济宁地区极端气温时空变化特征分析

2016-03-22张翠翠詹平华

海洋气象学报 2016年4期

关键词：最低气温济宁日数

张翠翠，蔡鹏，詹平华，李霏

（1．济宁市气象局，山东济宁 272000；2．桐庐县气象局，浙江桐庐 311500）

济宁地区极端气温时空变化特征分析

张翠翠1，蔡鹏1，詹平华2，李霏1

（1．济宁市气象局，山东济宁 272000；2．桐庐县气象局，浙江桐庐 311500）

选用1970—2014年济宁市11个国家气象站逐月极端最高气温、极端最低气温和年高温、低温日数资料，采用线性倾向估计、累积距平、M-K突变检验和滑动t检验方法，分析了济宁市极端气温时空变化特征，得出极端最高和最低气温均呈上升趋势，且最低气温上升趋势较最高气温更加显著，各区域变化与全市情况基本一致，但也因地域差异而有所不同。其中，全市年极端最高气温总体呈弱上升趋势，西北部平原地区年极端最高气温平均值较东部山区和南部湖区偏高，高温日数以1.077d/10a的速率显著上升；季节变化不显著；在呈现上升趋势的月份中，仅3月和7月通过了α=0.05的显著性检验。全市年极端最低气温呈极显著上升趋势，南部湖区、东部山区和济宁城区上升较快，西北部平原年极端最低气温平均值较南部湖区偏低，最高与最低相差2.7℃，1986年存在一个由冷变暖的突变，年低温日数以-1.682d/10a的速率极显著下降，1987年存在由多到少的突变；夏、秋、冬季极端最低气温呈极显著上升趋势，以南部湖区、东部山区和济宁城区上升尤为显著，而春季不明显，西北部的梁山县四季变化均不明显；各月极端最低气温均呈上升趋势，但3月和8月不显著。

极端最高气温；极端最低气温；气候变化

引言

近百年来，全球气候呈现出以变暖为主要特征的显著变化[1]，20世纪的全球平均地表温度上升了（0.74±0.18）℃[2]。中国近50a来年平均地表温度上升了1.1℃，增幅比全球或北半球同期高得多，其中冬季增温最为明显[3]。与气候平均态相比，极端气候事件对气候变化更敏感，其频率和强度的改变对社会和环境的影响也更为严重[4]。关于极端气候事件，许多国内外学者已从不同角度进行了研究并取得很多重要研究成果[5-15]，国内学者杨萍等分析了1961—2000年中国极端气温变化趋势和季节特征，结果发现极端气温年和季节指数变化季节性和地域性差异[16]，程炳岩等[17]利用适当概率分布模式对冬、夏季极端温度出现概率对全球气候变暖的敏感性进行考察，对极端温度事件的研究有助于深入了解气候变化规律与探讨气候变化的原因，对于风险预测预警及防灾减灾和经济建设，都具有重大意义。济宁位于鲁西南腹地，地处黄淮海平原与鲁中南山地交接地带，地貌类型复杂，地势东高西低，自东向西依次为低山丘陵、山前冲积扇平原、湖泊洼地、河流冲击平原[18]，南北和东西跨度都比较大，特殊的地形地貌决定了该市不同的气温变化特征，给该市精细化预报带来一定难度。以往针对济宁气候变暖研究多基于气温的平均状态，关于济宁极端气温变化特征的研究还较少涉及，该文通过对各月、季和年极端气温和高低温日数的分析揭示了济宁地区极端气温时空变化特征，从而为高低温的预报预测提供科学依据。

1 研究资料与方法

选用1970—2014年济宁市11个国家气象站逐月极端最高气温、极端最低气温和年高温、低温日数资料，采用线性倾向估计、累积距平、M-K突变检验方法，分析了济宁地区极端气温的变化。气候平均值采用的是1970—2014年的多年平均。

2 极端气温变化

2.1 最高气温

2.1.1 年极端最高气温变化

1970—2014年济宁地区年极端最高气温平均值为37.4℃，其中嘉祥为37.9℃，为全市最高，梁山、汶上次之，邹城、泗水、曲阜、微山、兖州和鱼台低于平均值，鱼台最低，为36.9℃（表1），年极端最高气温最大值出现在2009年6月梁山，为41.7℃。

