1961—2014年我國地表溫度時空分布特征

高操 邢麗珠 趙曉涵 李成

摘要?基于1961—2014我國地區535個站點的逐日溫度觀測數據，采用線性趨勢估計和MK檢驗對我國地表平均溫度、最低和最高溫度的時空變化情況進行分析。結果表明， 1961—2014年，我國的地表平均溫度、最高溫度、最低溫度在年和季尺度上均表現為顯著上升（P<0.01）趨勢;溫度變化率冬季最高，夏季最低;其中最低溫度變化率較高，最高溫度變化率較低。溫度突變年份在20世紀80年代左右，顯著增溫年份在20世紀末左右;空間分布上，我國大部分地區的平均溫度、最高溫度和最低溫度均增加，與溫度變化率變化趨勢一致，均是從西北到東南地區遞減;極端高溫天數整體呈上升趨勢，極端低溫天數整體呈下降趨勢。

關鍵詞?地表溫度;氣候變暖;趨勢系數;MK檢驗;極端溫度

中圖分類號?P467文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）20-0061-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.20.017

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Temperature in China from 1961 to 2014

GAO Cao1，XING Li?zhu2，ZHAO Xiao?han2 et al

（1.Limited Company of State Power Environmental Protection Research Institute，Nanjing，Jiangsu 210031;2.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters/Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology，Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing，Jiangsu210044 ）

Abstract?Based on the daily temperature observation data of 535 stations in China from 1961 to 2014，linear trend estimation and MK test were used to analyze the spatial and temporal variations of mean，minimum and maximum surface temperatures in China.Results showed that Chinas average surface temperature，maximum temperature and minimum temperature showed significant upward trends （P<0.01）

from 1961 to 2014 on both annual and seasonal scales.Temporally，the rate of temperature change was the highest in winter and the lowest in summer.The minimum temperature change rate was higher and the maximum temperature change rate was lower.The year with abrupt temperature change was around 1980s，and the year with significant temperature increase was around the end of 20th century.Spatially，the average temperature，maximum temperature and minimum temperature in most regions of China all increased，which was consistent with the change trend of temperature change rate and decreased from northwest to southeast.The number of days with extremely high temperature showed an overall upward trend，while the number of days with extremely low temperature showed an overall downward trend.

Key words?Surface temperature;Climate change;Trend coefficient;MK test;Extreme temperature

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）公布的第五次氣候評估報告，1880—2012年全球地表平均溫度約升高0.85 ℃。全球地表氣溫變化趨勢是氣候變化研究中的核心問題，是研究全球變化十分重要的組成部分，與人類的生存發展密切相關。不同領域的學者從不同的角度對此問題進行了深入研究[1-2]，極端高/低溫度[3]和平均溫度[4]均存在明顯上升趨勢，并對農業和水資源等方面產生重大影響[5]。近百年來，地球氣候正經歷一場以變暖為主要特征的顯著變化[6-7]，并日益深刻地影響著人類社會的可持續發展[8-10]，對全球氣候、生態、海洋、政治、經濟以及人體健康帶來很大程度的影響[11-12]。

在全球變暖背景下，近 50 年我國年平均地表溫度增加了1.1℃，增溫速率明顯高于北半球同期[13]。盡管全國平均氣溫變暖十分明顯，但不同區域變化特征不同，不同地區增溫速率不同，甚至還有地區呈現降溫趨勢。自20世紀80年代以來，我國學者采用不同的研究方法和資料，對我國氣溫變化進行了研究[14-16]。我國西北地區中部的柴達木盆地氣候向暖濕方向變化[17]，甘肅省西南地區增暖趨勢落后于我國其他地區[18]，青海省整體呈升溫趨勢但具有明顯空間差

