1. 引言
气候异常变化日趋激烈，极端天气气候事件多发，给自然生态系统、社会经济系统带来非常不利的影响。近年来，许多学者对国内气候变化的特征进行分析 [1] - [10]，也有一些科技工作者对山东省内气候变化特征进行研究 [11] - [16]，结果表明，地球气候变化的主要特征就是持续变暖，地球大气每1℃升温，则多吸收7%的水蒸汽，这些水蒸汽将来会形成降水，气候变暖造成大雨增加，带来更频繁、更具破坏性的洪水威胁，极端降雨甚至打破当地有气象记录以来的历史极值，2021年7月河南出现特大暴雨和洪涝灾害的根本原因就是气候变化。气候变化还导致农作物减产、森林大火等，更严重的后果是氧气含量减少和海平面上升，气候变化将对人类未来发展产生直接和间接的风险。在全球变暖的气候大背景中，山东五莲受其影响在所难免，了解五莲的气候变化特征，对本地的社会经济、生态环境，尤其是应对气候风险具有重要意义。
2. 资料来源及分析方法
五莲国家气象观测站在山东省日照市五莲县城内，位于北纬35˚45'，东经119˚12'，1971年以来站址未曾迁移，观测资料有连续性，观测要素可反映五莲县的气候特征。使用的气候标准值是该站30年(1981~2010年)气象要素资料的合计平均值。本文选用2011~2020年10年的气象观测资料，将气温、降水以及日照等主要观测要素作为研究对象，季节按气象划分法，以3~5月为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季，12月~次年2月为冬季，运用数理统计和图表分析五莲县气候变化趋势及特征。
3. 五莲县气候基本特征
五莲地处鲁东南近海地区，位于中纬度，属典型的暖温带大陆性季风气候，周期性变化明显，光热充足，温度适中，雨热同季。年平均气温13.2℃，年极端最高气温40.7℃。年平均降水量747.0 mm，有较大幅度年际变化。年平均日照时数2393.5 h，日照时数季节分布是春季 > 夏季 > 秋季 > 冬季。五莲拥有丰富的可供生产和开发的风能、光能和农业资源，号称“林果之乡”，气候变化对农业发展影响很大。五莲位于沂沐断裂带以东、胶莱盆地西南边缘且胶南隆起的西北缘，东邻黄海，受鲁东南低山丘陵地形和暖温带大陆性季风气候影响，五莲主要气象灾害有干旱、洪涝、大风、冰雹、低温和霜冻等。
4. 气温的变化特征
4.1. 年平均气温的变化
以一元线性回归方程来分析年平均气温变化的趋势。由图1可见，其中直线代表一元线性回归方程线，其斜率即趋势的变化幅度，也常在气候特征研究中拿来体现任一气象要素的变化趋势。在趋势线的倾斜度中，发现近10年来五莲平均气温在波动中呈明显的上升趋势，年平均气温趋势倾向率是0.123℃/a，增温幅度明显加大，高于五莲历年的平均气温增长率。2011至2017年基本呈线性上升，近10年发生突变最暖的一年是2017年，年平均气温高于历年平均1.4℃，2018~2020年平均气温稳定在14℃以上，高于历年平均气温。
Figure 1. Average temperature trend in Wulian County from 2011 to 2020
图1. 五莲县2011~2020年平均气温趋势图
图2得出，五莲的年平均气温距平值中，2011年和历年值持平，往后年份则均为正值，这表明五莲这10年的年平均气温相比往年全面上升，由五莲县气候变化规律发现，10年间这种距平持平和正距平现象较少。增幅前期迅速上升，后期略有下降，计算10个距平值总和，再求其平均值得出0.8℃，发现五莲10年来平均气温较历年整体上升达到了0.8℃，较前10年平均气温上升了0.4℃，这样的升温幅度就气候层面来说，近10年来五莲的气候正在变暖。
Figure 2. Average temperature anomaly in Wulian County from 2011 to 2020
图2. 五莲县2011~2020年平均气温距平
4.2. 四季平均气温的变化
四季平均气温变化趋势和年平均气温变化趋势不一致，近10年五莲各季平均气温的拐点分别出现在：春季是2014年15.9℃，夏季2018年是26.3℃，秋季2019年16.0℃，冬季2015年2.0℃。分析近10年五莲四季的平均气温趋势总结出：春季平均气温的倾向率是0.1236℃/a，夏季平均气温的倾向率是0.0418℃/a，秋季平均气温的倾向率是0.0824℃/a，冬季平均气温的倾向率是0.2542℃/a。由此可见，气温上升明显的是冬春季节，秋夏气温上升幅度较小，其中夏季的升温幅度最小。可见，年平均气温上升主要是由冬春两季气温的上升主导，暖冬为近10年五莲气候变化的主要因素。
