开封气候变化研究之对应四季和节气的变化研究

1、16开封气候变化研究之对应四季和节气的变化研究闫大远（河南大学环境与规划学院河南开封475004）摘要：随着社会的发展，气候变化的加剧，越来越多的目光投向了气候这个方向。进几 十年来，全球整体气温逐步上升， 同时部分地区在综合因素下又出现大范围长时间的降温降在全球气候的影响下，我国气候也雪，这些异常的天气变化严重的影响了人们的正常生活。加剧了变化，部分地区出现异常天气。 本研究主要通过对开封地区温度和降雨的研究来探讨通过对数据的处理，得其四季变化，作者依开封地区的温度和降雨数据为基础做以下研究。到开封地区近23年的历年的月温度和月均降雨量数据，并通过作图分析其趋势变化。文中选温度和降雨量为参考

2、标准， 分析趋势变化确定主要参考因素。根据主要参考因素对气候变化的影响情况确定在其影响的时间内节气的变化情况,从而推断四季的变化。节气立春的月份降雨量的增加会导致立春时间提前，温度的升高会导致立夏的提前到来，同时也会推迟立 冬时间。通过研究我们得知开封地区春季开始日期推迟持续时间变短夏季开始日期提前持续时间增加，秋季开始日期变化不明显，持续时间变长，冬季开始日期推迟。关键字：温度降雨量二十四节气四季划分1引言1.1研究的目的与意义一年有四季，春夏秋冬。四季又包含了二十四节气，学术上立春代表这春季的开始。事实中我们在生活中也是按照这样计算的。我们来探究气候变化对于季节划分的影响，在本文中作者将一

3、年四季分做二十四节气，通过对四季节气的探究和理解来总结气候变化中季节的 划分变化。这里我们了解一下二十四节气与农业的关系。二十四节气形成的具体时间历来广受争议当前被多数人接受的是沈志忠先生提出的，其根据历法的特征，以历法与天文的关系为依据，将节气的形成原因和年代做出的大概的推测1。而这种推测也符合现在的节气现象，比较准确的反应的季节的变化.在古代没有现在的科学技术，那个时期的主要产业就是农业，在没有发达的卫星做天气变化预告的情况下，人们也逐渐开始注意大自然的变化规律。什么时候适合播种，什么时候雨水开始变多，什么时候温度增加，什么时候变冷一系列的规律 总结逐渐出现了一些新的名词。同时随着文明的进

4、步， 科学的发展人们也逐渐的将天气变化和星空联系起来，渐渐的人们注意到特殊时间内星空的变化和标志，于是二十四个节气变逐渐确定并被广泛运用。通过农家谚语：雨春夹一冬，必定暖烘烘。六月无好风，七月无好雨 等。我们不难从其中看出农业耕种与节气的密切联系，这是古代劳动人民将运用节气的最直接最有利的证据。也直接的说明了节气与农业的密切关系。节气是对四季的细分， 我们知道在古代也有其划分四季的标准， 虽然不比现在的精准但是也反应了古代人民对四季变化的认 识。研究节气和四季能人们更好的掌握气候变化，让它们更好的服务于农业生产。1.2国内外的研究进展1934年张宝干在地理学报创刊号上发表了中国四季之分配2。其

5、指出古今中外对于四季的分配方式各有不同， 在其之前多数以固定的日期时间作为划分方式，这与气候并无太大的关系，也说明不了相对的气候问题，于是，张宝干提出以温度作为单一划分依据，从而对四季进行划分：以摄氏十度为冷暖之分界，作为春之始，秋之末。以摄氏二十二度为春末秋始。其以五天为一候，平均每候气温在十度至二十二度为春秋之季，以二十二度以上为夏季，以十度以下为冬季。通过对温度的把握，给出了季节划分上的温度标准。这个标准是准确有效的，他从四季的每个季节的温度特征来定位季节。繆启龙、王勇以张氏温度标准为依据，对1951-2005间每年的不同温度区间的持续天数统计，对现有的四季变化进行了温度上的说明，并得知