異[19-20]，西北地區東部平均和極端氣溫均呈顯著上升趨勢[21]。其西部的青藏高原大部分地區的地表年均氣溫為增加趨勢，但高原東部的局部地區年均氣溫表現為降低趨勢[22-23]。北部的內蒙古區域溫度上升顯著，由于降水波動較大，導致更嚴重的蒸散情況[24-25]。位于東北的黑河流域地區20世紀50—90年代平均溫度數據分析表明其氣溫呈波動狀上升，且氣溫上升的速率大于同期的全球平均水平[26]。而東部沿海地區發現近年來存在變暖趨緩的情況且深受城市化影響[27]，江蘇省則發現在升溫背景下極端高溫天氣出現頻率明顯增加，極端低溫天氣減少[28]。我國由于面積遼闊，地形復雜，我國地表溫度時空分布十分復雜，。因此，筆者利用我國地區1961—2014年535個臺站地表逐日空氣溫度觀測數據從時間角度和空間角度上全面分析50多年來我國地表溫度的變化趨勢特征，幫助認識我國近代氣候變化的規律，為積極應對氣候變化、合理開發及保護生態環境提供依據。

1?數據與方法

1.1?數據來源?選取1961—2014年我國535個站點的地表逐日平均溫度、逐日最高溫度、逐日最低溫度觀測資料，所有資料均來自中國氣象局氣象數據。站點分布見圖1。采用克里金插值方法對每日資料插值后進行區域分析，分別建立1961—2014年全國年、季地表溫度序列。

1.2?研究方法?設定研究區域的四季分別是3—5月為春

季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季。采用最小二乘法計算全國溫度的氣候傾向率，從而對1961—2014年全國平均溫度、最高溫度、最低溫度的變化趨勢進行分析[29-30]，采用Mann-Kendall進行氣候變化總趨勢分析[31]，Z值為標準的正態分布系統變量，若大于0，是上升趨勢，小于0是下降趨勢。Z的絕對值在大于等于1.64、2.32時，分別表示通過了置信度95%、99%的顯著性檢驗。衡量變化趨勢大小的指標為β。氣候突變分析也采用Mann-Kendall法。該研究采用任福民等[32]對極端最高溫度和極端最低溫度的定義。

2?結果與分析

2.1?地表溫度的時間變化

2.1.1?年平均溫度的時間變化。從我國地表平均溫度長期變化趨勢（圖2）結合2種趨勢分析結果（表1、2）來看，2種方法均表示我國全年和四季的地表平均溫度均呈顯著上升趨勢（P<0.01），但上升幅度略有差異。在1961—2014年，冬季平均溫度變化率最高，達0.33 ℃/10 a。夏季平均溫度變化率最低，為0.18 ℃/10 a。全年平均溫度、春季平均溫度和秋季平均溫度的變化率介于兩者之間，均為0.25 ℃/10 a。

由表2可知，春季、夏季地表平均溫度在20世紀90年代才開始增溫，全年、秋季和冬季地表平均溫度分別在20世紀80年代和70年代開始增溫，增溫時間稍早于春季和夏季。全年、春季、夏季、秋季地表平均溫度均在20世紀末開始突變，在2000年左右顯著增溫，冬季地表平均溫度突變年份和顯著增溫早10年左右。可見冬季開始增溫，突變年份顯著增溫年份較早于其他季節和全年，變化率較高于其他季節和全年。綜合分析可知，我國平均溫度增加主要開始于20世紀80年代，21世紀后，增溫速率顯著提高。

2.1.2?年最高溫度的時間變化。從我國地表最高溫度長期變化趨勢（圖3）結合2種趨勢分析結果（表3、4）可以看出，2種趨勢分析結果一致，我國全年和四季的地表最高溫度和平均溫度均呈顯著上升趨勢（P<0.01），但同期最高溫度變化率低于我國地表平均溫度變化率。在1961—2014年，夏季最高溫度增溫速率最低，為0.14 ℃/10 a;冬季最高溫度增溫速率最大，為0.23 ℃/10 a;秋季最高溫度變化率（0.22 ℃/10 a）高于全年和春季（0.20 ℃/10 a）。

由表4可知，春季、夏季最高溫度在21世紀初才開始增溫，全年、秋季和冬季平均溫度在20世紀90年代左右開始增溫，增溫時間稍早于春季、夏季。春季、夏季最高溫度均在20世紀90年代開始突變，在2005年后顯著增溫，全年、秋季最高溫度突變年份為1995年，顯著增溫年份為2000年后，比春季、夏季早5年左右。冬季突變年份為1986年，比全年、秋季早10年左右，顯著增溫年份是1995年，比全年、秋季早5年。綜合分析可知，我國地表最高溫度增溫主要開始于20世紀90年代，進入21世紀后，變化率顯著提高。

