近65年東蘭縣氣溫的時空變化特征分析

覃笠瑜 黃珩 劉芳

摘要 利用東蘭國家氣象觀測站1958—2022年氣溫以及縣域內其他自動氣象站的觀測資料，采用了一元線性回歸分析法和ArcGIS軟件的Kriging法插值，分析東蘭縣近65年氣溫變化特征和氣溫的分布特征，結果表明：近65年來東蘭縣年平均氣溫總體呈波動上升趨勢，與全球氣候變暖趨勢基本一致，氣溫變化傾向率為0.109 ℃/10年。

關鍵詞 氣溫；氣候變暖；GIS空間插值；東蘭縣

中圖分類號：P423 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）09–0-04

自從1992年聯合國大會發布《聯合國氣候變化框架公約》，氣候變化成為全球熱點關注問題。通過研究發現，在全球變暖的背景下，中國年平均地表氣溫明顯升高，廣西氣溫也呈升高的趨勢，高溫和強降水事件增加，低溫冷害事件減少，研究區域不同氣溫的變化也存在一定的差異[1-6]。近年來，隨著氣象站點分布逐漸增加和氣象數據的積累，可進一步研究東蘭縣氣溫變化相對于全球變暖響應的差異，以加深對該區域氣候變化及其成因的理解。

1 資料來源和分析方法

1.1 資料來源

東蘭國家氣象觀測站1958—2022年65年的氣溫數據，包括年平均氣溫、年平均最高、最低氣溫、年極端最高和最低氣溫，以及氣象站經度、緯度、海拔等。

東蘭國家氣象觀測站、巴疇氣象觀測站、隘洞氣象觀測站、長樂江板水庫氣象觀測站、長樂永模氣象觀測站、泗孟氣象觀測站、武篆氣象觀測站、花香氣象觀測站、金谷氣象觀測站、切學切亨氣象觀測站2013—2022年（建站至今）10年的年平均氣溫數據以及氣象站經度、緯度、海拔等用于ArcGIS空間插值。

基礎地理信息數據為國家基礎地理信息中心提供的1：25萬地理信息數據，利用ArcGIS提取東蘭縣DEM數據和各鄉鎮行政邊界。

1.2 分析方法

第一，采用一元線性回歸，分析隨時間的變化氣溫的變化趨勢，并對一元線性回歸方程進行顯著性檢驗。

y= αx + α0（1）

式（1）中：α0為回歸常數，α為回歸系數，x為氣溫指標。α0和α可以用最小二乘法進行計算求得。回歸系數α的符號表示氣溫在一定時間內變化的趨勢傾向（變冷或變暖），稱為氣溫傾向率；α值的大小反映了隨時間的推移氣溫上升或下降的快慢程度；α×10則表示氣溫每10年的變化，單位為℃/10年[7]。

第二，利用ArcGIS軟件對氣溫進行空間插值，通過研究發現，對于給定數據的年均氣溫插值而言，Kriging法效果最好[8-9]。分析東蘭縣氣溫的空間分布特征，氣象站的觀測氣溫值只能代表氣象站所在地區局部范圍的氣溫狀況，對于廣大非氣象站所在地區的氣溫，只能通過推算求得[10]。

2 資料的準確性和一致性說明

因東蘭國家氣象觀測站數據時間序列較長，因此需對數據的一致性進行檢驗。數據的一致性主要是考察氣象數據歷史序列是否連續、一致。氣象站的觀測記錄序列通常受到氣象臺站周邊環境變化、儀器更換、臺站遷移的影響，影響程度由遷址距離、海拔、站址地形及周圍環境條件決定，由于東蘭站建站以來臺站周邊環境、觀測儀器曾發生變化，因此需檢驗東蘭站觀測數據的一致性[11]。利用《氣候可行性論證規范抗風參數計算》（QX/T 436—2018）推薦的滑動t檢驗法對東蘭站1958—2022年的年平均氣溫序列進行均一性檢驗。

東蘭站1958—2022年的平均氣溫、氣壓、風速、降水量、相對濕度和日照時數的滑動t檢驗結果見圖1。由圖1可見，東蘭站1958—2022年的平均氣溫數據一致性較好，均沒有發生突變。

