全球气候变化尤其是气候变暖已经是不争的事实[1]，由此引起的冰川融化、极度干旱蔓延、极端强降水频发等极端气候[2]事件是人类迄今面临的最复杂艰巨的挑战。受气候等环境因素的影响自然界动植物的生长、发育、活动规律会形成与此相适应的周期性变化，即物候现象。物候现象可以用来评价气候环境因素对于动植物影响的总体效果[3]。生物对气候变化的响应是全球广泛关注的热点问题。受气候变化的影响作物生产力下降、动植物行为发生变异等已渐趋影响到动植物和人类的生产生活[4]。

动植物物候对气温、降水、日照等气候因素有不同程度的响应[5,6]。欧洲早春变暖1℃将导致植物生长季提前7天，年均温增加1℃将导致生长季延长5天[7]。在中国，如果年平均气温上升1℃，木本植物物候期春季一般提前3～4天，秋季一般推迟3～4天，绿叶期延长6～8天[8]。范广洲等[9]、王英舜等[10]认为在气候变暖背景下，全国各地区木本植物春季物候期和秋季物候期大体上都是推迟的，说明物候变化存在着空间分布和地域变化的较大差异。植物随气候的变化间接影响到植食性昆虫的生命活动[11]。此外，气候变化对昆虫的生长发育、代谢速率、生存繁殖及迁移扩散等核心生命活动产生直接影响[12]。气候变暖改变了鸟类的繁殖期和迁徙期，如当温度每升高1℃，燕子到达越冬地的时间就会提前2天[13,14,15,16]。受气候变化的影响，两栖类动物如青蛙的始鸣期和绝鸣期也发生了明显的改变[17]，如美国纽约青蛙始鸣期提前[18]。Ahas等[19]认为，物候期的开始日期与其前2～3个月的气温有显著的相关关系；朱媛君等[20]指出，前1个月的平均气温对物候期变化起主要作用，同时平均日照时数和平均降水量也有一定的作用。前人的研究已经表明物候期受气温、降水、日照等气候因素的影响，但研究大多是对年平均气候因子而言，并未就近几十年逐月气候因子的变化对物候期的影响进行较多的研究。在全球气候变暖趋势日益加剧的大背景下，山东省青岛地区气候也在发生着极其显著的变化，其对物候期也产生一定的影响。本文利用山东省青岛胶州市气象局相关气候资料以及动物物候观测资料，详细阐述了气候变化对青岛地区动物物候期所产生的影响，以期掌握动物物候的变化特征，从而为动物物候研究，农业生产、农害防治、生态环境保护等工作的开展提供重要的指导依据。

1、资料与方法

1.1数据来源

本研究所用资料为1986—2018年国家农业气象观测基本站（山东省青岛胶州市）的动物物候期观测资料。为了保持与动物物候期观测站点一致，本研究同样使用了山东省青岛胶州市国家一般气象观测站1961—2018年期间的气温、降水、日照时数、风速的观测资料。根据时间序列长且连续性好的原则，选用了家燕、青蛙、蚱蝉、蟋蟀4种动物物候期连续观测资料，观测项目包括家燕、青蛙、蚱蝉、蟋蟀的始鸣期与绝鸣期。

1.2计算方法

1.2.1动物物候期观测方法

物候期采用儒略日(Juliandays)计算方法[21],1年365天，物候期出现的日期是1月1日到物候期的实际日数（天）。平均始鸣期和绝鸣期为始鸣期和绝鸣期的多年平均值。

1.2.2气象观测资料线性趋势计算方法

根据曹艳芳等[22]中采用的线性拟合方法来对研究对象的变化趋势进行拟合：y=a0+a1x，则趋势变率方程是dy/dx=a1，把a1×10称为气候变化倾向率（变化趋势），同时对线性趋势变化率进行95%的显著性检验。

