1961—2010年中国区域积温的演变趋势

王小燕　乐群

摘要：选取全国715个常规气象站数据，分析了1961-2010年平均气温变化特征。结果表明，中国气候变暖始于20世纪80年代，90年代是中国近50年来气温变化最剧烈的时期。1961-1990年与1991-2010年多年平均气温差值显示，20世纪90年代之后，除了西南部局部地区气温有所下降之外，大部分地区是以增温为主：北部地区的增温幅度大于中部和南部地区，增温地区主要出现在秦岭-淮河一线以北。多年平均日均温≥10℃的累积积温为8000℃的等值线向北移动，4 500℃的积温等值线向西北方向移动，3 400℃与1 600℃的积温等值线移动的方向可能与海拔高度有关，有向海拔较高的地方移动的趋势。

关键词：气候变暖；温度距平；积温等值线；演变趋势；中国

20世纪80年代初，全球气候开始变暖，1980-2000年是20世纪全球最暖的时期。陈隆勋等研究表明，20世纪80年代中国气候开始变暖，90年代末气温达到了近100年来最暖的时期，中国的气候正在变暖。气候变化影响着人类生存与发展，并严重危及到工、农、水、能源以及生态。IPCC（2007）第四次评估报告指出，在中高纬度地区，如果局地平均温度增加1～3℃，粮食产量预计会有少量增加：若升温超过这一范围，某些地区农作物产量则会降低。气候变化给各个领域带来一系列重大影响，而农业是最易受到气候影响的领域。当前中国气候已经开始变暖，必然会对积温造成影响。积温是一个地区非常重要的气候资源。本研究通过对中国715个气象站点的数据进行分析，通过分析≥10℃积温10年际的变化，揭示气候变暖对中国重要积温等值线的影响。

1.材料与方法

1.1数据来源

数据是从中国气象科学数据共享网上获取的1961-2010年在时间上比较完整的日平均气温资料的715个站点的数据。文中≥10℃的累积积温计算方法采用魏凤英的5日滑动平均法，图1的DEM数据来自美国地质勘探局USGS（The Unite Sates geological survey）全球30S数字高程模型。

图2为1961-2010年50年间每年平均气温的距平值以及1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5个10年段的距平的平均值，从图2可以看出，近50年来，中国的气温上升比较明显，总体上是以上升为主，但是1961-1970、1971-1980这两个10年际变化并不明显，其中1961-1970年平均气温的距平值为-0.381 98，1971-1980年为-0.332 22，1981-1990年为-0.195 78，1991-2000年为0.253 444，2000-2010年为0.656 854。从图2还可以看出，虽然1980年之后气温的距平值仍然为负值，但是气温的变化速度已经在加快，到了20世纪90年代以后，气温的变化速度骤然升高，到了21世纪，气温仍然在上升，但是与20世纪90年代相比，速率变慢。所以，近50年来，中国的气温趋于上升，而且上升的速率明显变快。其中，20世纪90年代和21世纪初的10年，气温上升最明显。有研究表明，全球变暖的幅度为每100年（0.6±0.2）℃，而中国自1961年以来，气温上升的速率要明显比全球平均速率要快。

2.2 1961-2010年中国区域多年平均气温的变化

针对中国年平均气温的距平变化可以明确看出，中国的气候确实出现了变暖的趋势，尤其是在20世纪90年代之后，气候变暖的趋势非常明显，但是对于全国气温分区域变化与全国变化是否是相同的还不清楚。为此，将1961-2010年这50年的时间划分为两段。根据“2.1”结果来看，1961-1990年气温的距平值变化并不明显，因此，将时间划分为1961-1990和1991-2010年，并且将这两个时间段的多年平均气温做差值处理，结果见图3。

从1961-1990年多年平均气温与1991-2010年多年平均气温的差值图（图3）可以看出，20世纪90年代之后，除了西南部局部地区气温有所下降之外，中国大部分地区是以增温为主，且北部地区的增温幅度大于中部和南部增温区，主要出现在秦岭-淮河一线以北。其中，增长幅度最大的是内蒙古的东北部和阿拉善高原以北地区、黑龙江的西北部、吉林的北部以及山西的大同盆地和河北省的保定地区，平均的增温幅度在1.00-1.59℃。增温的特征是山地增温的幅度要明显高于平原地区，尤其是东北的大兴安岭附近，增温的幅度与面积都比较大，这可能与近几年来大兴安岭林区的森林砍伐严重有关。其次，增温幅度比较大的是内蒙古的中部与东部地区、黑龙江、吉林的东部、辽宁的大部分地区、山西的北部、河北的西北部、陕西和宁夏交界的地区以及新疆的阿尔泰山附近和青海的西部地区，增温幅度在0.80-1.00℃。增温幅度在0.60-0.80℃的有新疆的东部、西藏的东北部、青海的中北部、甘肃的西北部、东部以及宁夏和陕西的南部、山西的东部以及山东和江苏的大部分地区。塔里木盆地、昆仑山与喜马拉雅山之间、青海省中部和东北部、云南省的横断山脉附近以及安徽和湖北省的东部增温幅度在0.40-0.60℃。秦岭-淮河一线以南的川渝地区、贵州、湖北、江西、广西、云南的东部、广东的北部、福建的东部以及浙江省的南部和新疆的西部小范围，由于受到海洋性气团的调节作用，温度的增幅最小，为0.20-0.40℃。

