東北地區近30年來溫度變化的時空差異*

翟獻帥，蘇 筠，方修琦

(北京師范大學地理學與遙感科學學院,北京 100875)

·研究報告·

東北地區近30年來溫度變化的時空差異*

翟獻帥，蘇 筠※，方修琦

(北京師范大學地理學與遙感科學學院,北京 100875)

[目的]東北地區作為我國響應全球氣候變暖最為顯著的地區之一，21世紀以來是否與全球及北半球的氣候變化一致，發生了變暖趨勢減緩或停滯？[方法]為了問答該問題，基于黑吉遼3省71個氣象站1981～2010年的氣溫資料，采用時間序列分析法、克里金插值法，分析東北地區近30年來年際、年代際的年均溫和生長季溫度的時間變化與空間分布特征，以及冬季溫度的數值變化。[結果](1)東北地區30年來年均溫在波動中呈上升趨勢，3省的變化具有同步性； (2)年均溫在1991～2000年的增溫區域面積擴大顯著，尤其是年均溫范圍為2～4℃的區域向4～6℃變化，但在2001～2010年，年均溫的增加趨勢減緩、增溫區域較少； (3)生長季溫度呈明顯的上升趨勢， 1991～2000年與1981～1990年相比升溫幅度達到1.4～1.5℃， 2001～2010年與1991～2000年相比達到2.3～2.4℃； (4)生長季溫度增溫區域有明顯北移趨勢，變化最大的是生長季溫度范圍為14～16℃的區域向16～18℃變化； (5)2000年后暖冬年份減少，3省冬季溫度的增溫幅度減小。[結論]2000年以來東北生長季(夏、秋季)溫度仍具有明顯的增溫趨勢，但“暖冬”現象減弱，導致年均溫增幅的減緩。

東北地區 年均溫度 生長季溫度 年代際變化

0 引言

近百年來，全球的氣候正經歷一次以變暖為主要特征的顯著變化，氣溫升高是不爭的事實[1-2]。中國的溫度變化與全球變化的趨勢一致，已有的研究表明： 1951～2001年全國年平均地表氣溫增加1.1℃，增溫速率為0.22℃/10年； 1961～2010年全國平均溫度氣候傾向率為0.27℃/10年，增暖趨勢顯著[3]； 高于全球或北半球同期平均增溫速率[4]。全球氣候變暖強度以北半球中高緯度內陸地區表現最為明顯[5]，國內研究也證實近50年(1961～2010年)北方增暖趨勢較南方明顯[3]，東北地區是我國緯度最高的地區，這里也是我國氣候變暖最顯著的地區之一[6]。1956～2009年東北地區氣溫增溫率為0.33℃/10年[7]，高于全國平均，而且無論是年均溫還是積溫，增暖幅度都具有隨緯度升高而增大的空間特點[8-11]。1965～2008年東北地區年平均最高氣溫為11.3℃，氣溫增溫率為0.035℃/年，年平均最低氣溫為-0.3℃，氣溫增溫率為0.061℃/年，增溫趨勢夜間大于白天[12-13]。1960～2011年，東北地區大部分站點終霜凍日期明顯提前，初霜凍日期明顯延后，無霜凍期基本以3～5d/10年的變化趨勢增加[14]。對于變暖停滯現象在東北不同區域上的表現，尚無關注。

但是，在熱議氣候變暖的同時，近10余年來變暖趨勢是否停滯受到質疑。美國氣象學會會刊(BAMS)發表了“2008年氣候狀況”報告，指出根據資料1999～2008年溫度增量為(0.07±0.07)℃/10年，顯著低于1979～2008年的0.18℃/10年，也低于原來IPCC報告估計的0.20℃/10年，說明1999～2008年變化趨勢接近于零[15]，認為在變暖趨勢中有可能出現一個停滯或略有變冷的階段。有的學者也指出， 1998年至今，全球氣溫并未出現明顯的上升趨勢，甚至出現微弱的下降趨勢，王紹武等[16]就近10年全球變暖是否停滯也進行了探討，得出厄爾尼諾和拉尼娜現象及太陽輻射帶來的降冷，在一定程度上可能抵消了人類活動造成的溫暖。但是， 2009年IPCC發表了《哥本哈根診斷》，認為1999～2008年溫度增量為0.19℃/10年，變暖仍在持續，并且認為這個資料覆蓋面更完整，包括了近10年變暖劇烈的北極地區資料。

