近61年濟寧市氣候變化特征分析

摘 要：利用山東省濟寧市范圍內的11個氣象站點的長期氣象觀測資料，運用距平分析、滑動平均、氣候傾向率和墨西哥帽小波分析等方法，多尺度分析了該區域1959—2019年氣溫和降水時間序列的季節變化和年際變化規律。結果表明：近61年來，濟寧市氣溫以0.28 ℃/10年的趨勢增加，且四季氣溫均呈增溫趨勢，其中冬季氣溫增加趨勢最為明顯，達0.43 ℃/10年，但夏季增溫系數僅為0.09 ℃/10年。年降水量以-4.04 mm/10年的趨勢增減少，其中，夏季降水減少最為顯著，降水趨勢系數為-1.92 mm/10年，但春季和冬季降水增加。小波分析表明濟寧市氣溫存在4～6、10、20、30年的變化周期，主周期為20年；降水存在6、8、10、13～15、30年的變化周期，主周期為6年。從大尺度來看，未來一定時間內濟寧市將氣溫偏高、降水偏少。

關鍵詞：氣溫；降水；氣候變化；特征分析；氣候傾向率

中圖分類號：P467 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

受全球氣候變暖影響，地球水循環及干濕條件改變，極端氣候事件頻發。蘇京志等[1]研究指出，盡管近幾年氣候變暖趨勢減緩，但地球溫度仍將繼續上升。很多學者深入探討了中國氣候變化，發現我國增暖趨勢明顯，近100年地表平均溫度增幅達0.56～0.92 ℃，且平均降水量沒有明顯趨勢，但20世紀70年代后降水出現明顯的年代際變化[2-3]。

山東省年平均氣溫和降水整體呈現波動上升的趨勢，極端氣候事件發生強度及頻率不斷增加，但又呈現出顯著的區域不同。濟寧市位于魯西南地區，屬暖溫帶季風型氣候，人文旅游資源豐富。目前，關于濟寧市氣候變化特征的研究較少，且數據較為陳舊，其結論已經不能準確反映濟寧市的氣候變化特征[4-5]。因此，將進一步分析濟寧市氣溫和降水的長期演變規律，為該區域建設規劃及防災減災提供理論依據。

1 資料與方法

利用濟寧市濟寧、微山、魚臺、鄒城、兗州、曲阜、金鄉、嘉祥、汶上、梁山、泗水11個氣象站1959—2019年的氣溫和降水量資料，通過距平分析、滑動平均、氣候傾向率等方法分析濟寧市氣溫及降水的年際變化規律和四季變化特征，運用墨西哥帽小波函數對其氣溫、降水周期進行分析及趨勢預測[6]。春季、夏季、秋季、冬季的劃分分別為3—5、6—8、9—11、12—翌年2月。

2 結果與分析

2.1 氣溫的變化特征

2.1.1 年際變化

1959—2019年濟寧市年氣溫14.06 ℃，氣候傾向率為0.28 ℃/10年，呈增溫趨勢。從年氣溫距平變化和線性趨勢（圖1）可以看出，1994年前為相對冷期，氣溫以負距平為主，35年間僅有3年為正距平，其中，最冷年份出現在1969年，氣溫偏低1.45 ℃。1994年開始氣溫迅速上升，最高氣溫出現在2019年，偏高1.38 ℃。氣溫年際變化趨勢分析表明：20世紀60～80年代，氣溫明顯低于多年平均氣溫，20世紀90年代開始進入偏暖時期，21世紀10年代氣溫偏高0.81 ℃。

2.1.2 四季變化

1959—2019年濟寧市春季平均氣溫為14.57 ℃，增溫系數為0.35 ℃/10年。1959年至20世紀90年代前期，春季氣溫距平以負值為主，其中，最冷年份出現在1991年，氣溫偏低1.80 ℃。春季氣溫的轉折年份出現在1994年，之后氣溫僅有5年為負距平，其中，最暖年份出現在2014年，氣溫偏高2.48℃。

夏季平均氣溫26.28 ℃，增溫系數僅為 0.09 ℃/10年。1959年至20世紀60年代氣溫以正距平為主，20世紀70～80年代氣溫以負距平居多，其中最冷年份出現在1976年，氣溫偏低1.34 ℃。20世紀90年代至21世紀初，氣溫處于波動期，21世紀10年代增溫趨勢逐漸明顯，最暖年份（2018年）氣溫偏高2.23 ℃。

秋季平均氣溫為14.75 ℃，增溫系數為 0.24 ℃/10年。1959年至20世紀90年代中期，秋季氣溫距平以負值為主，其中，最冷年份出現在1981年，氣溫偏低1.50 ℃。氣溫轉折年份出現在1998年，氣溫距平達2.34 ℃。

冬季平均氣溫為0.75 ℃，增溫系數高于其他季節，達 0.43 ℃/10年。1959年至20世紀80年代中期冬季氣溫距平以負值為主，其中，最冷年份出現在1969年，氣溫偏低2.90 ℃。冬季氣溫轉折年份出現在1987年，此后氣溫大多高于多年平均氣溫，其中，最暖年份出現在2002年，氣溫偏高2.32 ℃。

2.2 降水的變化特征

2.2.1 年際變化

1959—2019年濟寧市年降水量為688.60 mm，以4.04 mm/10年的趨勢遞減。根據降水距平變化趨勢圖分析（圖2），濟寧市降水最大年份為出現在1964年，降水偏多473.2 mm；降水最少年份為2002年，降水偏少290.79 mm。氣溫年際變化趨勢分析表明：20世紀70年代降水為正距平，為多雨期；20世紀80年代降水驟減，年代降水偏少113.40 mm，為少雨期；20世紀90年代至21世紀初進入新一輪多雨期；2010年以來降水變化劇烈，10年間降水量相對年降水量的正負距平之比為5∶5，但整體年代降水偏少16.20 mm。