1.2.3相关系数的计算方法

相关系数反映了2个变量间相关程度的强弱，在本研究中不仅计算了同时期不同变量间的相关关系，同时还计算了超前相关系数，以此反映前期的气象条件对动物物候期变化的影响。

2、结果与分析

2.14种气象要素气候变化趋势特征

1961—2018年58年间青岛地区呈现显著的增温趋势（图1a），年平均增温率为0.34℃/10a。这与全球气温变化特征一致[23]，同时也与中国北方增温趋势一致[24,25,26]。青岛地区1—12月的气温均呈现增温趋势，其中冬季的2月份气温增高率最大（高达0.61℃/10a），深夏8月份是一年中增温率最小(0.13℃/10a)的月份。从图1a中还可以看到冬季的（12、1、2月）气温增温率是全年增温最明显的季节，其次是春季（3、4、5月），夏季增温率最小。前人的研究认为[27,28]冬季是中国气温增温率最明显的季节，这与本文结果一致。

对于降水的变化来说（图1b），青岛地区年降水量呈减少趋势，平均每10年减少9.8mm。其中4、6、7、9、10月份降水呈减少的趋势，5、8、11、12月份呈增加趋势，1—3月份降水变化率很小。作为青岛主降水季的7月份是全年降水变化率减少最多的月份，减少率为12.3mm/10a。5月份降水增多最显著，降水变化率为3.9mm/10a，但要比7月份的降水变化率小很多。青岛主要降水季集中在6—9月份，从图1b中可以看到整个降水季基本呈减少趋势。

与中国大部分地区风速显著减小变化趋势一致[29,30]，青岛胶州地区的风速也表现出显著的减小趋势（图1c），年平均风速减小率为0.21m/(s·10a)，其中冬季和春季风速减小率最明显，夏季风速减小趋势最弱[31]。风速大幅减小主要是由于亚洲冬、夏季风的减弱[32,33,34]。全年中风速减小趋势最显著的是4月份，其风速减小率为0.27m/(s·10a)。而全年中风速减小趋势最弱的是8月份，风速减小率为0.07m/(s·10a)。

对于青岛地区日照的气候变化来说，年日照时数表现为极显著的减少趋势（图1d），年日照时数趋势变化率为-68.8h/10a。虞海燕[35]指出中国年日照时数呈显著减少的趋势，平均每10年减少36.9h，各区域变化与全国一致，只是日照时数减少程度不同，且沿海地区减少速度要快于内陆。春季日照时数减少速度最少，尤其在4月份，日照时数反倒有增多的趋势（增长率为0.8h/10a）。6月份日照减少速度最快，平均每10年减少9.0h,1月份次之平均每10年减少7.6h。

2.2气候要素对动物物候期的影响

前人的研究表明气候因子对物候始末期的影响存在滞后效应[36]，也就是说物候期的发生对前期的气候因子包括气温、降水、风速、日照时数等有明显的效应。因此在研究动物物候期与气候因子的变化关系时，不仅要分析同时期两者的相关性，同时也要分析前期气候因子对其的影响。因此本研究首先根据4种动物历年的始、绝鸣日期来确定其各自的最晚始绝鸣月份，各自向前倒推11个月做它们的超前相关分析。

2.2.1动物物候期特征

家燕作为北方最常见的候鸟，每年春季从南方飞回青岛，并于当年的秋季飞往南方越冬。从1986—2018年资料显示，家燕平均始鸣期为4月19日，但1990年的3月25日第一批家燕已返回青岛地区，2006年家燕于5月8日才返回青岛。家燕平均绝鸣期为10月1日，2017和2018年家燕在秋初的9月6日即离开青岛，是观测以来最早的两年，而最晚离开青岛的年份则是1991年，家燕直到10月21日才绝迹。所以将5月和10月分别作为家燕始鸣期和绝鸣期的最晚月份，向前11个月做各气候因子与家燕物候期的超前相关。

青蛙也是日常最常见的两栖类动物，一般产卵于水中，孵化成蝌蚪，成虫后可在陆地生活。青蛙常栖息于河流、池塘和稻田等处，以昆虫为食，所食昆虫80%是农业害虫[37]。青蛙平均始鸣期为4月26日，青蛙的始鸣期最早出现于1986年4月4日，最晚出现在2006年的6月20日。青蛙平均绝鸣期为9月24日，绝鸣期最早出现于2017年9月2日，最晚出现在1991年10月27日。因此，将6月和10月分别作为青蛙始鸣期和绝鸣期的最晚月份，向前11个月做各气候因子与青蛙物候期的超前相关。

