Page 1

September 2012 Volume 2, Issue 3, PP.77-82

Scientific Journal of Earth Science

泰安市近 30 年气候变化规律分析* 姚前前,李新举 山东农业大学 资源与环境学院,山东 泰安 271000 要: 本文利用泰安 1981-2010 年气温和降水量资料,对泰安市近 30 年的气候变化规律进行分析。结果表明,近 30 年泰安

气候变暖显著,具有明显的冷暖阶段性转折变化,气温升高主要在于低气温升高的贡献,以 21 世纪初增暖达到最强;从年降 水的长期变化趋势看,降水量略呈现波动性上升的趋势,多雨和少雨阶段交替出现,有一个 4-9 年的变化周期。气候向暖湿化 方向发展,并且未来将延续这种趋势。 关键词:气候变化;趋势分析;累积距平分析;变异系数

Analysis on Climate Variation Rules of Tai'an in Recent 30 Years ﹡

Qianqian Yao , Xinju Li College of Resource and Environment, Shandong Agricultural University, Tai’an, China, 271018 Email:yaoqianqianhero@163.com Abstract: This paper analyzed the climate variation rules of recent 30 years using the temperature and precipitation data of from 1981 to 2010. Results indicate that it becomes obviously warm over the past thirty years and the rise in temperature mainly due to the rise in low temperature. It becomes the warmest at the beginning of the 21st century. From the perspective of the long-term trend of change in annual rainfall, the rainfall shows a volatile rise tendency. Rainy periods and drought periods appeared alternatively with a 4-9 year cycle. And it is becoming warmer and more humid and this tendency will continue. Keywords: Climate changes; Tendency analysis; Accumulative anomaly analysis; Variation coefficient

引言 泰安地区位于山东省中部,北以泰山与济南为界,南与济宁相连,西隔黄河与聊城市相望,东与莱芜、临沂 相邻。地理位置为东经 116°20′-117°59′、北纬 35°38′-36°28′,属于暖温带大陆性半湿润季风气候区,光温同步, 雨热同季。春季干燥多风,夏季炎热多雨,秋季晴和气爽,冬季寒冷少雪。总人口为 555.8 万人,面积 7762km2 , 占全省面积的 6.2%。 气候变化是人们普遍关注的全球环境变化之一,研究区域气候变化的特征及机制并预测未来气候趋势是全球 及区域气候变化的核心研究内容。为应对气候变化带来的各种影响,深入分析并把握区域气候变化规律显得越来 越重要。目前,已有众多学者对我国气候变化规律做了不少研究[1-5]。IPCC 第 3 次评估报告指出,1860-2000 年 全球平均气温上升了 0.4-0.8℃,20 世纪最暖的 10 年是 90 年代[6];近 50 年增温尤其明显,主要发生在 20 世纪 80 年代中期以后,而变暖区主要集中在 35°N以北地区[7-9],而泰安位于北纬 35°38′~36°28′之间。近 100 年来中 国年降水量变化趋势不显著,但年代际波动较大,区域差异显著[10-19]。此外,目前对全球或大区域范围气候变化 研究较多,而对局部地区的详细研究则较少。由于局部气候变化的研究更利于准确评估气候变化的影响,本文选 取气候变化的两个主要因子——气温和降雨量作为研究对象,以泰安市作为研究区域,采用 1981-2010 年气温和 降水量系列为基础资料,通过趋势分析、累积距平分析和变异系数分析,对泰安市气温、降水变化的特征和规律 进行研究,可为自然生态系统变化、气象灾害、人类健康等方面的研究提供支持,尤其是为定性和定量分析泰安 未来农业气候变化及农业发展规划的制定提供参考和依据。 *

基金项目:国家自然基金(41171425)

AVS 77


September 2012 Volume 2, Issue 3, PP.77-82

Scientific Journal of Earth Science

1 资料与方法 选用泰安市气象局 1981-2010 年序列完整且具有较好代表性的逐日气温和降水资料,对气候数据进行分析, 统计其气候值、极值、标准差、距平值和变异系数等特征量,利用线性回归分析方法、累积距平曲线分析方法以 及变异系数法等对气候要素的变异规律进行了分析。气候平均采用 WTO 规定的 1981-2010 年的标准平均值。 气候变化在较长的一段时间内是比较明显的,在对气候变化规律进行分析的时候,应该采用至少 30 年的数 据进行变化特征及趋势分析。气象要素的趋势变化一般用一次线性方程表示[20],回归方程表达式为:y(x)=a+bx, 其中,b 为趋势变化气候倾向率,正号为趋势上升,负号为趋势下降,b 值绝对值的大小可以衡量其趋势上升、 下降的幅度。气候变化也表现在气象要素的标准差[21](或气候变率)的改变上,标准差的改变往往与异常天气的频 率及强度相联系,因此还需了解气象要素标准差的长期变化。文章采用 10 年滑动变异系数,与标准差相比,能 消除均值的影响,研究泰安市较长一段时期内的气候变化。

