山东半岛内陆地区低温天气气候特征分析

宋波+程志攀+范庆东

摘要 本文利用1981—2011年莱阳、栖霞、招远3个气象站日最低气温资料，将日极端最低气温Td≤-10 ℃作为1个低温日。采用线性回归、Mann-Kendall突变检测等方法，对山东半岛内陆地区低温日数的气候特征及变化特点进行统计分析。结果表明，低温日主要集中在12月到次年2月，其中1月低温日数最多；莱阳是30年间低温日数最多的地区，其次是栖霞和招远，莱阳也是低温最早开始和最晚结束的地区；山东半岛内陆地区低温日数变化幅度较大，1981—2010年间，随着年份的推移，低温日数呈明显的减少趋势，气候倾向率为-5.0 d/10年，其中减少趋势最明显的是莱阳，气候倾向率为-5.2 d/10年；最不明显的是栖霞，气候倾向率为-1.4 d/10年；山东半岛内陆地区年低温日数的减少是突变现象，突变年份是1986年。

关键词 低温日数；气候特征；趋势；突变分析；山东半岛内陆地区

中图分类号 P423.3+6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）12-0218-02

Abstract Based on minimum daily temperature data of three meteorological stations（Laiyang，Qixia and Zhaoyuan） from 1981 to 2011，the low temperature day was defined as the extreme minimum temperature Td≤-10 ℃.The climatic characteristics and change characteristics of low temperature days in inland area of Shandong Peninsula were analyzed by using the methods of linear regression and Mann-Kendall sudden change detection. The results showed that low temperature days mainly distributed from December to following February，and the most low temperature days were in January. During the 30 years，low temperature days in Laiyang was the most，followed by Qixia and Zhaoyuan. The low temperature days were also started earliest and finished latest in Laiyang. The low temperature days changed greatly in Shandong Peninsula，which showed a decreasing trend during 1981-2010，and the climate tendency rate was -5.0 days per 10 years. The decreasing trend of Laiyang was most obvious，its climate tendency rate was -5.2 days per 10 years. The decreasing trend of Qixia was most unapparent，its climate tendency rate was -1.4 days per 10 years. There was a sudden decrease of annual low temperature days in Shandong Peninsula，which was in 1986.

Key words low temperature days；climatic characteristics；trend；sudden change analysis；inland area of Shandong Peninsula

近100年来，全球气候变暖已是无可争辩的事实[1]。气候变暖对人类生存、经济社会发展等都带来了極其深远的影响。与全球气候变化相对应，我国的气候也发生了显著变化，近100年来，气温上升了0.5～0.8 ℃，近50年（1956—2005年）气温升高了1.25 ℃[2]。秦大河等[3]研究发现，极端最低气温上升，温度日变化减少；张 宁等[4]发现，在空间分布上，全国范围内极端低温均表现出增温的趋势。在我国以及全球气候变暖的大背景下，山东半岛内陆地区的气候也受到不同程度的影响。以处于半岛中心地区的莱阳为例，1971—2010年间，平均气温、极端最高气温、极端最低气温均呈上升趋势[5]。因为极端最低气温可对工农业生产、交通运输、电力、供水供暖等各行各业带来严重影响，对公众的出行、生产生活及身体健康也有不利影响，所以研究低温天气的发生发展规律具有重要意义。本文在以往研究的基础上，具体统计分析了山东半岛内陆地区的莱阳、栖霞和招远1981年12月至2011年3月低温日数的气候特征，分析了其变化趋势。

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况

莱阳、栖霞和招远介于北纬120°08′～121°15′、东经36°34′～37°05′之间，呈倒三角形位于山东半岛内陆，莱阳位于最南端，招远和栖霞分别位于西北和东北端，地形地貌复杂，海拔相差悬殊，属北温带东亚季风区，大陆季风性半湿润气候，冬季寒冷干燥，区域性气候较明显。因地处山地南坡的低洼地区，偏北路径的冷空气越过渤海到达该地后，易发生沉积，出现低温的频率和强度远大于山东半岛其他地区[6]。

1.2 资料选取与研究方法

将日极端最低气温Td≤-10 ℃作为1个低温日。选取莱阳、栖霞和招远气象站1981—2011年每日最低气温资料进行统计，发现仅在12月到次年3月有低温日。考虑到气候学上的季节划分方法（当年12月到次年2月为当年冬季），及3月的低温日数很少（30年间共出现6次）的事实，故将当年12月到次年3月作为当年数据进行统计分析。将3个气象站有1个气象站出现低温视作山东半岛内陆地区出现低温。采用线性回归对区域内及各个站点的低温日进行趋势分析，运用Mann-Kendall突变检验法对区域内的低温日数进行突变分析检验。

2 结果与分析

2.1 山东半岛内陸地区及各站低温日气候特征统计

1981—2010年山东半岛内陆地区共出现低温日466 d，平均每年15.5 d；低温日最多的年份是1983年，达47 d；最少的是2001年，仅有1 d。低温最早出现在12月6日（2008年），最晚结束于3月4日（1984年）。从图1可以看出，1月是全年低温日数最多的月份，占年平均总日数的57%；12月和2月分别占15%和27%；3月仍有低温日出现，占1%。

从表1可以看出，3个站点的年平均低温日数及开始、结束时间存在较大差异，表现为莱阳、栖霞、招远逐渐减少的趋势。其中，位于南部的莱阳是30年间平均低温日数最多的地区，为14.9 d；其次是东北部的栖霞，为6.7 d；最少的是西北部的招远，为6.2 d。莱阳是低温出现最早的地区，平均日期为12月28日，栖霞和招远分别是1月2日和1月6日。3个站点中结束最晚的也是莱阳，平均在2月14日，栖霞和招远大致相同，分别在2月4日和2月5日。

