山東省≥0 ℃和≥15 ℃終日的時空變化特征分析

王廣寧 張國鑫 崔日鮮

摘要 選取山東省境內17個氣象站1986—2015年的逐日平均氣溫數據，采用線性傾向估計方法和空間插值方法，對山東省≥0 ℃終日和≥15 ℃終日的時間和其間的積溫的時空變化特征進行分析。結果表明：山東省≥0 ℃終日的空間分布呈現南部和沿海地區晚、中部和北部地區早的特征;近30年來山東省17個氣象站點≥0 ℃終日的變化均未達到顯著水平。山東省≥15 ℃終日的空間分布呈東部沿海地區晚、中部地區早的特征;近30年來山東省17個氣象站點≥15 ℃終日的變化總體呈推遲趨勢。山東省≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間活動積溫的空間分布特征為西南地區高、東北地區低，呈現出由西南向東北逐漸降低的趨勢;近30年來≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間活動積溫變化均未達到顯著水平。

關鍵詞 ≥0 ℃終日;≥15 ℃終日;積溫;時空變化特征;山東省

中圖分類號 P423文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）10-0198-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.051

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of Temporal and Spatial Variation Characteristics of the End Date of ≥0℃ and ≥15℃ in Shandong Province

WANG Guang-ning， ZHANG Guo-xin， CUI Ri-xian （College of Agronomy， Qingdao Agricultural University，Shandong Provincial Key Laboratory of Dryland Farming Techniques， Qingdao，Shandong 266109）

Abstract The daily temperature data of 17 meteorological stations in Shandong Province from 1986 to 2015 were selected， and the temporal and spatial variation characteristics of the end date of ≥ 0 ℃ and ≥ 15 ℃ in Shandong Province were analyzed by using linear regression analysis and spatial interpolation method. The results showed that the spatial distribution of the end date of ≥ 0 ℃ in Shandong Province was late in the southern and coastal areas， and early in the central and northern areas. In the past 30 years， the time series of the end date of ≥ 0 ℃ in 17 meteorological stations in Shandong Province did not reach a significant level. The spatial distribution of the end date of ≥ 15 ℃ in Shandong Province was late in the eastern coastal area and early in the central area. In the past 30 years， 17 meteorological stations in Shandong Province showed an overall trend of delaying the end date of ≥ 15 ℃. The spatial distribution of the accumulated temperature from the end date of ≥ 0 ℃ to the end date of ≥ 15 ℃ in Shandong Province were high in southwest and low in northeast， showing a decreasing trend from southwest to northeast. In the past 30 years， the trend of the accumulated temperature from the end date of ≥ 0 ℃ to the end date of ≥ 15 ℃ did not reach a significant level.

Key words End date of ≥ 0 ℃;End date of ≥ 15 ℃;Accumulated temperature;Spatial and temporal variation characteristics; Shandong Province

近100年（1906—2005年）地表溫度上升了0.74 ℃，近50年的線性增溫速度為0.13 ℃/10 a[1]。在全球氣候變化大背景下，近100年間我國地表溫度的年平均值呈明顯上升趨勢，升幅比同期全球平均值略高[2]。氣候變化改變了各地的農業氣候資源[3]，并不可避免地給各地農業生產帶來影響，而如何應對氣候變化所帶來的影響是農業科研和管理部門必須要解決的重要問題。

界限溫度是具有一定生物學意義，且對農事活動具有指示意義的溫度，可以反映一個地區的熱量條件[4]。其中，界限溫度0 ℃為早春作物開始播種、初冬季節冬小麥進入越冬和冬小麥開始返青等的指標[4-5];界限溫度15 ℃為喜溫作物積極生長、秋季冬小麥適宜播種的日期、玉米和水稻停止灌漿等的指標[4，6]。許多學者對不同地區不同界限溫度進行了研究，并取得了一定的成果[7-14]，如高燕軍等[8]研究指出1961—2010年山東省界限溫度0、10 ℃積溫、持續日數均表現出顯著增多趨勢;李春光等[12]研究指出濟寧地區界限溫度0和10 ℃的初日提前，而終日出現推遲;唐寶琪等[13]利用1961—2013年華東地區86個氣象臺站的逐日氣溫資料，分析了近53年該區域日平均氣溫穩定10 ℃的持續日數、積溫和初終日的變化特征，結果表明，氣溫穩定通過10 ℃ 的初日

