景下，莱芜的气候也存在着明显的变暖，降水量呈逐渐减少的趋势，水资源危机日益严重，阶段性干旱发生的几率增大，严重制约着农业和农村经济的发展［2］。

因此，深入研究莱芜气候变化的规律和特征，对充分利用气候资源、保护生态环境和促进社会经济可持续发展具有重要的意义。

1 资料来源与分析方法
1.1 资料来源使用1957～2008年莱芜国家一般气象站的大气探测资料，气候要
素平均值采用1971～2000年30年的平均值，选用1957～2009年莱芜逐年和
逐月的气温、降水、初霜日、终霜日、无霜期、日照时数等气象资料。

作物生长季为3～11月，季节划分的标准为：春季为3～5月，夏季为6～8月，秋季为9～11月，冬季为12月～次年2月。

1.2 分析方法采用的分析方法主要有以下几种：线性方程、5年滑动平均、对比分析和气候倾向率等［3］，气候倾向率的表达式：y=a0+a1 t，式中t为年份，a1为气候倾向率，用此来描述气候序列趋势变化特征。

2 结果与分析
2.1 气温变化特征
2.1.1 年平均气温变化特征分析莱芜1957～2008年的气象资料，从图1可以看出：52年来，莱芜年平均气温呈线性递增的趋势，其增长速率为0.32℃/10年，
显著高于全国的平均水平(0.1 ℃/10年)［4］，年平均气温在10.9～14.2℃之间。

2006年是莱芜历史上最暖的年份，年平均气温14.2℃，比常年平均值偏高1.2℃。

气温序列变化分为2个时期：1990年前，年平均气温多在平均值以下，称为偏冷阶段;1990年后，年平均气温多在平均值以上，称为偏暖阶段，偏暖阶段比偏冷阶段的年平均气温高1.0℃。

图1 1957～2008年莱芜年平均气温变化趋势
从图2可以看出，20世纪90年代以前，5年滑动平均值都处于平均值以下;90年代以后，5年滑动平均值持续偏高，偏高幅度逐年增大，21世纪初达到最高。

这
也进一步说明了20世纪90年代以后，莱芜气温持续增暖。

按Vt＞0(Vt为年平均气温5年滑动平均值与多年平均值之差)为偏暖，Vt＜0为偏冷来划分［5］，莱芜1990年前为偏冷期，1990年至今为偏暖期。

图2 1962～2007年莱芜5年滑动平均气温变化趋势
2.1.2 气温年际变化特征从图3可以看出，20世纪50年代末，年平均气温偏
低;60～70年代，年平均气温基本没有变化，与标准气候值相比，气温持续偏
低;80年代开始，气温变暖但仍然低于标准值;90年代以后，气温突变，年平均气
温增加明显;21世纪初，年平均气温偏暖幅度持续增大。

20世纪90年代、21世
纪初期的平均气温增幅分别为0.4、0.6℃，增温非常显著，而且增暖程度增强。

21世纪初是莱芜历史上最温暖的时期。

图3 1957～2008年莱芜各年代气温比较
2.1.3 季平均气温变化特征从各季平均气温变化的情况来看，52年来，莱芜各季
平均气温也呈逐渐上升的趋势，但不同季节的气温升高速率不同，气候倾向率的大小依次为冬季、春季、秋季、夏季，暖冬现象突出。

由表1可以看出，20世纪90
年代以来，春、秋、冬三季的增温迅速，而近10年来的夏季平均气温略有降低。

尤其是20世纪90年代，冬季的温度升高显著，平均比20世纪70年代上升
1.3℃，季平均气温达到0.2℃。

21世纪初期进一步升高为0.3℃，21世纪初的9
年内，只有2003、2005、2006年的冬季平均气温在0℃以下，但仍比常年平均
值偏高。

2007年冬季的平均气温达1.0℃，比常年偏高1.7℃，是近20年来冬季最温暖的一年。

这些变化说明，最近20年来，莱芜暖冬的趋势明显，而且冬季增暖程度仍在加强。

20世纪80年代开始，春季平均气温增暖明显，90年代比80
年代又有升高;21世纪初的9年，春季平均气温增暖迅速，平均比20世纪90年
代升高0.7℃;秋季增温比较平稳。

