1971－2012年滨州市气候变化特征分析

陈富强

(辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连116029)

1971－2012年滨州市气候变化特征分析

陈富强

(辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连116029)

本文基于滨州市各县市区气象站点1971－2012年逐年实测气温与降水资料，采用倾向率法、滑动平均法、距平累积法、Mann－Kendall突变检测等方法，研究了滨州市主要气候要素(气温与降水)的时间变化过程，揭示滨州市主要气候要素的年变化、季节变化、突变规律以及气温与降水之间的相关性.结果表明:滨州市年平均气温以0.412℃/10a的倾向率上升，年平均降水量以5.6mm/10a的倾向率下降;冬季气温上升趋势最明显，夏季降水下降幅度最大;滨州市年平均气温在21世纪初期发生突变，随后逐渐上升，年平均降水量未发生明显的突变;年平均气温与年平均降水量之间的相关系数r为－0.3569，呈负相关关系.

滨州市;气候变化;距平累积法;Mann－Kendall检测;突变规律;相关分析

气候是人类赖以生存和发展的自然环境要素之一，气候变化对人类生活、生产活动产生了极大影响.目前，全球范围内气候正在发生着局部变化，据资料统计:1880年－2013年全球地表平均温度约上升了0.85℃［1］.我国的年平均气温正以0.4℃/10a的倾向率上升，降水量以12.7mm/10a的速度减少，近50年中国年平均地表气温增加了1.1℃［2］.不同于气温的增加趋势，中国年均降水量变化趋势不显著，但存在频繁年际波动，并具有明显的区域差异.作为全球普遍性问题，气候变化一直是社会关注的热点.国外对于气候变化研究较早，理论成熟.Viola等指出近百年以来，全球气温上升显著［3］.J.M.Lough等通过气候资料研究了欧洲的气温与降水等气象要素的变化，指出气候变化的区域性与季节性［4］.Somot等利用地中海海洋大气模型对欧洲地区未来气候进行模拟预测［5］.中国气候变化起步较晚，但发展速度较快，成果显著，主要集中在中国气候大尺度研究或者下垫面性质改变对气候变化的影响，区域小尺度气候特征变化研究越来越多.任国玉等人通过对50年尺度的中国地面气候进行研究，发现中国大部分地区的气候都在变暖［6］.王菱等得出最高温度与最低温度存在不同的升温速率，其中就北方而言，最低温度对气温升高贡献率最大［7］.

滨州市地处华北地区，是黄河三角洲高效生态经济区和山东半岛蓝色经济带的交汇地带，未来经济发展条件优越，势必会对其气候环境提出新的要求.国内外对于滨州市气候变化研究较少，缺少气候变化理论基础.因此，为加强对滨州市气候变化的了解，掌握气候变化的规律，同时为农业发展、城市规划提供参考，本文以滨州市为研究区，利用滨州市各县区气象站点1971－2012年逐年实测气温与降水资料，借助倾向率法、滑动平均法、距平累积法、Mann－Kendall突变检测法等方法，揭示滨州市主要气候要素的年变化、季节变化、突变规律以及气温与降水之间的相关性.

1 研究方法及数据来源

本文主要探究滨州市42年尺度上的气温与降水变化趋势进而寻找其规律.利用气候倾向率法测度滨州市气候要素(气温与降水)的变化趋势，运用距平累积法测度滨州市气候要素的阶段性特征;为更准确发现滨州市气候要素变化的规律性，对相关要素做滑动平均;利用M－K检验测度主要气候要素的突变性特征，找出突变年份及规律;最后，对气温与降水进行相关性分析，系统分析气候要素的变化特征.本文数据主要为滨州市各县区气象站点1971－2012年逐年逐月的气温与降水数据，通过滨州市气象局、山东统计年鉴、滨州统计年鉴获得.

2 研究区概况

滨州市位于鲁北平原，黄河穿越其南部，地处黄河三角洲冲积平原，北临渤海，东与东营市毗邻，南和淄博市相接，西同德州市和济南市搭界，是山东的北大门.现辖滨城区、惠民县、阳信县、无棣县、沾化县、博兴县、邹平县六县一区和滨州经济开发区、滨州高新技术产业开发区、滨州北海经济开发区，版图面积9600平方公里，人口370多万.滨州属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同期.滨州属于半湿润地区，气候条件比较适宜，全市多年平均气温约14.6℃，滨州市的多年平均降水量约547.8 mm.土地面积近94.5万公顷，农业发展条件状况良好，农、林、牧、渔各业比较发达，已建成棉花、蔬菜、冬枣、水产、牧草基地［8］.

