1981～2010年遼寧省氣候變化區劃

王 濤，王乙舒，侯依玲，沈力都，趙連偉，顧正強，張海娜

(遼寧省沈陽區域氣候中心，遼寧 沈陽 110166)

在全球變暖背景下,對區域氣候的區劃是目前國際上需要解決的科學問題之一。遼寧省位于歐亞大陸東岸，深受東亞季風氣候影響，地形復雜，自然景觀豐富多樣，因而對其進行氣候區劃有利于充分認識其氣候規律，為各行各業制定生產發展方案提供參考依據，而且在科學上亦有重要意義。

近些年來，國內外對氣候區劃的研究已經廣泛開展[1-9]，取得了大量成果。鄭景云等[10-12]提出中國氣候區劃新方案，結果表明在1981～2010年和1951～2010年兩個時期，我國氣候區劃指標值和范圍出現變化。車秀芬等[13]參照氣候區劃三級指標體系，結合海南島實際氣候特征進行氣候區劃。然而在全球變暖的背景下，在過去60多年中我國氣候已發生許多顯著變化，這將導致相應的氣候特征發生變化。許多學者[14-21]主要分析了我國氣候區劃指標及其分界線的變化，但這些研究成果多側重中國范圍內的氣候特征，缺乏針對遼寧省氣候狀況研究，且資料站點數相對較少，無法深入揭示遼寧省氣候狀況特征，因而進行遼寧省氣候區劃不論在科學研究上還是應用服務上，都具有重要意義。當前氣候研究多以1981～2010年氣候平均態為標準，為此，本文分析氣候區劃指標的變化趨勢與波動特征，完成1981～2010年遼寧省氣候狀況區劃。

1 資料與方法

1.1 資料處理

資料來自遼寧省52個站1961～2014年氣象觀測日值數據集，包括日平均氣溫、平均風速、最低氣溫、最高氣溫、降水量、日照時數及平均水氣壓共7個觀測要素(氣象臺站空間分布見圖1)。該數據經嚴格的數據質量控制，其中站點分布見圖1。

有關氣象資料缺測的處理方法：1個月中日值存在≥7 d缺測，即認為該月值為缺測；1年中存在≥1月缺測，即認為該年值缺測。對缺測的月、年值采取剔除的處理方法。

5日滑動平均法：從統計方法、統計結果以及對農作物危害程度看，5日滑動平均法比較符合遼寧省農業實際情況[22]。

1.2 計算方法

氣候變化主要包括上升、下降、不明顯3種變化趨勢以及增強、減弱、不明顯3種波動趨勢，因此可劃分為9種模態[23](圖 2)。本文利用≥10 ℃積溫日數、干燥度以及7月平均氣溫時間序列的變化趨勢值和波動特征值進行氣候變化的識別，并以此作為氣候變化區劃分析基礎。

圖2 氣候變化的主要模態

變化趨勢值的計算方法如下[23-24]:對于樣本量為n的序列yj，用tj表示所對應的時刻，建立yj與tj之間的一元線性回歸方程:

其中b的符號表示變量的線性趨勢，b>0(b<0)表明隨時間增加,y呈上升(下降)趨勢。

波動特征值的計算方法如下:a和b,將上一步得到的a和b代入殘差絕對值計算公式zj：

zj=|yj-a-btj|,j=1,2,…,n

計算變量的波動平均值：

建立zj與tj之間的一元線性回歸方程：

同理，d>0(d<0)表明隨時間增加呈上升(下降)趨勢，即變量波動增強(減弱)。

1.3 區劃方法和指標體系

本文參照國家標準采用的氣候區劃方法[25],對遼寧省 1981～2010 年的三級氣候區進行劃分。具體區劃指標如下:

1.3.1 溫度帶 在日常農業生產及其氣候資源評價中，日平均氣溫是否穩定達到10 ℃日數對農作物生長發育具有重要的意義。因此本文將5日滑動平均氣溫穩定≥10 ℃積溫日數作為溫度帶劃分的主要指標。同時考慮某些冬季農作物生長發育制約因子，因此選用1月平均氣溫作為輔助指標。

表1 溫度帶劃分指標及其標準

1.3.2 干濕區 年干燥度是控制農作物種植類型和植被類型的重要因子，主要取決于多年平均蒸散量與多年平均降水量的比值大小，因此以年干燥度值作為遼寧省干濕區劃分的首要指標；同時考慮當地的水分來源主要是降水，故以年降水量作為區劃的輔助指標。本文在計算蒸散量時，根據 1998 年聯合國糧農組織改進FAO56-Penman-Monteith模型[26]，并考慮我國實際，確定模型有關參數[27]。

表2 干濕區劃分指標及其標準

1.3.3 氣候區 一地的氣候差異主要有地帶和非地帶性兩種差異，本文對溫度帶和干濕區劃分主要體現在前者，而7月平均氣溫空間分布可以顯著地體現后者的影響作用。而且在中高緯度地區，7月氣溫高低是決定喜溫作物能否種植以及農作物生長發育優差的重要因子，因此將7月平均氣溫作為遼寧省氣候區劃分的指標。

2 結果與分析

2.1 氣候區劃指標年際變化規律

2.1.1 ≥10 ℃積溫日數變化趨勢 圖3a給出遼寧省≥10 ℃積溫日數變化特征，可以得出以下信息：(1)平均值：遼寧省年均≥10 ℃積溫日數平均值為176.4 d；(2)變化趨勢值：遼寧省年均≥10 ℃積溫日數變化趨勢值為0.57 d/10年；(3)波動平均值:遼寧省年均≥10 ℃積溫日數波動平均值為5.66 d；(4)波動特征值：遼寧省年均≥10 ℃積溫日數波動特征值為-0.49 d/10年。

表3 氣候區劃分指標(7月平均氣溫)及其標準

2.1.2 干燥度變化趨勢 從遼寧省年均干燥指數序列(1981～2010年)的變化曲線(圖3b)上顯示如下信息：(1)平均值：遼寧省年均干燥指數平均值為1.31；(2)變化趨勢值:遼寧省年均干燥指數變化趨勢值為-0.02/10年；(3)波動平均值：遼寧省年均干燥指數波動平均值為0.25；(4)波動特征值：遼寧省年均干燥指數的波動特征值為-0.03/10年。

2.1.3 7月平均氣溫變化趨勢 從遼寧省年均7月平均氣溫序列(1981～2010年)的變化曲線(圖3c)上顯示如下信息：(1)平均值：遼寧省年均7月氣溫平均值為24 ℃；(2)變化趨勢值：遼寧省年均7月氣溫變化趨勢值為0.26 ℃/10年；(3)波動平均值：遼寧省年均7月氣溫波動平均值為0.74 ℃；(4)波動特征值：遼寧省年均7月平均氣溫波動特征值為0.004 ℃/10年。

圖3 遼寧省≥10 ℃積溫日數(a)、干燥指數(b)以及7月平均氣溫(c)變化特征(1981～2010年)

2.2 氣候區劃指標的區域規律

2.2.1 ≥10 ℃積溫日數變化趨勢 通過對60個可用氣象站≥10 ℃積溫日數時間序列進行計算，得到各個站點的≥10 ℃積溫日數變化趨勢值(圖4a)，結果顯示全省≥10 ℃積溫日數呈不顯著變化趨勢：大部分地區(43站)≥10 ℃積溫日數呈緩慢增加趨勢，增長率在0～6 d/10年之間，其中蘇家屯站增長率最高，在4 d/10年以上；遼西、遼南部分地區(17站)呈緩慢減少趨勢，增長率在-4～0 d/10年之間，其中營口、羊山、凌源、建昌站增長率最低，在-4 d/10年以下。

