1973—2022年山东省气候变化特征.pdf

第4 0卷第4期2 0 2 3年8月河 北 省 科 学 院 学 报J o u r n a l o f t h e H e b e i A c a d e m y o f S c i e n c e sV o l.4 0 N o.4A u g.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 3-0 2-2 7基金项目:国家自然科学基金(4 1 8 7 1 0 9 8,4 1 6 7 1 0 9 4)作者简介:尹海姣(2 0 0 0),女,山东泰安人,硕士研究生,主要研究方向为区域环境演变.通信作者:张振卿(1 9 8 0),男,河北邯郸人,博士,研究员,主要研究方向为生态环境演化.文章编号:1 0 0 1-9 3 8 3(2 0 2 3)0 4-0 0 4 7-0 81 9 7 32 0 2 2年山东省气候变化特征尹海姣1,张振卿2,王 伟3(1.天津师范大学地理与环境科学学院,天津 3 0 0 3 8 7;2.天津师范大学京津冀生态文明发展研究院,天津 3 0 0 3 8 7;3.中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津 3 0 0 2 2 2)摘 要:为揭示山东省近5 0年气候时空变化特征,本文基于2 7个气象站1 9 7 32 0 2 2年的日级分辨率气象数据,利用滑动平均、累计距平法、M-K检验定量分析了气温降水历史变化规律和突变性,利用相关性分析和主成分分析讨论各要素对气候变化的影响,并通过小波分析揭示了不同时间尺度下的周期性。结果表明:1 9 7 32 0 2 2年山东省年均温变化呈波动上升趋势,年降水量变化总体波动剧烈,突变发生于2 0 0 3年。冬、春两季增温明显,夏、秋两季降水不稳定,易发生洪涝灾害。海拔高度与气候存在较强相关性,地理位置相近的地区气候特征相似。在3 1年时间尺度下,气温存在显著的周期性特征,气温变化的周期约为2 0年;在2 9年时间尺度下,降水变化最显著周期约为1 8年。关键词:气候;变化规律;周期性分析中图分类号:P 4 6 8 文献标识码:AC h a r a c t e r i s t i c s o f c l i m a t i c v a r i a t i o n i n S h a n d o n g P r o v i n c e f r o m 1 9 7 3 t o 2 0 2 2Y I N H a i j i a o1,Z H A N G Z h e n q i n g2,WA N G W e i3(1.S c h o o l o f G e o g r a p h i c a n d E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s,T i a n j i n N o r m a l U n i v e r s i t y,T i a n j i n 3 0 0 3 8 7,C h i n a;2.A c a d e m y o f E c o-c i v i l i z a t i o n D e v e l o p m e n t f o r J i n g-J i n-J i M e g a l o p o l i s,T i a n j i n N o r m a l U n i v e r s i t y,T i a n j i n 3 0 0 3 8 7,C h i n a;3.C h i n a W a t e r R e s o u r c e s B e i f a n g I n v e s t i g a t i o n,D e s i g n a n d R e s e a r c h C o.L t d.,T i a n j i n 3 0 0 2 2 2,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o i d e n t i f y t h e s p a t i a l a n d t e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f c l i m a t i c v a r i a t i o n i n S h a n d o n g P r o v i n c e i n t h e p a s t 5 0 y e a r s,w i t h t h e d a i l y-r e s o l u t i o n m e t e o r o l o g i c a l d a t a o f 2 7 w e a t h e r s t a t i o n s f r o m 1 9 7 3 t o 2 0 2 2,m e t h o d s o f s l i d i n g a v e r a g e,c u m u l a t i v e d i s t a n c e l e v e l i n g a n d M-K t e s t a r e e m p l o y e d t o q u a n t i t a t i v e l y a n a l y z e t h e h i s t o r i c a l v a r i a t i o n s a n d a b r u p t c h a n g e s i n t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n.T h e i m p a c t o f e a c h f a c t o r o n c l i m a t e c h a n g e i s d i s c u s s e d b y u s i n g c o r r e l a t i o n a n a l y s i s a n d p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s,a