青岛市崂山区51年来气候变化特征分析

刘春涛，朱俊翰，郭丽娜

(1.山东省青岛市崂山区气象局,山东 崂山 266102；2.山东省青岛市气象局，山东 青岛 266003)

近百年以来，全球气候正经历一次变暖为主要特征的显著变化，IPCC第3次评估报告指出[1]:自1861年以来，全球地面气温一直呈上升趋势，20世纪全球增温(0.6±0.2) ℃，且以20世纪90年代增温最为明显。《气候变化国家评估报告》[2]指出，近100 a来中国年平均地表气温明显增加，升温幅度为0.5～0.8 ℃，比同期全球升温幅度平均值略高。中国近100 a的增温主要发生在冬季和春季，夏季气温变化不明显。近50 a来,中国增温尤其明显且主要发生在20世纪80年代中后期，全国年平均地表气温增加1.1 ℃,增温速率达0.22 ℃/10 a,高于全球或北半球同期平均增幅分别为0.74、0.13 ℃/10 a。近100 a和50 a，中国年降水量变化趋势不显著，但是年际波动较大，中国的年降水量存在明显的区域差异，近50 a以来，华北、山东半岛等降雨日数、降雨量呈现下降趋势。近50 a，中国的日照时数、总云量均呈现减少的趋势，中国的东部和华北表现最为明显。

崂山区位于山东半岛南部的黄海之滨，地处北纬36°05′～36°19′、东经120°24′～120°42′,属暖温带大陆性季风气候，同时兼有海洋性气候特点，崂山区南东二面濒临胶州湾与黄海，西部与青岛市区接壤，北部与城阳区、即墨区相邻。崂山是我国东部海岸线上第一高峰，崂山顶峰海拔1132.7 m，崂山区海岸线全长87.3 km，在全球气候变暖的大背景下，崂山区的气候也在发生着明显变化，呈现什么特点是人们关注的问题。本研究通过对崂山区历史气象资料的分析，揭示其气候演变的特征，为崂山区经济社会发展、旅游服务提供理论参考。

1 气象资料的来源与研究方法

采用的气象资料为青岛市崂山区李村国家一般气象站1965～2015年各年度、季节平均气温、降雨量、日照时数、平均相对湿度等气象因子，其中缺少的1994～1998年的日照资料，用距离最近的青岛站资料代替。分别统计历年冬、春、夏、秋季的气象资料。按照习惯划分方法，历年12月到下年2月为冬季、3～5月为春季、6～8月为夏季、9～11月为秋季。

运用Excel 2003、SPSS 22.0软件进行线性倾向估计[3]、累积距平等方法[4]、Mann-Kendall检验法[1](简称M-K检验)等现代气候学统计分析方法[5-16]对崂山区的气温、降雨量、日照时数和相对湿度时间序列进行分析，以期找出其演变的特征与规律。

2 崂山区气温、降水、日照、相对湿度统计特征

51年来崂山区多年平均气温为12.9 ℃。最暖的年份为2014年，平均气温为14.7 ℃；最冷的年份为1977年，平均气温为11.3 ℃，一年四季中夏季气温最高，多年平均气温为24.2 ℃；冬季最低多年平均气温为0.3 ℃；春季、秋季多年平均气温分别为11.9、12.9 ℃(表1)。

表1 1965～2015年崂山区季、年平均气温℃

51年来崂山区降雨量多年平均值为665.9 mm。年际差异较大，其中1975年最多，为1425.2 mm,1981年最低，仅273.2 mm,四季中夏季降雨量最多平均为389.6 mm,占全年的58.5%；冬季最少平均为29.9 mm,仅占全年的4.9%；春季和秋季多年平均分别为104.3和138.3 mm,分别占全年的15.7%和20.9%(表2)。

表2 1965～2015年崂山区季、年降雨量mm

51年来崂山区日照时数多年平均值为2291.8 h，最大值1997年为2615.6 h,最小值2003年为1668.3 h，四季中多年平均春季最多，为689.2 h，占全年的30.1%；冬季最少，平均为409.2 h，占全年的17.8%；夏季和秋季日照比较接近分别为600.2和594.7 h，分别占全年的26.2%和25.9%(表3)。

表3 1965～2015年崂山区季、年日照时数h

51年来崂山区相对湿度多年平均值为67.8%。1979年最大值为73.2%，2011年最小值为55.9%；四季中夏季最高多年平均为79.2%，冬季最低为61.9%，春季和秋季分别为62.1%和67.9%(表4)。

