濟南1967—2017 年溫度變化特征分析

朱漢青，閆景鵬，高雅潔

（濟南章丘區氣象局，山東 濟南 250200）

0 引言

人居環境是指人類賴以生存、生活和生產的區域，包括自然、人口、社會、居住和支持五大系統。人類的居住環境，有許多影響因素需要考慮，包括氣候、地形、水文地質、植被覆蓋、人口密度等。其中，氣候是最重要的影響因子和限制因素。氣候的舒適度是人類生活在自然環境中的客觀首選，反映了人們居住的生活質量。如果一個城市的氣候不適合人類居住，那么無論其他條件多么優越，都不能稱之為適宜人類居住的城市。在影響人體感覺得各項氣象因子中，氣溫在其中的影響尤為顯著。在一定范圍內發生變化時，人體將對不同冷熱情況產生相應的應激反應。然而，人體對環境的適應是有局限性的，當溫度變化超過人體的調解范圍時，人體正常的熱交換將無法繼續維持體內熱量平衡。進入21 世紀以來，全球氣候變暖帶來的諸多問題逐漸引起國內外專家學者的關注。全球的氣候正經歷著一次以變暖為主要趨勢的變化，近50 年升溫趨勢尤為顯著[1]。聯合國政府國際氣候變化專門委員會第三次國家氣候變化評估報告指出，近百年來，我國地表溫度明顯升高[2－3]，變化范圍為0.9～1.5℃，明顯高于同期其他國家的升溫速率[4]。該評估報告還表明，近30 年來，全球地表溫度總體呈線性上升趨勢，每10 年増暖振幅均高于1850 年以來的任何時期[5]。近15 年來，氣溫上升速度變緩，但仍為近百年來最高時段[6]。全球氣候變化直接或間接地影響著生態系統的結構、功能和生產力[7]。

濟南是山東省的省會城市，是全省的政治、經濟、文化和教育中心，也是該省重要的交通樞紐[8]。全市總面積10244km2，建成區面積760.6km2。常住人口890.87 萬，城鎮人口634.38 萬，城鎮化率71.21%。其管轄區包括市中、章丘、長清、濟陽和萊蕪五個區、商河和平陰兩個縣。

濟南位于山東省中部，華北平原東南邊緣。地處魯中南低海拔丘陵與魯西北沖積平原交界處，地勢南高北低。地形可分為三個區域：北部為黃河流域，中部為山前平原，南部為丘陵區[6]。屬暖溫帶大陸性季風氣候[9]，四季分明，日照充足，年平均溫度13.6℃。相對濕度豐沛，年平均相對濕度量614.0mm。

2019 年，山東省委和省政府對濟南提出明確要求，把濟南建設成為“大強美富通”國際大都市。本文旨在通過對近50 年濟南溫度變化特征進行分析，探究溫度的時空分布差異規律及產生的原因，對政府相關部門更好地開發利用自然資源，從氣象與生態環境方面提供科學決策依據。

1 資料選取和方法

本文選取濟南7 個氣象站1967—2017 年的常規氣象觀測資料進行分析。溫度為月平均值，數據來源于山東省氣象信息中心。所有的數據均經過嚴格的數據質量控制，個別月份數據缺測，用內插法求出。季按氣象學意義上的劃分標準劃分，以3—5 月為春季，6—8 月為夏季，9—11 月為秋季，12 月至次年2 月為冬季[10]。

用于氣候研究的時間序列數據必須準確、連續，時間序列長度應滿足要求至少30 年，并具有代表性、統一性和可比性[11]。7個氣象臺站包括市中區本站、商河站、濟陽站、長清站、平陰站、章丘站、萊蕪站，各氣象站點的位置如表1 所示，這些位置都是該地區有代表性的位置，所以測得的氣象要素在空間上呈離散狀態[12]，所獲得的數據代表了濟南氣象要素的總體特征。

