棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)近40年氣候變化分析

王 超，史恩路，李 冰，張 慧，季英康

棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)氣象局，山東棗莊 277400

全球氣候變化影響著人類的生存和發(fā)展，已經(jīng)成為環(huán)境、科技、經(jīng)濟(jì)、政治和外交等多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉的綜合性重大戰(zhàn)略問題[1]。根據(jù)政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)IPCC第6次評(píng)估報(bào)告，相較1850—1900年，2011—2020年全球地表平均氣溫上升1.1 ℃[2]。肖風(fēng)勁等[3]根據(jù)不同的氣候變化情景，分析了氣候變化對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，主要包括作物的種植結(jié)構(gòu)、區(qū)域布局、產(chǎn)量和品質(zhì)等方面。郭建平[4]介紹了氣候變化對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響研究的現(xiàn)狀、進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)，并詳細(xì)分析了氣候變化對(duì)農(nóng)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，以及對(duì)農(nóng)作物品種分布、農(nóng)作物種植方式和氣候資源利用率等方面的影響。許多學(xué)者研究省、市氣候變化特征，認(rèn)為氣候顯著變暖，降雨量年際間大幅波動(dòng)和日照時(shí)數(shù)顯著下降影響水熱資源平衡性，對(duì)各類農(nóng)作物正常生長發(fā)育和作物病蟲害發(fā)生產(chǎn)生很大影響。同時(shí)，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為，預(yù)計(jì)在2080年氣候變化將導(dǎo)致中國國內(nèi)生產(chǎn)總值下降1.4%、糧食作物減產(chǎn)7.4%、畜牧業(yè)減產(chǎn)5.9%。氣候變化還會(huì)增加極端氣候事件發(fā)生的頻次和強(qiáng)度。對(duì)全球及我國的氣候變化研究已經(jīng)很多，但是對(duì)于區(qū)域性的氣候研究相對(duì)較少。本研究通過分析棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)1981—2020年近40年氣溫、降水、日照資料，找出3種氣象因子的年、季變化規(guī)律，并利用世界氣象組織提出的氣候異常的判斷標(biāo)準(zhǔn)找出氣候異常的年份，為政府防災(zāi)減災(zāi)、作物種植和旅游等提供服務(wù)依據(jù)。

1 資料來源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

臺(tái)兒莊區(qū)位于117°23′～117°50′E，34°28′N34°44′N之間，東西總長37.2 km，南北寬約28.75 km，總面積為538.5 km2。

臺(tái)兒莊區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，常年平均氣溫為14.8 ℃，年平均降水量為856.9 mm，年平均日照時(shí)數(shù)為2 062.1 h。全年最多風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，平均風(fēng)速為2.3 m/s。

1.2 資料來源

根據(jù)臺(tái)兒莊國家基本氣象站（站號(hào)：58025）1981—2020年的降水量、平均氣溫、日照時(shí)數(shù)等氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

1.3 研究方法

計(jì)算年、季平均氣溫，年、季降水量和年、季日照時(shí)數(shù)，與歷年值對(duì)比分析，使用線性傾向估計(jì)法分析棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)近40年氣溫、降水量和日照的變化趨勢(shì)，并通過分析得到異常變化的情況和特征。

2 氣候變化特征分析

2.1 平均氣溫變化特征

2.1.1 平均氣溫的年變化 臺(tái)兒莊區(qū)1981—2020年年平均氣溫為14.5 ℃，并且以0.516 ℃/10年速度逐漸上升，由圖1看出：1981—1997年年平均氣溫基本低于平均值，為低溫階段，最低氣溫出現(xiàn)在1984年為13.1 ℃，較歷年平均氣溫值偏低1.4 ℃。1997—2020年年平均氣溫基本高于平均值，為高溫階段，最高溫度為15.6 ℃，出現(xiàn)在2017年，較歷年平均氣溫偏高1.1 ℃。最高值與最低值間相差2.5 ℃。

圖1 1981—2020年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)年平均氣溫變化

2.1.2 平均氣溫的季節(jié)變化 由圖2～圖5可知，棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)1981—2020年4個(gè)季節(jié)的平均氣溫均為升高態(tài)勢(shì)，增溫程度由大到小依次為春、冬、秋、夏。

圖2 1981—2020年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)春季平均氣溫變化

圖3 1981—2020年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)夏季平均氣溫變化

圖4 1981—2020年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)秋季平均氣溫變化

圖5 1981—2020年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)冬季平均氣溫變化

春季平均氣溫為14.7 ℃，趨勢(shì)率為0.665 ℃/10年。最低氣溫12.3 ℃出現(xiàn)在1991年，最高氣溫16.9 ℃出現(xiàn)在2014年，最高與最低相差4.6 ℃。1981—1999年春季平均氣溫基本低于平均值，為低溫階段，1999—2020年春季平均氣溫基本高于平均值，為高溫階段。