提前、終日推遲，且受其影響積溫和持續日數呈顯著增加趨勢;張煦庭等[14]利用我國溫帶地區840個氣象站點1960—2015年逐日氣溫資料，對不同界限溫度（0、5、10、15和20 ℃）起止日期、持續時間和積溫進行了分析，結果表明，我國溫帶地區呈現各界限溫度初日提前、終日推遲、持續日數和積溫增加的趨勢，其中，15 ℃熱量資源變幅最大。

山東省是我國的農業大省，是重要的糧食產區[8]。近年來對山東省界限溫度0、10 ℃等初日、終日及積溫等方面的研究結果已有報道[7-8，15]，但對界限溫度15 ℃終日、界限溫度0 ℃終日至15 ℃終日的活動積溫等的研究鮮見報道。

該研究利用1986—2015年山東省17個氣象站點的逐日氣溫資料對界限溫度0 ℃終日、界限溫度15 ℃終日以及這2個界限溫度終日期間活動積溫的時空分布特征進行分析，為山東省種植結構的合理調整、作物生產中熱量資源的合理有效利用等提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區域概況

山東省位于我國東部沿海、黃河下游，是我國重要的糧食產區。屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，氣候溫和，雨量集中，四季分明。年平均氣溫為11～14 ℃，年平均降水量為600～900 mm[7，15]。

1.2 資料來源 選取山東省境內17個氣象站點（沂源、威海、莘縣、日照、臨沂、莒縣、海陽、德州、東營、惠民、兗州、青島、煙臺、濰坊、濟南、菏澤和龍口）1986—2015年的逐日氣溫數據，資料來自國家氣象局氣象信息中心。

1.3 研究方法

1.3.1 界限溫度0、15 ℃終日的確定和活動積溫的計算。

先利用5日滑動平均法確定山東省境內17個氣象站點近30年每年界限溫度0和15 ℃終日;之后再計算各年度的這2個終日期間的活動積溫。

1.3.2 線性傾向估計。

用xi表示樣本量為n的某一氣象要素，用ti表示xi所對應的時間，建立xi與ti之間的一元線性回歸方程[16]：

i=a+bti （i=1，2，…，n） （1）

式中，i為氣象要素的擬合值，t為時間序列;回歸系數b和常量a用最小二乘法估計。氣象傾向率為b×10，其含義為氣象要素每10年的變化速率[16]。若氣候傾向率>0，說明該氣象要素隨時間t的增加呈上升趨勢;氣候傾向率<0，說明隨時間t的增加呈下降趨勢。其變化趨勢的顯著性可通過t檢驗進行判斷，檢驗統計量t用公式（2）計算。

t=r1-r2n-2（2）

式中，r為相關系數;n為樣本數。統計量t服從自由度為n-2的t分布。在給定的顯著性水平α，當|t|>t（α/2，n-2）時，拒絕原假設，即認為xi的變化趨勢是顯著的[16]。

2 結果與分析

2.1 山東省≥0 ℃終日的時空變化 從圖1可以看出，1986—2015年山東省17個氣象站點≥0 ℃終日的平均為12月8日， 最早的站點為德州，為12月2日，最晚的站點為青島和日照，為12月15日。山東省中部山區、西部和西北部的≥0 ℃終日較早，為12月8日以前;山東省南部、半島地區和沿海地區的≥0 ℃終日較晚， 大部分地區出現在12月9日以后。

從1986—2015年山東省17個氣象站點≥0 ℃氣候傾向率和變化趨勢的顯著性檢驗結果（表1）可以看出，東營、海陽、惠民、莒縣、龍口、莘縣、濰坊和沂源 8個站點≥0 ℃終日的氣候傾向率>0，即近30年來≥0 ℃終日呈推遲趨勢，平均氣候傾向率為1.03 d/10 a;而德州、菏澤、濟南、臨沂、青島、日照、威海、煙臺和兗州9個站點≥0 ℃終日的氣候傾向率<0，即近30年來≥0 ℃終日呈提前趨勢，平均氣候傾向率為-1.60 d/10 a。變化趨勢顯著性檢驗結果表明，近30年來山東省17個站點≥0 ℃終日的變化趨勢均未達到顯著水平。

從山東省不同年代≥0 ℃終日的空間分布（圖2）可以看出，1986—1995和2006—2015年≥0 ℃終日空間分布較為相近，較1996—2005年相比≥0 ℃終日出現得早，1986—1995和2006—2015年17個站點≥0 ℃終日平均值均為12月8日，而1996—2005年≥0 ℃終日為12月10日。