图11961—2018年期间青岛地区1—12月气温(a)、降水(b)、风速(c)和日照时数(d)每10年气候变化率

蚱蝉和蟋蟀是农业气象站最常观测的两类昆虫，且均是害虫。蚱蝉和蟋蟀的平均始鸣期分别为6月25日和6月22日，平均始鸣日期基本相当。蚱蝉的始鸣期最晚出现在1998年的7月7日，蟋蟀最晚始鸣期则发生在1998年的8月22日，发生在同一年但是却要晚一个半月。众所周知1998年是近几十年超强厄尔尼诺的次年，可能与这一年雨水较常年偏多影响了幼虫的孵化和发育有关。蚱蝉绝鸣期最早出现在2017年和2018年的9月4日，正好这两年家燕在9月6日即离开青岛飞往南方，由此推断这两年可供鸟类食用的昆虫类可能消失较早。蚱蝉的绝鸣期最晚出现在1993年10月10日，平均绝鸣期为9月21日。蟋蟀绝鸣期最早出现在2012年9月22日，最晚则出现在1991年11月16日，平均绝鸣期为10月13日。因此本文将7月和10月分别作为蚱蝉始鸣期和绝鸣期的最晚月份，向前11个月做各气候因子与蚱蝉物候期的超前相关。将8月和11月分别作为蟋蟀始鸣期和绝鸣期的最晚月份，向前11个月做各气候因子与蟋蟀物候期的超前相关。

2.2.2动物物候期与气象要素的相关性特征

从图2a可知，家燕始鸣期与同期5月份的气候因子相关性并不好，而与其前期4月份的日照时数呈显著的负相关关系，相关系数为-0.38（超过0.05的信度检验）。青岛地区4月份日照时数近年来呈现略微增多的趋势（见图1d），这一因子则有利于家燕始鸣期的提前。此外，家燕始鸣期与前一年12月份和当年2、3月降水有显著的正相关关系，相关系数分别为0.38、0.36、0.36，均超过了0.05的信度检验。尽管这3个月降水均有增长的趋势（见图1b），但并不显著，因此降水的长期变化趋势对家燕始鸣期的影响并不大。

从图2b可知，家燕绝鸣期与风速有极好的相关性，与同期10月份和前期11个月均具有显著的负相关关系，尤其与前一年12月份风速相关系数高达-0.60（超过0.01信度检验）。近几十年来风速的这种显著减小趋势（见图1c）极可能导致家燕绝鸣期的推迟。同时，家燕绝鸣期与前期5月份的气温呈负相关关系和9月份的日照时数呈正相关关系，相关系数分别为-0.37和0.41（超过0.05信度检验）。前期5月份气温的增温趋势（见图1a）和9月份日照的减少趋势（见图1d），均有利于家燕绝鸣期的提前。

青蛙始鸣期与当年4月和前一年8月降水有显著的正相关关系（见图3a），相关系数分别为0.33和0.39，均超过0.05信度检验。近几十年4月降水的减少趋势（见图1b）有利于青蛙始鸣期的提前，但前一年8月降水的增多趋势则有利于青蛙始鸣期的推迟。此外，青蛙始鸣期与4月的日照时数（见图1d）呈负相关性（-0.38，超过0.05信度检验），4月日照时数的增多同样有利于青蛙始鸣期的提前。但因4月降水和日照时数的变化趋势均较低，因此综合来看，青蛙始鸣期的变化与各气候因子的关系并不非常密切。

青蛙绝鸣期与当年3、5、8月份气温呈显著的负相关关系（见图3b），相关系数分别为-0.43、-0.40、-0.43，均超过0.01信度检验。气温的升高会引起青蛙绝鸣期的提前。青蛙绝鸣期与10月降水有一定的负相关性，相关系数为-0.37（超过0.05信度检验）。10月降水的减少（图1b）与青蛙绝鸣期的推迟有一定关系。从图3b可以很明显的看到，青蛙绝鸣期与风速的相关性最好，从前一年的11、12月份到当年的1-10月份，青蛙与风速的负相关性非常显著。尤其是当年的1月和8月，相关系数分别为-0.7和-0.67（超过0.01信度检验）。近几十年风速的减小对青蛙绝鸣期的推迟有极大的影响。此外，青蛙绝鸣期与前一年11月和当年4、10月日照时数具有显著的正相关关系。近几十年10、11月日照时数的显著减少对青蛙绝鸣期的提前有较大的影响，而4月份日照时数的增加对绝鸣期的推迟有一定的作用。