那么，東北地區近期是否與全球氣候變化同步，是否也存在增溫幅度減緩或者甚至停滯的現象呢？文章擬通過分析東北黑吉遼3省1981～2010期間，年際、年代際溫度的時空變化特點，來回答上述問題。為該區域更好地適應氣候變化、充分利用熱量資源發展糧食生產，提供基礎的氣候背景數據。

圖1 東北地區3省氣象站點分布

圖2 1981～2010年東北各省年均溫變化注：虛線為該省的30年平均年均溫

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

分析所用的氣象數據，包括黑龍江省、吉林省、遼寧省各氣象站點近30年(1981～2010年)各月份的月均溫，來源于“中國氣象科學數據共享服務網”(http：//cdc.nmic.cn/home.do)。涉及的氣象站點共計71個(其中，黑龍江省29個，吉林省20個，遼寧省22個)，分布如圖1。

1.2 研究方法

將各氣象站點每年的月均溫通過算術平均計算得到年均溫(1981～2010年各年)； 并計算省內各站點同年年均溫的算術平均值，得到各省每年的年均溫，用來分析年均溫隨時間的變化特點。以10年為一個單位，分別計算1981～1990年、1991～2000年、2001～2010年各個氣象站點的年代(10年)均溫，利用ArcGIS的克里金空間插值，得到各年代的年均溫空間分布圖，用來分析溫度在年代際之間的空間變化特點。東北地區每年的5～10月為生長季，將這6個月的月均溫通過算術平均計算得到每年的生長季溫度。其他的計算和繪圖方法，以及分析內容，與年均溫的相同。東北地區當年12月至翌年二月為冬季[17]，將這3個月的月均溫通過算術平均得到每年的冬季溫度。

在ArcGIS10.2中，采用普通克里金法進行溫度空間分布繪圖。由先驗知識已知東北的溫度由南往北遞減，選擇“First”以剔除溫度分布的趨勢分布(1次)，設置Number of Lags為24，設置SectorType為4方向，由交叉驗證結果可以看出，成果圖(圖3，圖6)的插值誤差在0.01-0.02之間，均方根誤差在0.72～0.83之間，平均標準誤差在0.61～0.71之間，兩者較為接近，標準均方根誤差在1.10～1.21之間，通過檢驗。

2 近30年東北地區溫度的年際、年代際變化

2.1 年均溫的數值變化

1981～2010年3個省的溫度變化波動特征明顯，波動中呈上升趨勢，而且年均溫變化具有同步性(圖2)。1982年、1989～1990年、1994～1995年、1997～1998年、2002～2004、2007～2008年各省的溫度均高于多年平均溫度，而1981年、1983～1988年、1991～1992、1996年、2000～2001年、2005年， 2009～2010年各省的溫度均低于多年平均溫度。尤其是吉林省與遼寧省的冷暖年變化更是完全一致。3省在1981～1990年冷年年數明顯多于1991～2000年與2001～2010年。

統計每10年的均溫(表1)，可以看出年代的年溫度呈上升趨勢，尤其是1991～2000年與1981～1990年相比，各省的升溫幅度達到0.5～0.6℃，但2001～2010年與1991～2000年相比，雖然依然在升溫，但各省升溫幅度明顯減小，僅有0.1～0.2℃。因此，東北地區在2000年之后，年均溫的增加的確存在趨勢減緩。

表1 1981～2010年東北各省年均溫變化(℃)的統計

省區年均溫變化范圍30年平均溫度1981～1990均溫1991～2000均溫2001～2010均溫黑龍江1.0～3.82.42.02.52.7吉林4.1～6.55.34.85.45.6遼寧7.4～9.78.78.38.88.9

2.2 10年均溫的空間分布及變化

圖3 東北地區各年代際年均溫空間分布

圖3分別表示的是1981～1990年、1991～2000年、2001～2010年東北地區每10年均溫空間分布圖； 圖4是1991～2000年與1981～1990年相比、2001～2010年與1991～2000年相比，增(減)溫的區域空間分布圖。將圖3各年代際年均溫分布圖在ArcGIS進行柵格計算，正數值為增溫區域，幅度為0～4℃，負數值為降溫區域，幅度為0～4℃， 0值為不變區域，得到圖4。由圖3可知： 1981～1990年，東北地區的年均溫以2