总体来看，莱芜各季平均气温都呈升高的趋势，冬季增暖最明显。

2.1.4 极端气温变化趋势从莱芜的极端最高气温变化可以看出：极端最高气温呈降低的趋势，气候倾向率为-0.28℃/10年，≥35℃的高温日数呈减少的趋势，气候
倾向率为-0.81 d/10年;而极端最低气温则呈明显上升趋势，气候倾向率为1.03
d/10年，≤-10.0℃的低温日数也呈减少的趋势，气候倾向率为-4.9 d/10年。

从一年中各月的极端最高气温可以看出：月极值集中出现在20世纪90年代以后，2002年莱芜的极端最高气温达39.9℃，是莱芜近年50年来的最高值;极端最低气温年际间的差异很大，如2007年极端最低气温只有-8.8℃，没有低温天气的出现，而2008年的极端最低气温达-15.0℃，低温日数达8 d，是近10年低温日数最多的年份;1990年以前的年平均低温日数为20.5 d，近20年的年平均低温日数为
6.9 d，前后两个时期相差13.6 d。

从最冷月(1月)和最热月(7月)的平均气温来看，1月增温非常明显，气候倾向率为0.55℃/10年，7月平均气温几乎无变化。

这些研究表明，随着全球气候变暖，莱芜的极端最高气温下降、高温日数减少，极端最低气温的强度减弱、持续时间缩短，冬暖夏凉趋势明显加强，气温年较差减小，但气温变化的极端事件增多，强度呈增
加的趋势。

表1 1957～2009年各年代气温、无霜期距平分析年代春季(℃)夏季(℃)秋季(℃)
冬季(℃)年(℃)≥0℃积温(℃)平均无霜期(d)1957 ～1960 -1.2 -0.3 -1.0 -0.6 -1.1 -317.2 /1961 ～1970 -0.3 0.2 -0.2 -1.2 -0.4 -46.6 /1971 ～1980 -0.5 -0.3 -0.3 -0.4 -0.4 -97.3 12 1981 ～1990 0.1 0 0 -0.5 -0.1 -14.8 -3 1991 ～2000 0.4 0.3 0.4 0.2 0.4 123.4 -9 2001 ～2009 1.1 -0.1 0.6 0.3 0.6 188.6 13
2.1.5 ≥0℃积温变化特征≥0℃积温是研究作物生长发育对热量的需求和评价热量
资源的一种指标，日平均气温稳定通过0℃的初日与小麦返青、土壤解冻、果树萌动等农事活动相吻合，0℃终日与土壤冻结、草木休眠、冬小麦停止生长进入冬眠有关［5～20］。

近52年来，莱芜≥0℃积温总体上呈增加的趋势，气候倾向率为84.6℃/10年。

由表1可以看出，从20世纪90年代开始，≥0℃总积温明显增加，21世纪初≥0℃总积温增幅更为显著，比常年平均值偏高188.6℃，比20世纪90年代高65.2℃。

一年中春季积温增加最多，秋季次之，第三为冬季，夏季几乎无变化，≥0℃的日
数呈现增加的趋势。

2.1.6 平均无霜期变化特征无霜期是评价地区热量资源的一个重要指标，是一年内终霜日至初霜日之间持续的日数。

从表1可以看出，20世纪90年代是莱芜无霜
期最少的时期，比常年平均偏少了9 d;21世纪初是莱芜无霜期最多的时期，比常
年平均偏多13 d，比20世纪90年代偏多22 d。

莱芜平均终霜日期为4月13日，平均初霜日期为10月19日，21世纪初的平均终霜日期提前至4月5日，比常年提前8 d，平均初霜日期推迟至10月25日，比常年推迟6 d。

