近60年威海市冬季氣溫變化特征分析

孫鵬鵬，梅嬋娟，單 幸

（威海市氣象局，山東 威海 264200）

威海市位于山東半島最東端，三面環(huán)繞黃海，一面背靠大陸［1］。由于特殊的地理位置，受海洋的調(diào)節(jié)作用，氣候特點(diǎn)較為特殊，大風(fēng)降溫、暴雪、大霧、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣頻繁發(fā)生，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生命安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成了很大的影響［2-4］。近年來，全球變暖問題已引起全世界人們的普遍關(guān)注［5］。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第5 次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告《氣候變化2013：自然物理基礎(chǔ)》決策者摘要［6］指出，1880—2012年全球地表平均溫度約上升了0.85 ℃。

在全球變暖的背景下，中國氣候出現(xiàn)了明顯的變暖趨勢。有研究表明，到21 世紀(jì)末，中國增溫幅度可能為1.3～5.0 ℃∕10年，比全球平均增溫幅度偏高［7］，而且中國的氣候變暖在冬季更加明顯［8，9］。國內(nèi)許多學(xué)者針對(duì)中國湖北、西藏、江蘇等不同省份及天津、長沙、南京、龍勝縣等地冬季氣溫的變化進(jìn)行了分析［10-15］。徐宗學(xué)等［16］分析了山東省近40年來的氣溫和降水變化趨勢發(fā)現(xiàn)，全省大部分地區(qū)氣溫呈上升趨勢，且冬季氣溫上升對(duì)全年升溫的貢獻(xiàn)率最大，對(duì)山東省各城市沒有進(jìn)行具體分析。郝玲玲等［17］對(duì)1961—2013年威海市氣溫變化特征進(jìn)行了分析，但沒有對(duì)冬季氣溫變化進(jìn)行具體分析。針對(duì)位于山東半島最東端的威海市在全球變暖的背景下，冬季氣溫變化趨勢與中國和山東省的氣溫變化是否相同，變化情況如何，目前鮮見有研究分析。

本研究選取威海市氣象局1961—2020年冬季（1960年12月至2020年2月）逐日平均氣溫、日極端最低氣溫資料，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出-5 ℃以下低溫日數(shù)、冷積溫（≤-5 ℃），分析60年來威海市冬季氣溫的變化特征，以期為研究威海市的氣候變化提供參考。

Spatial pattern of environmental efficiency and its influencing factors

1 資料和方法

1.1 資料來源

根據(jù)季節(jié)的劃分，12月至翌年2月為冬季。本研究所用數(shù)據(jù)來源于山東省氣候中心整編的山東氣候監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)和威海觀測站的當(dāng)年觀測報(bào)表，觀測資料真實(shí)可靠。

1.2 統(tǒng)計(jì)方法

本刊為月刊，大16開本，每月18日出版；郵發(fā)代號(hào)4-182，全國各地郵局訂閱；國外代號(hào)M6530，中國國際圖書貿(mào)易總公司總發(fā)行；每冊定價(jià)20.00元，全年12期，共240.00元。

1.3 冷積溫（≤-5 ℃）計(jì)算方法

冬季偏冷和偏暖主要體現(xiàn)在低溫日數(shù)和最低氣溫等氣象要素上，本研究采用繆啟龍等［18］提出的定義冷積溫Tcat（Cold accumulated temperature）來表示冬季的寒冷程度。根據(jù)威海市冬季氣溫資料，本研究冷積溫定義為冬季-5 ℃以下的低溫日的日最低氣溫與-5 ℃的差值的和，即：

式中，Tmin為日最低氣溫，Tcat絕對(duì)值的大小表示冬季的寒冷程度。

2 冬季平均氣溫變化

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析60年威海市冬季氣溫的年代變化（表1），表明冬季平均氣溫在20 世紀(jì)60年代為最低，70年代上升明顯，80年代略有下降，90年代開始急劇上升，遠(yuǎn)超60年的平均值，進(jìn)入21 世紀(jì)的頭10年冬季氣溫略有下降，基本與90年代處于同一水平，在2010年后冬季氣溫達(dá)到最高峰，平均為1.6 ℃，比60年代高2.2 ℃。從距平變化可以看出，20 世紀(jì)90年代后正距平年數(shù)大于負(fù)距平年數(shù)，其中90年代正距平年數(shù)最多，達(dá)到8年。從表1 可知，發(fā)現(xiàn)每20年氣溫會(huì)出現(xiàn)一個(gè)跳變，據(jù)此分析出未來10年威海市冬季平均氣溫與2011—2020年10年間的平均氣溫沒有明顯變化，預(yù)計(jì)會(huì)在2030年之后的10年間，氣溫可能會(huì)明顯升高，出現(xiàn)1 個(gè)氣溫峰值。