2.2 山東省≥15 ℃終日的時空變化 從圖3可以看出，1986—2015年山東省17個氣象站點≥15 ℃終日的平均值為10月11日， 最早的沂源為10月4日，最晚的青島、日照為10月19日。山東省東部和沿海地區≥15 ℃終日較晚，為10從1986—2015年山東省17個氣象站點≥15 ℃終日氣候傾向率和變化趨勢的顯著性檢驗結果（表2）可以看出，僅臨沂和兗州2個站點的≥15 ℃終日氣候傾向率<0，即≥15 ℃終日呈提前趨勢，而其余15個站點的≥15 ℃終日氣候傾向率>0，即呈推遲趨勢，15個站點的氣候傾向率平均值為2.14 d/10 a。近30年來山東省17個站點≥15 ℃終日變化趨勢顯著性檢驗結果表明，除龍口、日照和濰坊3個站點的變化趨勢達到顯著水平外，其余14個站點的變化趨勢均未達到顯著水平。

從山東省不同年代≥15 ℃終日的空間分布（圖4）可以看出，1986—1995和1996—2005年≥15 ℃終日空間分布較為相近，較2006—2015年相比早，1986—1995和1996—2005年17個站點≥15 ℃終日平均值均為10月10日，而2006—2015年的≥15 ℃終日平均值為10月14日。表明最近10年≥15 ℃終日明顯晚于前2個10年。

2.3 山東省≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間活動積溫的時空變化

從圖5可以看出，1986—2015年山東省17個氣象站點≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫平均值為528.2 ℃·d，其中，沂源的積溫最大，為556.9 ℃·d，東營最小，為484.3 ℃·d。除東營及周邊地區積溫小于500.0℃·d外，其余地區積溫均大于500.0 ℃·d。山東省中南部、南部地區的積溫大于北部、中北部地區，且中南部、南部地區的積溫為530.0 ℃·d。總體上呈現西南地區高、東北地區低，由西南向東北逐漸降低的特征。

從1986—2015年山東省17個氣象站點≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫的氣候傾向率和變化趨勢的顯著性檢驗結果（表3）可以看出，兗州、臨沂、莒縣、德州和海陽5個站點的氣候傾向率>0，即積溫呈增加趨勢，但增加幅度較小，5個站點氣候傾向率平均僅為5.1（℃·d）/10 a;其余12個站點的氣候傾向率<0，即近30年來≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫呈減小趨勢，12個站點氣候傾向率平均值為-22.3 （℃·d）/10 a。近30年來山東省17個站點該積溫的變化趨勢顯著性檢驗結果表明所有站點的變化趨勢均未達到顯著水平。

從山東省不同年代≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫的空間分布（圖6）可以看出，1996—2005年≥0 ℃終日至≥15 ℃終日期間積溫最大，17個站點平均值為547.1 ℃·d，而2006—2015年的積溫最小，僅為497.7 ℃·d。1986—1995、1996—2005和2005—2015年的積溫分別為540.0、547.1和497.7 ℃·d。

3 結論

山東省南部和沿海地區的≥0 ℃終日為12月9日以后， 而山東省中部和北部地區則為12月8日以前。1986—2015年東營、海陽等8個氣象站點≥0 ℃終日呈推遲趨勢，而德州、菏澤等9個氣象站點≥0 ℃終日呈提前趨勢。近30年來山東省17個氣象站點≥0 ℃終日時間序列變化趨勢未達到顯著水平。

山東省東部沿海地區的≥15 ℃終日較晚，大部分地區出現在10月14日以后， 而山東省中部地區終日則較早， 大部分為10月13日以前。1986—2015年，除臨沂和兗州2個氣象站點≥15 ℃終日呈提前趨勢外，其余15個氣象站點≥15 ℃終日呈推遲趨勢。近30年來，龍口、日照和濰坊3個氣象站點≥15 ℃終日時間序列變化趨勢達到顯著水平，而其余14個氣象站點的變化趨勢未達到顯著水平。

1986—2015年山東省≥0 ℃終日至≥15 ℃終日的活動積溫的空間分布呈現西南地區高、東北地區低，由西南向東北逐漸降低的特征。1986—2015年，德州、海陽等5個氣象站點的≥0 ℃終日至≥15 ℃終日的積溫呈增加趨勢外，其余12個氣象站點的積溫呈減小趨勢。近30年來所有氣象站點的變化趨勢均未達到顯著水平。

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