2.2 降水变化特征
2.2.1 年降水量变化特征从图4可以看出，近52年来，莱芜年降水量呈逐年减少的趋势，气候倾向率为-1
3.1 mm/10 年。

年平均降水量为26
4.1 ～1369.3mm，
平均值为695.1 mm，降水量最多的年份是最少年份的5.2倍。

此外，年降水量时空分布不均匀，夏季平均降水量454.2 mm，占年降水量的65.3%。

1986～1992年和1997～2002年是莱芜历史上2个持续少雨的时期，从前后两个时段比较看出，后一阶段的持续时间和程度均有所减轻，年降水的负距平值远远小于前一时段。

2.2.2 降水量年际变化特征从图5可以看出，近52年来，莱芜的年降水量总体上呈减少的趋势，经历了一个先减后增的过程。

20世纪50年代末的降水量最
多;60～70年代的年降水量略有减少;80年代降到最低值，为相对少雨阶段，平均
年降水量632.4 mm，比常年平均偏少62.7 mm;进入90年代后，降水量又开始
增多，近20年来呈现出增加的趋势;到21世纪初期，平均年降水量为739.2 mm，比常年平均偏多44.1 mm。

图4 1957～2008年莱芜年降水量变化趋势
图5 1957～2008年莱芜各年代降水量比较
2.2.3 降水量季节变化特征从表2可以看出，各季年代变化不尽相同。

春季降水总体呈增加的趋势，20世纪70年代明显减少，80年代略有增加，90年代增加明显，近20年呈逐渐增加的趋势，而且增加程度仍在加强。

夏季降水量总体呈减少的趋势，经历了先减后增的过程，80年代降到最低值，近20年来呈现增加的趋势。

秋季、冬季降水量呈减少的趋势，但年代间变化幅度较大，80年代均达到最低值，90年代比80年代迅速增加，21世纪初比20世纪90年代略有减少，近20年来呈现减少的趋势。

2.2.4 作物生长季降水量变化特征根据莱芜的作物生长发育状况，把3～11月定
义为作物生长季。

近52年来，作物生长季降水量呈减少的趋势，气候倾向率为-10.4 mm/10年，其中7月减少幅度最为显著，气候倾向率为-25.2 mm/10年;其次是4月，气候倾向率为-4.3 mm/10年。

春季第一场透雨的日期明显推迟，4月正值莱芜的春播期和小麦、大蒜等越冬作物的需水关键期，降水减少加剧了春旱的
发生几率和影响程度，十年九春旱是莱芜气候的真实写照，近30年来春旱发生几率为75%，春播旱发生几率为67%;7月正值大秋作物的旺盛生长期，此时降水减少对产量影响较大，近10年来，7月降水日数呈增加趋势，秋作物受旱发生几率
明显减少;而8月降水量则呈增加的趋势，气候倾向率为7.8 mm/10年，降水日
和暴雨日数都呈增加趋势，阶段性的局部内涝几乎年年发生，对夏玉米的开花授粉尤为不利。

3～4月、9～11月的降水持续偏少。

表2 1957～2009年莱芜各年代季节降水量变化特征 mm年代春季夏季秋季冬季1957 ～1960 82.6 582.4 105.2 25.4 1961 ～1970 123.1 481.9 150.1 25.8 1971 ～1980 86.7 475.4 159.5 28.2 1981 ～1990 87.1 430.5 100.6 21.2
1991 ～2000 102.6 456.7 138.9 27.8 2001 ～2009 103.6 491.1 132.0 21.4
2.2.5 暴雨日数变化特征近52年来，莱芜共出现暴雨117次，平均每年2.3次，年际变化大，总体呈增加趋势，年际间分布不均匀。

20世纪50年代后期至70年代，莱芜暴雨日数在波动中增加，80年代的暴雨日数在波动中减少，90年代以来，暴雨日数和强度急剧增加，极端强降水事件增多。

21世纪初是莱芜历史上暴雨最
多的时期。

近10年来，7月降水日数呈增加的趋势，暴雨日数则呈减少趋势，而
8月降水日数和暴雨日数均呈增加趋势。

这种变化说明在全球气候变暖的背景下，莱芜降水时段趋于集中，降水强度增强，极端强降水事件增加，降水的时空分布更不均匀，季节差异更为明显，春播期和秋播期农业生产用水矛盾更为突出。

