近61年济宁市气候变化特征分析

李晓辉 华磊 侯梦媛

摘 要：利用山东省济宁市范围内的11个气象站点的长期气象观测资料，运用距平分析、滑动平均、气候倾向率和墨西哥帽小波分析等方法，多尺度分析了该区域1959—2019年气温和降水时间序列的季节变化和年际变化规律。结果表明：近61年来，济宁市气温以0.28 ℃/10年的趋势增加，且四季气温均呈增温趋势，其中冬季气温增加趋势最为明显，达0.43 ℃/10年，但夏季增温系数仅为0.09 ℃/10年。年降水量以-4.04 mm/10年的趋势增减少，其中，夏季降水减少最为显著，降水趋势系数为-1.92 mm/10年，但春季和冬季降水增加。小波分析表明济宁市气温存在4～6、10、20、30年的变化周期，主周期为20年；降水存在6、8、10、13～15、30年的变化周期，主周期为6年。从大尺度来看，未来一定时间内济宁市将气温偏高、降水偏少。

关键词：气温；降水；气候变化；特征分析；气候倾向率

中图分类号：P467 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）02–0-03

受全球气候变暖影响，地球水循环及干湿条件改变，极端气候事件频发。苏京志等[1]研究指出，尽管近几年气候变暖趋势减缓，但地球温度仍将继续上升。很多学者深入探讨了中国气候变化，发现我国增暖趋势明显，近100年地表平均温度增幅达0.56～0.92 ℃，且平均降水量没有明显趋势，但20世纪70年代后降水出现明显的年代际变化[2-3]。

山东省年平均气温和降水整体呈现波动上升的趋势，极端气候事件发生强度及频率不断增加，但又呈现出显著的区域不同。济宁市位于鲁西南地区，属暖温带季风型气候，人文旅游资源丰富。目前，关于济宁市气候变化特征的研究较少，且数据较为陈旧，其结论已经不能准确反映济宁市的气候变化特征[4-5]。因此，将进一步分析济宁市气温和降水的长期演变规律，为该区域建设规划及防灾减灾提供理论依据。

1 资料与方法

利用济宁市济宁、微山、鱼台、邹城、兖州、曲阜、金乡、嘉祥、汶上、梁山、泗水11个气象站1959—2019年的气温和降水量资料，通过距平分析、滑动平均、气候倾向率等方法分析济宁市气温及降水的年际变化规律和四季变化特征，运用墨西哥帽小波函数对其气温、降水周期进行分析及趋势预测[6]。春季、夏季、秋季、冬季的划分分别为3—5、6—8、9—11、12—翌年2月。

2 结果与分析

2.1 气温的变化特征

2.1.1 年际变化

1959—2019年济宁市年气温14.06 ℃，气候倾向率为0.28 ℃/10年，呈增温趋势。从年气温距平变化和线性趋势（图1）可以看出，1994年前为相对冷期，气温以负距平为主，35年间仅有3年为正距平，其中，最冷年份出现在1969年，气温偏低1.45 ℃。1994年开始气温迅速上升，最高气温出现在2019年，偏高1.38 ℃。气温年际变化趋势分析表明：20世纪60～80年代，气温明显低于多年平均气温，20世纪90年代开始进入偏暖时期，21世纪10年代气温偏高0.81 ℃。

2.1.2 四季变化

1959—2019年济宁市春季平均气温为14.57 ℃，增温系数为0.35 ℃/10年。1959年至20世纪90年代前期，春季气温距平以负值为主，其中，最冷年份出现在1991年，气温偏低1.80 ℃。春季气温的转折年份出现在1994年，之后气温仅有5年为负距平，其中，最暖年份出现在2014年，气温偏高2.48℃。

夏季平均气温26.28 ℃，增温系数仅为 0.09 ℃/10年。1959年至20世纪60年代气温以正距平为主，20世纪70～80年代气温以负距平居多，其中最冷年份出现在1976年，气温偏低1.34 ℃。20世纪90年代至21世纪初，气温处于波动期，21世纪10年代增温趋势逐渐明显，最暖年份（2018年）气温偏高2.23 ℃。