表1 濟南市各地區氣象臺站基本信息

2 結果分析

2.1 溫度變化特征

2.1.1 年平均溫度變化特征

把溫度值進行年統計（表2），可以看出濟南總體趨勢自西向東逐漸降低。東部的平陰、長清、本站溫度高于西部的濟陽、商河、萊蕪。本站溫度最高，商河最低。

表2 濟南各地區1967—2017 年溫度變化

濟南近50 年的年平均溫度以0.27℃/10 年的速率呈上升趨勢［圖1（a）］，溫度上升趨勢顯著（通過0.05 顯著性檢驗），年平均溫度從1967 年的13.24℃上升到2017 年的14.88℃。20 世紀70 年代到20 世紀90 年代較冷，各年份年平均溫度均低于50 年溫度平均值，20 世紀90 年代到本世紀溫度偏高。年平均溫度變化經歷了4 次明顯的變化，其中1999 年為波峰，波谷分別出現在1979 年、1984 年及2011 年。1993 年以前以負距平為主，1993 年以后以正距平為主，溫度明顯升高［圖1（b）］。從5a 滑動平均趨勢線可以看出2002 年經歷了一次波的峰值，1989 和2014 年2 次到達相對最低點，年平均溫度經歷了“高—低—高—低”的變化過程。

圖1 近50 年濟南年均溫度變化趨勢（a）、距平和5 年滑動平均變化（b）

將濟南近50 年的年平均溫度進行Mann-Kendall 突變檢驗（圖2），UF 與UB 相交于置信區間內（α=0.05）1990 年，由此可見，溫度突變年為1990 年。1972 年以后，溫度呈上升的趨勢，1994 年超過了0.05 顯著性水平的臨界線，升溫趨勢明顯。

圖2 近50 年濟南年均溫M-K 檢驗

將濟南的年均溫度進行年代際劃分為5 個時間段，由表3 可以看出，濟南溫度的變化在10 年的時間尺度上仍有明顯的冷期和暖期之分。1987 年以前是一個冷期，波動振幅大，負距平年占80%，冷期的年平均溫度為13.15℃，較年平均溫度偏低-0.50℃，其中1969 年年平均溫度12.27℃，冷振幅最大（距平值-1.38℃），是近50 年來的最低年均溫。近30 年（1987—2017 年）為一個暖期，正距平年占55%，暖期年平均溫度為13.96℃，比年平均溫度偏高0.31℃。其中2017 年年平均溫度14.88℃，暖振幅最大（距平值1.23℃），是近50 年來最高年均溫。

表3 濟南各年代平均溫度、距平及正距平年數

2.1.2 季平均溫度變化特征

從季變化特征來看，濟南除夏季平均溫度變化表現出降低趨勢，其余各季平均溫度變化趨勢均表現出增高趨勢，其中冬季升溫趨勢最顯著，其次為春、秋季（表4）。夏、秋季在溫度極值上呈現出一致性，溫度最低值及最高值出現的年份均為同一年。

表4 濟南各季平均溫度變化特征

為了進一步探究濟南各季溫度在不同階段的變化差異，將近50 年的時間序列分位3 個時間段（10 年、25 年、50 年）。由表5可以看出，各季在近10 年溫度均顯著上升，均通過了α=0.05 的顯著性水平檢驗。夏季在近25 年（1992—2017 年）溫度呈降低趨勢，在近10 年呈上升趨勢。冬季年平均溫度在近50 年（1967—2017 年）、近25 年（1992—2017 年）、近10 年（2007—2017 年）3 個時間尺度上均為顯著上升（通過α=0.05 顯著性檢驗）。冬季的年平均溫度的氣候傾向率隨著時間臨近而增大，可以看出冬季有越來越熱的趨勢。分析該現象的原因為冬季居民使用燃氣取暖導致的二氧化碳等溫室氣體排放較其他季更多，由此引起的熱島效應導致對升溫貢獻度相比其他季節更加強烈。

表5 濟南各季平均溫度的傾向率

3 結論

濟南總體溫度地域分布趨勢自西向東逐漸降低。其中位于濟南中心的本站溫度最高，西北地區的商河最低。近50 年溫度總體有明顯的冷暖期之分，呈波動上升趨勢，指數變化以1994 年為分界，其中突變發生在1990 年。從四季變化特征來看，近50 年濟南各季的季平均溫度總體上均呈現增高的變化趨勢，其中冬季溫度上升趨勢最顯著，而且該氣候傾向率隨著時間而增大。分析原因為冬季使用燃氣取暖，二氧化碳等溫室氣體排放較其他季節更多，由此引起的熱島效應導致對升溫貢獻度相比其他季節更強烈。