近50年庆阳市气候变化特征分析

周忠文 张天锋 张谋草 刘英 薛璟轩 张俊林 张红妮 韩博

摘要：以全球變暖为主要特征的气候变化已成为当今世界重要的环境问题，庆阳市是全球气候变化敏感的区域之一。为了探索环保新模式、推动人与自然和谐发展。利用庆阳市8个气象观测站1971 — 2020年连续50 a的气象资料，采用气候倾向率、累积距平、回归分析等方法，分析了庆阳市气候变化基本特征。结果表明，50年内庆阳市年平均气温呈上升趋势，平均升高速率为0.32 ℃/10 a，变暖幅度高于全球和全国平均水平;各季均增温明显，其中春季、冬季升温幅度最大，夏季、秋季升温幅度较小。年平均降水量呈波动增加趋势，平均增加速率为14.5 mm/10 a;各季变化趋势不一，夏季、秋季、冬季呈增加趋势，春季呈减少趋势。日照时数呈减少趋势，平均减少速率为24.6 h /10 a;春季为增加趋势，夏季、秋季、冬季为减少趋势，日照时数的季节变化与降水的季节变化呈显著负相关。整体气候由寒旱向暖湿转化，极端天气气候事件趋多趋强，与西北地区的气候变化趋势一致。

关键词：庆阳市;气候变化;特征分析

中图分类号：P423              文献标志码：A              文章编号：1001-1463（2022）09-0045-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.09.011

Study on Analysis of the Climate Change Characteristics in Qingyang over the Past 50 Years

ZHOU Zhongwen 1， ZHANG Tianfeng 1， ZHANG Moucao 1， LIU Ying 1， XUE Jingxuan 1， ZHANG Junlin 1，ZHANG Hongni 1， HAN Bo 2

（1. Qingyang Meteorological Bureau of Gansu Province， Qingyang Gansu 745000， China; 2. Heshui Meteorological Bureau， Heshui Gansu 745300， China）

Abstract： Global warming as the main characteristics of the climate change has become a crucial environmental problem worldwide， Qingyang is one of the regions sensitive to global climate change. To explore a new model of environmental protection and to promote the harmonious development of man and nature， meteorological data of 8 meteorological observatories from 1971 to 2020 for 50 years were used in this study， climate trend rate， cumulative anomaly， regression analysis and other methods were applied to analyze the basic characteristics of climate change in Qingyang City. The results showed that the annual mean temperature in Qingyang has been increasing over the past 50 years with an increase rate of 0.32 ℃ every 10 years， which was higher than the global and national average. The temperature increase in each season was obvious， and the temperature rise in spring and winter was the highest， while the temperature rise in summer and autumn was less. The annual mean precipitation increased by 14.5 mm every 10 years. The seasonal variation trend was different and showed increase in summer， autumn and winter and decrease in spring， the sunshine duration decreased by 24.6 hours every 10 years， an increasing trend in spring， and a decreasing trend in summer， autumn and winter were detected. The seasonal variation of sunshine duration was also negatively correlated with that of precipitation （P <  0.05）. The overall climate changed from cold and drought to warm and wet， and extreme weather and climate events became more and more intense， which was consistent with the trend of climate change in northwest area.

Key words： Qingyang; Climate change; Characteristic analysis

气候变化已成为目前地球科学领域的热点问题。气候变化是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（通常为30年或更长）的气候变动，主要指气温的升高与降低，降水的增加与减少，极端天气和气候事件的增多与减少及其变化速率等。诸多研究人员已使用不同方法开展研究，揭露了气候变暖的事实[1 - 12 ];赵月兰等[13 ]、杨建明等[14 ]对甘肃境内近年气候演变特征进行过分析。甘肃省东部俗称陇东，地形为黄土高原残塬沟壑区，深居内陆，远离海洋，降水总量少，是我国西北半湿润气候和半干旱气候的分界岭，具有明显的生态过渡带环境特征，是一个气候资源相对贫乏的旱作雨养农业区。地处陇东的庆阳市气候如何变化，是当地社会各界普遍关心的问题，直接关系自然災害防御、生态环境保护、农业生产和经济发展等重大社会问题。分析庆阳市的气候变化特征，并对其影响进行评估，对探索环保新模式、推动人与自然和谐发展，促进区域经济社会发展具有重要的意义。

1   资料及方法

1.1   资料来源

选取庆阳市8个气象观测站1971 — 2020年的温度、降水量、日照时数、蒸发量等气象数据作为气候指标，分析50年以来庆阳市气候变化特征。

1.2   研究区概况

庆阳市位于甘肃省最东部，陕甘宁三省区的交汇处，系黄河中下游黄土高原沟壑区，北邻毛乌苏沙漠，西靠六盘山，东接子午岭，习称“陇东”，素有“陇东粮仓”之称。全市总土地面积约27万km2，辖1区7县116个乡镇，总人口268万。庆阳市地处季风边缘地带的大陆腹部，受季风影响明显，属大陆性北温带半湿润半干旱气候过渡区，北部环县、华池、庆城三县属半干旱气候区域，其余县区属半湿润气候区域。庆阳全域属旱作雨养农业区，农业生产基本上“靠天吃饭”。庆阳市地势北高南低，海拔885～2 082 m，地势落差极大，且山、川、塬兼有，沟、峁、梁相间，地形复杂，坡地极多，土质疏松，植被稀少，建筑物防雨能力差，抗暴洪能力极差，是气候变化敏感区和生态环境脆弱区。