6、南方与北方的各季各有不同，而且在随着地域的南北推进各季的起始日期也有相应的变化。南方夏季长北方冬季长， 春秋较短，夏季的持续时间也相对变长。同时在研究中国季节变化的中也有学者提出通过多种参量选择来更精确的对中国四季进行划分。孙树鹏等利用中国气象局1961-2008年的气象数据，以平均气温划分方法，对季节进行划分。由其结果中我们能看出其成纬向分布的特点比较明显， 同时其分析结果表明春秋是过度季节，夏冬是两个特殊季节。同时根据非线性相似度量方法，得到四季起始候数的分布。又用季节内离差最优分割法，从一年中气候状态的整体变化角度进行季节划分，得到春夏秋冬四季起始候数的分布图，从而进行四季的划分推测。张

7、世轩、张璐、封国林等以1961-2008年国内752个地面站点测得的数据为基础依据，以非线性相似度量方法分析了在全球变暖的大环境下中国四季季节的变化情况：冬季持续时间缩短，春季、夏季和秋季持续时间增加，气候的变化是复杂的是各种因素综合的结果间。张强、韩永翔，宋连春概述了全球气候变化问题，总结了引起气候变化的原因，客观分析了引起不同时间尺度气候变化的各种自然因素进一步说明了气候变化的复杂性冏。从以上的研究中我们可以看出温度对于季节划分的重要意义，在研究中他们都采用了统一的温度标准做参考，而这个温度标准在张的文中给出了充足的证据以说明其可靠性，所以本文也以张氏温度标准为参考。 郁珍艳、范广洲、华维

8、等以 1961-2007年全国599个地面站点的温度资料为基础，通过计算 气候趋势系数研究全球变暖的情况下我国四季起始日期的变化，其整体表现为春季和夏季起始日期提前秋季和冬季起始日期推迟7。赵华荣在对国内近几十年的降雨情况做了研究说18明。其从全国 752个地面观测站 1960-2010年的降水资料中选取_563个站点，将全国划分 为8个区进行研究冋。通过确定变化的转折点来分析降雨情况，这些转折点显示在研究年间我国出现了 3个降雨转折点，降雨呈现着增加和减少的周期循环变化。张明周、李庆、鲁建立等以1957-2007年开封气象站的观察资料为基础，用回归统计的方法对开封地区气候进行，分析，可以看出

9、春季平均气温呈曲线上升趋势，夏季相对稳定略有下降，秋季、和冬季都有上升冋。我们对于季节气候的探究是为了更加了解我们生活的自然环境,是用自然的手为我们农业生产指路。水是生命之源，生命的一生都有水的烙印。在自然界中，生命的状态为我们指示这各种气候变化。比如说校园的柳树抽芽了， 在适当的温度前提下， 还需要充足的水分， 这就影响 到柳树的生长状况。同样，在从事农业活动中，我们会选择温度适合同时又有雨水适当的时 候作为耕作时间。虽然现在我们可以人为的进行农业灌溉，但是选择雨水适当的时期能大大减少农业成本，总之，降雨对于农业影响是非常大的。降水是一个气候因子， 气候变化必然对应着相应的降水变化。 以上研

10、究中大多是单一的用不同的方法对温度进行处理然后根据张 氏温度的划分标准得出结论，也有论证加入更多的气候因子，但只是证明了其可行性并没有根据开封地区1990-2012年温度进行实际的操作，因此本研究拟以温度变化和降水为参考，和降雨数据分析其变化趋势，通过列表对照的方式进行推论，通过比较两个气候因素确定在某个时间内哪个因素对该时间段影响更大，以此更加准确的把握四季变化情况。2数据的收集及分析方法2.1研究区概况开封地区气候状况介绍： 开封界于东经113° 51' 5T -115 ° 15' 42，北纬34° 11' 43 -35 °

11、11' 43''。位于河南省中部偏东，是黄河冲积扇平原的尖端。海拔69至78米。属于温带大陆性季风气候，四季分明，光照充足，气候温和，雨量适中。开封因其特殊的地 理位置，历史上它是六朝古都， 而现在发展为全国知名的旅游城市。因其气候适宜，开封地区非常适合菊花的种植，每年都会举办全国闻名的菊花会。黄河是中国文化的发源地之一， 其中上党地区有很多节日祭祀和二十四节气有着紧密关系，一度被认为是二十四节气的发祥 张全明利用了北宋地区历 从而得知在北宋期间冬 10。而这种冷热成周期变化也就是在北宋期间有一段时间称为 同时也会出现与之相对应的炎 根据历史的纪录我们了解地。开封靠着黄

