濟(jì)南1967—2017 年溫度變化特征分析

朱漢青，閆景鵬，高雅潔

（濟(jì)南章丘區(qū)氣象局，山東 濟(jì)南 250200）

0 引言

人居環(huán)境是指人類賴以生存、生活和生產(chǎn)的區(qū)域，包括自然、人口、社會(huì)、居住和支持五大系統(tǒng)。人類的居住環(huán)境，有許多影響因素需要考慮，包括氣候、地形、水文地質(zhì)、植被覆蓋、人口密度等。其中，氣候是最重要的影響因子和限制因素。氣候的舒適度是人類生活在自然環(huán)境中的客觀首選，反映了人們居住的生活質(zhì)量。如果一個(gè)城市的氣候不適合人類居住，那么無論其他條件多么優(yōu)越，都不能稱之為適宜人類居住的城市。在影響人體感覺得各項(xiàng)氣象因子中，氣溫在其中的影響尤為顯著。在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，人體將對不同冷熱情況產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)激反應(yīng)。然而，人體對環(huán)境的適應(yīng)是有局限性的，當(dāng)溫度變化超過人體的調(diào)解范圍時(shí)，人體正常的熱交換將無法繼續(xù)維持體內(nèi)熱量平衡。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，全球氣候變暖帶來的諸多問題逐漸引起國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注。全球的氣候正經(jīng)歷著一次以變暖為主要趨勢的變化，近50 年升溫趨勢尤為顯著[1]。聯(lián)合國政府國際氣候變化專門委員會(huì)第三次國家氣候變化評估報(bào)告指出，近百年來，我國地表溫度明顯升高[2－3]，變化范圍為0.9～1.5℃，明顯高于同期其他國家的升溫速率[4]。該評估報(bào)告還表明，近30 年來，全球地表溫度總體呈線性上升趨勢，每10 年増暖振幅均高于1850 年以來的任何時(shí)期[5]。近15 年來，氣溫上升速度變緩，但仍為近百年來最高時(shí)段[6]。全球氣候變化直接或間接地影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力[7]。

濟(jì)南是山東省的省會(huì)城市，是全省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和教育中心，也是該省重要的交通樞紐[8]。全市總面積10244km2，建成區(qū)面積760.6km2。常住人口890.87 萬，城鎮(zhèn)人口634.38 萬，城鎮(zhèn)化率71.21%。其管轄區(qū)包括市中、章丘、長清、濟(jì)陽和萊蕪五個(gè)區(qū)、商河和平陰兩個(gè)縣。

濟(jì)南位于山東省中部，華北平原東南邊緣。地處魯中南低海拔丘陵與魯西北沖積平原交界處，地勢南高北低。地形可分為三個(gè)區(qū)域：北部為黃河流域，中部為山前平原，南部為丘陵區(qū)[6]。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候[9]，四季分明，日照充足，年平均溫度13.6℃。相對濕度豐沛，年平均相對濕度量614.0mm。

2019 年，山東省委和省政府對濟(jì)南提出明確要求，把濟(jì)南建設(shè)成為“大強(qiáng)美富通”國際大都市。本文旨在通過對近50 年濟(jì)南溫度變化特征進(jìn)行分析，探究溫度的時(shí)空分布差異規(guī)律及產(chǎn)生的原因，對政府相關(guān)部門更好地開發(fā)利用自然資源，從氣象與生態(tài)環(huán)境方面提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 資料選取和方法

本文選取濟(jì)南7 個(gè)氣象站1967—2017 年的常規(guī)氣象觀測資料進(jìn)行分析。溫度為月平均值，數(shù)據(jù)來源于山東省氣象信息中心。所有的數(shù)據(jù)均經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，個(gè)別月份數(shù)據(jù)缺測，用內(nèi)插法求出。季按氣象學(xué)意義上的劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分，以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[10]。

用于氣候研究的時(shí)間序列數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確、連續(xù)，時(shí)間序列長度應(yīng)滿足要求至少30 年，并具有代表性、統(tǒng)一性和可比性[11]。7個(gè)氣象臺站包括市中區(qū)本站、商河站、濟(jì)陽站、長清站、平陰站、章丘站、萊蕪站，各氣象站點(diǎn)的位置如表1 所示，這些位置都是該地區(qū)有代表性的位置，所以測得的氣象要素在空間上呈離散狀態(tài)[12]，所獲得的數(shù)據(jù)代表了濟(jì)南氣象要素的總體特征。

表1 濟(jì)南市各地區(qū)氣象臺站基本信息

2 結(jié)果分析

2.1 溫度變化特征

2.1.1 年平均溫度變化特征

把溫度值進(jìn)行年統(tǒng)計(jì)（表2），可以看出濟(jì)南總體趨勢自西向東逐漸降低。東部的平陰、長清、本站溫度高于西部的濟(jì)陽、商河、萊蕪。本站溫度最高，商河最低。

