廊坊市近50 a 四季初日及时间长度的变化

王亚明，李丹阳，石林芝，张召贤

（1.大城县气象局，河北 大城 065900；2.固安县气象局，河北 固安 065500）

气候变化对人类生存、社会经济发展有着极其深远的影响。目前，全球变暖已成为世界热点问题。IPCC 第5 次评估报告指出，1880～2012 年全球地表平均气温升高了约0.85 ℃[1]。20 世纪以来，全球变暖日益显著，导致温度以及大气环流等都出现不同程度的响应变化。观测数据表明[2]，近年来区域气候变化特别是温度的升高成为影响许多地区各种自然和生物系统的重要因素，如中高纬度地区生长期延长、树木提前开花等。由于气候增暖，20 世纪80 年代以后，欧洲许多物候现象发生了明显变化，春季动植物物候期提前，秋季物候期推迟，植物的生长季节延长[3，4]。葛全胜等[5]对过去40 a 中国气候与物候的变化进行研究，发现20 世纪80 年代以后东北、华北、西北、长江中下游地区以及云南南部春季物候期提前，西南地区东部、长江中游地区春季物候期推迟。张世轩[6]研究了近50 a 全球显著增暖情形下中国四季的时空演变特征，结果表明，气候增暖背景下中国大部分地区冬季持续时间明显缩短，夏季增加，秋季增加，春季持续时间增加。任妍等[7]分析了我国43 a 的四季起始日以及生长期的变化特征，发现全国大部分地区春季和夏季起始日提前，春季比夏季提前趋势更明显，秋季和冬季起始日推迟，秋季比冬季推迟的范围更大，且地域差异较大。很多学者对不同区域四季初日及长度变化特征进行了研究，发现不同区域的四季长度和起止时间均发生了不同程度的变化，且有地域差异[8～15]。气候变暖的一个显著效应将会使一些地区的四季起止时间和长度发生改变，进而对植物等的生长物候期产生作用，并且对人们的生活和社会经济发展有着直接的影响，且在不同地域呈现出一定的差异。因此，研究在全球气候变暖背景下，四季的变化特征有非常重要的意义。

1 材料与方法

1.1 数据资料

气温数据来源于河北省廊坊市9 个国家气象观测站1969～2018 年A 文件。

1.2 研究方法

1.2.1 确定季节初日 依据候温法[16]分别计算出廊坊市9 个观测站的四季初日，将候平均温度（连续5 a气温的平均） 稳定降到10 ℃以下作为冬季初日，从10 ℃以下稳定上升到10 ℃以上时作为春季初日，稳定上升到22 ℃以上作为夏季初日，从22 ℃以上稳定降到22 ℃以下时作为秋季初日。

1.2.2 构建模型 采用线性回归算法定量描述4 个季节的长度，并利用Mann-Kendall 检验对时间序列进行突变分析。Mann-Kendall 检验法是时间序列数据趋势检验中使用广泛的非参数检验方法，该方法不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，适用于水文、气象等非正态分布的数据[17]。

2 结果与分析

2.1 9 个气象观测站空间变化规律

通过汇总9 个气象观测站数据（表1） 显示，廊坊市春季初日北部地区（三河、大厂、香河） 和南部地区（霸州、文安、大城） 最大相差3 d，夏季初日北部地区和南部地区最大相差6 d，秋季初日北部地区和南部地区最大相差4 d，冬季初日北部地区与南部地区最大相差3 d。廊坊市气候空间差异较明显，春夏两季初日从北到南基本呈渐早趋势，秋冬两季初日从北到南基本呈渐晚趋势，这与气温的地域变化特征[18]一致。

表1 9 个观测站1969～2018 年四季的平均初日 （月-日）Table 1 The average beginning days of four seasons of 9 national meteorological stations from 1969 to 2018

2.2 9 个气象观测站四季初日和长度年际变化

2.2.1 廊坊市春季初日、长度变化分析 廊坊市近50 a 春季初日呈提早趋势，平均速率为2.3 d/10 a，并通过了0.01 显著性检验；春季初日最早日期为3 月18 日（2002 年和2014 年），最晚日期为4 月20 日（2010 年），平均日期为4 月1 日。廊坊市春季长度变化不明显，总体呈缩短趋势，平均速率为1 d/10 a；春季持续时间最长为74 d（1969 年和1973 年），最短为30 d（2010 年），平均值为56 d（图1）。

2.2.2 廊坊市入夏初日和长度变化分析 廊坊市近50 a夏季初日呈明显提早趋势，平均速率为3.4 d/10 a，并通过了0.01 显著性检验；夏季初日最早日期为5月10日（2007 和2009 年），最晚为6 月19 日（1969年），平均日期为5 月17 日。夏季持续时间呈明显延长趋势，平均速率为4.3 d/10 a，并通过了0.01 显著性检验；夏季持续时间最长为130 d（2007 年），最短为80 d（1978 年），平均值为103 d（图2）。