12、河且与上党地区相临，也具有较明显的气候特征。史史料的纪录，统计了再北宋期间各季的天气表现及特殊天气纪录， 季比较寒冷夏季则是异常炎热寒冷期在这期间的夏季比以往夏季温度低冬季温度异常寒冷， 热期，在这一段时间中开封的冬天比以往温度高夏天则异常炎热。 到开封地区在北宋年间处在这样的冷热循环期中， 指导性意义。同时根据数据资料作者翻阅了相关的降雨信息， 50年的降水资料对开封地区的降雨情况进行了研究这对于我们现在研究开封的气候变化有着其中王其英等用开圭寸1961-2009年近11。其结果显示在研究年间的开封地区70年左右达到顶峰而后出现了降雨的波浪形变化，在20世纪70年代前降雨量逐年增加在则渐渐下

13、降到80年前后达到降雨量最低点，而后降雨量又逐年上升截止到研究年为止。并 且这种降雨有着明显的季节变化，在少雨季降雨明显减少，而在多雨季降雨明显变多。降雨也呈现了区域性，相对来说南部降雨较多而其他区域降雨较少。根据纪录可以看出开封地区的降雨有着很明显次数与量的相关性。综上所述在开封地区在北宋时期经历了温暖期和寒冷期的渐变，同时在历史上出现了范围性循环。这种变化对于本研究有知识性作用。而根据对于开封地区近年降雨的研究也了解到开封地区的降雨状况如上所述，下面我们就开封地区的具体温度和降雨数据进行详细分析。同时2.2数据来源本研究的数据主要来自中国地面气候资料月值数据集，资料记载了地面站点纪录的开封

14、地区的各项月值数据。首先对资料进行了预处理，选取开封地区站点和 1990-2012这个时间 段，以及本研究需要的温度和降雨量数据，获得了 1990-2012年间各个月份的温度和降雨数据。2.3分析方法根据近年开封地区的气候变化，以及本地区表现出来的气候特征，作者对于开封地区的节气变化进行猜测和探究。以开封地区研究对象，以开封近二十年的降雨数据位依据，划分降水量级区间。在前文中提到过张宝干的温度划分，（下文统称张氏划分），这是单一的温度标准，考虑降水量这一因素后可以更加全面准确的对其进行划分。我们知道降雨对于物候有着很大很明显的影响。 例如，若是春冬之交干旱少于， 那么在春天成长的植物及动物的活

15、动 都会相对推迟。这就影响了春季的起始日期。这是从物候方面进行降雨量加入的科学论证， 主要依据是1934年张宝干的温度研究，他根据不同温度下不同的物候表现，从而得出四季 的温度划分标准。同时在节气方面我们知道立春后是雨水接着便是惊蛰，惊蛰是动物活动频繁的标准也具有物候特征， 这就说明雨水对于惊蛰是有着直接影响的。这也证明了降雨加入的科学性。例如，在主要参考降雨量时，降雨充沛且温度变化相对较小，在某年冬春之交， 植物比之以往较早的出现发芽出叶现象，则认为是春季起始日期相对提前。列表对照，一般运用统计和比较分析，通过数据来得出结论。根据统计年间的月份温度 和降雨量这两个因素的比较，分析其变化趋势及

16、主导影响因素，从而进行相关推论。 这里分析季节月份的时候还是在以前划分的基础之上，以此为基础。3研究和结论3.1 1990-2012年间各月份温度和降雨变化趋势图3.1.1春季各月份温度和降雨变化趋势分析（以节气为标准划分的四季）甲均气温9-U10K-h.juin=干H雹塞qrnjgaj降水曲察P -H U2J6P' -0 ?1?1（b）三月份的平均气温和降雨量的分布趋势平均汽温卜 T 尹->Alx+ l-U PIW平冋降水（C）四月的平均气温和降雨分布趋势（a）二月变化趋势：1990-2012年间二月的平均温度呈波浪式变化，有三个较高的波峰分别是2002年7.5 C、2004年