表4 1965～2015年崂山区季、年相对湿度%

上述分析结果表明，崂山区气候呈现四季分明、雨热同步的特征。

3 崂山区气温、降雨、日照、相对湿度的年度变化趋势

崂山区51年温度、降水、相对湿度、日照气象要素的年度变化趋势参见图1。

由图1可知，崂山区1965～2015年间，年平均气温呈现显著上升趋势，年日照时数、年相对湿度均呈现显著的下降趋势，而年降雨量呈下降趋势，线性趋势不显著，降雨、日照、相对湿度的年际差异较大，波动较大。

为了定量分析崂山区温度、降雨、日照与相对湿度时间序列的变化趋势，运用线性倾向估计，建立年及春、夏、秋、冬四季平均气温、降雨量、日照时数、平均相对湿度随时间变化的一元回归方程：

y(t)=a+b(t)

上式中，y为气象要素，t为时间(单位：a)，a为常数项，b为线性趋势项，10b表征每10年各气象要素随时间变化的倾向率，如果b>0,表示呈上升趋势，b<0，则表示气象要素呈下降趋势。由上式计算得到的崂山区年、季平均气温、降雨量、日照时数、相对湿度变化倾向率汇总表列于表5。

由表5结果表明：自1965年以来，崂山区春、夏、秋、冬四季以及年度平均气温都呈现上升趋势并且都通过了α=0.05的显著性检验，秋季变化最大为0.063，夏季最小为0.034，变化率绝对值由大到小依次为秋季>冬季>春季>全年>夏季；崂山区年降雨量呈现下降的趋势，各季降雨量出现分化，其中夏季和秋季呈现下降趋势，而冬季和春季表现为上升趋势。年、季降雨量都没有通过了α=0.05的显著性检验，年度和各季降雨量的上升和下降趋势都不显著。夏季下降最多为-1.629 mm/10 a，春季降雨量偏多为0.243 mm/10 a；年日照时数呈下降趋势，年变化率为-7.944 h/10 a，各季日照时数呈现下降趋势，其中夏季下降趋势明显变化率为-3.137 h/10 a，年、春、夏、秋季变化趋势都通过了α=0.05的显著性检验，冬季日照下降不显著。日照时数变化率的绝对值有大到小依次为全年>夏季>秋季>春季>冬季；年、季平均相对湿度均呈现下降趋势，秋季下降最大变化率为-0.236%/10 a，冬季下降最小为-0.095%/10 a，冬季下降不显著，年、春、夏、秋季相对湿度都通过了α=0.05的显著性检验，相对湿度变化率绝对值由大到小依次为秋季>夏季>全年>春季>冬季。

图1 崂山区气温、降雨、日照、相对湿度的年度变化趋势表5 1965～2015年崂山区各气象要素季、年气候变化倾向率

气象要素冬季春季夏季秋季全年平均气温0.060*0.055*0.034*0.063*0.054*降雨量0.7800.243-1.629-0.364-1.480日照时数-1.070-1.373*-3.137*-2.330*-7.944*相对湿度-0.095-0.150*-0.183*-0.236*-0.164*

注：*表示通过了α=0.05的信度检验。

4 各气象要素的阶段性变化

累计距平曲线反映了气象要素随时间变化增加与降低，长期的变化趋势反映了气象要素的长期演变趋势，曲线上的微小变化反映了气象要素的短期波动(图2)。利用累计距平分析法进行分析，崂山区1965～2015年气温序列分析表明：1965～1988年前后平均气温偏低，气温波动上升，但是都为负距平。1989～1996年前后，气温在距平值上下波动，1997～2015年平均气温为正距平，气温波动升高，气候变暖。年降雨量序列分析表明，1975、1970、2007和1985年为多雨期，1981年降雨量最低，降雨量年际波动较大，其中32年降雨量为负距平，占比为62.7%。年日照时数序列分析表明，1965～1970年日照偏多，1974～2001年日照时数在距平值附近上下波动，自2002～2015年日照呈现下降趋势且2002～2008年日照时数最低，这可能与冬春季的雾霾天气日数明显增多有一定的关联。年相对湿度序列分析表明，1965～1979年相对湿度偏高，1980～2000年前后相对湿度在距平值上下波动，总体变化较为平稳，2001～2015年相对湿度呈现下降趋势，其中2011年为最低值，查阅气象资料表明：2011年崂山区从冬季到春季发生了严重干旱，长达153 d没有降雨。

5 各气象要素的突变分析

Mann-Kendall方法是一种非参数统计检验法。此方法的优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常数值的干扰，更适合于顺序变量和类型变量，计算比较简便，并可以确定突变开始的时间和突变的区域，是一种常见的突变检验方法。

用Mann-Kendall方法分别对崂山区气温、降雨量、日照时数和相对湿度时间序列做突变检测，发现各季和全年的降雨量、冬季的日照时数、冬季的相对湿度不存在突变现象，温度、湿度和日照时数都存在明显的突变现象。