3 滨州市气候要素的年际变化特征

3.1 气温的年际变化特征

3.1.1 平均气温年变化特征

1971－2012年滨州市年平均气温上升趋势显著，且以0.412℃/10a的倾向率上升.增温速率较全国近40年左右的平均值0.04℃/10a略高，说明滨州市气温变化趋势与全国气温变化趋势相近.滨州市气温变化存在5年左右的变化周期，波动较频繁且呈现波动上升的趋势.其中，全市近42年的年平均气温为14.6℃，年平均气温最低值为13.2℃，出现在1971年;年平均气温的最高值为16.0℃，出现在2007年.

3.1.2 平均气温年代际变化特征

全市年平均气温从70年代初到80年代初表现出微弱上升趋势，进入80年代后上升趋势减缓，直到90年代末表现出缓慢的波动上升;进入21世纪，气温上升趋势加快，2001－2012年之间的平均气温比前30年的平均气温升高了0.6℃.从全市气温变化的年代变化表现出明显的上升趋势，其中80年代平均气温比70年代的平均温度上升了0.4℃;90年代平均气温较80年代上升了0.33℃，上升幅度有所减缓;最近十年的平均气温较90年代上升了0.5℃，增温趋势加快，除自然原因外，人为因素占主导地位，主要是工业化与城市化发展带来了温度的局部上升.

3.2 降水量年际变化特征

3.2.1 降水量年际变化特征

滨州市降水量年际变化不明显.1971－2012年间，滨州市降水量多年平均为547.79mm，最大年降水量890.22 mm，最小值304.82 mm，相对变化幅度为2.92，绝对变化幅度为585.4mm，变差系数为0.23，表明降水量的年际变化幅度和变差系数都比较小.

由图1可知，1971－2012年滨州市年平均降水量以5.6mm/10a的倾向率下降，下降趋势不显著.与全国降水量变化趋势相一致但下降速率低于全国平均水平，体现出变化的区域差异性.从滨州市降水量的年际变化看，1971－2012年全市降水量呈现明显的波动特征，存在近似4年、11年左右的变化周期，11年变化周期近似于太阳黑子活动周期.通过滨州市1971－2012年降水量5年滑动平均变化曲线可以看出，滨州市降水年际变化表现出明显的阶段性特征.70年代初到1982年左右，降水量表现为明显的下降趋势;80年代初到90年代末表现为较为稳定的波动变化，整体趋势略微上升，但上升幅度低于70年代下降幅度;近年来，从2001－2012年的降水波动幅度加大，规律性增强，表明该地降水量年变化特征稳定性逐步增强.

图1 滨州市1971－2012年年降水量变化

3.2.2 降水量距平百分率年际变化特征

WMO(世界气象组织)规定降水量距平百分率△R按以下标准划分:△R≥80%为异常偏多，50%≤△R＜80%为显著偏多，25%＜△R＜50%为偏多，－25%≤△R＜≤25%为正常，－50%＜△R＜－25%为偏少，－80%＜△R≤－50%为显著偏少，△R≤－80%为异常偏少.按MWO规定，以1971－2012年平均值为常年平均值计算滨州市年平均降水量的距平百分率.

滨州市年降水量距平百分率阶段性特征明显(图2)，降水量正负距平年数相当，表明该市旱涝交替频繁.从1971年到1978年，该段时间内降水量的正距平占绝大多数，表明该段时间内降水量较多，气候比较湿润且个别年份(1971、1973)降水偏多;从1979年到1989年，该段时间内降水量负距平占绝大多数，表明该时间段内降水量较少，比平均水平略低，个别年份(1981、1982、1986、1989)降水偏少;从1990年到2002年，除了1990年降水较多为显著偏多外，该段时间内总体较为干旱，降水量负距平比重大;最近十年是比较湿润的，除个别年份(2006，2008)降水量为负距平外，其余年份皆为正距平.总体来看，滨州市年平均降水量阶段性特征明显，干湿阶段性交替，对农业发展存在一定的不利影响.

图2 1971－2012年滨州市年降水量距平百分率

4 滨州市气候要素的季节变化特征

4.1 气温的季节性变化特征

由图3可知滨州市四季气温变化幅度:冬季＞春季＞秋季＞夏季.1971－2012年四季气温均呈现上升趋势，但上升幅度有所不同，其中春、夏、秋、冬气温变化率分别为0.49℃/10a、0.24℃/10a、0.37℃/ 10a、0.54℃/10a.冬、春季对气温上升的贡献率较大，气温上升趋势最明显的季节为冬季，贡献率最大;夏季气温上升趋势最小，对气温变化贡献率最小.

春季气温变化曲线存在三个主要阶段.在70年代变化平稳，进入80年代后表现为微弱的上升趋势，上升幅度不明显，在80年代末到90年代初呈现弱的下降趋势;从90年代中期到21世纪初期，气温增温趋势明显，为气温主要增暖期;最近十年，气温变化表现较平稳，呈近似正弦函数变化，总趋势是上升的.

