濰坊市暖冬氣候分析

朱翠紅 劉哲 王婉

摘要?濰坊市自1971年以來，全市所有地區的冬季平均溫度維持在-3.8～2.2℃范圍內，呈現出典型的暖冬氣候特征，這與當地隸屬于北溫帶季風區，呈現暖溫帶季風型半濕潤大陸性氣候有關。首先探討了暖冬的相關理論，重點結合濰坊市暖冬實驗資料與方法對冬季氣溫變化特征展開全方位分析。

關鍵詞?暖冬氣候;暖冬實驗;氣溫變化;異常

中圖分類號：P458?文獻標識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-113-04

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.047

濰坊市擁有平原、低山丘陵、濱海三種下墊面地勢類型，通過對濰坊（1971—2018年）冬季（12月至翌年2月）氣象狀況進行記錄分析，發現70—80年代當地冬季處于偏冷振蕩期，90年代以來一直為偏暖期，冬季中各個月份氣溫都存在增溫發展趨勢，尤其是平均最低氣溫升高相對顯著。通過對濰坊市冬季氣候特征進行深度研討，挖掘其中特點，期望以此為濰坊市未來冬季氣候研究提供有價值的參考依據。

1?冬季平均氣溫變化特征

1.1?冬季平均氣溫年際及年代際變化

相比于冷冬，暖冬冬季的平均氣溫變化是長期持續的，簡言之暖冬的溫度變化幅度相對較大，尤其是異常暖冬存在較大的群發性特征[1]。1880—1970年之前，我國絕大部分地區都為冷冬氣候，1970年以后異常暖冬情況開始逐漸出現，其中距平超過2?強度的異常暖冬集中在1970—2018年間[2]。說明我國冬季平均氣溫的變化是長期的且存在異常性的，可能與大氣環流以及全球氣溫變化背景等因素相關。國內氣象學學者也研究全球氣候變暖，尤其是西伯利亞冬季高壓對我國冬季溫度的影響，尋找二者之間關聯，并對暖冬氣候問題進行定性[3-7]。

以山東省濰坊市為例，整體看來氣溫變化傾向于年際以及年代際變化，對冬季平均最高與最低氣溫變化曲線、線性變化傾向等內容進行分析，獲得1971—2018年濰坊市冬季平均氣溫、平均最高溫度與平均最低溫度變化趨勢，定性濰坊市是否在過去48年經歷了暖冬，受到暖冬氣候影響。

如果從當地常年冬季平均氣溫年代際變化情況看，濰坊市冬季平均氣溫變化呈現顯著上升的趨勢，上升幅度為0.4℃/10年，通過了0.001的顯著性水平檢驗。70—80年代屬于偏冷振蕩期，冬季平均氣溫基本在歷年平均值以下。90年代以來呈現上升趨勢，屬于偏暖期，2001年、2006年更是達到了歷史峰值，為1.4℃，比最冷的1971年（-3.0℃）高4.4℃，21世紀10年代冬季平均氣溫略有下降，但仍在歷年平均值以上（見圖1）。

從各站點來看，所有站點冬季氣溫總體均呈現上升趨勢，例如濰坊本站經度為119度12分、緯度為36度45分，地處22.2?m低海拔高度，在1971—2018年的冬季平均溫度年代值分別為-1.1℃、-1.3℃、-1.2℃、-0.5℃、0.0℃。可以看到，濰坊的冬季平均溫度還是呈現出了明顯暖冬發展趨向，冬季溫度逐漸升高，但是這一暖冬期的冬季平均氣溫是否處于長期緩慢變化過程中的，還需要加以進一步分析以求獲得更有價值結論。