17、7.2 C和2007年7.8 C,还有一个波谷低值是2005年0.3 C,虽然整体温度变化幅度不大，但是仍有不明显的升高趋势， 二月的降雨量再1990达到最大值 500 mm其后多年虽然也呈波浪式变化但其峰值都远远小于500 mm,整体呈减少趋势，且变化程度稍大于温度因此 1990-2012年间二月的气候变化以降雨为主要参考。(b)三月变化趋势：1990-2012间三月温度波动幅度较小，没有相对突出的高低问， 平均温度趋势升高。 三月的降雨出现三个峰值分别是1991年600 mm 1998年694 mm和2007年694 m,在峰值之间的年份虽然也呈现波浪式变化但波动相对较小，整体降雨呈下降趋

18、势。1990-2012年间三月的温度和降雨各有变化，但在温度与降雨量变化的对比中0.2957大于0.2174因此三月主要参考为温度。(C)四月变化趋势：1990-2012年间四月温度波动非常小，最高气温是2005年17.8 C最低气温2010年13.7 C,平均气温15.9 C。没有出现异常的高低温，整体气温有上升趋势。四月的降雨量有两个相对的峰值点分辨是1993年1413 mm和2008年1094 m,在峰值间的年份降雨量大大减少，整体四月的降雨呈下降趋势。1990-2012年间四月温度有缓慢上升趋势而降雨有下降趋势，在温度与降雨比较中温度变化较为明显，因此温度作为主要参考。3.1.2夏季各

19、月份温度和降雨变化趋势分析平均吒fiMl笛Hl甲:¥吒:1|降水J J 3(a)五月份的平均气温和降雨分布趋势降水is I NT7I + 7-ILH ' DAEhK平均Tfi严花IM,和ri"iA nnr,(b)六月的平均气温和降雨分布趋势(C)七月的平均气温和降雨分布趋势(a) 五月变化趋势：1990-2012年间温度变化波动较小，年平均最高温度为2007年和2012年都是23.6 C,最低温度1991年19.1 C平均温度为21.3 C。整体呈波动变化有升高 趋势。五月的降雨量有一个相对高的峰值是1998年1453 mm,其前后年份降雨都在减少，整体五月的降雨量

20、呈下降趋势。1990-2012年间温度变化与降雨变化的比较中可以看出温度对五月的气候影响大于降雨量因此温度作为主要参考。(b) 六月变化趋势：1990-2012年温度呈波动变化，最高气温2005年27.9 C,最低气 温1992年的24C，整体温度呈上升趋势。六月的降雨量波动幅度较大出现多个峰值分别是1990年1118 m、1994年1483 m、2003年1699 m和2007年1214 m。在波峰之间年份降雨量都相对较小，最低至2011年50 mm,整体降雨呈下降趋势。1990-2012年间温度与降雨因此温度为主要参考。年间温度出现2011年28.7 C最高值和1993年25.5 C27.

21、3 C。整体的七月温度有不明显的上升趋势。七月3284 mm,而2011年却只有326 mm,虽然在其他年份降对比中温度对该月的气候影响较为明显，(C)七月变化趋势：1990-2012 的最低值。在这些年间的平均温度是 的降雨波动范围较大其中2005达到雨量有不同的增加和减少但整体七月的降雨量呈下降趋势，因此降雨是七月主要参考。3.1.3秋季各月份温度和降雨变化趋势分析平均"降水JL皆加的心丹vanV-陶+14HJpq/y节E fln A _MDi y(a)八月的平均气温和降雨分布趋势平均Ffl降水*iiaaLf - 1 rnL_ . ami ,片斗益;IS)i jll，閻.(对上s

22、itt 苗：flTilA A/l-Pr r旳*5VIJVvv 1 厂00 V V F V(b)九月份的平均气温和降雨分布趋势平均气爲降水*lun10V-3-m-M妙1Y -TWHih 377.3-AM 耳乂吒iIlV, / ni*.11 J J U Wv(c)十月份的平均气温和降雨分布趋势(a)八月变化趋势：1990-2012年间温度有两个峰值一个低值点，分别是1994年27.2 C和1997年27.8 C,最低温度是2003年24.3 C,但是整体相对波动不大其平均值为25.9 C,没有明显的升高或下降趋势。八月的降雨量多年来最大值达到1992年的4881 mm,在气候年间降雨量仍然呈波动变

