近50 a山東中部地區四季開始日期及長度變化特征

環海軍，劉巖，姚丹丹，夏福華

（1.淄博市氣象局，山東淄博 255048；2.山東工業職業學院，山東淄博 255048）

近50 a山東中部地區四季開始日期及長度變化特征

環海軍1，劉巖1，姚丹丹2，夏福華1

（1.淄博市氣象局，山東淄博 255048；2.山東工業職業學院，山東淄博 255048）

利用山東中部地區8個氣象站1966—2015年逐日氣溫觀測資料，用5日滑動平均氣溫作為劃分依據，結合氣候趨勢法、Mann-Kendall法和經驗正交分解法，對山東中部地區近50 a的四季開始日期及長度時空變化特征進行分析。結果表明：山東中部地區春季和夏季開始日期呈提前趨勢，秋季和冬季呈推遲趨勢，其中，夏季和冬季開始日期在1993年發生突變，四季開始日期的主要空間變化趨勢一致，秋季變化強度中心在中北部平原，其他三季變化強度中心均出現在中部地區，四季開始日期空間變化規律在第二特征向量上呈現區域變化的不一致性。冬季日數最多，其次為夏季，春季日數最少，春季和冬季日數呈減少趨勢，冬季減少趨勢顯著，氣候傾向率為-2.98 d/10 a，夏季和秋季日數呈增加趨勢，夏季日數增加顯著，四季日數主要空間變化規律一致，強度中心在中部地區，四季日數空間變化規律在第二特征向量上存在不一致性，其中，夏季和秋季第二特征向量呈現南部山區與其他地區不同。

四季開始日期；四季長度；時空變化；氣候趨勢

全球氣候變暖是當前國內外廣泛關注的熱門話題，氣候變暖及氣溫的年際波動使區域季節的開始日期和持續長度發生變化。研究表明，近百年來中國大陸持續增溫[1-2]，大部分地區季節長度和起止時間發生了顯著變化[3-4]，對農業、人民生活和社會經濟產生很大影響，因此，分析氣候變暖背景下區域四季起止時間和持續長度變化特征具有重要意義。

不少學者對氣候變化背景下四季起止時間和持續長度變化特征進行了研究，得出了不少有意義的結論。在四季起止日期劃分方面，郁珍艷等[8]對浙江省的四季劃分方法進行了探討，結合動植物物候觀測資料，對以往多種四季劃分方法進行了統計計算及對比分析，探討了各種方法的優缺點，總結了一套適用于浙江省的四季劃分標準；范思睿等[9]對青藏高原四季劃分的辦法進行了探討，初步定義了“高原普適季節劃分方法”為高原總體的四季劃分方法。在四季持續長度變化特征方面，嚴登華等[13]對中國北方地區四季的時空演變特征研究表明，北方地區四季演變呈一定的徑向、緯向和海陸分布規律，且由于地理隔離，存在不連續的高值或低值中心，但整體上呈現以下特征：春夏起始日期提前，秋季推遲，冬季整體變化不大；姜燕敏等[14]研究了氣候變暖對長三角地區四季長度的影響，結果表明，該區域夏季日數最多，且延長趨勢最強；郁珍艷等[15]對我國近47 a四季長度變化的研究表明，四季長度在全國范圍內主要表現為春季變短，夏季變長，秋季基本變短，冬季變短的變化趨勢，但這種趨勢在空間分布上有所差異，北方比南方明顯，東部比西部明顯；姜燕敏等[13-18]對不同區域四季的開始日期及長度變化特征進行了研究，得出了不同區域的四季變化特征。研究表明四季開始日期和持續時間存在明顯的地域差異，因此，研究山東中部地區四季的開始日期及長度變化特征，分析不同下墊面對其變化規律的影響有重要的現實意義。

山東中部地區地處暖溫帶大陸性季風氣候區，多數地區處在亞濕潤氣候大區的指標范圍，地形主要包括平原和山區。受季風影響，氣候變化具有明顯的季節性。冬季盛行偏北風，雨雪稀少，寒冷干燥；春季氣溫回升快，少雨多風，干旱發生頻繁；夏季高溫高濕，降水集中；秋季降水銳減，秋高氣爽。已有研究表明山東中部地區年季平均氣溫均呈上升趨勢，其中冬季增暖最明顯。研究山東中部地區四季的開始日期及長度變化特征，可為當地農業布局、光熱利用以及應對氣候變化、促進區域的可持續發展提供依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本文氣象資料來源于山東中部地區自南而北8個氣象站1966—2015年近50 a逐日氣溫資料，站點分布見圖1。地形包括平原和山區，數據經過嚴格質量控制，數據缺失兩天內的運用前后資料進行插補。