表1 1970—2014年济宁地区年极端气温平均值 ℃

由图1a可见济宁年极端最高气温地域差异较明显，西北部平原较东部山区和南部湖区偏高。全市总体呈弱上升趋势，上升速率未通过显著性检验，除济宁、嘉祥和梁山呈弱下降趋势外，其余县市区均呈上升趋势，但仅位于东部山区的曲阜和邹城的上升速率通过了α=0.05的显著性检验。

图1 1970—2014年济宁地区年极端最高（a）、最低（b）气温平均值分布图

通过分析济宁地区最高气温的累积距平值的变化（图略），得出济宁地区最高气温变化可分为两个阶段，1970—2001年为冷年，负距平年占62.6%，平均值较多年平均偏低0.2℃；2002—2014年为暖年，正距平年占69.2%，平均值较多年平均偏高0.4℃。

使用M-K法和滑动t法对济宁地区最高气温的变化进行检验，发现最高气温并没有明显突变（图略）。

2.1.2 四季极端最高气温变化

总体来看，45a济宁市最高气温除冬季呈弱下降趋势外，其余各季呈弱上升趋势，但均未通过显著性检验。从地域上看，只有夏季的曲阜、邹城和秋季的曲阜极端最高气温上升幅度通过了α=0.05的显著性检验，其余各地均未通过显著性检验（表略），这与年极端最高气温变化趋势一致。

2.1.3 月极端最高气温变化

各月极端最高气温除1月、5月和12月呈下降趋势外，其余月份均呈上升趋势，但只有3月和7月通过了α=0.05的显著性检验（表2）。

表2 济宁地区各月极端最高和极端最低气温变化率 ℃/10a

2.2 最低气温

2.2.1 年极端最低气温变化

1970—2014年济宁地区年极端最低气温平均值为-12.5℃，梁山为-14.0℃，为全市最低，汶上次之，金乡、邹城、曲阜、鱼台、微山、济宁高于平均值，其中金乡最高，为-11.3℃（表1），可见最低气温地域差别明显，西北部平原偏低，南部湖区偏高（图1b），最高最低之间相差2.7℃，这给全市的低温预报带来一定难度。年极端最低气温最小值出现在1990年1月的梁山，为-20.5℃。全市年极端最低气温呈极显著上升趋势，通过了α=0.001极显著性检验，从地域上看，各县市区年极端最低气温变化趋势与全市情况一致，均呈上升趋势，由大到小顺序为：微山、曲阜、邹城、泗水、济宁、鱼台、汶上、兖州，可见南部湖区、东部山区和济宁城区上升较快（表3）。

表3 济宁地区各季及年极端最低气温变化率 ℃/10a

由图2a看出：济宁地区年极端最低气温变化可分为明显的两个阶段，1970—1991年为冷年，负距平年占77.3%，平均值较多年平均偏低1.0℃；1992—2014年为暖年，正距平年占69.6%，平均值较多年平均偏高1.0℃。

图2 1970—2014年济宁市极端最低气温累积距平、距平曲线（a）和M-K统计曲线（b）

由M-K法计算出UF随时间变化的曲线（图2b），可以清楚看到70年代以来最低气温总体呈上升趋势，1995年UF值超过了显著性水平（α=0.05）临界线，表明上升趋势显著，UF和UB交叉于1986年，且处于临界线之间，所以在1986年存在突变。

2.2.2 四季极端最低气温变化

由表3可以看出：45a来济宁全市各季极端最低气温均呈上升趋势，上升幅度由大至小顺序：秋季、冬季、夏季、春季，除春季未通过显著性检验外，其余各季均通过了α=0.001极显著性检验。秋、冬、夏季中上升显著的区域主要是南部湖区和东部山区以及济宁城区，而四季变化不大的是东北部的梁山平原地区，这与年极端最低气温的变化一致。