2.2.2 干燥指數變化趨勢 通過對47個可用氣象站干燥指數時間序列進行計算，得到各個站點干燥指數變化趨勢值(圖4b)，結果表明全省干燥指數呈不顯著變化趨勢，并呈相互交錯分布特征：北部、東南部以及環渤海地區干燥指數總體上呈增加趨勢，增長率在0～0.15/10年之間，其中阜新站增長率最高達到0.10/10年以上；中部、東部、西部以及南部地區大體上呈減少趨勢，增長率在-0.17～0/10年之間，其中建昌、旅順站增長率最低，在-0.15/10年以下。

2.2.3 7月平均氣溫變化趨勢 通過對60個可用氣象站7月平均氣溫時間序列進行計算，得到各個站點7月平均氣溫變化趨勢值(圖4c),結果表明全省大部站點7月平均氣溫均呈緩慢增加趨勢，增長率在0～0.8 ℃之間，其中蘇家屯、大石橋站增長率最高，達到0.6 ℃以上。

2.2.4 ≥10 ℃積溫日數波動特征 通過對60個可用氣象站≥10 ℃積溫日數時間序列進行計算，得到各個站點的≥10 ℃積溫日數波動特征值(圖4d),結果表明遼寧省東部大部地區≥10 ℃積溫日數呈波動強度不顯著減弱，西部大部地區呈強度不顯著增強的分布特征。東部地區波動增強率在-4～0 d之間，其中撫順、新賓、桓仁站增強率最低，為-2 d以下；西部地區波動增強率在0～4 d之間，其中建平站波動增強率最大，達到2 d以上。

2.2.5 干燥指數波動特征 通過對47個可用氣象站干燥指數時間序列進行計算，得到各個站點干燥指數波動特征值(圖4e),結果表明遼寧省西部(東部)地區干燥指數呈波動不顯著減弱(增強)的分布特征。西部地區波動增強率在-0.13～0/10年之間，其中凌源站波動增強率最低，在-0.10/10年以下；東部地區波動增強率在0～0.05/10年之間。

2.2.6 7月平均氣溫波動特征 通過對60個可用氣象站7月平均氣溫時間序列進行計算，得到各個站點7月平均氣溫波動特征(圖4f),結果表明遼寧省北部(南部)地區7月平均氣溫呈波動不顯著減弱(增強)的分布特征。北部地區波動增強率在-0.2～0 ℃/10年之間，其中朝陽、撫順局部地區波動增長率最低，在-0.1 ℃以下；南部地區波動增長率在0～0.2 ℃之間，其中大連、營口局部地區波動增長率最高，在0.1 ℃以上。

2.3 氣候區劃指標置信度檢驗

在對3個變量時間序列進行一元線性回歸的同時,根據顯著性水平計算得到置信度，基于對應的置信度對氣象站點數通過檢驗的情況進行統計，對站點進行分類(表4)，其中“未通過檢驗”表示在該置信度下氣象站某項指標不能通過檢驗，即無顯著變化趨勢或無顯著波動特征。從結果看出，在一級指標中,大部分氣象站點的3個變量時間序列均呈不顯著變化趨勢，沒有通過置信度檢驗，其中對應的上升趨勢站點數為43(72%)、21(45%)、60(100%)，下降趨勢站點數為17(28%)、26(55%)、0(0%)。在二級指標中，大部分氣象站點3個變量時間序列亦均呈不顯著波動特征，沒有通過置信度檢驗，波動增強與減弱站點數各占50%左右，其中對應的波動增強站點數為26(43%)、22(47%)、28(47%)，波動減弱站點數為34(57%)、25(53%)、32(53%)。