圖1 觀測站點分布

1.2 研究方法

1.2.1 四季的劃分標準

氣象部門通常根據陽歷劃分四季，即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，此種劃分方法雖然簡單，但與實際氣候狀況差異較大。本文采用張寶堃提出的物候學的劃分方法，采用5 d滑動平均氣溫作為四季開始和結束的指標，劃分標準為：春季：5 d滑動平均氣溫穩定≥10℃時，5 d滑動平均首日記為春季開始；夏季：5 d滑動平均氣溫穩定≥22℃時，5 d滑動平均首日記為夏季開始；秋季：5 d滑動平均氣溫穩定＜22℃時，5 d滑動平均首日記為秋季開始；冬季：5 d滑動平均氣溫穩定＜10℃時，5 d滑動平均首日記為冬季開始。

1.2.2 分析方法

本文基于氣象數據采用氣候傾向率、Mann-Kendall突變檢驗等方法分析山東中部地區四季變化的時間特征，利用經驗正交分解法（EOF）分析其空間變化特征。

2 結果與分析

2.1 四季開始日期的時間變化特征

四季開始日期的時間變化規律見圖2，其中，四季開始日期日序計算的起始日期分別為3月1日、5月1日、8月1日和10月1日。近50年山東中部地區春季、夏季、秋季和冬季平均開始日期分別為4月2日、5月29日、9月7日和11月1日。春季和夏季開始日期隨時間變化呈提前趨勢，氣候傾向率分別為-1.5 d/10 a、-1.9 d/10 a，秋季和冬季的開始日期隨時間呈推遲的趨勢，氣候傾向率分別為0.9 d/ 10 a、1.4 d/10 a。由圖可知，春季開始日期在2000年后出現明顯的推遲，無明顯突變年份；夏季開始日期在1993年發生突變，之后入夏開始日期明顯提前；秋季開始日期呈弱推遲趨勢，無明顯突變年份；冬季開始日期自20世紀90年代后出現明顯的推遲，在1993年發生突變。

表1 四季開始日期空間分布

2.2 四季開始日期的空間變化特征

山東中部地區近50 a四季開始日期空間分布見表1。由表可知，中部地區最早進入春季，50 a平均開始日期為4月1日，其他地區偏晚1～2 d，南部山區偏晚3 d；多數地區夏季平均開始日期出現在5月27日，東部地區偏晚2 d，最南部山區偏晚7 d；最南部山區秋季開始最早，出現在9月1日，中部地區最晚出現在9月10日，其他地區偏晚4～8 d；最南部山區冬季開始日期出現在10月29日，中部平原最晚出現在11月3日，其他地區偏晚1～4 d。

圖2 春季（a、b）、夏季（c、d）、秋季（e、f）、冬季（g、h）開始日期的時間變化特征

四季開始日期EOF分解的第一特征向量見圖3。由圖可知，春季開始日期的主要空間變化趨勢一致，變化強度中心在中部地區，隨時間變化呈提前趨勢，第一特征向量貢獻率為93%；夏季開始日期的主要空間變化規律一致，強度中心出現在中部地區，隨時間變化呈提前趨勢，第一特性向量貢獻率86%，第二特征向量貢獻率6%，隨時間變化呈提前趨勢，呈現最南部山區和東北部平原與其他地區相反的變化趨勢；秋季開始日期空間主要變化規律一致，隨時間變化呈推遲趨勢，強度自北向南遞減，第一特征向量貢獻率74%，第二特征向量貢獻率11%，隨時間變化呈推遲趨勢，呈現南部山區與中北部平原不同的空間變化規律；冬季開始日期主要空間變化規律一致，隨時間變化呈推遲趨勢，強度中心在中部地區，第一特征向量貢獻率為82%，第二特征向量貢獻率為7%，隨時間變化呈推遲趨勢，呈現最南部山區和最北部平原與其他地區空間變化的不一致。

圖3 四季開始日期EOF分解的第一特征向量

2.3 四季長度的時間變化特征

山東中部地區四季日數的時間變化特征見表2。由表可知，山東中部地區冬季日數最多，其次為夏季，春季日數最少。春季和冬季日數隨時間變化呈減少趨勢，冬季減少趨勢顯著，氣候傾向率為-2.98 d/10 a，夏季和秋季日數隨時間變化呈增加趨勢，其中，夏季日數顯著增加。春季日數在80年代日數達最多，平均為60 d，之后呈減少趨勢，尤其在近5 a來減少趨勢明顯，歷史最多日數為80 d，出現在1986年；夏季日數在90年代后開始顯著增多，在近5 a出現最大值，平均為112 d，歷史最多日數為126 d，出現在2001年，最少為83 d，出現在1970年；秋季日數年代際變化不顯著，在2001—2010年出現最多，為58 d，歷史最多日數為80 d，出現在2005年；冬季日數在70年代最多，平均159 d，之后開始逐漸減少，尤其在2000年以后，減少趨勢明顯，歷史最少日數為123 d，出現在2013年。