2.2.2 四季變化

近61年濟寧市春季平均降水量為35.35 mm，呈增加趨勢（0.38 mm/10年）。20世紀60年代和90年代春季年代降水量均較多平均年降水量偏多，其中，春季最大降水量出現在1964年，降水偏多39.19 mm。20世紀70—80年代及21世紀以來春季年代降水量偏少，其中，最小值出現在2001年，降水偏少29.83 mm。

夏季平均降水量為141.96 mm，降水趨勢系數為

-1.92 mm/10年。20世紀60～70年代、21世紀00年代降水量均較多平均年降水量偏多，其中，夏季最大降水量出現在1971 年，降水偏多91.83 mm。20世紀80—90年代及21世紀10年代降水量偏少，其中，最小值出現在1983年，降水偏少86.51 mm。

秋季平均降水量為42.33 mm，無明顯趨勢變化。20世紀70年代和90年代降水量偏少，秋季最小降水量出現在1998年，降水偏少35.70 mm。其余年代降水量均較多平均年降水量偏多，其中，秋季最大降水量出現在2005年，降水偏多75.04 mm。

冬季平均降水量為9.87 mm，以0.18 mm/10年的速度增加。20世紀60年代和80年代降水量偏少，冬季最小降水量出現在1998年，降水偏少6.11 mm。其余年代降水量均較多平均年降水量偏多，冬季最大降水量出現在2001年，降水偏多19.78 mm。

2.3 氣溫及降水的小波分析

2.3.1 氣溫的小波分析

從圖3可以看出，近61年來濟寧市氣溫變化的周期振蕩較為明顯，主要存在4～6、10、20、30年的變化周期，主周期為20年。降水量在10年以下尺度上，周期震蕩劇烈，具體表現為在20世紀60至70年代呈6年的“多—少”變化，在20世紀70年代中期至21世紀10年代則呈現4年的“多—少”變化。同時，在20世紀90年代中期后還同時存在著8～10年的“多—少”周期變化，且小波系數高、低值中心均隨時間序列降低，表明周期變化有縮短的趨勢。隨著時間尺度的增加，氣溫變化的周期振蕩規律趨于清晰，結合小波方差圖可以看出，20年振蕩在整個研究時段內具有全域性和穩定性，表現為7個“多—少”循環交替。20世紀90年代中期前還存在30年的次周期變化，但進入21世紀后小波系數高、低值中心均降低至20年附近。從20年大尺度來看，2015年開始出現溫度升高的等值線，至2019年等值線未閉合，說明未來一定時間內濟寧市氣溫仍將繼續偏高。

2.3.2 降水的小波分析

從圖4可以看出，20世紀60年代至70年代中期年降水量呈8年的“少—多”周期變化，20世紀70年代后期開始呈6年和10年的周期變化，且6年的周期振蕩強度最強，為主周期。20世紀90年代中期以后存在13～15年的周期變化。在整個研究期內，存在30年的次周期震蕩，表現為2.5個“少—多”循環交替。無論從30年大尺度還是10年以下小尺度來看，2019年開始小波系數均為負值區，表明未來濟寧市將進入少雨期。

3 結論與討論

1959—2019年，濟寧市年氣溫以0.28 ℃/10 年的趨勢增加，與1961—2010 年全國平均0. 27 ℃ /10年的溫度氣候傾向率相似，但略低于山東省的增溫幅度。20世紀60～80年代氣溫明顯低于多年平均氣溫，為偏冷時期；20世紀90年代開始進入偏暖時期，尤其21世紀10年代氣溫距平達到最高，表明濟寧市氣溫有進一步升高的態勢。M-K檢驗顯示1989年開始氣溫上升趨勢顯著，研究結果與前人對龍口市的氣候變化趨勢研究結論較為一致[7]。季節分析發現濟寧市四季氣溫均呈增加趨勢，但以冬季氣溫增加趨勢最為明顯，相似結論也出現在山東省及其他地區的研究[8-9]。

濟寧市年降水量呈弱減少趨勢，降水氣候傾向率-4.039 mm/10年，與山東省降水增多的趨勢相反，這種差異可能與下墊面特征及汛期降水量變化因素有關。20世紀80年代降水偏少113.4 mm，為明顯少雨期；20世紀70年代和90年代、21世紀00年代降水偏多；2010年以來降水變化劇烈，但整體年代降水偏少16.2 mm。季節分析發現春季和冬季降水增加，而夏季降水減少，秋季降水變化不明顯，研究結果與全國季節降水量的變化趨勢也有所差異。

小波分析發現濟寧市年氣溫和降水量均存在多時間尺度特征，且大尺度的周期變化嵌套著劇烈的小尺度周期震蕩。其中年氣溫呈現4～6、10、20、30年的變化周期，主周期為20年；年降水量呈現6、8、10、13～15、30年的震蕩周期，主周期為6年。從大尺度來看，2019年氣溫處在小波系數正值區，降水處在小波系數負值區，且周期曲線均未閉合，未來一定時間內濟寧市仍將氣溫偏高、降水偏少。

選取濟寧市范圍內11個氣象站點的長序列資料進行綜合分析，未考慮局地地形及小氣候的影響，研究結果具有一定局限性。今后將進一步結合海拔等地理因子，細化研究區域及時段，對區域性氣候變化特征進行深度分析。

參考文獻

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