2.1.3?年最低溫度的時間變化。

由圖4可知，我國全年和四季的地表平均最低溫度也均呈顯著上升趨勢（P<0.01）。結合表5和表6的趨勢分析可知，在1961—2014年，夏季最低溫度變化率最低，為0.28 ℃/10 a;冬季最低溫度變化率最高，達0.44 ℃/10 a，即1961年至今，冬季平均最低溫度增溫達2.0 ℃以上;全年、春季、秋季最低溫度變化率相差不大，但春季和全年最低溫度變化率略高于秋季（0.31 ℃/10 a）。

由表6可知，全年、春季、夏季、秋季最低溫度在1980年左右才開始增溫，冬季最低溫度時間為1971年，比全年、春季、夏季、秋季早10年左右;全年、春季、夏季、秋季最低溫度突變和顯著增溫在20世紀末。冬季最低溫度在1980年發生突變，1987年顯著增溫，早于全年、春季、夏季、秋季最低溫度。

2.2?地表溫度的空間變化分析

2.2.1?平均溫度變化率的空間分布。

由圖5可知，1961—2014年，我國大部分地區地表年均溫度呈增加趨勢，北方地區變化率高于南方地區和新疆地區的變化率。其中增溫率最高的是黑龍江北部、山西東北部、青海北部以及西北部、新疆東部地區和四川西南部，達0.5 ℃/10 a以上。局部地區的地表平均溫度呈降低趨勢，包括新疆西北部、貴州西部和青海東部地區，但降溫幅度和范圍遠小于增溫幅度和范圍。總體上，全國范圍內年均溫度變化率最大的增溫區主要集中在黑龍江-內蒙古-青海-西藏沿線，由此向西北內陸及東南沿海逐漸降低的趨勢。

由表7可知，535個站臺中，絕大多數站臺的平均溫度呈增加趨勢，其中夏季增溫站臺數目最少，僅有488個站臺，占91.21%，平均變化率也最低，約為0.21 ℃/10 a。全年、春季、秋季、冬季的增溫站臺數大致相同，有520多個，占99.4%以上，其中冬季平均變化率最高，為0.34 ℃/10 a。夏季降溫站臺數最多，為47個，占8.79%，變化率為-0.073 ℃/10 a，全年、春季、秋季、冬季降溫站臺數大致相同，約10個，全年、春季、秋季的變化率約為-0.090 ℃/10 a，變化率幅度略大于夏季，其中冬季的變化幅度最大，變化率為-0.215 ℃/10 a，是其他季節變化幅度的2倍多。

2.2.2?年最高溫度變化率的空間分布。

由圖6可知，1961—2014年全國范圍內整體平均溫度變化率呈從西北到東南地區的遞減趨勢，大部分地區地表最高溫度呈增加趨勢，北方增溫高于南方和新疆地區。其中增溫率最高的是黑龍江北部、山西北部和西部、青海西北部、西藏東部和四川南部，增溫地區和我國地表溫度增溫地點一致。增溫速率達0.5 ℃/10 a以上。只有局部地區地表最高溫度呈降溫趨勢，即貴州中部、青海東部地區，但降溫的幅度和范圍顯著小于增溫的幅度和范圍。

由表8可知，535個站臺中，絕大多數站臺的最高溫度增加，但夏季增溫站臺數數最少，僅有445個站臺，占83.18%，平均變化率也最低，約為0.18 ℃/10 a。年、春季、秋季、冬季的增溫站臺數超過500個，占93.46%以上，其中秋季增溫站臺數最高（526個），但冬季平均變化率最高（0.24 ℃/10 a）。夏季降溫站臺數最多，為90個，占16.82%，冬季降溫臺站數最少，但平均變化率幅度夏季（-0.073 ℃/10 a）高于冬季降溫臺站（-0.1 ℃/10 a）。

