东营市气温和降水历史特征分析及预测

孙 超，张 宇，袁鹏杰

（1.东营市水文局，山东 东营257000；2.北京师范大学水科学研究院，北京100875）

东营市土地总面积7 923 km2，属暖温带大陆性季风气候，降水主要集中在6～9月，冬寒夏热，四季分明。境内南北气候差异不明显，多年平均气温13.2℃，多年平均降水量555.0 mm，降水量年际变化大。黄河、小清河及支脉河是东营市境内最大的3条河流，全市主要供水水源为引黄客水、地下水。由于东营市特殊的自然地理环境，其受气候变化的影响较大。

1 数据来源

本研究所用历史实测资料数据来自东营市水文局、东营市气象局历史资料库。气温数据选取东营市年平均气温。降水数据选取东营市的王营、石村、史口、西刘桥、友林、永安镇、汀河、刁口、义和、新户、同兴11个国家基本雨量观测站的雨量数据，通过泰森多边形法计算东营市平均面雨量。所选数据起止时间为1956—2019年。

为了预估东营市未来气候变化，本文参考IPCC发布的CMIP5全球气候耦合模式模拟地表温度数据（https://esgf-node.llnl.gov/search/cmip5/），采用MIROC-ESM-CHEM气候模式，未来情景预估时段选择2020—2100年。本文分别对3种排放情景（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）下东营市未来气温变化进行了计算分析。由于CMIP5对小尺度降水的模拟不够准确[1]，本文结合气温变化对东营市未来降水进行定性分析，暂时不做定量计算。

2 研究方法

2.1 距平法

1）降水距平百分比Pa反映了某一时段降水与同期平均状态的偏离程度。根据《气象干旱等级》实际情况划分干旱等级。根据山东省评价洪涝指标的实际情况划分洪涝等级。

2）气温距平△T反映了某一时段平均气温与气候平均值的偏离程度。根据《气温评价等级》实际情况划分气温等级，见表1。

2.2 滑动平均法

滑动平均法是将非平稳的数据在小区间上视为接近平稳，计算局部的平均，从而减小随机起伏误差[2]。本文采用5年滑动平均，对年平均气温和年降水量时间序列进行平滑处理。

2.3 线性回归法

线性回归是最常用的回归方法。对滑动平均曲线进行线性回归拟合，将回归曲线作为变化趋势线，直观的展现气温和降水序列的变化趋势。

表1 气温距平（△T）气温等级

2.4 M-K趋势及突变检验

Manner-Kendall（M-K）非参数检验法常用于分析气温、降水、径流等要素时间序列的趋势变化。其优势在于不需要序列服从特定的分布，且不受少数异常值的影响[3]。借助R语言对气温和降水序列进行M-K趋势和突变检验，通过P值判断是否存在显著趋势和显著突变，P<0.05在统计学上认为是显著的。

3 结果与分析

3.1 历史分析

1）气温和降水历史特征。根据1956—2019年实测气温数据，计算得多年平均气温为13.2℃。年平均气温变化较大，由图1可知，正距平年与负距平年年数大致相等，20世纪90年代开始多为正距平年。年平均温度最大值出现在2019年，为14.5℃，最小值出现在1956年，为11.6℃。其中有7年气温属于明显偏高，大部分位于近5年。

图1 东营市1956—2019年气温距平图

根据东营市1956—2019年实测降水数据，计算得多年平均降水量为555.0 mm。东营市降水年际分布不均，丰水年和枯水年常交替出现，由图2可知，正距平年与负距平年年数大致相等，其中2002年为特旱年，1964年、1990年、2018年为特涝年。年降水量最大值发生在1964年，为990.7 mm，年降水量最小值发生在2002年，为295.4 mm，可见降水量年际间差异非常大。

2）气温和降水变化趋势。通过M-K趋势及突变检验，以P<0.05作为判断标准，趋势检验和突变检验气温P值分别为：7.384×10-11和6.173×10-8；降水P值分别为0.768和0.421。结果表明，东营市气温存在显著变化趋势且存在显著突变点，在1988年发生显著突变。降水不存在显著变化趋势且不存在显著突变点。

图2 东营市1956—2019年降水量距平百分率图

根据资料分析，东营市历史气温呈波动上升状态。气温在1988年前后变化趋势有明显不同。1988年及以后气温趋势线分布于常年值以上，1988年以前气温趋势线分布于常年值以下。1956—2019年期间年降水量略有减少趋势，但总体上没有明显变化趋势，趋势线与常年值基本重合，详见图3。资料分析表明，1988年前后气温分布明显不同，1988年前多年平均温度为12.7℃，1988年后多年平均温度为13.8℃，且更容易出现极热天气。这充分说明东营市存在气温升高的现象。

图3 年降水量变化特征曲线

3.2 未来预估

参考CMIP5的公开数据，图4给出了3种排放情景下东营市未来的气温预估值与变化趋势，可以明显看出气温均存在上升趋势。RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5排放情景下，东营市2020—2100年多年平均气温分别为15.5℃、15.9℃、17.8℃，相比1956—2019年明显偏高。

图4 2020—2100年东营市气温预测

最新的IPCC第六次评估报告设计了21世纪全球1.5℃增温的控制目标。本世纪气温大概率会继续升高，这将给东营市的多项工作带来新的挑战。气温升高会对降水产生一系列影响，已有研究表明极端降水对增温有较强响应[4]。本文预测东营市未来年降水总量变化不大，但极端强降水会有所增加，洪涝与干旱的频率将有所上升。东营市历史上就属于洪旱灾害易发的地区，气候变暖会给水资源管理带来更多的挑战。

东营市未来气温升高不仅对降水产生影响，也将引发生态环境等一系列问题。东营市位于黄河入海口，受海水倒灌的影响，有大面积的盐碱地，本身对农业发展极其不利，如果气温继续升高，带来海平面升高，蒸发加剧，进一步加重土地的盐碱化程度，给生态环境带来危害。此外东营市有一些化工厂、炼油厂，排放污染物，气温升高会对水资源分解污染物的能力产生一定的影响。