夏季平均氣溫為26.2 ℃，趨勢(shì)率為0.378 ℃/10年。最低氣溫25.0 ℃，分別出現(xiàn)在1982、1989、1993和2003年，最高氣溫27.8 ℃出現(xiàn)在2018年，最高與最低相差2.8 ℃，1981—1993年夏季平均氣溫基本低于平均值，為低溫階段，1993—2020年夏季平均氣溫基本高于平均值，為溫度較高階段。

秋季平均氣溫為15.5 ℃，趨勢(shì)率為0.471 ℃/10年。最高氣溫17.4 ℃出現(xiàn)在1998年，最低氣溫13.3 ℃出現(xiàn)在1981年，最高與最低相差4.1 ℃。秋季平均氣溫波動(dòng)較為平穩(wěn)，趨勢(shì)率較低，高低溫階段不明顯。

冬季平均氣溫為1.6 ℃，趨勢(shì)率為0.547 ℃/10年。最低氣溫-0.3 ℃出現(xiàn)在1983年，最高氣溫3.9 ℃出現(xiàn)在2019年，最高與最低相差4.2 ℃。1981—1996年冬季平均氣溫基本低于平均值，為低溫階段，1996—2020年冬季平均氣溫基本高于平均值，為高溫階段。

2.2 降水量的變化特征

2.2.1 降水量的年變化 棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)1981—2020年的年降水量變化呈現(xiàn)波動(dòng)性，平均年降水為835.7 mm，以43.3 mm/10年的速度增加，由圖6可知，1981—1997和2009—2015年，這2個(gè)階段降水較少，為降水偏少年段。1998—2008年的降水相對(duì)較多，為降水偏多年段。最多降水量為1 377.3 mm，出現(xiàn)在2003年。最少降水量為463.3 mm，出現(xiàn)在1999年，最多與最少降水相差914.0 mm。近40年降水波動(dòng)基本穩(wěn)定，整體趨于上升。

圖6 1981—2020年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)年降水量變化

2.2.2 降水量的季變化 近40年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)春、夏、秋、冬季降水呈現(xiàn)增多態(tài)勢(shì)。春季平均降水為135.7 mm，占全年降水的16.2%，最多降水356.4 mm，出現(xiàn)在1998年，最少降水49.7 mm，出現(xiàn)在2000年，兩者相差306.7 mm，趨勢(shì)率為2.2 mm /10年。夏季平均降水為511.1 mm，占全年降水的61.2%，最多降水915.7 mm，出現(xiàn)在2003年，最少降水197.8 mm，出現(xiàn)在1999年，兩者相差717.9 mm，趨勢(shì)率為34.2 mm/10年。秋季平均降水為143 mm，占全年降水的17.1%，最多降水396.9 mm，出現(xiàn)在1987年，最少降水20.9 mm，出現(xiàn)在2001年，兩者相差376 mm，趨勢(shì)率為0.3 mm /10年。冬季平均降水46.6 mm，占全年的5.6%，最多降水137.7 mm，出現(xiàn)在2019年，最少降水1.0 mm，出現(xiàn)在1987年，兩者相差136.7 mm，趨勢(shì)率為6.7 mm/10年。對(duì)降水呈上升趨勢(shì)貢獻(xiàn)最大的是夏冬兩季，夏季降水上升趨勢(shì)遠(yuǎn)大于其他三季，隨著年降水量逐年增加，更多的降水集中在夏季，夏季的防汛壓力將越來越大。

2.3 日照時(shí)數(shù)的變化特征

2.3.1 日照時(shí)數(shù)的年變化 棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)1981—2020年的年日照時(shí)數(shù)小幅波動(dòng)變化，年平均日照時(shí)數(shù)為2 078.30 h，以70.5 h /10年的速度減少。由圖7可知，最多年日照時(shí)數(shù)為2 332.6 h，出現(xiàn)在1983年，最少年日照時(shí)數(shù)1 709.0 h，出現(xiàn)在2015年，最多與最少日照時(shí)數(shù)相差623.6 h。近40年日照時(shí)數(shù)波動(dòng)基本穩(wěn)定，整體趨于下降。

圖7 1981—2020年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)年日照時(shí)數(shù)變化