1.2?冬季平均氣溫的突變分析

為詳細了解濰坊市冬季平均氣溫的變化，通過目前常用的Mann-Kendall檢驗進行突變分析，給定顯著性水平α=0.05，u0.05=±1.96[8-9]。通過分析Uf曲線可知，濰坊市冬季平均氣溫呈現明顯增暖趨勢，80?s末90?s初增暖趨勢超過了0.05的顯著性水平臨界線，從90?s后期到21世紀以來，增暖趨勢甚至超過了0.001（u0.001=±2.56）的顯著性水平，這表明濰坊市冬季平均氣溫增暖趨勢十分顯著。?Uf與Ub曲線于1989年相交于±1.96的信度線之間，表明濰坊市冬季平均氣溫在80?s末發生由冷到暖的突變，具體突變發生1989年前后（見圖2）。

2?濰坊市暖冬變化

實際上在傳統氣候學理論中并沒有定義何為"暖冬"，它是當前全球變暖現象發生以后出現的新氣象名詞。有關暖冬的定義可參考氣象學中的暖鋒、暖流、暖氣團等基本概念。目前的氣象學界專門將冬季細分為暖冬和冷冬，細分范圍為每年12月至次翌年2月，根據《暖冬等級》（GB/T?21983-2008）對單站、區域暖冷冬進行了劃分。暖冬對于人類生產生活有利有弊，能夠節約大量能源，減輕供能壓力，但同時也可引發農業生產中病蟲害的全年持續爆發，嚴重影響農業生產收益，還會提高呼吸道疾病的發生率[10-11]。

2.1?暖冬、冷冬的基本劃分

選取濰坊9個臺站從1971-2018年冬季平均氣溫為例，將冬季定義為當年12月至翌年2月，結合概率方法研究氣候事件。主要是基于近年來的氣候主題研究展開，有效規避不同地區溫度變化幅度導致區域性差異的出現，也增加了可比性。具體來講，可將冬季溫度變化視為是正態高斯分布，平均劃分氣候偏高、正常以及偏低3類氣候事件，即每一類氣候事件發生的概率可規范在33.3%左右，由此計算不同臺站的溫度偏暖閾值[12]。假設冬季平均氣溫為隨機變量，需要服從正態高斯分布對概率密度函數進行計算分析，具體如下。

結合將氣溫概率密度平均劃分為3份，其中包括偏冷、正常與偏暖3類概率氣候事件，發生概率均為33.3%，由此將冷、暖氣候邊界閾值設置為-0.43?、0.43?，?與T分別表示為標準差與氣候平均值。在算式中，?代表了樣本長度，可取值1971-2018年序列，?表示了1981-2010年30年的冬季氣候平均氣溫。采用概率氣候事件進行劃分，確定各站點冬季溫度偏暖不同閾值，并對不同區域的暖冬標準在性質上進行統一，進而消除溫度分布在不同地域的差異。

區域暖（冷）冬指標為區域范圍內暖（冷）冬站點數超過總站點數的50%，區域強暖（冷）冬劃分標準為在區域暖冬年內，強暖（冷）冬站點數超過暖（冷）冬站點數的50%，否則為區域弱暖（冷）冬。

2.2?濰坊市暖冷冬變化分析

近48年來，濰坊市各地區冷暖冬年數總體上不存在較大差別，基本特征首先呈現總體暖冬年略少于冷冬年，尤其是70s～80s冷冬年明顯多于暖冬年，單站暖冬僅出現了3次。進入20世紀90年代以后，暖冬年數量開始增多，暖冬年甚至超過了冷冬年，暖冬年呈現出了持續迅速增加的發展態勢，濰坊本站暖冬年數最多，說明城市化對暖冬具有一定的促進作用。從全市來看，區域冷冬年總體大于區域暖冬年，區域冷冬年主要出現在20世紀90年代之前，區域強冷冬近48年共出現了6次，全部出現在70?s～80?s。從20世紀90年代開始區域暖冬年呈現增多趨勢，區域強暖冬從20世紀90年代之后開始出現，共出現4次（見表1）。