2.2.3 廊坊市入秋初日和长度变化分析 廊坊市近50 a秋季初日呈延迟趋势，平均变化速率为0.9 d/10 a；最早秋季初日为8 月20 日（1976 年），最迟为9 月21日（2008 年），平均日期为9 月15 日。秋季持续时间呈缩短趋势，平均速率为0.05 d/10 a；秋季持续时间最长为71 d（1979 年），最短为38 d（1986 年），平均长度为53 d（图3）。

2.2.4 廊坊市入冬初日和长度变化分析 廊坊市近50 a冬季初日呈推迟趋势，平均变化速率为0.8 d/10 a；最早冬季初日为10 月17 日（1986 年），最晚为11 月11 日（1995 年），平均入冬日期为10 月29 日。冬季持续时间明显缩短，平均速率为3.2 d/10 a，并通过了0.01 显著性检验；冬季持续时间最长为176 d（1980年），最短为134 d（2014 年），平均长度为153 d（图4）。

综上所述，1969～2018 年廊坊市多年平均春夏秋冬4 个季节长度占比分别为15.3%、28.3%、14.4%和41.9%，冬季持续时间最长，约为春季和秋季持续时间的3 倍；夏季初日提早和持续时间延长趋势明显，由此也引起了春、冬两季持续时间缩短，说明在全球气候变暖的大背景下，对夏季影响最为明显，冬季次之，春秋季变化较平稳。

2.3 廊坊市四季长度突变分析

通过分析1969～2018 年廊坊市四季长度的M-K曲线显示，春季长度总体变化不明显，无明显突变年份（图5）。夏季长度在1971 年以后呈增加趋势，且在20 世纪90 年代多次突变，1990～1995 年、2001～2003 年和2006 年以后为突变的时间区域；夏季长度增加明显，均超过了0.05 置信度（图6）。秋季长度多年变化平稳，没有发生突变的时间点（图7）。冬季长度呈现逐渐减少趋势，且在20 世纪90 年代附近发生突变，由波动变化转变为极速减少（图8）。

2.4 气温与四季长度的相关分析

近50 a，通过对廊坊市年平均气温、平均最高气温、平均最低气温与四季长度的相关系数（表2） 分析可知，夏季长度与平均气温和平均最高气温呈显著正相关，冬季长度与平均气温和平均最低气温呈显著负相关，秋季长度与平均最低气温呈显著正相关。按线性趋势进行估算，平均气温每升高0.1 ℃，夏季长度延长1.2 d，冬季长度缩短0.9 d，验证了在全球变暖的大背景下，对夏季影响最为明显，冬季长度次之。

表2 1969～2018 年廊坊市气温与四季长度相关系数Table 2 Correlation coefficient between temperature and four seasons length in Langfang City from 1969 to 2018

3 结论与讨论

通过应用趋势分析、相关系数检验、Mann-Kendall 检验等方法，对廊坊市近50 a 的四季初日和长度进行分析，得到以下结论：

（1） 廊坊市春、夏两季初日从北到南基本呈渐早趋势；秋、冬两季初日从北到南基本呈渐晚趋势。这与气温的地域变化特征一致。

（2） 1969～2018 年廊坊市春夏秋冬4 个季节的平均初日分别为4 月1 日、5 月17 日、9 月15 日、10月29日，入春初日呈提早趋势（平均速率为2.3 d/10 a）；入夏初日呈明显提早趋势（平均速率为3.4 d/10 a）；秋季初日无明显变化；入冬初日略有推迟趋势（平均速率为0.8 d/10 a）。

（3） 1969～2018 年，廊坊市春夏秋冬4 个季节的平均长度为56 d、103 d、53 d、153 d，冬季长度分别为春季、秋季的2.7 倍和2.9 倍。四季长度变化特征为春季缩短（平均速率为1 d/10 a）；夏季明显延长（平均速率为4.3 d/10 a）；秋季无明显变化；冬季明显缩短（平均速率为3.2 d/10 a）。夏季和冬季长度均在20 世纪90 年代发生突变，夏季长度突变超过0.05 置信度。

（4） 夏季长度与平均气温、平均最高气温呈显著正相关，冬季长度与平均气温、平均最低气温呈显著负相关，秋季长度与平均最低气温呈显著正相关。平均气温每升高0.1 ℃，夏季长度延长1.2 d，冬季长度缩短0.9 d。

廊坊市春季的提前，意味着大田作物物候期的提前，小麦提前了返青期，促使小麦生长发育更好，茎秆粗壮，但是入春越早，越可能出现“倒春寒”；入夏的提前，有利于瓜果成熟，提前开启夏季经济模式。由此可见，四季初日及长度变化对农业结构产生一定的影响，因此遵循气候季节变化规律，适当调整农业结构，合理利用气候资源趋利避害，是实现作物增产增收的保证。