2.3.2 日照時(shí)數(shù)的季變化 近40年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)夏、秋、冬3個(gè)季節(jié)日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)，春季日照時(shí)數(shù)呈緩慢增多趨勢(shì)。春季年平均日照時(shí)數(shù)為611.00 h，占全年日照時(shí)數(shù)的29.4%，最多日照時(shí)數(shù)771.7 h，出現(xiàn)在2001年，最少日照時(shí)數(shù)474.1 h，出現(xiàn)在1998年，兩者相差297.6 h，分布較不均勻，趨勢(shì)率為0.5 h /10年。夏季年平均日照時(shí)數(shù)為543.64 h，占全年日照時(shí)數(shù)的26.2%，最多日照時(shí)數(shù)711.3 h，出現(xiàn)在1997年，最少日照時(shí)數(shù)366.8 h，出現(xiàn)在2008年，兩者相差344.5 h，分布較不均勻，趨勢(shì)率為-26.4 h /10年。秋季年平均日照時(shí)數(shù)為494.29 h，占全年日照時(shí)數(shù)的23.8%，最多日照時(shí)數(shù)646.4 h，出現(xiàn)在1998年，最少日照時(shí)數(shù)354.8 h，出現(xiàn)在2015年，兩者相差291.6 h，分布呈現(xiàn)不均勻性，趨勢(shì)率為-22.8 h /10年。冬季年平均日照時(shí)數(shù)427.30 h，占全年的20.6%，最多日照時(shí)數(shù)522.4 h，出現(xiàn)在1996年，最少日照時(shí)數(shù)278.4 h，出現(xiàn)在1989年，兩者相差244.0 h，分布較不均勻，趨勢(shì)率為-15.0 h/10年。對(duì)日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)貢獻(xiàn)最大的是夏季，夏季日照時(shí)數(shù)下降趨勢(shì)遠(yuǎn)大于其他三季，隨著年日照時(shí)數(shù)逐年下降，對(duì)一些臺(tái)兒莊的夏季作物將產(chǎn)生很大的影響。

2.4 氣候因子異常分析

標(biāo)準(zhǔn)差是形容數(shù)據(jù)相對(duì)其平均值離散程度的統(tǒng)計(jì)量，所以將距平均值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)差2倍以上作為對(duì)天氣、氣候異常的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

氣溫異常分析。1981—2020年年平均氣溫為14.5 ℃，極端最高值為15.6 ℃，極端最低值為13.1 ℃，標(biāo)準(zhǔn)差為0.7。氣溫異常偏低為14.5 -2×0.7= 13.1 ℃，氣溫異常偏高為14.5+ 2×0.7 =15.9 ℃。近40年的平均氣溫只有1984年（13.1 ℃）為氣溫異常偏低年，無氣溫異常偏高年。說明棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)1984年前后開始，氣溫緩慢上升，并且波動(dòng)較小。

降水異常分析。1981—2020年平均年降水量為835.7 mm，年最多降水為1 377.3 mm，年最少降水為463.3 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為209.7。降水異常偏少為835.7-2×209.7=416.3 mm，降水異常偏多為835.7+ 2×209.7 =1 255.1 mm。則降水異常偏多年為2003年（1 377.3 mm）和2005年（1 276.6 mm），無降水異常偏少年。

日照時(shí)數(shù)異常分析。1981—2020年年平均日照時(shí)數(shù)為2 078.3 h，最多日照時(shí)數(shù)為2 491.2 h，最少日照時(shí)數(shù)為1 709.0 h，標(biāo)準(zhǔn)差為180.2。日照異常偏少年份日照時(shí)數(shù)為2 078.3-2×180.2=1 717.9 h，日照異常偏多年份日照時(shí)數(shù)為2 078.3+2×180.2=2 438.7 h。則異常偏少年為2015年（1 709.0 h），異常偏多年為1997年（2 491.2 h）。

3 結(jié)論

3.1 年平均變化

研究表明棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)近40年的年平均氣溫以0.516 ℃/10年的速度逐漸升高，其中基本以1997年為分界線，1997年前氣溫相對(duì)較低，之后氣溫則相對(duì)較高。降水波動(dòng)較小，整體趨于上升，平均降水量以43.3 mm/10年的速度增多。日照時(shí)數(shù)波動(dòng)較小，以70.5 h/10年的減少。

3.2 季平均變化

臺(tái)兒莊近40年各季平均氣溫均呈上升趨勢(shì)，上升幅度從高到低分別為春、冬、秋、夏季。各季降水量均呈緩慢上升趨勢(shì)。其中夏季降水量的上升趨勢(shì)相較于其他三季更為明顯，隨著年降水量逐年提升，更多的降水集中在夏季，夏季的防汛壓力將越來越大。夏、秋、冬季平均日照時(shí)數(shù)呈緩慢下降趨勢(shì)，春季則為上升。對(duì)日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)貢獻(xiàn)最大的是夏季，達(dá)到26.4 h /10年。

3.3 異常情況

近40年棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)氣溫異常年份僅出現(xiàn)1984年一個(gè)氣溫異常較低年，平均氣溫為13.1 ℃。降水異常偏多年份為2003、2005年，降水量分別為1 377.3 mm和1 276.6 mm，無降水異常偏少年份。日照時(shí)數(shù)異常偏少年份為2015年，年日照時(shí)數(shù)為1 709.0 h，異常偏多年為1997年，年日照時(shí)數(shù)為2 491.2 h。

4 討論

全球氣候變化是由自然因素和人為因素共同作用引起的，人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放是導(dǎo)致全球變暖的原因。過去的40年，棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)的氣候?yàn)?zāi)害頻繁出現(xiàn)，且逐漸增多。尤其是在過去的10年，暴雨、干旱和霜凍出現(xiàn)的頻率超過歷史上的最高水平。面對(duì)氣候的異常變化，氣象部門應(yīng)轉(zhuǎn)變服務(wù)方式、拓寬服務(wù)渠道，提高公眾對(duì)氣象災(zāi)害的注重程度，發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用。