2.2.3?年最低溫度變化率的空間分布。由圖7可知， 1961—2014年全國范圍內整體最低溫度變化率呈從西北到東南地區的遞減趨勢，絕大地區地表最低溫度變化增溫，且增溫地區和幅度高于平均溫度和最高溫度。北方增溫速率高于南方增溫速率和新疆地區。其中增溫速率最高的是黑龍江、內蒙古、新疆、青海、河北、北京、西藏和云南，增溫速率達0.5 ℃/10 a以上。只有局部地區地表平均溫度呈降溫趨勢，包括新疆西北部，山西、河北、內蒙古交界處和青海東部，但降溫的幅度和范圍顯著小于增溫的幅度和范圍。

由表9可知，年和四季的最低溫度增溫臺站數差別均小于最高溫度，且增溫臺站多于最高溫度的增溫臺站數。增溫臺站數夏季最少，平均變化率最小;增溫臺站數冬季最多，平均變化率最大。夏季降溫臺站數最多，但平均變化率最小;冬季降溫臺站數最少，但平均變化率最大。春秋季相比，春季增溫臺站數多，平均變化率高于秋季;降溫臺站少，但平均變化率小于秋季。

2.3?地表極端溫度天數變化的空間分析

2.3.1?年極端高溫天數變化。

由圖8可知，1961—2014年，地表年極端最高溫度天數在東北至華北地區基本呈減小趨勢，變化率大于2 d/10 a的地區主要集中在新疆南部，新疆、甘肅、內蒙古交界處和廣東，與20世紀60年代相比，極端溫度天數每年多約10 d。變化率在1～2 d/10 a的地區主要集中在西藏、新疆、廣東、浙江、江蘇、甘肅、內蒙古、四川和重慶。極端最高溫度天數減小的只有新疆北部和西部、安徽、河南、山東、河北和吉林。且極端最高溫度天數減小的幅度和范圍遠小于增加的幅度和地區。

2.3.2?年極端低溫天數變化分析。

由圖9可知，1961—2014年，我國絕大地區地表年極端低溫天數均呈減少趨勢，變化率小于-1 d/10 a的地區主要集中在新疆、青海交界處，青海省中部，內蒙古北部，吉林南部，山東東部以及云南西部。與20世紀60年代相比，極端最低溫度天數每年少5 d。極端低溫天數增加的地區非常少，只有新疆、寧夏等部分地區。且極端低溫天數增加的幅度和范圍遠小于減小的幅度和地區。從圖9可以看出，全國范圍內整體年極端低溫天數變化率呈從南到北的遞減趨勢。

3?結論

利用我國535個站臺1961—2014年的逐日溫度觀測數據，分析了我國地區1961—2014年地表平均溫度、最高溫度、最低溫度的年際變化規律，以及我國大陸地區的空間分布特征。

（1）1961—2014年，我國年、春、夏、秋、冬的地表平均溫度、最高溫度、最低溫度大部分均顯著增溫（P<0.01），且相同時間下，最低溫度的變化率最高，平均溫度變化率次之，最高溫度變化率最低;在相同的氣象要素下，冬季的變化率最高，夏季變化率最低，全年、春季、秋季的變化率居中，且相差不大。

（2）由MK趨勢檢驗可知，我國年、春、夏、秋、冬的地表平均溫度、最高溫度、最低溫度大部分顯著增溫（P<0.01）;由MK突變檢驗可知，溫度突變年份在20世紀80年代左右，顯著增溫年份在20世紀末左右。

（3）由溫度變化率可知，我國大部分地區年地表平均溫度、最高溫度、最低溫度的變化趨勢均增加，只有少部分地區降溫，且溫度變化率呈從西北到東南地區遞減趨勢。最低溫度增溫的幅度和范圍最大，平均溫度增溫的幅度和范圍居中，最高增溫的幅度和范圍最小。

（4）由極端溫度天數變化率可知，我國大部分地區極端高溫天數增加，只有少數部分地區極端溫度天數減少，南方和西藏極端高溫天數變化率高于北方。我國大部分地區極端低溫天數減少，只有少數部分地區極端低溫天數增加，南方和西藏極端低溫天數變化率高于北方。

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