山東半島內陸地區低溫天氣氣候特征分析

宋波+程志攀+范慶東

摘要 本文利用1981—2011年萊陽、棲霞、招遠3個氣象站日最低氣溫資料，將日極端最低氣溫Td≤-10 ℃作為1個低溫日。采用線性回歸、Mann-Kendall突變檢測等方法，對山東半島內陸地區低溫日數的氣候特征及變化特點進行統計分析。結果表明，低溫日主要集中在12月到次年2月，其中1月低溫日數最多；萊陽是30年間低溫日數最多的地區，其次是棲霞和招遠，萊陽也是低溫最早開始和最晚結束的地區；山東半島內陸地區低溫日數變化幅度較大，1981—2010年間，隨著年份的推移，低溫日數呈明顯的減少趨勢，氣候傾向率為-5.0 d/10年，其中減少趨勢最明顯的是萊陽，氣候傾向率為-5.2 d/10年；最不明顯的是棲霞，氣候傾向率為-1.4 d/10年；山東半島內陸地區年低溫日數的減少是突變現象，突變年份是1986年。

關鍵詞 低溫日數；氣候特征；趨勢；突變分析；山東半島內陸地區

中圖分類號 P423.3+6 文獻標識碼 A 文章編號 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年來，全球氣候變暖已是無可爭辯的事實[1]。氣候變暖對人類生存、經濟社會發展等都帶來了極其深遠的影響。與全球氣候變化相對應，我國的氣候也發生了顯著變化，近100年來，氣溫上升了0.5～0.8 ℃，近50年（1956—2005年）氣溫升高了1.25 ℃[2]。秦大河等[3]研究發現，極端最低氣溫上升，溫度日變化減少；張 寧等[4]發現，在空間分布上，全國范圍內極端低溫均表現出增溫的趨勢。在我國以及全球氣候變暖的大背景下，山東半島內陸地區的氣候也受到不同程度的影響。以處于半島中心地區的萊陽為例，1971—2010年間，平均氣溫、極端最高氣溫、極端最低氣溫均呈上升趨勢[5]。因為極端最低氣溫可對工農業生產、交通運輸、電力、供水供暖等各行各業帶來嚴重影響，對公眾的出行、生產生活及身體健康也有不利影響，所以研究低溫天氣的發生發展規律具有重要意義。本文在以往研究的基礎上，具體統計分析了山東半島內陸地區的萊陽、棲霞和招遠1981年12月至2011年3月低溫日數的氣候特征，分析了其變化趨勢。

1 研究區域概況與研究方法

1.1 研究區域概況

萊陽、棲霞和招遠介于北緯120°08′～121°15′、東經36°34′～37°05′之間，呈倒三角形位于山東半島內陸，萊陽位于最南端，招遠和棲霞分別位于西北和東北端，地形地貌復雜，海拔相差懸殊，屬北溫帶東亞季風區，大陸季風性半濕潤氣候，冬季寒冷干燥，區域性氣候較明顯。因地處山地南坡的低洼地區，偏北路徑的冷空氣越過渤海到達該地后，易發生沉積，出現低溫的頻率和強度遠大于山東半島其他地區[6]。

1.2 資料選取與研究方法

將日極端最低氣溫Td≤-10 ℃作為1個低溫日。選取萊陽、棲霞和招遠氣象站1981—2011年每日最低氣溫資料進行統計，發現僅在12月到次年3月有低溫日。考慮到氣候學上的季節劃分方法（當年12月到次年2月為當年冬季），及3月的低溫日數很少（30年間共出現6次）的事實，故將當年12月到次年3月作為當年數據進行統計分析。將3個氣象站有1個氣象站出現低溫視作山東半島內陸地區出現低溫。采用線性回歸對區域內及各個站點的低溫日進行趨勢分析，運用Mann-Kendall突變檢驗法對區域內的低溫日數進行突變分析檢驗。

2 結果與分析

2.1 山東半島內陸地區及各站低溫日氣候特征統計

1981—2010年山東半島內陸地區共出現低溫日466 d，平均每年15.5 d；低溫日最多的年份是1983年，達47 d；最少的是2001年，僅有1 d。低溫最早出現在12月6日（2008年），最晚結束于3月4日（1984年）。從圖1可以看出，1月是全年低溫日數最多的月份，占年平均總日數的57%；12月和2月分別占15%和27%；3月仍有低溫日出現，占1%。

從表1可以看出，3個站點的年平均低溫日數及開始、結束時間存在較大差異，表現為萊陽、棲霞、招遠逐漸減少的趨勢。其中，位于南部的萊陽是30年間平均低溫日數最多的地區，為14.9 d；其次是東北部的棲霞，為6.7 d；最少的是西北部的招遠，為6.2 d。萊陽是低溫出現最早的地區，平均日期為12月28日，棲霞和招遠分別是1月2日和1月6日。3個站點中結束最晚的也是萊陽，平均在2月14日，棲霞和招遠大致相同，分別在2月4日和2月5日。

2.2 山東半島內陸及各站低溫日的年際及年代際變化趨勢

2.2.1 山東半島內陸低溫日數的年變化。從圖2可以看出，1981—2010年間，山東半島內陸年低溫日數最多的是47 d（1983年），最少的是1 d（2001年）。全市≤-10 ℃低溫日數呈明顯的減少趨勢，氣候傾向率為-5.0 d/10年，相關系數為0.454，通過了0.02的顯著性水平檢驗。