通過對濰坊市區域冷暖冬指數的線性擬合，發現濰坊市區域冷暖冬的年際變化突出。濰坊市區域暖冬指數以12.3%/10年的速率上升，通過了0.01的顯著性水平檢驗，?1971—2018年發生了14次區域暖冬事件，其中暖冬強度弱和強分為10年和4年;濰坊市冬季偏暖，暖冬年在時間分布上很不均勻，特別是進入21世紀以來，呈現明顯變暖趨勢，出現了兩次連續3年以上的暖冬年。濰坊市區域冷冬指數與之相反，以每10年16.2%的速度減少，通過了0.001的顯著性水平檢驗，近48年共有17次區域冷冬事件，13次發生在90?s之前。濰坊市區域冷暖冬基本以80?s末90?s初為分界線，分界線之前冷冬事件頻發，之后多以暖冬事件為主，這與前文分析的濰坊冬季平均氣溫冷暖突變發生在1989年的結論基本吻合（見圖3）。

實際上，在過去48年間，全國氣溫變化趨勢是與全球氣溫變化趨勢大致相近的，總體特征都是增暖發展趨勢[13]。細致分析會發現這種增暖表現為冬季氣溫逐漸升高，各地區針對全球氣候變暖的響應并非完全相同。例如，在我國西南地區49年來始終處于降溫發展趨勢，暖冬漸行漸遠[14]。而東北、華北、西北以及西部地區則呈現冬季增溫趨勢，其中就包括了山東省濰坊市[15-17]。選取濰坊地區低山丘陵（臨朐）、平原（濰坊）、濱海（壽光）等三種不同下墊面地區進行細致的實驗分析，了解暖冬氣溫變化狀況，深度討論濰坊市冬季氣溫的實際變化規律，發現當地不同下墊面對暖冬氣候特征的影響。

3?濰坊市暖冬實驗分析

3.1?實驗資料與方法

選用取濰坊市1971—2018年冬季氣溫變化數據，分別對冬季（12月至翌年2月）的月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫等氣溫資料進行分析。在研究中，主要對濰坊地區的低山丘陵、平原、濱海三種大氣下墊面進行分析，統計分析冬季氣溫變化傾向性，了解當地不同下墊面暖冬年分布情況與年代際變化特征情況。

3.2?濰坊市不同下墊面的冬季氣溫變化特征

通過對濰坊市冬季的氣溫變化特征進行深度剖析發現，濰坊市不同下墊面地區的冬季以及冬季各月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫變化均呈現上升趨勢，其中濱海地區冬季升溫最為顯著，對整個地區冬季升溫貢獻最大。從冬季平均氣溫、平均最高氣溫和最低氣溫變化來看，冬季平均最低氣溫升高最為明顯，冬季不同下墊面平均最低氣溫的升幅在0.36～0.71℃/10年，而冬季平均最高氣溫升溫速度相對緩慢。

對濰坊地區的冬季平均氣溫、最高平均氣溫和最低平均氣溫進行年代時間統計，濰坊的三種下墊面年代際變化基本保持一致水平，在70～80年代間振蕩降低，90年代開始溫度顯著上升，進入暖冬期，其中濱海地區90年代與80年代的年代差達到了1.5℃，升溫明顯。進入21世紀后冬季平均氣溫變化略有振蕩，如低山丘陵地區2016年冬季平均氣溫達到歷史峰值（1.6℃），2017年又跌落至-0.1℃，暖冬期溫度變化極不穩定，但整體看來溫度增幅相對明顯。

從濰坊地區不同下墊面冬季各個月份線性發展趨勢展開進一步分析，發現不同年份冬季各月氣溫變化表現不甚相同。2月份升溫最為顯著，3種下墊面的月平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫的升溫幅度均通過了0.01的顯著性水平檢驗，其中濱海地區月平均最低氣溫的增幅相對最大，達到了0.946℃/10年，說明2月份增溫對冬季變暖的貢獻最大?;12月份增溫幅度最小，如平原地區冬季平均最高氣溫增溫速度為0.069℃/10年左右，該數值為增溫幅度最小值（見表2）。