表2 四季日數時間變化特征

2.4 四季長度的空間變化特征

山東中部地區四季日數空間分布見表3。由表可知，各地春季日數接近，最南部山區最多為59 d，最北部平原最少為54 d，其他地區55～57 d；中部夏季日數最多，50 a平均值為106 d，最南部山區最少為91 d；最北部平原秋季日數最少，50 a平均值為52 d，南部山區最多為58天；最南部山區冬季日數最多為158 d，中部平原最少為150 d。

表3 四季日數空間分布d

山東中部地區四季日數EOF分解的第一特征向量見圖4。由圖可知，春季日數的主要空間變化趨勢一致，變化強度中心出現在中部地區，向兩邊遞減，隨時間變化呈減少趨勢，第一特征向量貢獻率為87%；夏季日數的主要空間變化規律一致，強度中心出現在中部地區，隨時間變化呈增加趨勢，第一特性向量貢獻率77%，第二特征向量貢獻率10%，隨時間變化呈增加趨勢，呈現南部山區與其他地區相反的變化趨勢；秋季日數空間主要變化規律一致，隨時間變化呈增加趨勢，強度由中部東北—西南方向向兩側遞減，第一特征向量貢獻率77%，第二特征向量貢獻率9%，隨時間變化呈減少趨勢，呈現南部山區與中北部地區相反的空間變化規律；冬季日數主要空間變化規律一致，隨時間變化呈減少趨勢，強度中心在中部東北—西南方向地區，第一特征向量貢獻率為91%。

圖4 四季日數EOF分解的第一特征向量

3 結論與討論

（1）山東中部地區春季和夏季開始日期隨時間變化呈提前趨勢，秋季和冬季的開始日期隨時間呈推遲的趨勢，其中，夏季和冬季開始日期隨時間的變化趨勢明顯，均在1993年發生突變。四季開始日期的主要空間變化趨勢一致，秋季變化強度中心在中北部平原，其他三季變化強度中心均出現在中部地區，第一特征向量貢獻率分別為93%、86%、74%和82%，其時間系數隨時間變化規律與四季開始日期的時間變化規律一致。四季開始日期空間變化規律在第二特征向量上呈現不一致性，其中，秋季第二特征向量貢獻率最大為11%，隨時間變化呈推遲趨勢，呈現南部山區與中北部平原不一致的空間變化規律。

（2）山東中部地區冬季日數最多，其次為夏季，春季日數最少。春季和冬季日數隨時間變化呈減少趨勢，冬季尤為顯著，氣候傾向率為-2.98 d/10 a，夏季和秋季日數隨時間變化呈增加趨勢，夏季日數顯著增加。春季日數近5 a減少趨勢明顯，夏季日數在20世紀90年代后開始顯著增多，在近5 a出現最大值，秋季日數年代際變化不顯著，冬季日數在2000年后減少趨勢明顯。南部山區春季、秋季和冬季日數最多，中部地區夏季日數最多，四季日數主要空間變化規律一致，春季和夏季變化強度中心在中部地區，秋季和冬季變化強度中心在中部的東北西南方向一帶，第一特征向量貢獻率分別為87%、77%、77%和91%，其時間系數隨時間變化規律與四季日數的時間變化規律一致。四季日數空間變化規律在第二特征向量上呈現不一致性，其中，夏季和秋季第二特征向量貢獻率較大，主要呈現南部山區與其他地區的不一致。

（3）由于近年來平均氣溫的顯著升高，引起各地季節的顯著變化，但不同地區的變化幅度不同。山東中部地區入夏日期顯著提前，入冬日期顯著推遲，夏季日數顯著增多，冬季日數顯著減少，與“中國最明顯的增溫發生在北方地區，明顯增溫主要表現在冷季”的研究結論一致。以夏季顯著延長、冬季顯著縮短為主要氣候特征的氣候變暖，對經濟、生態和人類活動等方面產生重大影響，尤其是對農業生產布局、病蟲害防治、農業生產潛力、作物種類分布和農業管理等方面的影響，因此，掌握氣候變暖帶來的四季變化特征，可以合理調整和布局農業生產，減輕氣候變暖帶來的不利影響。

[1]朱歆煒，葉成志，彭晶晶，等.湖南省55 a極端氣溫事件變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（2）：82-88.

[2]范蘭，呂昌河，楊彪，等.近15a中國氣溫變化趨勢分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（5）：34-38.

[3]張世軒，張璐，孫樹鵬，等.全球變暖情況下中國季節的變化[J].高原氣象，2011，30（3）：659-667．

[4]郁珍艷，范廣洲，華維，等.氣候變暖背景下我國四季開始時間的變化特征[J].氣候與環境研究，2010，5（1）：73-82.

