1. 引言
近年来，随着人类工业化水平的进步，土地和水资源等利用方式的变化，大气中温室气体浓度正持续增加，使得全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化 [1]。
20世纪以来中国气温变化趋势为每100年升温0.44℃ [2]。气候变化对人类生产生活、生态环境、极端天气的发生等的影响日益加深。因此，分析气候特征对于全面评估气候变化的影响，减少其产生的负面效应，防灾减灾等均具有重要意义 [3]。
全球气候变暖对于冬季的影响异常显著，2020年冬季泰安市平均气温为2.6℃，较常年(0.4℃)偏高2.2℃，属于气温异常偏高季节，是近50年来平均气温最高的冬季；全市平均降水量73.1 mm，较常年同期(21.9 mm)偏多233.8%，属降水异常偏多季节。前人已经对山东地区及泰安市的气候变化趋势进行了总结 [4] [5] [6]，但还无人对冬季的气候变化特征进行系统分析。本文将从气温、降水和日照时数三个方面对泰安市近50年的气候变化特征进行分析，以期为短期气候预测、预报服务产品的多样性提供参考依据。
2. 资料与方法
本文利用1971~2020年泰安市五个大监站(泰安、肥城、东平、宁阳、新泰)的历史实况资料，选取气温，降水量，日照时数这三个物理量，总结泰安地区冬季的气候特征。
3. 气温变化特征
3.1. 日平均气温
泰安市日平均气温的常年值(1981~2010年冬季气温平均值)为0.4℃，本文以此作为平均值，将近50年冬季平均气温与此进行对比，得到了泰安冬季平均气温距平变化图(图1)，可以看出，全市冬季平均气温具有年代际变化，1990年以前以负距平为主，1972年比平均值低2.4℃，为冬季气温最低年份，还有6个年份(1974、1977、1981、1984、1985、1986年)的距平值小于−1.5℃。1991年开始，平均气温振荡上升，以正距平为主，从2011年开始连续3年冬季平均气温较常年偏低，2014年开始气温又出现反弹，2014~2016年气温较常年显著偏高，2020年气温较常年异常偏高2.2℃，为冬季气温最高年份，还有5个年份(1999、2002、2004、2007、2017年)冬季的平均气温距平值大于1℃。通过以上分析可以看出，冬季平均气温总体呈现上升趋势。
Figure 1. The average temperature anomalies in Tai’an in winter (1971-2020)
图1. 泰安冬季平均气温距平变化图(1971~2020)
3.2. 极端最高气温和极端最低气温
泰安冬季最高气温随时间演变如图2，可以看出，每年的冬季最高气温差别较大，最低12.7℃ (1986年和2012年)，最高22.3℃ (1996年)，无明显年代际变化规律。由最低气温演变可以看出，最低为−20.7℃(1981年)，最高为−11.1℃ (2007和2017年)。极端最高和最低气温无明显年份对应关系，说明极端温度的出现并不能代表该年份的冷暖性。
Figure 2. Maximum temperature and minimum temperature in Tai’an in winter (1971- 2020)
图2. 泰安冬季最高气温和最低气温变化图(1971~2020)
4. 降水变化特征
4.1. 降水量
泰安市降水量的常年值(1981~2010年冬季降水量平均值)为22.5 mm，本文以此作为平均值，将近50年冬季降水量与此进行对比，得到泰安市冬季降水量距平变化图(图3)，降水量最少为1996年，比常年值偏少20.5 mm，1988年也较常年偏少20.1 mm，降水量最多为2020年，比常年值偏多51.2 mm，其次是1990年较常年偏多40.6 mm。2005年之前，降水量年际震荡明显，降水量差异大。从2005年至今，除2013和2020年降水量异常偏多、2016和2017年显著偏多，2018年显著偏少外，其它年份降水量均接近常年，说明近15年以来，冬季降水量变化比较平稳。
Figure 3. Variation trend of precipitation anomalies in Tai’an in winter (1971-2020)
图3. 泰安冬季降水距平变化趋势图(1971~2020)
4.2. 积雪深度
降雪天气是冬季常见高影响天气，尤其产生积雪以后，对于生产生活及交通等都有较大影响。近50年泰安市冬季最大积雪深度见图4，由图中可以看出，冬季最大积雪深度出现在1972年，为19 cm，1991、2012、2015年均无积雪出现。1975年以后，积雪深度呈现减弱趋势，随后，最大积雪深度在波动中略微减小。在降水量比较平稳的情况下，积雪深度减小，也从侧面印证了平均温度的升高。
Figure 4. Maximum snow depth changes with time in Tai’an in winter (1971-2020)
图4. 泰安冬季最大积雪深度随时间变化图(1971~2020)
5. 日照时数变化特征
泰安市冬季日照时数的常年值(1981~2010年冬日照时数平均值)为468.2小时，本文以此作为平均值，将近50年冬季日照时数与此进行对比，得到泰安市冬季日照时数距平变化图(图5)，日照时数在1984年之前以正距平为主，随后日照时数在波动中略有下降。从2005年开始，除2009、2011和2015年以外，其它年份日照时数均较常年偏少。日照时数最少为1990年，较常年偏少149.4小时，最多为1981年，较常年偏多123.9小时。
Figure 5. Variation trend of the average sunshine duration anomalies in Tai’an in winter (1971-2020)
图5. 泰安冬季平均日照时数距平变化趋势图(1971~2020)
6. 结论
1) 气温变化特征
近50年冬季最低平均气温为−2℃ (1972年)，最高平均气温为2.6℃ (2020年)，平均气温变化具有明显的年代际变化规律：1990年以前以负距平为主，1991年开始，平均气温振荡上升，以正距平为主，从2011年开始连续3年冬季平均气温较常年偏低，2014年开始气温又出现反弹，2014~2016年气温较常年显著偏高，2020年气温较常年异常偏高。冬季平均气温总体呈现上升趋势。
每年冬季的极端最高气温和极端最低气温差别较大，极端最高气温22.3℃ (1996年)，极端最低气温−20.7℃ (1981年)，极端气温无明显年代际变化规律。
2) 降水变化特征
近50年泰安冬季降水量最多为73.1 mm (2020年)，最少为1.4 mm (1996年)。2005年之前，降水量年际震荡明显，降水量差异大。从2005年至今，除2013和2020年降水量异常偏多、2016和2017年显著偏多，2018年显著偏少外，其它年份降水量均接近常年，说明近15年以来，冬季降水量变化比较平稳。
近50年泰安市冬季最大积雪深度为19 cm (1972年)，1991、2012、2015年均无积雪出现。1975年以后，积雪深度呈现减弱趋势，随后，最大积雪深度在波动中略微减小。在降水量比较平稳的情况下，积雪深度减小，也从侧面印证了平均温度的升高。
3) 日照时数变化特征
近50年泰安市冬季日照时数最多为592.1小时(1981年)，最少为318.8小时。日照时数在1984年之前以正距平为主，随后日照时数在波动中略有下降，从2005年开始，除2009、2011和2015年以外，其它年份日照时数均较常年偏少，日照时数整体呈现减小趋势。
基金项目
山东省气象局青年科研基金项目(2019SDQN15)。