2.3气候变暖对重要积温等值线的影响

在农业气候里，界限温度是指农作物或者某些农业活动以及物候现象的起始、终止和转折温度。而日平均气温是否达到10℃是比较重要的农业气候指标。稳定在10℃以上和以下的光合潜力在作物生产中的作用很不相同，形成作物产量的同化物的主体都是在10℃以上时间中产生的。日平均气温稳定≥10℃的积温在农作物的种植中也有很重要的意义，在农业气象中，≥10℃的积温也成了衡量区域热量资源中非常重要的指标，它的时空分布也会对农业的布局和生态物种的分布产生一些影响。近年来，全球性气候变暖已经被大多数学者所认可，“2.2”的气温距平序列以及全国区域内气温差值的研究表明，自20世纪90年代以来，中国的气温有明显的上升趋势。随着气温的显著升高，≥10℃的积温也有可能在时空分布上有着非常显著的差异。在以往的研究中，多采用的是利用典型地域的≥10℃的累积积温分布，而忽略了全国≥10℃的累积积温的时空分布趋势。研究通过对1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5个10年段全国范围内≥10℃的累积积温进行分析，研究典型积温等值线在全国范围内的时空演化。通过分析来研究≥10℃多年平均积温的空间演变趋势，并与当前中国经济作物系统相结合，研究中国≥10℃有效积温的演变趋势与相关作物可能种植区域的演变趋势。根据≥10℃的有效积温与对应的经济作物对应表（表1），选择了≥10℃比较有代表性的累积积温的等值线，分别为1 600、3 400、4 500、8 000℃/年。

由图4可知，≥10℃的累积积温等于8 000℃/年的等值线10年际波动变化趋势比较明显，与第一个10年相比（1961-1970），第二个10年积温等于8 000℃的等值线有整体向南移动的趋势，但是移动的幅度不大，仅在广东省的西南部有向南移动的趋势，而第三个10年该积温等值线明显北移，北移幅度较大区域在广西的西南部和广州市附近，第四个10年该积温等值线整体向北平移，移动幅度最大的，是第五个10年，在2000-2010年这个10年间，积温等值线除了向北移动外还整体向西移动。总体而言，≥10℃的累积积温等于8 000℃的积温等值线在5个10年际不仅向北平移，而且在近广西与云南的交界处有向西移动的趋势。

由图5可知，≥10℃的累积积温等于4500℃/年的10年际变化趋势比较复杂，根据积温等值线的空间分布情况，可以分为以下几个区域：山东河北交界附近、山西陕西河南的交界附近与川陕交界附近、云贵川交界附近以及天山与昆仑山之间的塔里木盆地。该积温等值线在山东河北交界附近有向东、向北移动的趋势，其中，前3个10年际移动的趋势很小，而在20世纪90年代后向北移动的趋势非常明显：在山西河南的交界附近和四川陕西交界处向西北移动，前4个10年际，移动的趋势很小，而在21世纪最初的10年，向西北移动的趋势比较明显。该积温等值线在塔里木盆地的变化趋势是最明显的，在前4个10年际，该积温等值线由第一个10年的中心向四周扩大，而在2001年之后，该积温等值线迅速由中心向四周扩散，有向高纬度演变的趋势。

由图6可知，≥10℃的累积积温等于3400℃/年的等值线的变化比较复杂，在内蒙古与辽宁交界处，该积温等值线先向南移动，又向北移动，特别是1981年之后，该积温等值线向北移动的趋势非常明显，而在内蒙古的中部，特别是祁连山与贺兰山之间，该积温等值线变化趋势最大，有向地势较高的区域移动的趋势，而在新疆境内，该积温等值线也有向天山山脉以及昆仑山、祁连山移动的趋势。该积温等值线的移动趋势与地形有很大的相关性，5个10年际，该积温等值线的移动有向地势较高的区域迁移的可能。