分析1961—2020年冬季（1960年12月至2020年2月）威海冬季平均氣溫的變化趨勢（圖1），發(fā)現(xiàn)60年來冬季氣溫整體呈上升趨勢，氣候傾向率為0.27 ℃∕10年（通過0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)）。在20世紀(jì)60年代為冬季低溫期，冬季氣溫整體呈下降趨勢，1968年下降到最低值，為-2.8 ℃；從20 世紀(jì)70年代初到80年代末，冬季氣溫波動(dòng)幅度較大，變化不明顯，進(jìn)入90年代后大幅上升，2007年及2020年達(dá)到最高峰，均為2.8 ℃。其中20 世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初冬季氣溫上升明顯與山東省冬季氣溫趨勢一致［19］。究其原因，除全球變暖的大背景影響因素外，威海市城市發(fā)展較快，城市化效應(yīng)明顯。1987年威海成為獨(dú)立的地級(jí)市；1988年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)威海市又成為了第一批中國沿海開放城市；1990年威海市成為中國第一個(gè)國家衛(wèi)生城市，開始進(jìn)入經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期。因此，威海市進(jìn)入20 世紀(jì)90年代后的增溫與城市效應(yīng)也有一定的關(guān)系。

2.1 冬季氣溫的年際變化

(4)考核模式的改革：引入多元化的考核手段，將期末考試、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、在線測試、課程作業(yè)等結(jié)合起來，由原有的“期末筆試+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)”，改進(jìn)為“期末筆試+過程考核”。

2.2 冬季氣溫的年代際變化

根據(jù)1961—2020年冬季（1960年12月至2020年2月）逐日平均氣溫資料，統(tǒng)計(jì)出60年來威海市冬季（當(dāng)年12月至次年2月）平均氣溫為0.4 ℃，其中12、1、2月的平均氣溫分別為1.9、-0.9、0.3 ℃。

表1 各年代威海市冬季平均氣溫及偏高（正距平）、偏低（負(fù)距平）頻次

2.3 當(dāng)年12月至次年2月各月平均氣溫變化

表2中Zn的相對(duì)靈敏度因子接近1，表明由歸一化法計(jì)算所得的標(biāo)準(zhǔn)樣品中該元素的測定結(jié)果和認(rèn)定值較為吻合，所受基體效應(yīng)干擾小。Sn、Sb和Bi的相對(duì)靈敏度因子較其他元素較高，可能是因?yàn)镾n，Sb和Bi的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低，在剝蝕過程中更容易產(chǎn)生氣溶膠顆粒所導(dǎo)致的。

運(yùn)用一元線性方程y=a+bxi（x分別為季、月氣溫，b為傾向值），對(duì)冬季各月氣溫變化進(jìn)行線性擬合，確定可信度和氣候傾向率；采用5年滑動(dòng)平均進(jìn)行消除偶然變動(dòng)因素引起的氣候噪音處理，繪制比較平滑的曲線，顯示氣溫的變化趨勢。

從年代際變化可以看出，冬季極端最低氣溫在20 世紀(jì)60年代為最低，為-10.5 ℃，70年代以后持續(xù)上升，80年代達(dá)到60年平均值水平，自90年代以來，極端最低氣溫均高于60年平均值，其中90年代為最高，達(dá)-8.1 ℃，21 世紀(jì)后20年略有下降但波動(dòng)不大，平均極端最低氣溫分別為-9.1、-9.3 ℃。

60年（180 個(gè)月）有73 個(gè)月的平均氣溫低于0 ℃，其中有29 個(gè)月的平均氣溫低于-1.0 ℃，10 個(gè)月的平均氣溫低于-2.0 ℃，7 個(gè)月的平均氣溫低于-3.0 ℃。60年來最冷月出現(xiàn)在1977年1月，月平均氣溫為-4.6 ℃。自90年代后大多數(shù)年份的各月平均氣溫均高于60年各月平均氣溫。

分析1961—2020年冬季（1960年12月至2020年2月）威海市冬季各月平均氣溫距平的變化曲線可以看到，平均氣溫距平均呈上升趨勢，其中2月上升趨勢最為明顯，氣候傾向率為0.44 ℃∕10年；其次是1月，以0.28 ℃∕10年的速率升高，而12月變化趨勢最小，氣候傾向率為0.19 ℃∕10年（均通過0.05 的顯著性檢驗(yàn)）。

3 冬季極端最低氣溫變化

冬季極端最低氣溫是指某年12月至次年2月的極端最低氣溫值。威海市60年極端最低氣溫的平均值為-9.5 ℃。由圖2 可以看出，威海市冬季極端最低氣溫變化趨勢為0.31 ℃∕10年，大于冬季氣溫變化的線性增長率（0.27 ℃∕10年）。在1991年之前，大多數(shù)年份冬季極端最低氣溫均未超過60年極端最低氣溫的平均值。90年代后大幅上升，自1992年之后，除9年（2001、2003—2004、2006、2011—2013、2016、2018年）外，冬季極端最低氣溫未超60年極端最低氣溫平均值，其余年份均較高。其中，2016年極端最低氣溫最低，為-13.9 ℃；2007年冬季極端最低氣溫達(dá)到最高值，為-5.0 ℃?？梢姡M(jìn)入21世紀(jì)后，極端最低氣溫變化幅度較大，氣溫異常年出現(xiàn)較多。