4.3. 高温日数的变化
由于全球气候变暖，五莲高温天气出现日数在增加，同时极端高温也有所增强。按照10年为单位计算平均高温日，1981~1990年每年平均2.4天，1991~2000年每年平均3.8天，2001~2010年每年平均4.3天，2011~2020年每年平均6.4天，高温日连续出现，2017年高温日数达10天，高温日数明显增长，这与全球气温攀升的趋势一致。出现持续高温少雨天气，对公众的正常工作和生活产生不利影响。
4.4. 最高和最低平均气温的变化
近10年最高和最低平均气温呈上升趋势，2011年最高和最低平均气温分别为18.5℃、9.3℃，2014年最高和最低平均气温迅速上升到19℃、10℃以上，2017年达到峰值，最高和最低平均气温分别是19.9℃、10.6℃，较2011年分别上升了1.1℃、1.3℃，2018~2020年最高和最低平均气温仍维持在19℃、10℃以上。由此可见，2017年为时段内最暖年，和年平均气温的变化趋势是一致的。
5. 降水的变化特征
5.1. 年降水量的变化
五莲近10年平均降水量824.3 mm，与30年平均降水量相比增加了77.3毫米，偏多10.3%。2015~2017年降水量变化较为平稳，其他年份呈现出非常不稳定的趋势，2018年是突变点，2018年和2020年为洪涝年份，期间的2019年则为旱灾年份，表现为此消彼长的态势，2019年干旱和厄尔尼诺现象有密切关系，厄尔尼诺现象会导致暖冬凉夏、南涝北旱 [17] [18]。从图3可见，趋势线的走势平缓，上升不明显，年降水量的趋势倾向率为18.517 mm/a。2018年达到峰值，降水量1184.0 mm，2014年降水量510.0 mm，为最少年份，从滑动平均线的走势来看，年代分布是不均匀的，五莲近10年降水量波动变化较大。
Figure 3. Precipitation trend in Wulian County from 2011 to 2020
图3. 五莲县2011~2020年降水量趋势
从图4中看出五莲旱涝不均，年降水量分布呈现高–低–高的起伏态势。2014年较常年偏少200 mm以上，2019年较常年偏少188 mm以上，2015~2017年为正常年份，2018、2020年较常年偏多400 mm以上，2019年夹在2018和2020年之间，为降水偏少年份。
Figure 4. Precipitation anomaly in Wulian County from 2011 to 2020
图4. 五莲县2011~2020年降水量距平
5.2. 四季降水量的变化
四季降水量变化趋势分别是春季4.5127 mm/a、夏季19.997 mm/a、秋季−3.0133 mm/a、冬季3.8297 mm/a，从以上数据可以看出，五莲春季、夏季、冬季的降水趋势是增加，秋季的降水趋势则是减少的。夏季降水量增加，尤其是极端降水天气增加容易引发洪涝灾害，秋季降水量减少，无效降水日持续时间长容易引发秋旱造成旱灾，秋季是农作物生长的关键时节，造成减产，而且不利于冬小麦播种，这种极旱、极涝两极化的降水变化走势，极大增加了旱涝灾害发生的可能性。
5.3. 降水强度的变化
分析15个时段年最大降水量的变化趋势，发现10、15分钟年最大降水量的趋势为负，即10分钟和15分钟时段年最大降水量呈下降趋势，而其余时段的年最大降水量趋势值全为正值，总体来说年最大降水量呈上升趋势。实际上15个时段年最大降水量代表单位时间内的降水强度，该值越大，表示单位时间降水强度越大，其中180分钟、360分钟、1440分钟这3个时段的降水强度明显增强，需注意防范可能由此引发的各种自然灾害。
5.4. 旱涝特征分析
为深入分析五莲近10年的旱涝情况，在决策气象服务、公众气象服务等全方位气象服务中提供更直观的数据，用近10年降水量的距平百分率评价干旱等级。
其计算公式为：
式中，
为降水距平百分率；p为某年的降水量；
为该时段多年平均降雨量。
根据降水距平百分率进行分级，可分为五级：涝(40%~25%)；偏涝(24%~10%)；正常(10%~−10%)；偏旱(−11%~−24%)；旱(−25%~−40%)。经过计算得出：2011年偏涝，2013年正常，2014、2019年为旱，2012、2015、2016年正常，2017年偏旱，2018、2020年为涝。从实际情况来看，如果第一年旱情比较严重，第二年降水量正常了但旱情仍可能延续。如2014年降水量510.5 mm出现旱情，2015年降水量774.0 mm为正常年份，但2015年年初1~4月份降水量仅65.2 mm，仍是2014年旱情的延续。还存在旱涝急转情况，如2018年7月1日~7月22日降水量仅42.8 mm，较常年偏少6成，全县出现干旱，受台风“安比”外围环流系统影响，7月23日~7月24日出现暴雨，城区降水量172.8 mm，全县最大降水量232.9 mm，此次过程造成部分地区旱涝急转，部分乡镇河水陡涨，内水难以外排，造成一定程度损失。由于五莲的山地地形，严重积水的情况不多，可以说正常和干旱的年份多于洪涝的年份。