2 结果与分析 2.1 气候变化趋势分析 气温变化特征分析

2008

2005

趋势线

2002

1999

1996

1993

1990

1987

1984

年平均气温 30年平均气温 15.0 y = 0.0373x + 13.03 14.5 R2 = 0.3845 14.0 13.5 13.0 12.5 12.0

1981

年平均气温℃

2.1.1

年份

图1

1981-2010 年泰安地区年平均气温变化趋势

气温距平值

1.0

气温距平值

零状态

线性趋势

0.5 0.0 -0.5 -1.0

2009

2005

2001

1997

1993

1989

1985

1981

-1.5 年份 图2

气温距平曲线

由统计气象资料可得,泰安市年平均气温最暖年为 1998、2006 年(14.5℃) ,最冷年为 1984 年的 12.3℃, 30 年平均气温为 13.6℃,年际间差异达 0.53℃。整体上看(图 1),泰安市近 30 年气温波动性上升趋势和冷暖阶 段性转折变化趋势明显,气温距平由负向正发展如图 2;80 年代几乎全部为负距平,90 年代气温过渡回升,21 世纪初增暖达到最强(2007 年起至今气温有下降的趋势)。基于 SPSS 对气温进行线性回归分析,模型为 t=0.0373T+13.03(其中 t 为年平均气温,T 为年份),相关系数为 0.62,气温的增长速率为 0.373℃/10 年,|r|>r0.01, 模型通过 t 检验,回归效果很显著。

AVS 78


September 2012 Volume 2, Issue 3, PP.77-82

Scientific Journal of Earth Science

这些变化趋势符合近年来全球变暖的大气候背景变化趋势,可以认为泰安气温持续升高比较明显的时期是从 1997 年开始的,主要是自然因素与社会因素、全球因素与区域因素综合作用的结果,如太阳辐射变化、经济发 展中的温室效应加剧等,而人类活动的增强造成大气中温室气体的剧增,全球气候变暖的背景下,泰安地区的温 度也随之升高。

年极端最高温

年极端最低温

-11 -13

最低温℃

41

-15

39

-17

图3

2008

2005

2002

1999

1996

1993

-21 1990

35 1987

-19 1984

37 1981

最高温℃

43

年份

1981-2010 年泰安地区最高最低气温变化趋势

由图 3 可知,最高、最低气温变化趋势基本一致,均呈增温趋势,并且低温增温幅度明显高于高温,说明低 温升高是导致气候变暖的主要原因。通过比较高温与低温的标准差(高温为 1.7、低温为 2.2) ,说明,年平均气温 的波动很大程度上受低温波动的影响。 假如我们用最低温度表示夜间温度,用最高温度表示白天温度,即晚上增温幅度比白天要大,气温日较差变 小,昼夜温差变小。 降水量变化特征分析

2008

趋势线

2005

2002

1999

1996

1993

1990

30年平均降水量 y = 3.0714x + 627.34 R2 = 0.0238

1987

1984

1981

年降水量 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300

年份 图4

350

1981-2010 年泰安地区年降水变化趋势

距平值

零状态

线性趋势

150 -50 -250

图 5 降水距平曲线

AVS 79

2009

2005

年份

2001

1997

1993

1989

1985

-450 1981

降水距平值

年降水量mm

2.1.2


September 2012 Volume 2, Issue 3, PP.77-82

Scientific Journal of Earth Science

由气象统计资料可知,泰安地区 1990 年的降雨量(1029.4mm)最大,2002 的降雨量(305.4mm)最小,多 年平均降雨量为 675mm,年际间差异达 175.2mm。整体上看(图 4、5) ,泰安地区近 30 年降雨在波动中呈弱的 增加趋势,降雨量在 21 世纪增加最为显著,其降雨量也比其他时期要多好多。其线性回归模型为 P= 3.0714T + 627.34(其中 P 为年降雨量,T 为年份) ,年降水量以每年 3.0714 mm 的线性倾向率速率增加,相关系数 r 为 0.15, |r|>r0.05,模型回归效果不显著,说明泰安地区降雨量变化趋势不明显,降雨量年际变化相对复杂,需要更精确的 模型来反映其变化规律。但是从图 4 还可以看出,泰安地区旱涝交替变化,有一定的规律可循。