[5]孫翠鳳，竇坤，徐國棟，等.近46 a山東菏澤日照變化特征及影響因子[J].干旱氣象，2013，31（4）：744-749.

[6]梁桂花，張小平，徐衛麗，等.朔州市近50 a日照時數變化特征及影響因子[J].干旱氣象，2010，28（4）：418-421.

[7]馬濤，樊風，張萬誠，等.近50 a低緯高原地區日照時數的變化趨勢分析[J].干旱氣象，2015，33（5）：790-795.

[5]郁珍艷，吳利紅，高大偉，等.浙江省四季劃分方法探討[J].氣象科技，2014，42（3）：474-481.

[6]范思睿，范廣洲，董一平，等.青藏高原四季劃分方法探討[J].高原山地氣象研究，2011，31（2）：1-11.

[7]嚴登華，耿思敏，羅先香，等.中國北方地區四季的時空演變特征[J].地理科學，2011，31（9）：1105-1110.

[8]姜燕敏，梁艷，沙欣.氣候變暖對長三角地區四季長度的影響[J].干旱氣象，2012，30（4）：570-574.

[9]郁珍艷，范廣洲，華維，等．近47年我國四季長度的變化研究[J].高原氣象，2011，30（1）：182-190.

[10]姜燕敏，吳昊旻，楊愛琴，等.麗水市四季起始日期的氣候演變特征[J].沙漠與綠洲氣象，2013，7（6）：58-62.

[11]張克新，劉普幸，張銳，等.近55年來河西地區季節開始日及長短變化特征[J].地理研究，2011，30（3）：547-554.

[12]張靜，呂軍，項瑛，等.江蘇省四季變化的分析[J].氣象科學，2008，28（5）：568-572.

[13]吳昊旻，陳惠芬，何凱玲.麗水市1953-2010年氣溫變化對四季長度的影響[J].氣象與環境科學，2012，35（3）：76-80.

[14]李鴻儒，陳世偉，曹立國.近55年來河西走廊荒漠綠洲區季節開始日及其長短變化特征分析[J].水土保持研究，2012，19（5）：74-77.

[15]吳昊旻，黃安寧，黃旋旋.近50年長三角地區季節的氣候變化特征[J].中國農業氣象，2012，33（3）：317-324.

[16]古亞麗，范思睿.青藏高原四季開始日期隨海拔高度和緯度變化[J].高原山地氣象研究，2012，32（3）：16-21.

[17]范思睿，范廣洲，賴欣，等.1961～2007年青藏高原四季開始日期的變化趨勢分析[J].氣候與環境研究，2013，18（1）：71-79.

[18]趙國永，韓艷，閆軍輝，等.信陽市城區四季變化特征研究[J].信陽師范學院學報：自然科學版，2015，28（4）：529-532.

Variation Characteristics of the Beginning Dates and Length of Different Seasons in the Middle Area of Shandong Province in Recent 50 years

HUAN Haijun1，LIU yan1，YAO Dandan2，XIA Fuhua1
（1.Zibo Meteorological Bureau，Zibo 255048，China;2.Shandong Vocational College of Industry，Zibo 255048，China）

The spatial and temporal variation characteristics of beginning dates and length of the seasons in the middle area of Shandong province in recently 50 years were analyzed，using methods of 5-day overlapping mean air temperature，climate trending rate，Mann-Kendall and empirical orthogonal function based on daily air temperature data from eight weather stations.The results showed that the beginning dates of spring and summer had advanced trends over time，which were delayed in autumn and winter，and the abrupt changes in beginning dates of summer and winter both occurred in 1993.The main spatial variations of beginning dates of different seasons were consistent，the change intensity center of autumn was in the north central plains，and the other seasons were in the central regions.The second eigenvector of spatial variation of beginning dates of different seasons presented different spatial variations.Days of winter were the most，followed by summer，and spring was the least.It presented decreased trends over time in spring and winter，which was significant in winter over a climate trending rate of-2.98 d/10 a.It showed increased trends over time in winter and autumn，and which was more significant in summer.The main spatial variation days of four seasons were consistence，the intensity center was in the central regions.The second eigenvector of spatial variation days of four seasons presented different spatial variations，especially between southern mountain areas and other regions of the days of summer and autumn.

season beginning dates;season length;temporal and spatial variation characteristics; climate trending rate

文獻標識碼：B 文章編號：1002-0799（2017）03-0079-07

環海軍，劉巖，姚丹丹，等.近50年山東中部地區四季開始日期及長度變化特征[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（3）：79-85.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.03.011

2017-02-16；

2017-03-06

山東省氣象局氣象科學技術研究項目（2016sdqxm13）資助。

環海軍（1987-），男，工程師，主要從事氣候變化、應用氣象和農業氣象等方面的研究。E-mail：324380521@qq.com