總之，遼寧省大部分站點的變化趨勢和波動強度呈不顯著變化，沒有通過置信度檢驗，因此在1981～2010年氣候區劃指標基本上保持穩定的特征，沒有顯著變化和波動。

2.4 區劃指標的地理分布

≥10 ℃積溫日數總體呈西多東少特征。據此大部分地區屬于暖溫帶，中溫帶主要分布在遼寧省西北部、東部地區(圖5a)。其中中溫帶與暖溫帶的分界線包括東、西兩段。西段分界線主要呈緯向延伸，界線以北地區為中溫帶，主要包括建平縣地區，界線以南地區為暖溫帶；東段分界線呈經向延伸，界線北起鐵嶺西北角，向南穿過鐵嶺西部，撫順西部邊緣，本溪西北角，遼陽東南角，鞍山東北角，最后向東橫穿丹東中部，一直延伸到鴨綠江沿岸，界線以東地區為中溫帶，僅包括撫順、本溪、丹東北部以及鐵嶺大部地區，界線以西以南地區為暖溫帶區域。

遼寧省干燥度總體上呈現自東南向西北增加趨勢，主要分為3個干濕區，分別為半干旱區、半濕潤區和濕潤區(圖5b)。半干旱區與半濕潤區的邊界北起鐵嶺西北角，向西南穿過沈陽北部、錦州北部，一直延伸到葫蘆島西北角，界線以北區域為半干旱區，界線以南區域為半濕潤區。半濕潤區與半干旱區的邊界北起鐵嶺東部邊緣，向南穿過撫順西部邊緣、沈陽東南角、遼陽中部、鞍山南部，一直延伸到大連西北角，界線以東地區為濕潤區，界線以西地區為半濕潤區。

圖5c顯示7月平均氣溫總體呈西高東低分布特征。主要分為兩個氣候區Td與Te，其中邊界線包括東、西兩段。西段邊界線主要橫穿朝陽北部地區，界線以北地區為Td，界線以南地區為Te。東段邊界線北起沈陽北部，向南穿過鐵嶺西南部邊緣、撫順西部邊緣、本溪西北角、遼陽東南角、鞍山南部，一直延伸到大連西北角。邊界線以東地區為Td，界線以西地區為Te。

2.5 分區簡述

依據上述氣候區劃原則、指標體系和分區等級系統，將遼寧省分為2個溫度帶、3個干濕區、2個氣候區(圖6)；各區的位置及代表站的氣候指標值見表5。其中在劃分溫度帶和干濕區時,分別以各站的主要指標值為依據進行劃分，當由于主要指標值差異較小而不能明確表示該站所屬區域，或由于地形作用影響而導致個別站點的主要指標值與其他多數站點差異較大時，則利用輔助指標來進行區域劃分。在進行劃定區劃界線時，依據指標的等值線確定界線總體走向；并根據取大放小與保證區域氣候特征空間分布連續性原則，參照地形(如山地、丘陵等)確定界線的具體位置。

圖4 遼寧省≥10 ℃積溫日數(a)、干燥指數(b)、7月平均氣溫(c)變化趨勢值及其波動特征值(d、e、f)分布 (1981～2010年)

2.5.1 西北部中溫帶半干旱區(ⅠATd) 本區主要包括建平縣區域。該區域全年平均氣溫7.6 ℃，最高氣溫37 ℃，最低氣溫-36.9 ℃，年均日照時數2850～2950 h，年降水量平均614.7 mm，無霜期120～155 d。主要地貌為遼西山地丘陵區，努魯爾虎山脈橫貫中部，自東北延伸西南。

2.5.2 西北部暖溫帶半干旱區(ⅡATe) 本區主要包括朝陽市大部、阜新市、義縣部分地區。該區域全年平均氣溫5.4～8.7 ℃，年均日照時數2840～2950 h，年降水量450～580 mm，無霜期120～175 d。土地自然類型多樣，山地、丘陵、崗地、川地、平地交錯分布。

