67年来济南最高和最低气温变化特征

王金霞

(山东省济南市气象局，山东济南 250000)

气候变暖已引起了各国科学家和政府的高度关注。政府间气候变化专门委员会第五次IPCC评估报告指出，最近的3个10年比1850年以来其他任何10年都更温暖；1983—2012年很有可能是北半球过去1 400年来最热的30年；全球几乎所有地区都经历了升温过程，1880—2012年全球表面平均升温达0.85 ℃，2003—2012年的平均温度比1850—1990年平均温度升高了0.78 ℃[1]。研究指出，我国气候变暖在冬季更加明显[2-5]，在20世纪80年代气温有变暖突变[6-9]，自20世纪60、70年代以来出现严冬的机会减少[3-5，10]。笔者根据济南1951—2017年逐日气温观测资料，分析了济南最高、最低气温的变化规律，为合理利用和开发气候资源、有效地指导农业生产提供参考。

1 资料与方法

1.1数据来源与处理选取济南站1951—2017年逐日最高、最低气温数据，该站为国家气象观测站基本气象站，数据具有完整性和可靠性。将每年12个月的月气温的平均值作为当年的年平均气温；取4、7、10、1月作为春、夏、秋、冬四季。对其中缺测或错误数据进行插补。

1.2分析方法分析年际与春夏秋冬四季的最高、最低气温随年份的变化趋势，用这些数据建立气温与年份的一元回归方程：

Y=a+bt

(1)

其中，Y为气象要素，t为年份序号(t取1～67)；b为气温变化率，a、b用最小二乘法求出。当b>0时，表示气象要素Y随时间t的增加呈上升趋势；当b<0时，表示气象要素Y随时间t的增加呈下降趋势；利用5年滑动平均分析气象要素随时间变化更为直观。

用累积距平法分析气象要素的长期变化趋势。通过对累积距平曲线的观察，可以看出要素变化的阶段性，并对要素变化进行突变分析。对时间序列的Xi，其某一时间的累积距平表示为：

(2)

2 结果与分析

2.1年最高、最低气温变化特征分析由图1a可知，1951—2017年济南年最高气温变化是围绕平均值19.6 ℃振荡，最高值是2017年的20.8 ℃，从一元线性方程可以看出，67年来最高气温呈上升趋势，增温率是0.080 ℃/10 a(R2=0.061 2)，增温趋势明显，5年滑动平均值近几年出现明显的上升趋势。由图1 b可知，1951—2017年济南年最低气温总体呈上升趋势，增温率为0.288 ℃/10 a，增温趋势较为显著(R2=0.511 0)；67年来最低气温也一直呈上升趋势，20世纪80年代中期跃过多年平均值；1987—1999年年最低气温一直高于67年的平均值，1998年达到最大值12.1 ℃，这是厄尔尼诺事件对气候变暖的影响。厄尔尼诺事件后进入21世纪最低气温趋于平缓，近2年又出现显著增加趋势。从5年滑动平均来看，最高、最低气温在最近几年都有显著升高。

2.2四季最高、最低气温变化特征

2.2.1春季。由图2a可知，近67年来济南春季最高、最低气温都是随时间推移而增加，增温率分别是0.146、0.371 ℃/10 a，R2分别为0.034 8和0.237 3，春季最高温度增温不明显，而最低温度增温趋势较为显著。春季最高气温在20世纪50—60年代波动较大，随后变化比较平稳；春季最低气温一直处于缓慢上升状态。20世纪80年代—2008年最高气温和最低气温都处于一个较高水平，前期和近几年变化波动加大。

图1 1951—2017年济南最高(a)和最低(b)气温变化Fig.1 Change of highest(a)and lowest(b)temperature in Jinan from 1951 to 2017

图2 1951—2017年济南春季(a)、夏季(b)、秋季(c)和冬季(d)最高和最低气温变化Fig.2 Highest and lowest temperature changes in spring(a)，summer(b)，autumn(c)and winter(d)in Jinan from 1951 to 2017

2.2.2夏季。由图2b可知，夏季最高气温的高值出现在20世纪50—60年代和90年代—2008年，70—80年代相对偏低，整体趋势是有所下降，趋势率为-0.047 ℃/10 a。夏季最低气温变化较为平缓，趋势率为0.082 ℃/10 a；20世纪90年代—2008年波动较为明显，高值和低值均出现在这个时段。总的来说，夏季最高气温和最低气温变化都较小，最高气温表现为不明显的降温趋势，最低气温表现为不明显的升温趋势，两者的信度都较低，分别为0.007 0和0.026 0(可信度均小于0.05)。

2.2.3秋季。从图2c可以看出，秋季最高气温变化比较平缓，以0.017 ℃/10 a的速率缓慢上升，67年仅上升0.11 ℃，可信度仅为0.000 5，基本上可以说秋季的最高气温没有变化，但是年际间波动较明显，如2006和2007年的年最高气温差达5.7 ℃。秋季最低气温升温倾向率为0.295 ℃/10 a，有资料记录以来均呈上升趋势，80年代以后，仅2002—2008年低于平均值外，其他年份都在平均值以上，67年最低气温增加了2 ℃。

2.2.4冬季。从图2d可看出，冬季是气温变化最为明显的季节，最高气温变化倾向率为0.153 ℃/10 a，是四季最高气温升速最大的，年际间波动较大，没有明显的阶段性，但是信度较低，仅为0.032 0。冬季的最低气温对气候变暖贡献最大，趋势增温率达0.420 ℃/10 a，67年冬季最低气温增加了近3 ℃，特别是1985—2000年冬季最低气温持续偏高。冬季最低气温在整个上升趋势中，2001—2011年略有下滑，近几年又明显回升。

2.3最高、最低气温年代际变化特征从表1可以看出，20世纪50、60年代和2001—2010年济南最高气温年平均变化速率是负值，这3个年代最高气温有下降趋势。20世纪70—90年代和2011—2017年济南最高气温年平均变化速率是正值，最高气温有上升趋势，特别是2011—2017年变率为0.204 ℃/10 a，增温较为明显。

表11951—2017年济南各年代最高气温变化率

Table 1 Change rate of the highest temperature in Jinan from 1951 to 2017℃/10 a

由表2 可知，7个年代际的最低气温年平均变化率仅20世纪60年代为负值，为-0.055 ℃/10 a，说明这个年代的最低气温略有下降；其他几个年代的变率均为正值，尤其是20世纪50年代和2011—2017年的变率分别为0.204和0.218 ℃/10 a，这2个年代的最低气温增温明显。从年代看，20世纪50年代四季最低气温的变率均为正值，春季幅度较大。从季节上看，秋季各年代最低气温增温最为明显，除2011—2017年变率为-0.089 ℃/10 a外，前6个年代的变率均为正值。

3 小结

(1)67年济南地区气温总体呈上升趋势，最高气温上升了0.5 ℃，增温率为0.080 ℃/10 a；最低气温上升了1.9 ℃，升温率为0.288 ℃/10 a，最低气温升温明显，对气候变暖贡献较大。

(2)济南不同季节的气温变化基本都是增暖趋势，除夏季最高气温略有下降趋势外，其他各季的最高气温和四季的最低气温都是上升趋势。

表21951—2017年济南各年代最低气温变化率

Table 2 Change rate of the lowest temperature in Jinan from 1951 to 2017℃/10 a

(3)从年代际来看，济南最高气温仅20世纪50—60年代和90年代略有下降，其他年代都是增加趋势，近几年增温明显，2011年以来增温率0.204 ℃/10 a。最低气温仅60年代为负值。