6. 日照的变化特征
6.1. 日照时数的变化
日照时数对农业生产有直接影响，光照条件好的地区，农作物生长发育良好，尤其是喜光作物病死率低，通常产量高。而光照条件不足，长期阴雨寡照，不利于农作物进行光合作用，使农作物得不到充分的养分积累，对农作物的产量和品质有严重影响，甚至滋生病虫害，农业生产遭受损失。研究分析日照时数的变化趋势，对农业产量的预报有重要的指示意义。
五莲近10年年平均日照时数较历年平均日照时数偏少16 h，从图5可见，五莲近10年日照时数上升趋势微弱，年增长趋势为仅3.7533 h/a，体现出日照时数变化相对稳定。从滑动平均线上判断，近10年日照时数的变化趋势是两峰两谷，日照时数在2013年开始小幅的下降趋势，2016年开始上升，2018年达到峰顶后开始下降，2019年降到谷底。
Figure 5. Trend of sunshine hours in Wulian County from 2011 to 2020
图5. 五莲县2011~2020年日照时数趋势
从图6日照距平图看出，2011~2018年日照变化比较平缓，呈增减交错分布，2019年明显下降，较历年平均偏少354.5 h，变幅较为剧烈，说明2019年虽然降水少，但是日照差，2020年日照时数明显上升，较历年平均偏多213.2 h，为最多年份，说明五莲生态环境治理效果显著。
Figure 6. The anomaly of sunshine hours in Wulian County from 2011 to 2020
图6. 五莲县2011~2020年日照时数距平
6.2. 四季日照时数的变化
日照时数的四季变化趋势统计结果分别是春季3.1321 h/a、夏季16.732 h/a、秋季−9.42 h/a、冬季−6.6903 h/a。从趋势值看出，春季和夏季的趋势值为正，表示春夏日照时数呈增多的趋势，秋季和冬季的趋势值为负，日照时数呈减少的走势，这和近年来秋冬季轻雾、大雾等污染天气增多等现象相一致。
7. 结束语
1) 2011~2020年以来，五莲年平均气温攀升，上升趋势为0.123℃/a，近10年年平均气温较历年平均值更是升高了0.8℃，增暖明显。四季气温呈现不同程度上升，其中冬季气温上升幅度最大，其次为春季、秋季和夏季，由此可见五莲近10年来气候变暖主要来自冬季和春季两季增温的加持。2011年以来，高温日数呈显著上升趋势，高温天数突破本地历史记录，2017年出现高温日数高峰。
2) 年降水量趋势线呈平稳略升趋势，10年间呈两端多、中间少的特点。从四季分布来看，旱涝不均，春季、夏季和冬季的降水趋势是增加的，秋季降水量呈减少趋势。分析15个时段的年最大降水量得出结论，其中10、15分钟年最大降水量的趋势为负值，其他时段的年最大降水量趋势值显示正值，需注意可能由此引发的各种自然灾害。通过旱涝分析得出，五莲呈现出“五年一旱”的趋势。
3) 五莲近10年年平均日照时数较历年平均日照时数偏少，日照时数呈波动式，上升较缓，年增长趋势为3.7533 h/a，从滑动平均线看，呈现两峰两谷的态势。整体上四季变化趋势是春夏上升，秋冬下降，这和空气质量密切相关。
综上分析，五莲近10年气候变化是气温升高、降水增多，日照时数偏少，这种气候变化趋势与我国气候变化相一致，也有自己的区域气候特点，近年五莲大风、暴雨等一系列极端天气气候事件的频率和范围不断增加，尤其是强度有所增大，是气候突变的表现。五莲气候变暖的趋势短期内难以逆转，严重影响农业生产的结构和布局，增加农业生产的不稳定性。气候变暖缩短农作物生育期，对农作物生长发育有加速作用，对作物干物质有效积累不利，为农作物害虫及虫卵越冬提供了良好的生存环境，造成病虫害难以控制。消灭病虫害需要喷施农药增加肥料，加大了农业成本投入，并且施放农药及化肥等化学制品会造成土壤污染，对生态平衡有破坏力，同时也一定程度上影响农作物品质。需大力推进生态文明建设，从源头减少碳排放，调整和优化能源结构，不断增加可再生和清洁能源供应。全社会积极采取有效措施应对全球气候变化挑战，防范气候危机，补充政策机制，推动绿色低碳发展，让气候造福于人类。