3.3?不同下墊面暖冷冬分析

通過分析，發現濰坊市不同下墊面暖冬指數上升明顯，每10年升幅為0.3～0.53℃，北部濱海地區升幅最大，中部平原升幅最小。從暖冷冬頻率來看，不同下墊面冷暖冬頻率略有差異，暖冬頻率平原最高，為40%，濱海最低，僅有27%;而冷冬頻率與之相反，呈現濱海高平原低的特點，不同下墊面冷冬頻率在27%～35%之間。不同下墊面不同年代冷暖冬出現次數差別較大。1971～1979，平原地區暖冬年明顯多于其他地區，出現6次，而濱海地區僅在20世紀70年代出現暖冬1次，20世紀80年代未出現暖冬事件;而冷冬事件1971～1979不同下墊面差別更大，濱海地區最多，出現了13次冷冬，而平原地區只出現了7次。20世紀90年代后，各下墊面冷暖冬變化趨勢一致，冷冬減少，暖冬顯著增多。冷冬事件地域差別不大，在4～6次左右;發生連續暖冬事件頻率增多，特別是2013—2018年，暖冬的影響范圍及強度達到峰值，除濱海外其他地區均出現了連續6年的暖冬，中部平原地區出現了5年的強暖冬（見表3）。

3.4?低溫日數變化分析

冬季氣溫的高低與本地區冷空氣活動的次數和強度有直接的關系，而低溫日數是反映冷空氣影響的最直接表現，常說的低溫日數是指日最低氣溫≤-10.0℃的日數。以濱海為例，近48年平均低溫日數為11.0?d，平均每10年減少3.8?d。1971—1989年冬季最低氣溫≤-10.0℃的日數平均為18.1?d，1990—2018年平均6.4?d，變化幅度如此之大，更說明暖冬已經成為濰坊地區主要冬季氣候表現類型，低溫日數整整減少了65%。自進入20世紀90年代以后，濰坊地區的冷空氣活動呈現出更進一步明顯減少發展的趨勢，冷冬期顯著減少，強冷凍期完全消失。

4?結論

（1）在近48?a來，濰坊市各個地區的冬季氣溫總體還是呈現出顯著升高發展趨勢的，升溫幅度0.4℃/10?a，通過了0.001的顯著性水平檢。通過對濰坊地區冬季平均氣溫的突變分析表明，濰坊市冬季平均氣溫在20世紀80年代末發生了由冷到暖的突變，其中尤以1989年之后冬季增溫最為明顯，全區冬季平均氣溫在2001年最高達到1.4℃。

（2）濰坊市冬季平均氣溫變化幅度大，但濰坊市各地區冷暖冬年數量總體差別不大，呈現暖冬年略少于冷冬年，而冷、暖冬年的年代際分布差異明顯偏大，進入20世紀90年代以后就再未出現過冷冬年，暖冬年從20世紀90年代至今成了濰坊市的主要冬季氣候類型，區域強暖冬共出現4次，全部出現在近30?a。濰坊市暖冬指數呈現顯著上升趨勢，上升速率為12.3?%/10?a，濰坊市冷冬指數以16.2?%/10?a的速率下降，通過了0.001的顯著性水平檢驗。

（3）濰坊市三種不同下墊面的冬季及冬季各月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫均呈現上升趨勢，尤以濱海地區冬季升溫明顯高于平原與低山丘陵地區，對冬季地區升溫貢獻最大。冬季平均最低氣溫升高最為明顯，冬季不同下墊面平均最低氣溫的升幅在0.36～0.71℃/10?a之間，而冬季平均最高氣溫升溫速度相對緩慢。2月份升溫對冬季變暖的貢獻最大，其中濱海地區2月份平均最低氣溫升溫幅度達到了0.946℃/10?a。

（4）通過對濰坊市冬季低溫日數的分析發現，冬季冷空氣活動次數正在逐漸減少，強度減弱且冬季溫度升高，這是暖冬年出現的最主要原因。

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責任編輯：黃艷飛