图6

降雨累积距平值 100 -100

2008

2005

2002

1999

1996

1993

1990

1987

1984

-300 -500 -700 -900

降雨累积距平值

气温累积距平值

0.5 -0.5 -1.5 -2.5 -3.5 -4.5 -5.5

1981

气温累积距平值

2.2 累积距平曲线分析

年份

泰安地区 1981-2010 年气温和降雨累积距平曲线

由气温累积距平曲线图 6 可知,泰安地区冷暖期相继出现,但是界限不明显,冷期中有温度很高的年份,其 持续时间较长;暖期中有温度很低的年份,其波动幅度较大。气温变化大体可以分为两个阶段:相对偏冷阶段 (1981-1996 年) ,持续 16 年,低于气候值约 0. 3℃,约有 75%的年份为负距平,其中 1984 年负距平最大(约为 1.3℃) ,是 30 年来最低气温;相对偏暖阶段(1997-2010 年)持续 14 年,高于气候值约 0.4℃,约有 78.57%的 年份为正距平,年平均气温最高年为 1998、2006 年(14.5℃) ,偏高达 0.9℃。 由降水累积曲线图 6 可知,泰安地区降水较为复杂,变化趋势不太明显,旱涝交替,多雨和少雨阶段周期性 变化,大体可以分为四个阶段:第一少雨阶段(1981-1989),持续时间较长,降雨年际变化大,约有 66.7%的年 份处于负距平, 低于气候值 77.26 mm, 气候灾害频发, 1989 年为旱灾年降水 384.64mm;第一多雨阶段(1990-1998), 波动不明显,高于气候值 62.04mm,其中 1990 年为洪涝灾年(降雨 1029.36 mm);第二少雨阶段(1999~2002), 持续时间较短,低于气候值 148.09 mm,其中 2002 年为大旱年降雨 305.38mm;第二多雨阶段(2003-2010 年) , 变化趋势显著,降雨逐年减少,但是总体上高于气候值 90.99mm,约有 62.5%的年份处于正距平。由此也可以看 出,泰安旱涝年间隔出现,具有明显的阶段性变化,约有一个 4-9 年的变化周期。

2.3 变异系数曲线分析

0.315

0.032

0.265

0.027

0.215

0.022

0.165

时间段 图7

泰安地区 1981-2010 年气温和降水变异系数曲线

AVS 80

降水变异系数

降水变异系数

1981-1990 1983-1992 1985-1994 1987-1996 1989-1998 1991-2000 1993-2002 1995-2004 1997-2006 1999-2008 2001-2010

气温变异系数

气温变异系数 0.037


September 2012 Volume 2, Issue 3, PP.77-82

Scientific Journal of Earth Science

根据泰安地区气温和降水变化的大致周期,以 10 年为周期计算气温和降雨的变异系数。整体上看(图 7), 气温的变异系数呈逐年变大的规律,气温年际变化幅度越来越大,在 90 年代表现最为明显,1998、1999 年是典 型年份,但是进入 21 世纪以后气温逐渐趋于平缓和稳定,气温波幅相对变小。降水量的变异系数与气温大致呈 相反位相,其变化规律较为复杂,就近几年而言,降雨趋于稳定。

3 结论 根据上述对泰安地区近 30 年气候变化规律的分析,可得出如下结论: 1.气候变暖显著,具有明显的冷暖阶段性转折变化,平均每年上升 0.0373℃,以 21 世纪初增暖达到最强, 远大于中国气象局发布的全国平均增温速率 0.022℃/年;气候变暖主要在于最低温升高的贡献,气温波动主要受 低温波动的影响;偏冷阶段和偏暖阶段相继出现,界限不明显。 2.年降水量总趋势以每年 3.0714 mm 的变化率波动性增加,与全国的降水量总体变化趋势相反[22],降水变化 有明显的阶段性和周期性,大体可分为两个多雨期和两个少雨期,旱涝交替变化,20 世纪末至 21 世纪初的几年 处于少雨期;降水变化在最近几年趋于稳定;气候朝暖湿化方向发展,并且未来将延续这种趋势。 3.本研究由于时序较短,与大范围的研究成果相比,可比性差,但是泰安地区气候变暖、降雨增多,气候 向暖湿化方向发展则是不争的事实。要更精确地模拟气候变化情况尚需更为全面的气候资料及多探索性的科学 研究。 参考文献 [1]