庆阳市8县区地处34° 43′～36° 34′ N，107°13′～108° 24′ E，有2个国家基本气象站和6个一般气象站（表1），海拔1 093.7～1 481.9 m。1971 —2020年平均气温8.6～10.0 ℃，气候温凉，冬季寒冷而漫长，夏季温热而短促，春季升温快，秋季降温迅速，昼夜温差大。极端最高气温35.5～39.9 ℃，极端最低气温-27.1～-19.7 ℃，无霜期143～163 d。各县区年均日照时数2 310.0～2 556.7 h，日照充足，光能资源丰富。各县区年降水量427.8～630.5 mm，年蒸发量1 348.9～1 614.5 mm，为年降水量的2～3倍，气候干燥。降水时空分布不均，大致从东南向西北递减，地域差异明显。降水年际波动大，季节分配不均，4 — 9月集中了年降水量的80%以上，雨热同季，光、温、水匹配基本合理，在作物生长季内有利于农业气候资源的综合利用。

1.3   研究方法

1.3.1    气候倾向率法    各类气象要素的变化趋势采用气候倾向率表征，用一元线性回归函数表示，即：

Y=a+bt

式中，Y 为气象要素，a 为回归常数，t 为时间变量，定义 b1=b×10 表示为气象要素每 10 a的气候倾向率。

1.3.2    累积距平法    距平表示气候要素值与多年平均值的偏差，是一种常用的，用曲线直观判断变化趋势及突变时间的方法[15 ]。

1.3.3    回归分析法    利用统计回归方法建立各气象要素与各类灾害之间的线性相关性，并进行显著性分析。

1.4   数据分析

数据采用Excel软件和函数计算进行整理分析。

2   结果与分析

2.1   气温变化趋势

由图1可见，庆阳市近50年年平均气温为9.4 ℃，最高值出现在2006年，为10.6 ℃，比常年（1981 — 2020年，下同）高1.2 ℃;最低值出现在1984年，为8.0 ℃，比常年低1.4 ℃;1997年以后升温更为明显。

由各季平均气温变化曲线（图1）可知，各季均增温明显。其中春季、冬季升温幅度最大，上升速率为0.44 ℃/10 a和0.40 ℃/10 a;夏季、秋季升温幅度较小，上升速率为0.19 ℃/10 a和0.21 ℃/10 a。

年平均气温近50年呈上升趋势，平均升高速率为0.32 ℃/10 a，高于同期全球（0.12 ℃/10 a）和全国（0.23 ℃/10 a）平均水平[16 - 17 ]。从各年代年平均气温变化（表2）来看，20世纪70、80年代偏低，20世纪90年代正常，进入21世纪后偏高。

2.2   降水量变化趋势

由图2可见，庆阳市近50年年平均降水量为527.4 mm，最大值出现在2003年，为743.3 mm，比常年多45%;最小值出现在1997年，为362.9 mm，比常年少29%。

由各季平均降水变化曲线（图2）看，各季变化趋势不一。夏季、秋季、冬季呈增加趋势，增加速率为7.08、7.06、0.73 mm/10 a;春季呈减少趋势，减少速率为0.25 mm/10 a。

年平均降水量50年来呈波动增加趋势，增加速率为14.50 mm/10 a。由各年代年平均降水变化（表3）来看，年际波动幅度增大，年平均降水量以2020年后最多，为581.9 mm;其次是20世纪80年代，为543.0 mm;20世纪90年代最少，为481.6 mm。

2.3   日照时数变化趋势

采用庆阳市8个气象站1971 — 2021年的年平均日照时数，绘制了全市年平均日照时数演变曲线（图3）。由图3可见，50年以来年平均日照时数为2 395.4 h，最多值出现在1995年，为2 630.0 h，比常年偏多9%;最少值出现在1989年，为    2 042.5 h，比常年偏少15%。

由各季平均日照时数变化曲线看，春季为增加趋势，增加速率为7.77 h/10 a;夏季、秋季、冬季为减少趋势，减少率为15.9、17.6、0.8 h/10 a，由此可見，日照时数的季节变化与降水的季节变化呈显著负相关。由于秋季连阴雨增多，所以日照时数减少比较明显。

年平均日照时数50年呈减少趋势，线性减少速率为24.6 h/10 a，这主要是由于降水增加、降雨日数增多引起的。由各年代年平均日照变化看（表4），20世纪70年代、20世纪90年代偏多，20世纪80年代和2020年以后较少，与降水变化趋势呈显著负相关。但由于气温升高，可利用光照资源呈增加趋势。