秋季平均气温为14.75 ℃，增温系数为 0.24 ℃/10年。1959年至20世纪90年代中期，秋季气温距平以负值为主，其中，最冷年份出现在1981年，气温偏低1.50 ℃。气温转折年份出现在1998年，气温距平达2.34 ℃。

冬季平均气温为0.75 ℃，增温系数高于其他季节，达 0.43 ℃/10年。1959年至20世纪80年代中期冬季气温距平以负值为主，其中，最冷年份出现在1969年，气温偏低2.90 ℃。冬季气温转折年份出现在1987年，此后气温大多高于多年平均气温，其中，最暖年份出现在2002年，气温偏高2.32 ℃。

2.2 降水的变化特征

2.2.1 年际变化

1959—2019年济宁市年降水量为688.60 mm，以4.04 mm/10年的趋势递减。根据降水距平变化趋势图分析（图2），济宁市降水最大年份为出现在1964年，降水偏多473.2 mm；降水最少年份为2002年，降水偏少290.79 mm。气温年际变化趋势分析表明：20世纪70年代降水为正距平，为多雨期；20世纪80年代降水骤减，年代降水偏少113.40 mm，为少雨期；20世纪90年代至21世纪初进入新一轮多雨期；2010年以來降水变化剧烈，10年间降水量相对年降水量的正负距平之比为5∶5，但整体年代降水偏少16.20 mm。

2.2.2 四季变化

近61年济宁市春季平均降水量为35.35 mm，呈增加趋势（0.38 mm/10年）。20世纪60年代和90年代春季年代降水量均较多平均年降水量偏多，其中，春季最大降水量出现在1964年，降水偏多39.19 mm。20世纪70—80年代及21世纪以来春季年代降水量偏少，其中，最小值出现在2001年，降水偏少29.83 mm。

夏季平均降水量为141.96 mm，降水趋势系数为

-1.92 mm/10年。20世纪60～70年代、21世纪00年代降水量均较多平均年降水量偏多，其中，夏季最大降水量出现在1971 年，降水偏多91.83 mm。20世纪80—90年代及21世纪10年代降水量偏少，其中，最小值出现在1983年，降水偏少86.51 mm。

秋季平均降水量为42.33 mm，无明显趋势变化。20世纪70年代和90年代降水量偏少，秋季最小降水量出现在1998年，降水偏少35.70 mm。其余年代降水量均较多平均年降水量偏多，其中，秋季最大降水量出现在2005年，降水偏多75.04 mm。

冬季平均降水量为9.87 mm，以0.18 mm/10年的速度增加。20世纪60年代和80年代降水量偏少，冬季最小降水量出现在1998年，降水偏少6.11 mm。其余年代降水量均较多平均年降水量偏多，冬季最大降水量出现在2001年，降水偏多19.78 mm。

2.3 气温及降水的小波分析

2.3.1 气温的小波分析

从图3可以看出，近61年来济宁市气温变化的周期振荡较为明显，主要存在4～6、10、20、30年的变化周期，主周期为20年。降水量在10年以下尺度上，周期震荡剧烈，具体表现为在20世纪60至70年代呈6年的“多—少”变化，在20世纪70年代中期至21世纪10年代则呈现4年的“多—少”变化。同时，在20世纪90年代中期后还同时存在着8～10年的“多—少”周期变化，且小波系数高、低值中心均随时间序列降低，表明周期变化有缩短的趋势。随着时间尺度的增加，气温变化的周期振荡规律趋于清晰，结合小波方差图可以看出，20年振荡在整个研究时段内具有全域性和稳定性，表现为7个“多—少”循环交替。20世纪90年代中期前还存在30年的次周期变化，但进入21世纪后小波系数高、低值中心均降低至20年附近。从20年大尺度来看，2015年开始出现温度升高的等值线，至2019年等值线未闭合，说明未来一定时间内济宁市气温仍将继续偏高。