23、化但相对的波动比较小其间出现了三个相对峰值，导致整体降雨趋势没有明显变化。通过数据分析比较温度对八月的气候影响略大于降雨所以温度作为主要参 考。(b) 九月变化趋势：1990-2012年间九月的温度变化波动非常小，最高达到1998年的 23.6 C最低是2011年的19.3 C,其平均值为21.5 C。这样九月的温度变化趋势非常不明显基本持平。九月的降雨量出现了多个峰值点分别是1992年1139 mm、2003年1053 mm、2005年1600 m、2010年1694 m和2011年2186 m,虽然在相隔年间出现了部分时段的降雨下 降但是整体的九月降雨量呈增加趋势。通过对比可以看出九月降雨

24、的影响大于温度因此降雨量作为主要参考。(c) 十月变化趋势：1990-2012年十月的温度变化相对较小最高温度是 2009年19.1 C 最低温度是1992年的13.5摄氏度整体上呈稳定上升的趋势。十月的降雨量在2003年以前 出现多个峰值分别达到了 1995年698 mm、1999年690 mm和2003年最大933 mm,其后的多年降雨虽也出现波动但降雨量都明显下降，导致整体十月的降雨量呈下降趋势。相对于降雨量在十月温度变化对该月气候影响更加明显因此温度作为十月的主要参考。3.1.4冬季各月份温度和降雨变化趋势分析g1A>1W平均代fiM' i-U.lUb丰ST气*iznir

25、un降水*=曲*ArsOuUli(a)十一月份的平均气温和降雨分布趋势(b)十二月份的气温和降雨分布趋势(C)一月份的平均气温和降雨量的分布趋势(a) 月变化趋势：1990-2012年温度在2010年出现最高值11.6 C, 2009年最低至4.9 C,整体温度波动相对较小， 呈上升趋势。十一月的降雨量出现两个最大峰值点，1993年742 mm和2011年967 mm,相隔年间虽然出现不同程度的波动但是由于受最大峰值影响导致十一月降雨量没有明显的上升或下降趋势。通过对比十一月间温度的影响较大作为主要参考。(b) 十二月变化趋势：1990-2012年间温度出现三个明显的值点分别是1996和199

26、8年的3.3 C及其后2007年3.8 C和2008年3.7 C直到2010年5.4 C。由此可见在十二月整 体温度有上升趋势。十二月的降雨量在2001年达到最大382 mm在其之前降雨量有微小的上升趋势但是在2001年以后降雨量明显下降，导致整体降雨量呈下降趋势。温度与降雨量想比较而言温度在该月的影响较为明显因此十二月温度为主要参考。(C)一月，变化趋势：1990-2012年间温度主要呈波浪式变化，最低至-2.7 C最高达3.7 C，但是由于多年来一月份的温度变化幅度相差不大所以整体的变化趋势较为平稳，平 均温度没有明显的升高和降低趋势。一月的降雨量也是呈现波浪式变化，从1990年开始到20

27、01年降雨量都明显的减少，其最高值均远远小于1990年和2001的降雨量。2001年后降雨量出现量波峰和波谷变化但整体仍呈减少趋势，且变化明显。因此判定在1990-2012年间一月份的气候变化降雨量作为主要参考表1气温降雨月份分布表温度为参考降雨为参考三月，四月，五月，六月，八月，一月，二月，七月，九月十月，月，十二月按照张氏温度划分 3个温度区间，同时按照开封地区1990-2012年的平均降雨量划分 4 个降雨区间。把温度和降雨量同时作为参考数据确定在这样的条件下的月份有哪些？通过对 开封地区降水数据的处理，做出的季节温度/降水特征参考表，对照表我们可以直观的看到某个月份的温度和降水情况。如

28、表所示表2不同温度下各降雨量区间的月份分布表平均降雨量（mm）0-200200-500500-10001000-温度C）10C-22 C四月十月五月九月>22 C六月七月八月<10C一月二月十二月三月十一月3.2节气和季节对应的气候变化分析按照以前的四季起始时期我们知道立春代表这春季的开始，随着气候的变化我们来看部分节气的具体变化。立春在二月其平均降雨量为124 mm,温度为4.04 C,由趋势分析我们知道二月主要以降雨量为参考，二月的降雨有下降趋势，而降雨量的下降就可能导致植物生长推迟，从而导致立春时间有所延迟春季的起始时间推后。立夏代表这夏季的来临一般在五月初期，五月的平均降雨