2.2.3 各月极端最低气温变化

各月极端最低气温均呈上升趋势，除3月、8月未通过显著性检验外，其余各月均通过检验，其中10月、11月、5月、2月、6月通过了α=0.001的极显著性检验。

3 高温日数和低温日数变化

3.1 高温日数变化

1970—2014年全市年平均高温日数（日最高气温≥35℃的日数）为8.5d，以1.077d/10a的速率上升，通过了α=0.05的显著性检验，高温日数2002年最多，为25.5d，2008年最少，为0.4d，平均高温日数最多的嘉祥为10.1d，最少的鱼台为4.9d，高温日数上升较显著的是曲阜、邹城、微山、济宁和鱼台。根据距平值分析（图3a），高温日数可分为两个明显阶段：1970—2008年以负距平为主，占69.2%，2009—2014年全部正距平，可见近几年来高温日数明显增加。由M-K曲线（图3c）可以看出，1991—2014年期间，UF统计值明显上升，说明这段时期高温日数呈增加趋势，且UF和UB在临界线（α=0.05）之内有多次交叉，由于M-K不适用于多交点突变检验，采用滑动t检验法进行验证，高温日数变化均未超过0.01的显著性水平，得出该时间段内济宁高温日数变化趋势未发生明显突变。

3.2 低温日数变化

1970—2014年全市年平均低温日数（日最低气温≤-10℃的日数）为5.4d，以-1.682d/10a的速率下降，通过了α=0.001的极显著检验，低温日数以1984年最多，为16.8d，2007年最少，为0.1d，平均低温日数最多的汶上，为8.7d，最少的是金乡，为2.6d，下降较显著的是济宁、邹城、曲阜、泗水、微山、鱼台。根据距平值（图3b），低温日数可分为明显两个阶段：1970—1987年以正距平为主，占78%，1988—2014年负距平为主，占89%。通过M-K检测（图3d），低温日数在1987年存在一个从多到少的突变，1994年突变显著，超过了α=0.05的显著性界限。这与年极端最低气温的突变基本一致。

图3 1970—2014年济宁地区高温（a）和低温（b）日数距平图及高温（c）和低温（d）日数M-K突变曲线

4 结论

（1）济宁地区年极端最高气温受地形影响较明显，西北部平原年极端最高气温平均值较东部山区和南部湖区偏高，最高与最低相差1℃。1970年以来，全市年极端最高气温总体呈弱上升趋势，仅曲阜和邹城上升显著，季节变化仅曲阜的夏季和秋季、邹城的夏季上升趋势通过了α=0.05显著性检验，大部分月份呈弱上升趋势，但只有3月和7月通过了α=0.05的显著性检验。

（2）济宁地区年极端最低气温也受地形影响明显，西北部平原偏低，南部湖区偏高，最高与最低相差2.7℃。1970年以来，全市年极端最低气温呈极显著上升趋势，各县市区变化趋势与全市情况一致，比较之下，南部湖区、东部山区和济宁城区上升较快。最低气温可分为明显的冷期和暖期两个阶段，在1986年最低气温存在一个由冷变暖的突变。各季极端最低气温均呈上升趋势，夏、秋、冬季极显著而春季不明显，夏、秋、冬季中上升显著的区域主要是南部湖区和东部山区以及济宁城区，而四季变化不大的是东北部的梁山平原地区，这与年极端最低气温的变化一致，各月极端最低气温均呈上升趋势，仅3月、8月未通过显著性检验。

（3）1970年以来，全市年平均高温日数以1.077d/10a的速率显著上升，上升较显著的区域主要分布在东部山区和南部湖区以及济宁城区。年平均高温日数最多出现在2002年，最少出现在2008年，两者相差25.1d。平均高温日数最多是西部平原的嘉祥，为10.1d，最少的是南部湖区的鱼台，为4.9d。年平均高温日数分为两个明显偏多偏少的阶段，但没有突变。

（4）1970年以来，全市年平均低温日数以-1.682d/10a的速率极显著下降，下降较显著的区域主要分布在南部湖区、东部山区以及济宁城区，这与高温日数上升显著的地域基本一致。年平均低温日数最多的年份出现在1984年，最少的年份出现2007年，两者相差16.7d。年平均低温日数最多区域是位于北部平原的汶上，为8.7d，最少的是南部湖区的金乡，为2.6d。年平均低温日数分为两个明显偏多偏少阶段，且在1987年存在一个从多到少的突变，1994年突变显著，这与年极端最低气温的突变时间大体一致。

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