夏季气温阶段性变化特征明显.其中，在70年代中期到80年代中期呈上升趋势，上升幅度较小;从80年代中期到90年代中期呈现下降趋势，下降幅度高于上个阶段的上升幅度;从90年代中期到21世纪初气温迅速回升，气温上升速率高于八、九十年代气温下降速率;最近10年变化趋于平稳，未出现大的上升趋势.

秋季气温变化较为平稳，上升或下降趋势不显著，表现为平稳的波动上升.70年代呈现微弱的上升趋势，随后呈现不明显的波动变化，变化规律趋于稳定;秋季气温变化90年代后呈现近似正弦函数变化，但波动幅度较小，表明秋季降水趋于规律性.

冬季气温年代际变化非常明显，明显分为两个变化趋势.70年代到80年代中期为明显下降阶段，80年代中期到现在为明显的上升阶段.气温下降阶段内还包含一个小的波动，即70年代末的小幅度升温，随后明显下降.气温上升阶段也可以分为两个部分，一个是明显上升，一个是平稳变化，即80年代中期90年代初的显著升温与随后的缓慢升温.

图3 滨州市季节平均气温变化图

4.2 降水的季节性变化特征

滨州市1971－2012年四个季节降水量下降趋势贡献率大小为:夏季＞秋季＞冬季＞春季.滨州市1971－2012年四季降水量除春季上升外其余三季均呈现不同程度的下降，其中春、夏、秋、冬降水量变化率分别为:9.15mm/10a、－12.29mm/10a、－1.79mm/10a、－0.64mm/10a.可见，其中春季贡献率为负，降水量线性变化趋势为上升的;夏季下降幅度最大，对降水量下降的贡献率最大.同时，70年代降水量最多，主要是由夏、秋两季贡献最多;80年代降水量最少，夏、秋、冬三季降水量突减，但主要还是由于夏、秋两季降水量减少的原因;90年代后降水量回增，但回增幅度低于80年代突减幅度;最近10a除了夏季降水量出现递减趋势外，其他季节均有不同程度的回增.各季节变化特征如下(见图4):

春季降水量5年滑动平均表明，滨州市春季降水量阶段性特征明显，总体呈上升趋势.从70年代开始到70年代末期呈现微弱的下降趋势，随后从80年代初到90年代初开始波动上升;进入90年代后急剧下降，在90年代中期出现最低值，随后逐渐上升;从90年代中期开始波动上升，上升幅度高于80年代的上升幅度.

夏季降水量气候倾向率为－12.29mm/10a，线性分析下降趋势最明显，对滨州市降水量下降贡献率最大.5年滑动平均表明，70年代到80年代中期为下降趋势，期间存在小的波动，但总体呈下降趋势;从80年代中期到90年代末呈上升趋势，期间也出现多次小的波动;90年代末到21世纪初期，降水量直线下降，随后逐渐上升，到21世纪中期变化趋于平稳.

图4 滨州市降水量季节变化图(5年滑动平均值)

秋季降水量呈现出微小的下降趋势，对全市年降水量减少的贡献率较小.5年滑动平均可以看出，滨州市1971－2012年秋季降水量呈现出明显的正弦变化，降水的波动规律明显，且存在近似10a的周期变化.

冬季降水量变化率低于秋季变化，且总体变化规律性不强.5年滑动可以看出70年代一直到80年代呈弱的波动下降趋势，80年代末发生突变，降水量上升;到90年代中期再次突变，降水量迅速下降，且下降幅度高于80年代末上升幅度.90年代后降水量变化规律性渐强，呈近似正弦变化，期间也存在小的波动，但规律性逐渐凸显.

5 滨州市气候要素的突变与相关性分析

5.1 气候要素突变性分析

5.1.1 气温的突变性分析

滨州市1971－2012年年平均气温M－K检验如图5，滨州市气温在90年代中期上升是一个突变，序列曲线UF(蓝色曲线)与UB(紫色曲线)相交于1995年，即从1995年开始存在一个强的上升趋势(均通过了α=0.01和α=0.05显著性水平，且UF＞0)，序列曲线UF(蓝色曲线)在α=0.05水平上，时间为2000年时超过信度的上限线，可见2000年以后滨州市气温上升趋势显著.这种变化与21世纪后气候变化，与全球变暖具有同步性，也与当地近10年来工农业迅速发展密切相关.

5.1.2 降水的突变性分析

滨州市1971－2012年年平均降水量M－K检验如图6，系列曲线UF(图中蓝线)和UB(图中紫线)的交点在2010年及其以后，共存在3个交点，表明滨州市降水在过去近四十年未发生突变，只是最近几年降水量波动频繁.系列曲线UF恒小于零，表明滨州市年平均降水量呈递减趋势.在α=0.05的显著水平上，从1981－1990年，系列曲线UF低于信度的下限线，表明该时间段内滨州市降水量下降趋势明显.总而言之，滨州市1971－2012年年平均降水量是递减的，在个别时间段(1981－1990)内递减趋势明显;2010年以后降水量呈现波动变化，期间有小的突变发生，突变周期较短.