圖2 1960年12月至2020年2月威海市冬季極端最低氣溫的變化趨勢

項(xiàng)目建成后應(yīng)堅(jiān)決貫徹落實(shí)國務(wù)院《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，嚴(yán)格實(shí)施取水許可和水資源有償使用制度，強(qiáng)化水資源統(tǒng)一調(diào)度和利用等。充分考慮水資源承載能力，對(duì)于項(xiàng)目區(qū)及影響范圍內(nèi)符合流域或區(qū)域水資源規(guī)劃及水量分配的新增取水，堅(jiān)持用水總量平衡，把水資源總量作為項(xiàng)目實(shí)施的控制條件，應(yīng)通過建設(shè)項(xiàng)目水資源論證制度、取水許可審批及監(jiān)督管理、計(jì)劃用水管理和水資源論證后評(píng)估、加強(qiáng)取水計(jì)量和強(qiáng)化監(jiān)督管理等管理措施和手段，科學(xué)核定工程規(guī)模，嚴(yán)格落實(shí)水資源論證及批復(fù)要求，糾正水資源論證審批階段存在的隱患，切實(shí)做到以水定需、量水而行、因水制宜，將項(xiàng)目取水納入?yún)^(qū)域用水總量控制目標(biāo)。

60年來威海市冬季極端最低氣溫低于10 ℃的有25年（90年代前有17年，90年代后有8年），其中低于13 ℃的有3年，分別是1970年1月4 日、1977年2月15 日、2016年1月23—24 日。

4 冬季-5 ℃以下低溫日數(shù)及冷積溫變化

60年來，威海市低溫日數(shù)平均為17.7 d∕年，從低溫日數(shù)（氣溫≤-5 ℃）的距平分布情況可以看出（圖3），20 世紀(jì)60—80年代的低溫日數(shù)較多；80年代是個(gè)轉(zhuǎn)折，可以看出自1987年以后，除2000、2010—2011、2013、2018年外，其余29年冬季低溫日數(shù)皆為負(fù)距平，可見冷積溫、低溫日數(shù)、極端最低氣溫的變化基本一致。氣溫≤-5 ℃的低溫日數(shù)在20 世紀(jì)60年代為最多，平均為30.2 d∕年，70—80年代基本持平。自90年代以來，低溫日少見，均少于60年平均值，其中90年代最少，平均只有11.3 d∕年，冬季增暖顯著。

圖3 1960年12月至2020年2月威海市冬季低溫日數(shù)（平均氣溫≤-5 ℃）距平分布

由圖4 可以看出，威海市60年平均冷積溫為-36.0 ℃。60年里冷積溫絕對(duì)值超過50 ℃有13年，其中60—70年代有8年，70—80年代有4年，90年代后只有1年。自1987年之后，除3年（2000、2010、2018年）外，其余31年冬季冷積溫均超過60年平均值。

圖4 1960年12月至2020年2月威海市冬季冷積溫的變化趨勢

冷積溫在20 世紀(jì)60年代是1 個(gè)低溫期，為-79.0 ℃，進(jìn)入70年代有大幅度升高，此后80年代、90年代冷積溫絕對(duì)值不斷降低，其中90年代冷積溫絕對(duì)值下降最劇烈，為-17.6 ℃，進(jìn)入21 世紀(jì)后，稍有所下降，但不明顯，可見冬季持續(xù)處于較暖的水平。

5 小結(jié)

1）威海市60年來冬季平均氣溫呈增溫態(tài)勢，升溫趨勢率為0.27 ℃∕10年，而冬季低端最低氣溫上升顯著，趨勢率均為0.31 ℃∕10年。可見，威海冬季增溫明顯，與全國和山東省的氣溫變化是一致的。

2）威海市冬季氣溫的年代際變化表明，20 世紀(jì)60年代是60年來冬季低溫期，而70年代以后冬季氣溫持續(xù)升溫，尤其是90年代以后冬季氣溫已高于60年平均狀況，在2010年后冬季氣溫達(dá)到了最高峰。

(1) 通過信息化施工管理得出支撐架設(shè)及時(shí)性及軸力預(yù)加、土方開挖方式、坑內(nèi)疏干降水效果、坑邊動(dòng)靜荷載是類似地層區(qū)基坑自身及周邊環(huán)境變形控制重點(diǎn)，施工過程中應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)管理。

3）冬季極端最低氣溫在20 世紀(jì)60年代為最低，進(jìn)入70年代后大幅上升，90年代達(dá)到最高，21 世紀(jì)后20年稍有下降但波動(dòng)不大。冷積溫、低溫日數(shù)和極端最低氣溫的變化基本一致。