29、量519.7 mm温度为21.3 C,由趋势分析可知五月以温度为参考且温度有上升趋势，也就是相对于以前同时间段温度升高而以前立夏时期的温度提前达到从而 推断夏季的起始日期提前。由春夏两季分析可知春季起始日期推断而夏季起始日期提前，这就导致春季将会变短。立秋是秋季的开始一般在八月初期，八月的平均降雨量1407.4 mm温度为25.9 C,在趋势分析中八月以温度为参考。但由于八月的温度变化趋势非常不明显因 此推论秋季的起始时间没有明显变化。由夏秋两季分析可知夏季的起始时间提前而秋季的起始时间没有明显变化则夏季的持续时间将略有延长。立冬是冬季的开始一般在十一月初期， 十一月的平均降雨量为 246.1

30、 mm温度为8.6 C,十一月的参考是温度，且有升高趋势。这就 说明温度降至立冬温度的时间推迟，那么冬季的开始时间也会随着推迟。由秋冬两季分析可知秋季的起始时间没有明显变化而冬季的起始时间有所延后那么秋季的持续时间将会增加。平均我们再分析一下标志春季和夏季结束的月份的变化趋势，春季的结束月份是四月，降水量367.5 mm温度15.8 C,其中温度作为参考且有上升趋势。这就说明在春季后期温度 比以往同时段高，提前达到了立夏的温度，也说明了夏季起始日期的提前。十月是秋季的后期包含了寒霜和霜降两个节气，十月的降雨量为281.4 mm。温度为16.0 C,其中温度为参考且有上升趋势，在秋季的后期仍有一

31、定的相对高温，这就延迟了立冬温度的到来，推迟了冬季的起始日期。表3节气和季节对应的气候变化趋势表节气季节时间邙日历）降雨 量（平均mm变化势趋温度（平均C）变化趋势综合变化趋势变化果结推测结果简单的 物候特 征立春2.32.5124趋势下4.0趋势升降雨因降雨量春季起河水解春季降4高素为参在一月始日期冻，柳雨2.18 2.20考因素二月三推迟时树发水趋势下月都有间变短，芽，动降所下降。夏季起物活动惊3.53.7253.趋势下9.1趋势升温度为四月保始日期开始频蛰91降2高参考因持整体提前时繁春3.203.22素趋势持平，五间变长，分升高月六月秋季起七月有始日期清4.44.6367.总体持15.

32、趋势升温度为所下降推迟持明56平85高参考因八月持续时间谷4.194.21素趋势平九月变长，冬雨升高降雨量季起始上升推迟。续表3-1立夏5.55.7519.趋势下21.趋势升温度为十月下动物进夏季5.205.2274降31高参考因降十-一-入繁殖小素趋势月略有期，植满升高上升十物进入芒6.56.7649.趋势下26.趋势升温度为二月略生长期种57降00高参考因有下降夏6.216.22素趋势至升高小7.67.81855趋势下27.趋势升降雨量暑.96降33高为参考大7.227.24因素趋暑势下降立秋8.78.91407基本持25.基本持温度为树叶逐秋季.43平95平参考，基渐飘处8.228.24

33、本持平落，水暑稻成熟白9.79.9675.趋势上21.基本持降雨为期，大露21升54平参考因雁南飞秋9.229.24素趋势分增加寒10.810.9281.趋势下16.趋势增温度为木目48降05加参考因相10.210.2素趋势降34增加立冬11.711.8246.基本持8.6趋势增温度为气温下冬季17平0加参考因降，水小11.211.2素趋势面结雪23增加冰，风大12.612.890.3趋势下2.3趋势升温度为向改雪5降7高参考因变，树冬12.212.2素趋势叶基本1.51.7升高73.6 基本持 0.3 趋势下 降雨 平4 降参考完全脱落1.201.21素趋下降综上所述在四季的起始节气中因气候变化对其温度和降雨都产生了较大的影响， 从而导 致开封地区春季起始日期推迟时间变短， 夏季起始日期提前持续时间变长。 秋季起始