2.2.2 萊陽、棲霞、招遠低溫日數的年變化。從表2可以看出，各站低溫日數氣候傾向率均為負值，低溫日數都隨時間呈減少趨勢。其中，減少趨勢最明顯的是萊陽，氣候傾向率為-5.2 d/10年；最不明顯的是棲霞，傾向率為 -1.4 d/10年。

2.2.3 山東半島內陸低溫日數的年代際變化。20世紀80年代，年低溫日數明顯多于平均低溫日數，尤其是前期，連續多年低溫日數高于平均值；80年代中期達到30年間的高峰，以后呈波動性下降趨勢；進入90年代，年低溫日數多處于平均值以下，1993年前后達到30年間的第1個低谷區；最后10年，年低溫日數均處于平均值以下，2008年前后達到30年間的第2個低谷區。

從表3可以看出，1981—1990年間，山東半島內陸地區及3個站點的低溫日數均呈下降趨勢。其中，山東半島內陸和萊陽下降最為明顯，相關系數都通過了0.1顯著性水平檢驗；1991—2000年和2001—2010年間，山東半島內陸及3個站點的低溫日數均呈增加趨勢，以棲霞和招遠的增加幅度最為明顯，其相關系數在1991—2000年通過了0.1顯著性水平檢驗；招遠在2001—2010年的相關系數通過了0.1顯著性水平檢驗，山東半島內陸及萊陽在2個年際間低溫日數也呈增加趨勢，但相關性較差，1991—2000年間沒有通過顯著性檢驗，在2001—2010年通過0.2顯著性檢驗。

2.3 山東半島內陸地區低溫日突變分析

氣候突變表示氣候從一種穩定態（或穩定持續的變化趨勢）跳躍式地轉變到另一種穩定態（或穩定持續的變化趨勢）的現象，表現為氣候在時空上從一個統計特征到另一個統計特征的急劇變化。目前，常用檢測突變的方法主要有累積距平法、滑動t-檢驗法（MTT），曼-肯德爾（Mann-Kendall）法等。其中Mann-Kendall法是非參數統計檢驗方法，其優點是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數異常值的干擾[7]。

利用Mann-Kendall方法對山東半島內陸地區低溫日進行突變檢驗。從圖3可以看出，1983—1986年低溫日數呈增加的趨勢，從1986年以來，呈明顯的減少趨勢。這種趨勢在20世紀90年代末期至21世紀00年代通過了0.05（α0.05=1.96）的顯著性水平檢驗，甚至在2006年后通過了0.001（α0.001=2.56）的顯著性水平檢驗。分析結果表明，年低溫日數的減少趨勢十分明顯。根據UFK與UBK曲線交點的位置，可確定年低溫日數的減少是突變現象，突變年份是1986年。

3 結論

綜合全文來看，主要得到以下結論：

（1）1981—2010年山東半島內陸地區年平均低溫日為15.5 d，最多年份達47 d，最少的僅有1 d。低溫最早出現在12月6日（2008年），最晚結束于3月4日（1984年）。1月是全年低溫日數最多的月份，占平均總日數的57%，12月和2月分別占15%和27%，3月仍有低溫日出現，占1%。

萊陽、棲霞、招遠3個站點的年平均低溫日數及開始、結束時間存在較大差異，從多到少依次為萊陽>棲霞>招遠。其中，位于南部的萊陽是30年間低溫日數最多的地區，平均為14.9 d；其次是東北部的棲霞，為6.7 d；最少的是西北部的招遠，為6.2 d。萊陽是低溫出現最早的地區，平均日期為12月28日，棲霞和招遠分別是1月2日和1月6日。3個站點中結束最晚的也是萊陽，平均在2月14日，棲霞和招遠大致相同，分別在2月4日、5日。

（2）1981—2010年間，隨著年份的推移，山東半島內陸地區低溫日數呈明顯的減少趨勢，氣候傾向率為-5.0 d/10年。萊陽、棲霞、招遠3個站點的低溫日也是減少的趨勢，其中減少趨勢最明顯的是萊陽，氣候傾向率為-5.2 d/10年，最不明顯的是棲霞，氣候傾向率為-1.4 d/10年；山東半島內陸地區年低溫日數的減少是突變現象，突變年份是1986年。

4 參考文獻

[1] 王紹武，羅勇，趙宗慈，等.關于氣候變暖的爭議[J].自然科學進展，2005，15（8）：917-921.

[2] 王紹武.現代氣候學研究進展[M].北京：科學出版社，2001：135-138.

[3] 秦大河，丁一匯，蘇紀蘭，等.中國氣候與環境演變評估（I）：中國氣候與環境變化及未來趨勢[J].氣候變化研究進展，2005，1（1）：4-9.

[4] 張寧，孫照渤，曾剛.1955—2005年中國極端氣溫的變化[J].南京氣象學院學報，2008，31（1）：123-128.

[5] 郭磊，陳立春，范慶東.萊陽市近40年氣溫變化特征分析[J].科技創新導報，2013（3）：160.

[6] 王軍吾.煙臺預報經驗匯編[Z].煙臺：煙臺市氣象局，1989：100-102.

[7] 符淙斌，王強.氣候突變的定義和檢測方法[J].大氣科學，1992，16（4）：482-493.