2.5.3 北部暖溫帶半干旱區(ⅡATd) 本區主要包括康平縣地區。該區域面積較小，地處遼河流域，年平均氣溫6.9 ℃，年平均日照時數2867.8 h，無霜期在150 d左右，年降水量540 mm左右。主要地貌為北部為科爾泌沙地東南緣，東部為遼河沖積平原，包括低山丘陵、黃土丘陵溝壑、低丘平崗、低洼平原。

2.5.4 北部暖溫帶半濕潤區(ⅡBTd) 本區域主要包括法庫縣以及鐵嶺市西部地區。該區域年平均氣溫為6.7 ℃，7月份平均氣溫23.8 ℃，1月平均氣溫為-13.4 ℃，極端最高溫度35.1 ℃，極端最低溫度為-30.6 ℃，多年平均降雨量為600 mm，平均日照時數2800 h，無霜期150 d左右。 主要地貌為丘陵平原區，西部和西北部山區屬醫巫呂山支脈，山丘在400 m以下，遼河及其支流秀水河、拉馬河貫穿全境，形成較大面積的沖積平原。

表4 不同置信度下氣象站點分類統計結果

注：左側數字代表氣象站數量，右側括號內數值代表該類氣象站占氣象站總數的百分比。

圖5 遼寧省溫度帶(a)、干濕度(b)以及氣候區(c)區劃圖 (1981～2010年)

2.5.5 東北部中溫帶半濕潤區(ⅠBTd) 本區域主要包括鐵嶺中部以及北部地區。該區域全年日照為2700 h左右，年平均降雨量為700 mm，年平均氣溫6.3 ℃，最低氣溫-31 ℃，最高氣溫34.4 ℃，封凍期150 d左右，無霜期127～162 d。主要地貌為遼河平原，地勢平坦。

2.5.6 東部中溫帶濕潤區(ⅠCTd) 本區域自北向南主要包括鐵嶺南部、撫順、本溪、丹東北部地區。該區域年平均氣溫5.0～8.0 ℃，無霜期為130～160 d，年平均降水量為740～1200 mm，日照時數為2200～2700 h。該區域屬遼寧東部山區，屬長白山余脈，多山地丘陵，間有大小不均的谷地。

2.5.7 東南部暖溫帶濕潤區(ⅡCTd) 本區域主要包括大連東北角,丹東中南部以及鞍山南部地區。該區域年平均氣溫多在8～9 ℃，年降水量750～1100 mm，年日照時數在2300～2500 h，無霜期在156～182 d，最高氣溫36.6 ℃，最低氣溫-29.3 ℃。該區域屬遼東山地丘陵的一部分，地勢由東北向西南逐漸降低，以山地和丘陵為主，局部還有階地、盆地、臺地、沿海平原。

2.5.8 南部暖溫帶濕潤區(ⅡBTd) 本區域主要包括大連地區。該區域年平均氣溫10.5 ℃，極端氣溫最高37.8 ℃，最低-19.13 ℃，年降水量550～950 mm，日照總時數為2500～2800 h，無霜期165～220 d。地形地貌主要為山地丘陵，平原低地少，整個地形為北高南低。

2.5.9 中部暖溫帶濕潤區(ⅡCTe) 本區域主要包括遼陽東部、撫順西部邊緣、本溪西北角以及岫巖西北角地區。該區域年平均降水量在680～900 mm之間，年平均氣溫6～8 ℃，無霜期140～170 d。地形地貌主要為丘陵山區，是長白山的余脈。

2.5.10 中部暖溫帶半濕潤區(ⅡBTe) 本區域主要包括沈陽中南部、遼陽西部、鞍山中北部、營口、盤錦、錦州南部以及葫蘆島大部地區。年平均氣溫8～10.4 ℃，無霜期144～182 d，年降水量550～800 mm，日照時數為2468～2880 h。主要地貌為平原丘陵，大部分地區為遼河沖積平原，遼西部分地區為低地丘陵。