陈隆勋, 朱文琴, 王文等. 中国近 45 年来气候变化的研究[J]. 气象学报. 1998, 56(3): 257-271

[2]

张先恭, 李小泉. 本世纪我国气温变化的某些特征[J]. 气象学报. 1982, 43(2): 198-208

[3]

林学椿, 于淑秋. 近 43 年我国气候趋势[J]. 气象 1990, 16(10): 16-21

[4]

陈隆勋. 近四十年我国气候变化的初步分析[J]. 应用气象学报. 1991, 2: 164-173

[5]

丁一汇. 中国的气候变化与气候影响研究[M]. 北京: 气象出版社. 1997. 187-191, 199-205

[6]

赵宗慈, 王绍武, 罗勇.IPCC 成立以来对温度升高的评估与预估[J]. 气候变化研究进展, 2007, 3(3): 183-184

[7]

延军平, 黄春长. ENSO 事件对陕西气候影响的统计分析[J]. 灾害学. 1998, 13(4): 39-42

[8]

秦大河, 罗勇. 全球气候变化的原因和未来变化趋势[J]. 科学对社会的影响, 2008(2): 16-21

[9]

秦大河, 陈振林, 罗勇等. 气候变化科学的最新认知[J]. 气候变化研究进展, 2007, 3(2): 1673-1719

[10] 曾琮, 陈创买, 李晓娟. 广东冬季气温时空变化特征[J]. 气象, 2005, 31(3): 56-59 [11] 王绍武, 龚道溢, 陈振华等. 近百年来中国的严重气象灾害[J]. 应用气象学报, 1999,

(增刊): 43-53

[12] 孙凤华, 袁健. 辽宁省近 50 年降水序列变化规律及干旱预测[J]. 气象, 2004, 30(6): 32-34 [13] 赖天文, 张劲梅, 叶昌儒. 茂名市气候变化及其对农业的影响特征[J]. 广东气象, 2006, 28(3): 41-43 [14] 何月嫦, 曾数军. 花都建站以来气温变化特征[J]. 广东气象, 2005, 27(4): 26-27 [15] 郑伟杰. 开平近 43 年降水变化特征分析[ J]. 广东气象, 2003, 25(3): 29-30 [16] 简茂球, 周荣燊. 东亚经向热力差异与华南夏季风及降水年际变化的关系[J]. 广东气象, 2006, 28(2): 11-14 [17] 游大伟, 汤超莲, 邓松. 冬季西、北江径流量异常的前期海-气背景场特征[J]. 广东气象, 2006, 28(1): 18-21 [18] 苏丽蓉. 近 50 年旧白云机场湿度气候变化特征[J]. 广东气象, 2006, 28(4): 38-40 [19] 文敏. 珠海年降雨量的多时间尺度变化[ J]. 广东气象, 2005, 27(3): 4-6 [20] 施能, 陈家其. 中国近 100 年来 4 个年代际的气候变化特征[J]. 气象学报, 1995, 53(4): 431-438 [21] 纪忠萍, 方一川, 梁健等.

“05. 6”广东致洪暴雨过程的 500hPa 环流场及低频特征[J].广东气象, 2006, 28(2): 15-28

[22] 林学椿. 近四十年我国气候趋势[J]. 气象, 1990, 16(2): 16-21

AVS 81


September 2012 Volume 2, Issue 3, PP.77-82

Scientific Journal of Earth Science

【作者简介】 姚前前(1989-),女,汉族,山农

李新举(1965-)(导师),男,汉族,山东农业大学

农业大学硕士研究生。主要从事土地

教授,博士,博士生导师,主要从事土地质量、土地

利用规划、景观生态研究。

整治方面的研究。

Email: yaoqianqianhero@163.com

Email: lxj0911@126.com

AVS 82

Analysis on Climate Variation Rules of Tai'an in Recent 30 Years  

This paper analyze the climate variation rules of recent 30 years using the temperature and precipitation data of Tai'an from 1981 to 2010....

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you