2.3.2 降水的小波分析

从图4可以看出，20世纪60年代至70年代中期年降水量呈8年的“少—多”周期变化，20世纪70年代后期开始呈6年和10年的周期变化，且6年的周期振荡强度最强，为主周期。20世纪90年代中期以后存在13～15年的周期变化。在整个研究期内，存在30年的次周期震荡，表现为2.5个“少—多”循环交替。无论从30年大尺度还是10年以下小尺度来看，2019年开始小波系数均为负值区，表明未来济宁市将进入少雨期。

3 结论与讨论

1959—2019年，济宁市年气温以0.28 ℃/10 年的趋势增加，与1961—2010 年全国平均0. 27 ℃ /10年的温度气候倾向率相似，但略低于山东省的增温幅度。20世纪60～80年代气温明显低于多年平均气温，为偏冷时期；20世纪90年代开始进入偏暖时期，尤其21世纪10年代气温距平达到最高，表明济宁市气温有进一步升高的态势。M-K检验显示1989年开始气温上升趋势显著，研究结果与前人对龙口市的气候变化趋势研究结论较为一致[7]。季节分析发现济宁市四季气温均呈增加趋势，但以冬季气温增加趋势最为明显，相似结论也出现在山东省及其他地区的研究[8-9]。

济宁市年降水量呈弱减少趋势，降水气候倾向率-4.039 mm/10年，与山东省降水增多的趋势相反，这种差异可能与下垫面特征及汛期降水量变化因素有关。20世纪80年代降水偏少113.4 mm，为明显少雨期；20世纪70年代和90年代、21世纪00年代降水偏多；2010年以来降水变化剧烈，但整体年代降水偏少16.2 mm。季节分析发现春季和冬季降水增加，而夏季降水减少，秋季降水变化不明显，研究结果与全国季节降水量的变化趋势也有所差异。

小波分析发现济宁市年气温和降水量均存在多时间尺度特征，且大尺度的周期变化嵌套着剧烈的小尺度周期震荡。其中年气温呈现4～6、10、20、30年的变化周期，主周期为20年；年降水量呈现6、8、10、13～15、30年的震荡周期，主周期为6年。从大尺度来看，2019年气温处在小波系数正值区，降水处在小波系数负值区，且周期曲线均未闭合，未来一定时间内济宁市仍将气温偏高、降水偏少。

选取济宁市范围内11个气象站点的长序列资料进行综合分析，未考虑局地地形及小气候的影响，研究结果具有一定局限性。今后将进一步結合海拔等地理因子，细化研究区域及时段，对区域性气候变化特征进行深度分析。

参考文献

[1] 苏京志，温敏，丁一汇，等.全球变暖趋缓研究进展[J].大气科学，2016，40（6）：1143-1153.

[2] 丁一汇，王会军.近百年中国气候变化科学问题的新认识[J].科学通报，2016，61（10）：1029-1041.

[3] 闵屾，钱永甫.我国近40年各类降水事件的变化趋势[J].中山大学学报（自然科学版），2008（3）：105-111.

[4] 张翠翠，蔡鹏，詹平华，等.济宁地区极端气温时空变化特征分析[J].山东气象，2016，36（4）：13-18.

[5] 蔡鹏，李芳，王政权，等.1961—2015年山东省济宁市地温与气温变化的相关分析[J].冰川冻土，2016，38（6）：1538-1543.

[6] 金钊，范伟.基于小波分析的华北地区近61年降水变化特征[J].安徽农业科学，2019，47（10）：197-199，203.

[7] 王一然，潘仕梅，衣淑玉，等.1957—2014年山东省龙口市温度和降水变化特征[J].农学学报，2017，7（6）：38-43.

[8] 虞海燕，刘树华，赵娜，等.1951—2009年中国不同区域气温和降水量变化特征[J].气象与环境学报，2011，27（4）：1-11.

[9] 徐钰，江丽华，张建军，等.气候变化对山东省农业生产的影响与对策[J].中国农业气象，2010，31（S1）：23-26.