2.4   极端气候变化趋势

总的来看，在暖湿化气候背景下，强降水事件明显增多，气象干旱有所减少;与高温有关的极端事件增多，与低温有关的极端事件减少，冰雹、沙尘、大风和连阴雨次数均减少。

2.4.1    极端降水   50年来，庆阳市极端日降水和年暴雨日数总体呈增多趋势（图4、图5）。在暖湿化气候背景下，极端性天气事件明显增多，极端性更强，短时强降水、暴雨、冰雹叠加出现。小时雨强2019年7月21日最大，出现在合水刘家庄，为90.8 mm。暴雨共发生70场，2021年最多，达17场;2018年次之，16场。3 h最强降水、极值分别是170、194.5 mm，均于2021年8月19日出现在镇原县闫沟村。冰雹共发生57次，呈逐年增多趋势，2021年最多，为12场，且具有来得快、分散性强、突发性强、强度高、致灾性强的特点。

2.4.2    极端高温    极端高温日数频次和范围均呈增加趋势，尤其近5年来更为明显。盛夏高温日数亦呈增加趋势，2017年和2020年均有台站极端高温突破历史极值，高温与干旱叠加造成的影响更加严重（图6）。

2.4.3    低温、强降温和寒潮天气    由图7可知，极端低温、寒潮、强降温总体呈减少趋势，2010年以来更为明显。但需重视如2008年的冰冻雨雪天气、2016年1月的寒潮以及2018年4月、2020年4月的寒潮天气等极端冷事件造成的严重危害。

气候变暖使得苹果生长期延长，花蕾期、开花期、坐果期提早，果树遭受花期冻害的风险增大。如图7所示，冬春季气温明显上升，导致苹果花期明显提前。21世纪以来，2/3年份的苹果始花期和盛花期出现在4月20日之前，对应4月份各旬极端最低气温有1/2年份在0 ℃以下，这期间苹果生长正处于花期，极端最低气温低于-3.0 ℃的次数较频繁，出现花期冻害的可能性很大。2018年极端最低气温达-6.4 ℃，当年造成严重冻害。同期历史极端最低气温达-9.0 ℃，今后不排除出现类似情况。

2.5   未来暖湿化气候变化趋势预计

国家气候中心气候模式集合预估表明，中等排放情景下，未来甘肃省气温和降水仍将继续呈现上升态势，预计至2050年，年平均气温将上升2.17 ℃，降水增加8.4%。

3   讨论与结论

庆阳市的降水增多只是干旱地区降水的波动，虽然增幅较小，但气候暖湿化有利于作物适宜种植区的扩大和提质增产;利于生态环境改善，减缓水土流失。伴随暖湿化趋势，极端强降水和高温事件增多，寒潮霜冻、强降温等极端事件减少，但强冷事件的影响加重。特色林果业和养殖业风险加大，对农业生产影响加重。建议抓住气候暖湿化的有利机遇，趋利避害，统筹利用气候资源，优化农业产业结构，完善自然灾害监测预警机制，提高对极端气候事件的防御能力。研究日照变化趋势， 了解其变化的气候背景， 不但对农业结构调整、合理布局农业生产有着十分重要的作用， 同时还可以为太阳能的开发利用提供科学依据[18 ]。

庆阳市50年以来年平均气温呈上升趋势，平均升高速率为0.32 ℃/10 a，气温变暖幅度高于全球和全国平均水平。各季均增温明显，其中春季、冬季升温幅度最大，夏季、秋季升温幅度较小。年平均降水量呈波动增加趋势，平均增加速率为14.5 mm/10 a;各季变化趋势不一，夏季、秋季、冬季呈增加趋势，春季呈减少趋势。日照时数呈减少趋势，平均减少速率为24.6 h /10 a，其中春季为增加趋势，夏季、秋季、冬季为减少趋势。日照时数的季节变化与降水的季节变化呈显著负相关。整体气候由寒旱向暖湿转化，极端天气气候事件趋多趋强，与西北气候变化趋势一致。近年来，在暖湿化气候背景下，强降水事件明显增多，气象干旱事件有所减少;与高温有关的极端事件增多，与低温有关的极端事件减少;极端性天气事件明显增多，极端性更强，短时强降水、暴雨、冰雹叠加出现，对农业造成的损失增加。

今后要抓住气候暖湿化机遇，加强生态环境保护，顺应气候暖湿化趋势，因地制宜，宜林则林，宜草则草，加大黄土高原沟壑贫困区植树造林，减少水土流失，逐步改善生态环境。针对气候变化新特点，因地制宜调整各类特色作物的耕作制度，加强农业生产管理措施，改善农业基础设施，减缓气候变化的不利影响。充分考虑气候风险因素，加大极端天气气候事件和灾害防御科普宣传力度，提升社会整体防灾减灾意识与适应能力。要进一步加强气候变化监测与气候规律研究，完善自然灾害监测预警机制，建立防雹增雨作业示范区、防霜试验示范点、综合农业防灾减灾示范园，加强作业效益评估，增强科学利用云水资源和防御冰雹等气象灾害的能力。

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