2.3 日照变化特征
2.3.1 日照年际变化特征太阳光是地球上生命活动的能量源泉，也是植物生长的主要能源。

各地光资源的分布规律可以用日照时数来评价。

日照时数是指太阳中心从出现在一地的东方地平线到进入西方地平线，其直射光线在无地物、云、雾等任何遮蔽的条件下，照射到地面所经历的时间。

由于莱芜日照观测的1963年数据缺失，
因此，研究对象为1964～2009年46年的资料，采用气候倾向率方法对1964～2009年的年、季日照时数变化趋势进行分析。

近46年来，莱芜年日照时数总体
上呈减少的趋势，气候倾向率为-134.0 h/10年，年际波动较大，呈明显的递减趋势。

21世纪初期年日照时数最少，平均仅有2240.2 h，比20世纪60年代少18.8%，比常年的年平均值少3.6 h，而且近几年的日照时数急剧减少。

2.3.2 日照季节变化特征从表3可以看出，各年代的日照季节变化不尽相同。

20
世纪70年代，春、秋、冬三季的日照时数较60年代变化不大，而夏季日照时数
却明显减少，减少了80.2 h。

而80年代的春、夏、秋、冬四季均明显减少;其中
冬季减少最多，减少88.9 h。

90年代的秋冬季日照时数较80年代略有增加，春、夏季则减少。

21世纪初期，春季的日照时数比90年代略有增加，夏、秋、冬三
季比90年代有所减少，其中以夏季减少最多。

对46年各季的日照时数的线性分析可以看出，各季日照时数均呈减少的趋势，其中以夏季和秋季减少最为显著，气候倾向率为分别为-57.8 h/10年和-31.7 h/10年，特别是近20年来，夏、秋季日照时数的减少更显著，冬、春季则呈显著增加的趋势，尤其以春季增加最为明显，气候倾向率为23.2 h/10年。

表3 1964～2009年莱芜各年代季节日照时数比较 h年代春季夏季秋季冬季1964 ～1970 742.7 786.8 649.5 555.6 1971 ～1980 736.1 706.6 649.4 545.8 1981 ～1990 691.8 634.8 560.2 456.9 1991 ～2000 672.0 605.3 572.2 487.0 2001 ～2009 691.1 542.2 534.2 476.5
3 小结与讨论
近52年来，莱芜气温在波动中呈现上升的趋势，气温序列经过了2个时期：1990年以前为偏冷期，1990年至今为偏暖期。

气温升高主要发生在1990年以后，气温的上升主要是冬、春两季气温递增的贡献，导致暖冬现象突出。

极端最低气温的强度减弱，极端最高气温虽然呈降低的趋势，但气温变化的极端事件不断增
加，强度也有增加的趋势。

近10年来，终霜期提前，初霜期推迟。

在气候变暖的大背景下，由于春、秋季的强冷空气活动而导致气温变幅较大，气温变化的不稳定性不断增加，春季、秋季的气温异常事件在逐渐增加。

年降水量在波动中减少，气候倾向率为-13.1 mm/10年，显著高于全国平均水平的-2.9 mm/10年，20世纪80年代的降水量最少，为相对少雨期。

近20年来呈现增加的趋势，夏季降水量的增多贡献最大，暴雨日数和强度急剧增加，极端强降水事件增加，作物生长季降水时段趋于集中，降水的时空分布更不均匀，季节差异更为明显，春播期和秋播期的农业生产用水矛盾不断加剧。

年日照时数总体上呈减少的趋势，气候倾向率为-134.0 h/10年，其中以夏季和秋季减少幅度最为显著。

近20年来，年日照时数和夏季、秋季日照时数减少的趋势愈加明显;而春季和冬季的日照时数增加，增加的趋势也愈明显。

此外，作物生长
季的日照时数也呈减少趋势，年日照时数的减少以秋季的减少贡献最大。

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