蚱蝉的始鸣期与前一年12月和当年2、4、5月降水具有较明显的正相关关系（见图4a），相关系数分别为0.45、0.38、0.36、0.36（超过0.05信度检验）。4月降水的减少和5月降水的增多趋势（见图1b）分别有利于蚱蝉始鸣期的提前和推迟。蚱蝉始鸣期与前一年12月和当年6月日照时数呈显著的负相关性，相关系数为-0.39和-0.38。这2个月日照时数的减少（见图1d）均有利于蚱蝉始鸣期的推迟。

蚱蝉绝鸣期与3、5、8、10月气温以及全年风速均呈负相关关系（见图4b）。近几十年气温的增高（图1a）和风速的减弱（图1c）趋势分别有利于蚱蝉绝鸣期的提前和推迟。此外，当年9月和10月日照时数与蚱蝉绝鸣期有很好的正相关关系，相关系数分别为0.44、0.41（超过0.01信度检验）。近几十年9、10月日照时数的显著减少趋势（图1d）有利于蚱蝉绝鸣期的提前。

表11986—2018年青岛地区动物物候期概况（月-日）

图2家燕始鸣期、绝鸣期分别与同期和前期气温、日照时数、降水和风速的相关关系

图3青蛙始鸣期、绝鸣期分别与同期和前期气温、日照时数、降水和风速的相关关系

蟋蟀的始鸣期仅与同期8月份的降水和4、8月日照时数分别呈显著正和负相关性（见图5a），相关系数分别为0.44和-0.38、-0.39（均超过0.05信度检验）。近几十年8月份降水/日照时数的增加/减少趋势（见图1b和1d）均有利于蟋蟀始鸣期的推迟，但考虑到蟋蟀平均始鸣期在6月下旬，因此8月份的气候因子将不作为参考。4月日照时数的增加趋势（见图1d）则有利于蟋蟀始鸣期的提前。

蟋蟀绝鸣期与当年3、5、8、9、10月气温呈显著的负相关关系（见图5b），其中与10月气温相关性最好，相关系数为-0.50（超过0.01信度检验）。蟋蟀绝鸣期与前期12月和当年1、2、3、8、9月的风速有很好的负相关性，其中与8月风速相关性最好，相关系数为-0.48（超过0.01信度检验）。这一结果与蚱蝉类似，气温的升温趋势有利于蟋蟀绝鸣期的提前，而风速的减小趋势则有利于蟋蟀绝鸣期的推迟。此外，当年8、9、10月份的日照时数与蟋蟀绝鸣期有较好的正相关关系，其中与9月日照时数相关性最好，相关系数为0.55（超过0.01信度检验）。日照时数的减少趋势有利于蟋蟀绝鸣期的提前。

3、讨论与结论

（1）1961—2018年58年间青岛地区1—12月的气温均呈显著增温趋势，风速均呈显著减小趋势，除4月外其他各月日照时数显著减少。青岛地区气温增温、风速减小、日照时数减少的这种气候变化与全国气温[24,25,26]、风速[29,30]和日照[35]的变化一致。除7月降水显著减少趋势外，其他月份青岛降水的气候趋势变化较小。冬季2月份气温升温率最大（高达0.61℃/10a），春季的4月风速减小率最大（高达0.27m/(s·10a)），夏季6月份日照时数变化率最大(-9.0h/10a)，夏季7月降水变化率最大(-12.3mm/10a)。

（2）从1986—2018年资料显示，青岛地区家燕和青蛙平均始鸣期均在4月，分别为4月19日和4月26日。平均绝鸣期则分别在10月1日和9月24日。很明显，家燕的间隔期要比青蛙长约2个候左右。2种昆虫蚱蝉和蟋蟀的平均始鸣期基本相近，分别为6月25日和6月22日。蚱蝉和蟋蟀平均绝鸣期分别为9月21日和10月13日，蟋蟀的间隔期要比蚱蝉平均长约5候左右。