5.2 气候要素相关性分析

顺序相关(或等级相关)不但适用于量的资料的相关分析，同时亦适用于质的资料的相关分析.表示两个要素顺序间直线相关程度和方向的系数，称为顺序相关系数.将气温降水数据代入顺序相关公式(1):

求得滨州市年平均气温与年平均降水量之间的相关系数r，经计算为－0.3569，由检验相关系数P=0的临界值(rα)表查得当N=42－2=40，α=0.05时，其临界相关系数rα=0.3044，|－0.3569|＞0.3044，这表明滨州市年平均气温与年平均降水量之间的线性相关程度达到比较显著的水平，且气温与降水之间成负相关关系，即气温高的年份降水量反而会少，气温低的年份降水量反而会高.但不是绝对的，个别年份年平均气温与年平均降水量呈正相关关系.另外，影响气温与降水的因素有很多，不能单纯从气温与降水两者相关性上下定论.气温与降水的变化及其相互关系在气候变化中存在一定的影响，具体影响程度怎样有待于进一步研究.

图5 滨州市年平均气温的M－K检验(1971－2012)

图6 滨州市年平均降水量的M－K检验(1971－2012)

6 结论与不足

滨州市年平均气温以0.412℃/10a的倾向率上升，上升速率略高于全国平均水平;年平均降水量以5.6mm/10a的倾向率下降，与全国降水量变化趋势相一致但下降速率低于全国平均水平.四季气温变化幅度为:冬季＞春季＞秋季＞夏季，其中冬、春季对气温上升的贡献率较大，冬季气温上升趋势最明显，贡献率最大;夏季气温上升趋势最小，对气温变化贡献率最小.四季降水量变化幅度为:夏季＞秋季＞冬季＞春季，其中春季贡献率为负，降水量线性变化趋势为上升的;夏季下降幅度最大，对降水量下降的贡献率最大.利用M－K检测发现，1971－2012年滨州市年平均气温在21世纪初期发生突变，随后逐渐上升;年平均降水量未发生明显的突变，但在最近两三年内出现频繁波动，个别时间段(1981－1990)内下降趋势明显.滨州市年平均气温与年平均降水量之间的相关系数r为－0.3569，滨州市年平均气温与年平均降水量之间的线性相关程度达到比较显著的水平，且气温与降水之间成负相关关系.

本文研究仍有不足之处，有待于改进提高.本文只选用气温与降水两种最显著的气候要素来测度气候变化特征，不够具体，并且研究方法比较常规、简单.以后工作中要加强对研究区域日照时数、蒸散量、风向等要素及其相关性的测度.同时要另辟思路，采用更先进，更科学的方法.

［1］秦大河，罗勇.全球气候变化的原因和未来变化趋势［J］.科学对社会的影响，2008(2):16－21.

［2］Viola F M，Paiva S L D，Savi M A.Analysis of the global warming dynamics from temperature time series［J］.Ecological Modelling，2010，221(16):1964－1978.

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［6］王菱，谢贤群，苏文，等.中国北方地区50年来最高和最低气温变化及其影响［J］.自然资源学报，2004，19(3):337－343.

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［8］张超，杨秉赓.计量地理学基础［M］.北京:高等教育出版社，2002.

Research on Climate Change of Binzhou City in 1971－2012

CHEN Fu－qiang
(School of Urban and Environment，Liaoning Normal University，Dalian，116029，China)

Based on the annual atmospheric temperature，precipitation，monthly climatic data of Binzhou city of 7 weather stations around Binzhou city during the period of 1971－2012，with the methods of tendency analysis，Mann－Kendall method，moving average，correlation analysis，and traditional statistics and accumulated variance analysis，we analyze the meteorological elements trend of Binzhou city and so on.And the paper reveals the annual changes and seasonal changes of Binzhou city，which will help us to make reasonable forecast of the climate changes of Binzhou city.The annual average temperature of Binzhou come to 0.412℃/10a tendency rate to rise and the average annual precipitation 5.6mm/10a tendency rate to decline;The temperatures rose obvious in winter，the precipitation declined biggest in summer;The annual average temperature of Binzhou changed suddenly in the early 2000s and followed by a gradual increase，but the average annual precipitation obvious mutation did not occur;Correlation coefficient of annual average temperature and average annual precipitation is－0.3569，showed a negative correlation.

Binzhou city;climate change;cumulative departure;Mann－Kendall method;mutation regularity;correlation analysis

P468.0

A

1672－2590(2016)03－0096－07

2016－04－11

陈富强(1991－)，男，山东淄博人，辽宁师范大学城市与环境学院硕士研究生.