n d t h e p e r i o d i c i t y a t d i f f e r e n t t i m e s c a l e s i s r e v e a l e d b y w a v e l e t a n a l y s i s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t:t h e a n n u a l a v e r a g e t e m p e r a t u r e c h a n g e i n S h a n d o n g P r o v i n c e s h o w e d a f l u c t u a t i n g u p w a r d t r e n d f r o m 1 9 7 3 t o 2 0 2 2.T h e o v e r a l l c h a n g e i n a n n u a l p r e c i p i t a t i o n f l u c t u a t e d s h a r p l y,w i t h s u d d e n c h a n g e s 河北省科学院学报2 0 2 3年第4 0卷o c c u r r i n g i n 2 0 0 3.T h e w a r m i n g i n w i n t e r a n d s p r i n g i s m o r e o b v i o u s.T h e p r e c i p i t a t i o n i n s u mm e r a n d a u t u m n i s u n s t a b l e a n d p r o n e t o f l o o d d i s a s t e r s.T h e r e i s a s t r o n g c o r r e l a t i o n b e t w e e n a l t i t u d e a n d c l i m a t e,a n d t h e c l i m a t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f g e o g r a p h i c a l l y s i m i l a r r e g i o n s a r e s i m i l a r.U n d e r t h e 3 1-y e a r t i m e s c a l e,t h e r e a r e s i g n i f i c a n t c y c l i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t e m p e r a t u r e,a n d t h e c y c l e o f t e m p e r a t u r e c h a n g e i s a b o u t 2 0 y e a r s.U n d e r t h e 2 9-y e a r t i m e s c a l e,t h e m o s t s i g n i f i c a n t p e r i o d o f p r e c i p i t a t i o n c h a n g e i s a b o u t 1 8 y e a r s.K e y w o r d s:C l i m a t e;T h e l a w o f c h a n g e;P e r i o d i c a n a l y s i s0 引言全球气候变化波及大气圈、水圈、冰冻圈和生物圈,影响着地表环境和生态系统演化1,是当前广泛关注的热点问题。I P C C第六次评估报告指出,近几十年地球表面平均温度比1 9世纪末高出1.1,同时还伴随着日益频发的寒潮、热浪、洪水等极端气候事件2-4。此外,一些气候模拟研究也表明未来全球持续变暖将导致极端气候事件进一步频发,并对人类社会和经济发展造成更严峻威胁5。因此,为准确预测气候变化趋势及其影响,亟待深入了解气候变化特征与规律。研究表明,近几十年以来,我国年均温总体上呈上升趋势,年降水量整体呈下降趋势,其中以华北、西北和东北地区的干旱化趋势为主6。位于华北地区的山东省人口稠密,且作为当地支柱产业之一的农业与气候条件关系密切7,8,因此气候变化是影响当地民众生活和社会经济发展重要因素之一。近年来,国内学者对该区域气候变化开展了一些研究,多数结论显示随着全球变暖山东省年均温也呈现不断升高趋势,且伴随着年降雨量的突变性不断增强,受气候变化影响下的区域经济和环境也遭受了严重损失9-1 2。此外,近几十年来山东省不同地区年均温虽都在全球变暖影响下显著升高1 3-1 5,但不同地区气温和降水变化幅度,以及极端降水强度和频率1 6,也呈现显著空间差异1 7-1 9。上述研究分别从不同角度揭示了山东省不同地区在不同时段气温降水变化、极端降水过程,因此本文从时间维度分析山东省气温和降水的周期性和突变性演变规律,以期在当前全球变化日益加剧条件下科学预测未来气候变化和指导社会可持续发展提供科学理论依据。1 研究区概况山东省处于我国华北地区,位于第三级阶梯,地形复杂,平均海拔约为4 0 m,基本地貌类型都有分布,以丘陵 和 平 原 地 形 为 主,山 东 境 内 海 拔 最 高 处 为 泰 山,高 达1 5 3 2.7 m。山 东 在3 4 2 2.9 N3 8 2 4.0 1 N,1 1 4 4 7.5 E1 2 2 4 2.3 E之间,东西跨度7 2 1.0 3 k m,南北跨度4 3 7.2 8 k m,全省陆域面积1 5.5 8万k m2。当地气候属于暖温带季风气候,夏季盛行偏南风,炎热多雨,冬季多偏北风,寒冷干燥;春季天气多变,干旱少雨;秋季天气晴爽,冷暖适中。山东省东部深入渤海、黄海的区域属于湿润区,西部陆地属于半湿润区。2 数据来源气象数据下载于美国国家海洋和大气管理局网站(NOAA,h t t p s:/www.n c e i.n