（3）各月风速的显著减少趋势与候鸟（家燕）和两栖类动物（青蛙）的物候变化关系最为密切。对于始鸣期来说：家燕和青蛙始鸣期与各气候因子关系并不非常密切。对于绝鸣期来说：近几十年来风速的显著减小趋势极可能导致家燕和青蛙绝鸣期的推迟。3、5、8月份气温的升高会引起青蛙绝鸣期的提前，而10月降水的减少与青蛙绝鸣期的推迟有一定关系。近几十年10、11月日照时数的显著减少对青蛙绝鸣期的提前有较大的影响。

图4蚱蝉始鸣期、绝鸣期分别与同期和前期气温、日照时数、降水和风速的相关关系

图5蟋蟀始鸣期、绝鸣期分别与同期和前期气温、日照时数、降水和风速的相关关系

（4）降水和日照时数的变化对昆虫始鸣期的影响较为明显，而气温和风速对昆虫绝鸣期的影响更为突出。对于昆虫的始鸣期来说：4月降水的减少趋势有利于蚱蝉始鸣期的提前，5月降水的显著增多趋势则有利于蚱蝉始鸣期的推迟。此外前一年12月和当年6月日照时数减少也有利于蚱蝉始鸣期的推迟。4月日照时数的增加趋势有利于蟋蟀始鸣期的提前。对于昆虫的绝鸣期来说：3、5、8、10月气温的显著增温趋势和9、10月日照时数的显著减少趋势均有利于蚱蝉绝鸣期的提前，而逐月风速的减小趋势则与蚱蝉绝鸣期的推迟有极大的关系。蟋蟀绝鸣期的提前与3、5、8、9、10月气温的显著增温趋势有很好的相关性（10月最好），同时，8、9、10月份的日照时数的减少趋势也有利于蟋蟀绝鸣期的提前（9月最好）。而1、2、3、8、9、12月的风速的减少趋势（8月最好）则有利于蟋蟀绝鸣期的推迟。

在本研究中风速和日照时数的气候变化对青岛地区物候影响最为明显，而气温变化的影响则略偏小。李世忠等[17]曾指出桂北地区2—4月平均气温是影响当地青蛙始鸣期的主要气候生态因子，而本研究中青蛙始鸣期与气温关系并不密切。翟贵明等[39]指出气候变暖不能使山东西北部地区惠民县地区所有动物物候期提前，但对惠民县夏季出现的昆虫如蟋蟀的物候期有因气候变暖而明显推迟的趋势。韩小梅[40]研究指出河南省3—6月的平均气温对其当地蚱蝉始鸣期有显著影响，而本研究中青岛地区降水和日照时数对蚱蝉和蟋蟀始鸣期影响最为显著。青岛作为沿海城市受海洋气候的影响较大，气温的月变化与内陆地区有显著的差别，这可能是造成青岛气温变化对动物物候期影响略弱的一个重要因素。

通过本研究的分析和前人的研究成果可以看出动物物候期与气温、降水、日照、风速等各气象要素的关系很密切，但影响效果和程度不同，动物物候期的变化是气候因子共同作用的结果，这与前人的研究结果一致[17,39]。对于青岛地区而言，风速和日照时数的变化对物候的影响要比气温和降水更显著一些。从超前相关分析结果可知，物候的变化不仅反映了当时的天气条件，而且反映了过去一段时间气象条件影响的积累情况，但不同物种对气象因子的敏感程度不同。由于动物物候变化不仅受气象环境因素影响，还受人类活动等的影响，随着城市化进程的加剧，气象观测站周围生态环境的变化、人类居住活动的变迁等，这些因素都可能影响到本文结果的客观性和准确性。另外，笔者研究气候变化对动物物候变化的影响时，并没有结合动物的生理特性进行深入的分析，在今后的工作中将会更深入的探讨。

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基金:淮河流域气象开放研究基金“东部型和中部型ENSO对淮河流域夏季降水年际变化的影响及关键区预测”(HRM201601);国家自然科学基金项目“基于深度学习的京津冀地区大气边界层辐合线自动识别方法”(41741013);青岛市气象局青年科研专项“胶州大白菜生育期分析及气象服务系统开发”(2016qdqxq16);山东省气象局青年科研基金项目“青岛地面人工增雨作业潜力区识别初探”(2016SDQN12).