圖4 東北地區年代際年均溫變化

表2 1981～2010年東北地區年均溫面積比例統計

均溫(T)范圍(℃)1981～1990所占比例(%)1991～2000所占比例(%)2001～2010所占比例(%)整體變化趨勢-4

圖5 1981～2000年東北各省生長季溫度變化注：虛線為該省的30年平均的生長季溫度

由表2可知，東北近3個10年里，低溫區域(-4

2.3 生長季溫度的數值變化

3省的年生長季溫度存在明顯的上升趨勢，大約以1998年為時間分界點，之前的年生長季溫度在平均線以下波動變化，之后則在平均線以上波動變化。然而，對比圖2發現，年均溫的變化卻沒有明顯的升高，說明非生長季溫度(11～次年4月份)的降低抵消了生長季溫度升高帶來的對年均溫度值的影響，也就是“暖冬”現象減弱，年均溫增溫趨勢的減緩是由非生長季(冬、春季)溫度的降低帶來的，而生長季(夏、秋季)溫度仍是增溫趨勢明顯。

統計每10年的生長季均溫，如表3，年代際的生長季溫度上升趨勢明顯。1991～2000年與1981～1990年相比，各省的升溫幅度達到1.4～1.5℃； 2001～2010年與1991～2000年相比，各省升溫幅度達到2.3～2.4℃，升溫幅度增大。

2.4 10年平均的生長季溫度的時空變化

圖6分別表示的是1981～1990年、1991～2000年、2001～2010年東北地區每10年的年生長季均溫空間分布圖。將圖6各年代際生長季溫度空間分布圖在ArcGIS進行柵格計算，正數值為增溫區域，幅度為0～4℃，負數值為降溫區域，幅度為0～4℃， 0值為不變區域，得到圖7。圖7則是1991～2000年與1981～1990年相比、2001～2010年與1991～2000年相比，年生長季溫度增(減)變化的區域空間分布圖。通過對柵格數據的計算，可以得到不同溫度值的空間面積比重及其年代際的變化(表4)。

表3 1981～2010年東北各省年生長季均溫變化(℃)的統計

省區年生長季均溫變化范圍30年生長季平均溫度1981～1990生長季均溫1991～2000生長季均溫2001～2010生長季均溫黑龍江13.9～16.215.114.716.218.6吉林15.5～17.616.615.216.619.0遼寧17.7～19.918.915.617.019.3

表4 1981～2010年東北地區年生長季均溫面積比例統計

生長季溫度(T1)范圍(℃)1981～1990所占比例(%)1991～2000所占比例(%)2001～2010所占比例(%)整體變化趨勢10

由圖6可知： 1981～1990年，東北地區的年生長季均溫以14

圖6 東北地區年生長季溫度空間分布

圖7 東北地區年生長季溫度變化

東北近3個10年里(1981～2000年)，低溫區域(10

圖7可知， 1991～2000年，遼寧省的增溫區域主要出現在北部的開原-章黨-丹東一帶，吉林省增溫區域主要在三岔河-臨江一帶，黑龍江省的增溫區域較多，以西南的富裕-明水-綏化一帶，東部的佳木斯-富錦-寶清一帶。2001～2010年增溫區域與前10年相比有明顯的北移趨勢。前后2個10年的對比， 1991～2000年比1981～1990年、2001～2010年比1991～2000年的增溫面積分別為15.3萬km2與19.6萬km2。

圖7與圖4對比，生長季溫度與年平均溫度變化不一致。1991～2000年與1981～1990年相比，年平均溫度在黑龍江東南部，吉林東部地區增溫區域要遠大于生長季溫度的增溫區域。2001～2010年與1991～2000年相比，年平均溫度增溫區域明顯小于生長季增溫區域。其中，在黑龍江東部存在年年平均溫度降溫，而生長季溫度增溫的區域。說明2000年以后，東北地區“暖冬”現象減弱。

2.5 冬季溫度的數值變化

圖8 1981～2000年東北地各省冬季溫度變化注：虛線為該省的30年平均的冬季溫度

1981～2010年3個省的冬季溫度變化波動特征明顯，波動中呈上升趨勢，而且冬季溫變化具有同步性(圖8)。1981年、1988年、1991～1992年、1994年、1997～1998年、2001～2003、2006年各省的冬季溫度均高于多年冬季平均溫度，而1982～1986年、1993年、1999～2000年、2004～2005年、2009～2010年各省的冬季溫度均低于多年冬季平均溫度。普遍理解認為：若某1年的冬季溫度距平>0℃，可以將其定義為暖冬[16]。黑龍江有11個暖冬發生在1990年以后，占總數的61%，遼寧省有13個暖冬發生在1990年以后，占總數的72%，吉林省有11個暖冬發生在1990年以后，占總數的79%。3省在1991～2000年與2001～2010年暖冬年份明顯多于1981～1990年。但進入2001～2010年后，各省的暖冬年數又有所減少。