圖6 遼寧省氣候區劃圖表5 遼寧省1981～2010年的氣候區劃結果

溫度帶干濕區氣候區代碼所在位置代表站點主要氣候指標值站點名稱編號海拔/m≥10 ℃日數/d年干燥度7月氣溫/℃Ⅰ中溫帶A半干旱區ⅠATd努魯爾虎山中溫帶半干帶旱區建平54321661.8152.51.722.3B半濕潤區ⅠBTd遼北丘陵波狀平原中溫帶半濕潤區昌圖54243165.1167.51.323.7C濕潤區ⅠCTd遼東低山丘陵中溫帶濕潤區清原54259237.2156.60.823.1Ⅱ暖溫帶A半干旱區ⅡATe大凌河谷暖溫帶半干旱區朝陽54324174.3183.21.925.0ⅡATd遼河沖積平原暖溫帶半干旱區康平54244118.6173.21.623.9B半濕潤區ⅡBTe渾河沖積平原暖溫帶半濕潤區沈陽5434249.0175.81.124.6ⅡBTd遼南丘陵暖溫帶半濕潤區普蘭店5456911.7184.51.123.9C濕潤區ⅡCTd遼東丘陵暖溫帶濕潤區丹東5449713.8180.20.723.1ⅡCTe遼東丘陵暖溫帶濕潤區本溪54346185.4171.00.924.0

3 結論與討論

(1)本文分析了氣候區劃指標的時空變化趨勢和波動特征，結果顯示3種氣候區劃指標總體趨向穩定，但仍然顯示出一些變化特征：在年際變化上，遼寧省≥10 ℃積溫日數(干燥度、7月平均氣溫)總體呈緩慢上升(減小、上升)趨勢，波動強度呈緩慢減弱(減弱、上升)趨勢；在空間分布上，除遼南、遼西地區外，其他大部分地區≥10 ℃積溫日數呈緩慢上升趨勢，遼南、遼西以及環渤海地區波動強度呈減弱趨勢，其他大部分地區呈加強趨勢。遼西、遼南地區干燥度呈緩慢減小趨勢，有利于氣候條件趨濕，其他地區變化趨勢交錯分布。遼西、遼南地區干燥度波動強度呈緩慢減弱趨勢，其他地區為交錯分布。7月平均氣溫大部分站點呈緩慢增加趨勢，其中中部地區較明顯；南部地區波動強度呈緩慢增強趨勢，其他地區呈緩慢減弱趨勢。

(2)氣候區劃指標分級置信度分析中，絕大部分站點沒有通過0.1以上置信度檢驗，表明1981～2010年氣候區劃指標變化和波動基本上是保持穩定的，呈緩慢變化趨勢特征。

(3)氣候區劃結果表明遼寧省劃分為2個溫度帶、3個干濕區、10個氣候區。遼寧中西部大部地區屬暖溫帶，東部地區屬中溫帶；西北部屬半干旱區，中部屬半濕潤區，東部屬濕潤區。10個氣候小區氣候均有所差異，區劃結果與遼寧省氣候狀況較一致。

(4)與鄭景云的氣候區劃結果相比，中溫帶界線偏南，半干旱區的界線有較明顯的南移，半濕潤區的界線有所東移。在本區劃中，建平縣屬中溫帶，沈陽北部、錦州北部、阜新、朝陽地區屬半干旱區，大連東北角以東以北地區屬濕潤區。而鄭景云的區劃結論中，建平縣屬暖溫帶，僅沈陽北部地區屬半干旱區，其他大部分地區屬于半濕潤區，大連中部以東以北地區屬濕潤區。

(5)遼寧省面積較小，地形較復雜，區劃結果基本上反映了遼寧省氣候區劃特征。但本文研究還有許多不足：缺乏遼寧省周邊陸地和海洋上氣象資料信息，可能對氣候區劃結果產生影響；雖然本文使用的遼寧省氣象站點數量達到61個，但是西北部、東部站點數分布密度仍然較低。因此在以后的區劃研究中要改進上述不足，提高氣候區劃精細化水平。