3 平均氣溫的變化特征

3.1 年平均氣溫的變化

通過對東蘭國家氣象觀測站1958—2022年年平均氣溫資料的分析（圖2），年平均氣溫在19.3（1984年）～21.7 ℃（2020年）之間，歷年年平均氣溫為20.2 ℃。對東蘭縣近65年的年平均氣溫進行線性擬合，得到年平均氣溫趨勢方程為：y=0.010 9x+19.863，年平均氣溫的變化傾向率為0.109 ℃/10年，通過了信度α=0.01的顯著性檢驗，故年平均氣溫呈顯著升高的趨勢；最熱月7月的平均氣溫為27.2 ℃（表1），最冷月1月的平均氣溫為11.1 ℃，氣溫年較差為16.1 ℃。

3.2 年平均氣溫的空間分布特征

東蘭縣境地處云貴高原的南部邊緣，桂西北部山區，地勢北高南低，自西北向東南傾斜，位于中、南亞熱帶之間的季風氣候區。總的氣候特征是夏長冬短，雨熱同季，冬暖夏涼，氣候溫和，光照充足。

利用ArcGIS軟件的Kriging法將巴疇氣象觀測站、隘洞氣象觀測站等氣象站點10年年平均溫度進行空間插值，得到結果見圖3。

空間插值結果表明（圖3），東蘭縣2013—2022年的年平均溫度為19.3～20.9 ℃，年平均溫度的分布與海拔相關，大致呈四周低中部高的狀態，中部東蘭鎮和三弄瑤族鄉、南部三石鎮武篆鎮等鄉鎮年平均溫度較高，Kriging插值結果為20.1～20.9 ℃；北部金谷鄉和巴疇鄉、東部切學鄉和花香鄉等高海拔山區年平均溫度較低，為19.3～19.8 ℃。

3.3 季平均氣溫的變化

對東蘭縣近65年的平均氣溫的季節變化進行線性擬合，得到四季的氣溫趨勢方程：春季y=0.001 7x+20.938；夏季y=0.010 7x+26.417；秋季y=0.019x+20.204；冬季y=0.0121x+11.865。

由此得出東蘭縣1958—2022年四季氣溫變化曲線及線性趨勢（圖4），并對四季氣溫趨勢方程進行顯著性檢驗可得：近65年春季的氣溫變化傾向率為0.017 ℃/10年，未通過顯著性檢驗，變化趨勢不明顯；夏季的氣溫變化傾向率為0.107 ℃/10年，通過信度α=0.01的顯著性檢驗，夏季平均氣溫變化呈明顯升高趨勢；秋季的氣溫變化傾向率為0.19 ℃/10年，通過信度α=0.01的顯著性檢驗，秋季平均氣溫變化呈明顯升高趨勢；冬季的氣溫變化傾向率為0.121 ℃/10年，通過信度α=0.10的顯著性檢驗，冬季平均氣溫變化呈明顯升高趨勢；近65年東蘭縣四季平均氣溫均呈波動上升趨勢，其中以秋季氣溫變暖幅度最大，冬季次之，春季最小。

4 高、低溫的變化特征

4.1 年平均最高、最低氣溫的變化特征

對東蘭縣近65年的平均最高、最低氣溫變化進行線性擬合，可知，平均最高氣溫y=0.008 1x+25.309；平均最低氣溫y=0.021 4x+16.214。

從平均最高、最低氣溫變化曲線及線性趨勢（圖5、圖6）可以看出，東蘭縣1958—2022年年平均最高氣溫在24（1984年）～26.9 ℃（1968年）之間，年平均最高氣溫變化傾向率為0.081 ℃ /10年，通過信度α=0.05的顯著性檢驗，年平均最高氣溫變化呈明顯升高趨勢；年平均最低氣溫在15.6（1971年）～18.4 ℃（2020年和2021年）之間，年平均最低氣溫變化傾向率為0.214 ℃ /10年，通過信度α=0.01的顯著性檢驗，年平均最低氣溫變化呈明顯升高趨勢。