統計每10年的冬季均溫(表5)，可以看出年代的冬季溫度呈上升趨勢，尤其是1991～2000年與1981～1990年相比，各省的升溫幅度達到0.4～0.7℃，但2001～2010年與1991～2000年相比，雖然依然在升溫，但各省升溫幅度明顯減小，僅有0.1～0.2℃，而遼寧省甚至存在冬季升溫停滯。因此，東北地區在2000年之后，冬季溫度的增加的確存在趨勢減緩。

表5 1981～2010年東北各省冬季均溫變化(℃)的統計

省區冬季均溫變化范圍30年生冬季平均溫度1981～1990冬季均溫1991～2000冬季均溫2001～2010冬季均溫黑龍江-21.8～-14.5-17.8-18.1-17.7-17.5吉林-16.3～-9.2 -12.6-13.1-12.4-12.3遼寧-9.9～-4.6-7.4-7.8-7.1-7.1

3 討論

該文通過對東北3省71個氣象站點1980～2010年的每年和每10年的全年均溫和生長季(5～10月)均溫的數值變化、空間分布變化的分析，并結合東北冬季氣溫的數值分析，該文研究結論得出東北地區30年來具有增溫趨勢，這與前人的結論是一致的[7-9]。但2000年以來，全球氣溫是否存在增溫幅度的減緩甚至停滯現象，前人的研對此存在爭議[8，9，17-19]。而論文得出東北地區2001～2010年“暖冬”現象減弱，全年均溫增溫區域減少，甚至出現降溫區域，具體結果如下所述。

(1)近30年來，隨時間變化，東北的年均溫與年生長季均溫都有升高的趨勢，而且3省的變化具有一致性。但是， 2000后年均溫增溫的幅度減小。生長季溫度的升溫幅度則為逐年代遞增的趨勢。2000年后暖冬年份減少，3省冬季溫度的增溫幅度減小。說明“暖冬”現象減弱。

(2)從空間分布上看，年均溫的等溫線在1991～2000年有明顯的北移趨勢， 2～4℃的區域范圍減少、4～6℃的區域范圍增加最為顯著； 而2001～2010年增溫區域較少，佳木斯-寶清一帶甚至出現降溫區域。東北的生長季溫度年代際的增溫區域較為明顯，在1991～2000年與2001～2010年增溫面積分別為15.3萬km2與19.6萬km2。

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SPATIOTEMPORAL DIFFERENCE OF TEMPERATURE CHANGE IN NORTHEAST CHINA IN LASTEST 30 YEARS*

Zhai Xianshuai，Su Yun※，Fang Xiuqi

(School of Geography , Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

The Northeast China is one of the most significant areas in response to global warming. Based on the monthly average air temperature data from 71 meteorological stations in Northeast China during 1981-2010, This paper analyzed the characteristics of temporal and spatial variation of the annual, decadal air temperature and growing seasonal average air temperature in Northeast Chin, using the methods of time series analysis and Kriging spatial interpolation technology. The results showed that (1)the annual average air temperature hadrisen volatility in the past 30 years, and the change of annual mean air temperature was synchronous in the three northeast provinces. (2) The areas with the increase of annual average air temperature expanded significantly in 1990s, and the annual average air temperature increased from 2-4℃ to 4-6℃, with a slow increase in 2000s. (3) The growing seasonal air temperature showed a trend of increase in the past 30 years. Compared with 1980s, the warming range in 1990s was about 1.4-1.5℃, which was about 2.3-2.4℃ higher in 2000s compared with 1990s. (4) The areas with growing seasonal temperature increased remarkably to northward during the period of 1981 to 2010.(5) The trend of growing seasonal air temperature increase was still remarkable in 2000s, but the phenomenon of warm winter was not obvious, and retarded the increase trend of annual average air temperature.

northeast China；annual average air temperature；growing seasonal temperature；inter decadal variation

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170203

2016-05-07 作者簡介：翟獻帥(1992—)，男，山東泰安人，碩士。研究方向：自然災害與環境演變。※通訊作者：蘇筠(1974—)，女，云南紅河人，副教授。研究方向：環境演變與自然災害。Email：suyun@bnu.edu.cn *資助項目：國家自然科學基金項目“過去千年自然外強迫異常期的中國氣候變化空間型及其形成機制”(41430528)

S161.2

A

1005-9121[2017]02020-08