表2 濟(jì)南各地區(qū)1967—2017 年溫度變化

濟(jì)南近50 年的年平均溫度以0.27℃/10 年的速率呈上升趨勢［圖1（a）］，溫度上升趨勢顯著（通過0.05 顯著性檢驗(yàn)），年平均溫度從1967 年的13.24℃上升到2017 年的14.88℃。20 世紀(jì)70 年代到20 世紀(jì)90 年代較冷，各年份年平均溫度均低于50 年溫度平均值，20 世紀(jì)90 年代到本世紀(jì)溫度偏高。年平均溫度變化經(jīng)歷了4 次明顯的變化，其中1999 年為波峰，波谷分別出現(xiàn)在1979 年、1984 年及2011 年。1993 年以前以負(fù)距平為主，1993 年以后以正距平為主，溫度明顯升高［圖1（b）］。從5a 滑動(dòng)平均趨勢線可以看出2002 年經(jīng)歷了一次波的峰值，1989 和2014 年2 次到達(dá)相對最低點(diǎn)，年平均溫度經(jīng)歷了“高—低—高—低”的變化過程。

圖1 近50 年濟(jì)南年均溫度變化趨勢（a）、距平和5 年滑動(dòng)平均變化（b）

將濟(jì)南近50 年的年平均溫度進(jìn)行Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)（圖2），UF 與UB 相交于置信區(qū)間內(nèi)（α=0.05）1990 年，由此可見，溫度突變年為1990 年。1972 年以后，溫度呈上升的趨勢，1994 年超過了0.05 顯著性水平的臨界線，升溫趨勢明顯。

圖2 近50 年濟(jì)南年均溫M-K 檢驗(yàn)

將濟(jì)南的年均溫度進(jìn)行年代際劃分為5 個(gè)時(shí)間段，由表3 可以看出，濟(jì)南溫度的變化在10 年的時(shí)間尺度上仍有明顯的冷期和暖期之分。1987 年以前是一個(gè)冷期，波動(dòng)振幅大，負(fù)距平年占80%，冷期的年平均溫度為13.15℃，較年平均溫度偏低-0.50℃，其中1969 年年平均溫度12.27℃，冷振幅最大（距平值-1.38℃），是近50 年來的最低年均溫。近30 年（1987—2017 年）為一個(gè)暖期，正距平年占55%，暖期年平均溫度為13.96℃，比年平均溫度偏高0.31℃。其中2017 年年平均溫度14.88℃，暖振幅最大（距平值1.23℃），是近50 年來最高年均溫。

表3 濟(jì)南各年代平均溫度、距平及正距平年數(shù)

2.1.2 季平均溫度變化特征

從季變化特征來看，濟(jì)南除夏季平均溫度變化表現(xiàn)出降低趨勢，其余各季平均溫度變化趨勢均表現(xiàn)出增高趨勢，其中冬季升溫趨勢最顯著，其次為春、秋季（表4）。夏、秋季在溫度極值上呈現(xiàn)出一致性，溫度最低值及最高值出現(xiàn)的年份均為同一年。

表4 濟(jì)南各季平均溫度變化特征

為了進(jìn)一步探究濟(jì)南各季溫度在不同階段的變化差異，將近50 年的時(shí)間序列分位3 個(gè)時(shí)間段（10 年、25 年、50 年）。由表5可以看出，各季在近10 年溫度均顯著上升，均通過了α=0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)。夏季在近25 年（1992—2017 年）溫度呈降低趨勢，在近10 年呈上升趨勢。冬季年平均溫度在近50 年（1967—2017 年）、近25 年（1992—2017 年）、近10 年（2007—2017 年）3 個(gè)時(shí)間尺度上均為顯著上升（通過α=0.05 顯著性檢驗(yàn)）。冬季的年平均溫度的氣候傾向率隨著時(shí)間臨近而增大，可以看出冬季有越來越熱的趨勢。分析該現(xiàn)象的原因?yàn)槎揪用袷褂萌細(xì)馊∨瘜?dǎo)致的二氧化碳等溫室氣體排放較其他季更多，由此引起的熱島效應(yīng)導(dǎo)致對升溫貢獻(xiàn)度相比其他季節(jié)更加強(qiáng)烈。

表5 濟(jì)南各季平均溫度的傾向率

3 結(jié)論

濟(jì)南總體溫度地域分布趨勢自西向東逐漸降低。其中位于濟(jì)南中心的本站溫度最高，西北地區(qū)的商河最低。近50 年溫度總體有明顯的冷暖期之分，呈波動(dòng)上升趨勢，指數(shù)變化以1994 年為分界，其中突變發(fā)生在1990 年。從四季變化特征來看，近50 年濟(jì)南各季的季平均溫度總體上均呈現(xiàn)增高的變化趨勢，其中冬季溫度上升趨勢最顯著，而且該氣候傾向率隨著時(shí)間而增大。分析原因?yàn)槎臼褂萌細(xì)馊∨?，二氧化碳等溫室氣體排放較其他季節(jié)更多，由此引起的熱島效應(yīng)導(dǎo)致對升溫貢獻(xiàn)度相比其他季節(jié)更強(qiáng)烈。