图2 崂山区1965～2015年气温、降雨量、日照时数、相对湿度累计距平曲线

由气温Mann-Kendall统计量曲线的年UF、UB曲线可见，1965～1972年崂山区的年平均气温持续下降，从1973年开始气温逐渐上升，且增温明显，1991年以来增温尤为显著，1988年前后出现了突变，年平均气温突然上升，20世纪90年代以后升温更加明显，经历了由偏冷向偏暖趋势转变，进入了一个相对变暖的气候状态，各季节的气温突变发生的时间分别为：冬为1990年前后、春季1993年前后、夏季1997年前后、秋季为1989年前后(图3)。

由日照时数Mann-Kendall统计量曲线的年UF、UB曲线可见，崂山区1966～1968年、1985～1997年日照时数呈增加的趋势，1969～1997年、1998～2015年日照时数呈现减少的趋势，2003年以来显著减少，说明崂山区的日照时数减少的趋势及其显著。UF曲线和UB曲线的交点在1972年前后，日照时数开始突变减少，各季的突变时间分别为春季1973年前后、夏季1993年前后、秋季为1998年前后(图4)。

根据相对湿度Mann-Kendall统计量曲线的年UF、UB曲线可知，1965～1967年、1969～1977年，崂山区年相对湿度呈上升趋势，自1979年以来，相对湿度下降趋势十分显著，自20世纪90年代以来由于气温上升，饱和水气压增大，使得相对湿度迅速下降，UF曲线与UB曲线在1992年前后相交，说明年相对湿度下降是一种突变，1996年下降趋势更加显著，各季节相对湿度突变发生的时间各有差异，春季在2001年前后、夏季在1991年前后、秋季在1985年前后(图5)。

以上气温、日照时数和相对湿度发生突变的情况与表5回归分析得出的结论是一致的。气候变化趋势一般可以分为4种基本类型：暖干型、暖湿型、冷干型和冷湿型[12]。综上所述，1965～1979年前后，气温波动上升但是为负距平，降雨量偏多、湿度较大表现为冷湿型气候；1980年以来尤其是1990年以后，平均气温显著升高，降雨量偏少、相对湿度偏少，崂山区全年及夏季、秋季为表现为暖干型气候，冬季和春季为暖湿型气候，青岛市崂山区的这种气候特点比较适合在夏秋季节旅游度假。

6 小结

通过以上线性倾向分析、累计距平和突变检验分析可知，在全球气候变暖的大背景下，崂山区的气候也再发生明显的变化。其主要变化特征如下：

(1)51年来，青岛市崂山区的年和春夏秋冬四季平均气温都表现为显著性上升趋势，1988年前后年平均气温发生突变，气温明显升高，春、夏、秋、冬四季在20世纪90年代以后升温趋势更加显著，但是年平均增温速率为0.054 ℃/10 a，低于我国和北半球同期平均速率(0.22/10 a、0.13/10 a)，也与我国近100年的增温主要发生在冬季和春季，夏季变化不明显存在差异[1]。

(2)51年来，崂山区年降雨量表现为下降的趋势，其中夏季和秋季呈现下降趋势，而冬季和春季表现为上升趋势。而年度和各季降水量变化趋势都不显著，无明显线性变化趋势，但是年际波动较大，这与我国近50年来华北、山东半岛等降雨日数、降雨量呈现下降趋势的结论是一致的[1]。

粗虚线为α=0.05显著性水平临界值。下同。图3 崂山区气温Mann-Kendall统计量曲线

图4 崂山区日照时数Mann-Kendall统计量曲线

图5 崂山区相对湿度Mann-Kendall统计量曲线

(3)51年来，崂山区年日照时数在波动中明显下降，年线性倾向率为-7.944 h/10 a,冬季下降趋势不显著，春季、夏季和秋季的日照时数显著下降。年日照时数在1972年前后发生了突变，日照时数显著减少，20世纪90年代后期减少幅度更加明显。

(4)崂山区年和春、夏、秋季平均相对湿度呈显著下降趋势，1993年前后年相对湿度发生了突变现象，下降趋势尤其明显，与同期平均气温升高显著相关。

综上所述，51年来，崂山区的气候由于受大陆性季风气候和海洋性气候的共同影响，表现为四季分明，雨热同步。崂山区平均气温显著升高，但降温幅度较低，降水量下降不显著，年际差别较大，日照时数显著减少，平均相对湿度显著降低，总体来看在1965～1979年前后，崂山区气候主要表现为冷湿型气候；1980年以来尤其是1990年以后，崂山区全年及夏季、秋季表现为暖干型气候，冬季和春季表现为暖湿型气候。