由图7可知，≥10℃的累积积温等于1 600℃/年的等值线整体变化较简单。变化幅度较大的时间段基本上是从20世纪90年代到现在，变化幅度较大的地域基本上分布在昆仑山附近以及雅鲁藏布江谷地附近的区域，演变的趋势是向海拔较高的区域迁移。

2.4气候变暖对中国重要自然分界线的影响

在中国地理中，秦岭-淮河一线是一个非常重要的地理概念，在气候方面是800 mm等降水线，也是湿润半湿润分界线、1月0℃等温线的界限：在植被方面，是亚热带常绿阔叶林和温带落叶阔叶林的分界线；在农业方面，是小麦、水稻的分界线，也是水田、旱地分界线、还是中国经济作物熟制分界线，秦岭一淮河以北，熟制一般是两年三熟或者一年一熟，以南是一年两到三熟。它就像一堵墙一样，将北方的冷空气挡在秦岭以北，并且拦截了夏季时的东南季风北上。虽然秦岭淮河一线是一条自然界限，但是它仍然可以用一些气候指标来衡量，例如，它是1月0℃等温线的分界线，还是多年平均日均温≥10℃累积积温为4 500℃等值线的分界线。自20世纪80年代以来，中国的气候变暖已成事实，为了探明气候变暖对中国重要的自然分界线的影响，用多年平均日均温≥10℃累积积温为4 500℃等值线作为秦岭-淮河一线的衡量指标。

多年平均日均温≥10℃累积积温为4 500℃的等值线中心的确定：由于中国地形下垫面的复杂性，在地理中，积温等值线的空间分布一般是难以确定的，当前还没有统一的办法来表征积温等值线的空间准确位置。王浩等将积温等值线的空间位移分解为X和Y两个方向的位移，并且采用积温等值线的加权平均位置来表示积温等值线的整体位移。本研究根据全国739个实测站点的日平均温度，统计多年平均日均温≥10℃累积积温，利用克里金插值法，得到中国多年平均日均温≥10℃累积积温的空间分布图，并将插值得到的结果转为矢量图，对矢量图进行栅格话处理，然后将栅格的等值线进行矢量点的处理，最终的目的是要得到和积温等值线空间分布完全重合的矢量点，并统计得到的矢量点经纬度的平均值作为所要积温等值线的中心。通过对积温等值线中心（X，Y）的变化研究，在一定程度上可以反映积温等值线的空间演化规律。

图8、图9表明了中国≥10℃累积积温为4 500℃等值线的迁移规律，从图8来看，有效积温为4 500℃/年的等值线中心的整体迁移方向比较明显，基本上是以向北迁移为主，而且自1990年之后，向北迁移的趋势越来越大：从图9可以看出，该等值线的迁移方向也比较明显，基本上是以向西迁移为主，属于波动迁移。所以结合经纬度共同来看，≥10℃累积积温为4 500℃等值线的迁移方向为西北方向，而且1990年前，该等值线基本上向西迁移，1990年之后，该等值线向西北迁移。综上所述，如果人为的将≥10℃累积积温为4 500℃等值线作为秦岭-淮河一线的南北分界线，在中国大范围气候变暖的前提下，这一分界线在中国范围内有向西北迁移的趋势。

3.结论

通过对中国1961-2010年多年平均气温的距平值以及1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5个10年段的距平的平均值得出，近50年来，中国的气温上升比较明显，总体上是以上升为主，但是20世纪80年代以前，气温的变化比较缓慢，80年代之后，气温上升比较明显，到90年代之后和21世纪最初的10年，气温迅速上升。

将1961-2010年这50年的时间划分为两段，即1961-1990年与1990-2010年，对两段时间的多年平均值做差，通过不同区域的增温变化图分析得出，21世纪90年代之后，中国大部分地区是以增温为主的，增温幅度从西北到东南依次减小，这可能与西北部的取暖方式和西北部是能源地区有关，而东南地区增温幅度小可能是由于受海洋气团的影响大有关。

通过对1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5个10年段≥10℃的累积积温进行分析，并分析了≥10℃的累积积温为1 600、3 400、4 500、8000℃/年的特殊等值线，发现8 000℃/年的积温等值线向北移动，4 500℃/年的积温等值线向西北方向移动，3 400℃/年与1 600℃/年的积温等值线移动的方向可能与海拔高度有关，有向海拔较高的地方移动的趋势。如果人为的将≥10℃累积积温为4 500℃等值线作为秦岭-淮河一线的南北分界线，在中国大范围气候变暖的前提下，这一分界线在中国范围内有向西北迁移的趋势。