2.2 山东半岛内陆及各站低温日的年际及年代际变化趋势

2.2.1 山东半岛内陆低温日数的年变化。从图2可以看出，1981—2010年间，山东半岛内陆年低温日数最多的是47 d（1983年），最少的是1 d（2001年）。全市≤-10 ℃低温日数呈明显的减少趋势，气候倾向率为-5.0 d/10年，相关系数为0.454，通过了0.02的显著性水平检验。

2.2.2 莱阳、栖霞、招远低温日数的年变化。从表2可以看出，各站低温日数气候倾向率均为负值，低温日数都随时间呈减少趋势。其中，减少趋势最明显的是莱阳，气候倾向率为-5.2 d/10年；最不明显的是栖霞，倾向率为 -1.4 d/10年。

2.2.3 山东半岛内陆低温日数的年代际变化。20世纪80年代，年低温日数明显多于平均低温日数，尤其是前期，连续多年低温日数高于平均值；80年代中期达到30年间的高峰，以后呈波动性下降趋势；进入90年代，年低温日数多处于平均值以下，1993年前后达到30年间的第1个低谷区；最后10年，年低温日数均处于平均值以下，2008年前后达到30年间的第2个低谷区。

从表3可以看出，1981—1990年间，山东半岛内陆地区及3个站点的低温日数均呈下降趋势。其中，山东半岛内陆和莱阳下降最为明显，相关系数都通过了0.1显著性水平检验；1991—2000年和2001—2010年间，山东半岛内陆及3个站点的低温日数均呈增加趋势，以栖霞和招远的增加幅度最为明显，其相关系数在1991—2000年通过了0.1显著性水平检验；招远在2001—2010年的相关系数通过了0.1显著性水平检验，山东半岛内陆及莱阳在2个年际间低温日数也呈增加趋势，但相关性较差，1991—2000年间没有通过显著性检验，在2001—2010年通过0.2显著性检验。

2.3 山东半岛内陆地区低温日突变分析

气候突变表示气候从一种稳定态（或稳定持续的变化趋势）跳跃式地转变到另一种稳定态（或稳定持续的变化趋势）的现象，表现为气候在时空上从一个统计特征到另一个统计特征的急剧变化。目前，常用检测突变的方法主要有累积距平法、滑动t-检验法（MTT），曼-肯德尔（Mann-Kendall）法等。其中Mann-Kendall法是非参数统计检验方法，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰[7]。

利用Mann-Kendall方法对山东半岛内陆地区低温日进行突变检验。从图3可以看出，1983—1986年低温日数呈增加的趋势，从1986年以来，呈明显的减少趋势。这种趋势在20世纪90年代末期至21世纪00年代通过了0.05（α0.05=1.96）的显著性水平检验，甚至在2006年后通过了0.001（α0.001=2.56）的显著性水平检验。分析结果表明，年低温日数的减少趋势十分明显。根据UFK与UBK曲线交点的位置，可确定年低温日数的减少是突变现象，突变年份是1986年。

3 结论

综合全文来看，主要得到以下结论：

（1）1981—2010年山东半岛内陆地区年平均低温日为15.5 d，最多年份达47 d，最少的仅有1 d。低温最早出现在12月6日（2008年），最晚结束于3月4日（1984年）。1月是全年低温日数最多的月份，占平均总日数的57%，12月和2月分别占15%和27%，3月仍有低温日出现，占1%。

莱阳、栖霞、招远3个站点的年平均低温日数及开始、结束时间存在较大差异，从多到少依次为莱阳>栖霞>招远。其中，位于南部的莱阳是30年间低温日数最多的地区，平均为14.9 d；其次是东北部的栖霞，为6.7 d；最少的是西北部的招远，为6.2 d。莱阳是低温出现最早的地区，平均日期为12月28日，栖霞和招远分别是1月2日和1月6日。3个站点中结束最晚的也是莱阳，平均在2月14日，栖霞和招远大致相同，分别在2月4日、5日。

（2）1981—2010年间，随着年份的推移，山东半岛内陆地区低温日数呈明显的减少趋势，气候倾向率为-5.0 d/10年。莱阳、栖霞、招远3个站点的低温日也是减少的趋势，其中减少趋势最明显的是莱阳，气候倾向率为-5.2 d/10年，最不明显的是栖霞，气候倾向率为-1.4 d/10年；山东半岛内陆地区年低温日数的减少是突变现象，突变年份是1986年。

4 参考文献

[1] 王绍武，罗勇，赵宗慈，等.关于气候变暖的争议[J].自然科学进展，2005，15（8）：917-921.

[2] 王绍武.现代气候学研究进展[M].北京：科学出版社，2001：135-138.

[3] 秦大河，丁一汇，苏纪兰，等.中国气候与环境演变评估（I）：中国气候与环境变化及未来趋势[J].气候变化研究进展，2005，1（1）：4-9.

[4] 张宁，孙照渤，曾刚.1955—2005年中国极端气温的变化[J].南京气象学院学报，2008，31（1）：123-128.

[5] 郭磊，陈立春，范庆东.莱阳市近40年气温变化特征分析[J].科技创新导报，2013（3）：160.

[6] 王军吾.烟台预报经验汇编[Z].烟台：烟台市气象局，1989：100-102.

[7] 符淙斌，王强.气候突变的定义和检测方法[J].大气科学，1992，16（4）：482-493.