4.2 年平均最高、最低氣溫的空間分布特征

利用ArcGIS軟件的Kriging法將巴疇氣象觀測站、隘洞氣象觀測站等氣象站點10年年平均最高、最低溫度進行空間插值，得到結果見圖7。

空間插值結果表明，東蘭縣2013—2022年的年平均最低氣溫為11.0～13.4 ℃（圖7），北部和東部金谷鄉、切學鄉和花香鄉等鄉鎮年平均最低氣溫較低，為11.0～12.2 ℃，南部和中部東蘭鎮、三弄瑤族鄉和蘭木鄉等鄉鎮年平均最低氣溫較高，為12.2～13.4 ℃；東蘭縣2013—2022年的年平均最高氣溫為31.2～34.8 ℃（圖8），大致呈南高北低的趨勢，北部金谷鄉、巴疇鄉和切學鄉平均最高氣溫較低，為31.2～31.8 ℃，北部以下鄉鎮為32.4～34.8 ℃，中部三弄瑤族鄉等鄉鎮年平均最高溫度最高。

4.3 年極端最高、最低氣溫的變化特征

對東蘭縣近65年的極端最高、最低氣溫變化進行線性擬合，得到氣溫趨勢方程：極端最高氣溫y=0.015 1x+36.897；極端最低氣溫y=0.042 3x-0.464。

從極端最高、最低氣溫變化曲線及線性趨勢（圖9、圖10）可以看出，極端最高氣溫的最小值為35.4 ℃，出現在1997年8月20日，極端最高氣溫的最大值為39.5 ℃，出現在2021年8月6日，極端最高氣溫變化傾向率為0.151 ℃/10年，通過信度α=0.05的顯著性檢驗，極端最高氣溫變化呈明顯升高趨勢；極端最低氣溫的最小值為-2.4 ℃，出現在1963年1月15日，極端最低氣溫的最大值為4.4 ℃，出現在2020年12月17日，極端最低氣溫變化傾向率為0.423 ℃/10年，通過信度α=0.05的顯著性檢驗，極端最低氣溫變化呈明顯升高趨勢；氣候變暖體現在極端最低氣溫上尤為明顯，即年平均最低氣溫每10年上升0.4℃；且極端最高、最低氣溫最大值均出現在21世紀20年代。

4.4 高、低溫天氣日數的變化特征

氣象學上將日最高氣溫≥35 ℃定義為“高溫日”，將東蘭縣近65年每年出現日最高氣溫≥35 ℃天氣日數進行線性擬合，得到高溫日數趨勢方程：y=0.329 9x+9.019 7（因最低氣溫＜0 ℃出現的日數過少，且從2004年后最低氣溫＜0 ℃的低溫天氣不再出現，故不進行分析）。

從高溫天氣日數變化曲線及線性趨勢（圖11）可以看出，高溫天氣日數出現最少的年份在1993年，為1 d；高溫天氣日數出現最少的年份在2021年，為60 d；高溫天氣日數方程通過α=0.01的顯著性檢驗，故呈高溫天氣出現的日數明顯增加趨勢。

5 結論

（1）東蘭縣近65年的年平均氣溫呈顯著升高的趨勢，年平均氣溫的變化傾向率為0.109 ℃/10年；年平均溫度的空間分布與海拔相關，大致呈北高南低。

（2）東蘭縣四季平均氣溫均呈波動上升趨勢，秋季氣溫變暖幅度最大，冬季次之，春季最小。

（3）東蘭縣年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫均呈升高的趨勢；年平均最高、最低氣溫空間的分布在北部、西部和東部的鄉鎮氣溫較低，中部和南部的鄉鎮氣溫較高。

（4）東蘭縣近65年高溫天氣出現的日數在逐漸變多，低溫天氣日數在減少甚至不再出現。

參考文獻

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Analysis of Spatio-temporal Changing Characteristics of Temperature in Donglan County in the Past 65 Years

Qin Li-yu et al（Hechi Meteorological Bureau， Hechi， Guangxi 547000）

Abstract Using the temperature data from the Donglan National Meteorological Observatory from 1958 to 2022 and other automatic meteorological stations in the county， the univariate linear regression analysis method and Kriging interpolation method using ArcGIS software were used to analyze the temperature change characteristics and distribution characteristics of Donglan County in the past 65 years. The results showed that the overall average annual temperature in Donglan County had shown a fluctuating upward trend in the past 65 years， which was basically consistent with the global warming trend， The trend rate of temperature change was 0.109 ℃/10 a.

Key words Temperature; Climate warming; GIS spatial interpolation; Donglan County