1961—2014年我国地表温度时空分布特征

高操 邢丽珠 赵晓涵 李成

摘要 基于1961—2014我国地区535个站点的逐日温度观测数据，采用线性趋势估计和MK检验对我国地表平均温度、最低和最高温度的时空变化情况进行分析。结果表明， 1961—2014年，我国的地表平均温度、最高温度、最低温度在年和季尺度上均表现为显著上升（P<0.01）趋势;温度变化率冬季最高，夏季最低;其中最低温度变化率较高，最高温度变化率较低。温度突变年份在20世纪80年代左右，显著增温年份在20世纪末左右;空间分布上，我国大部分地区的平均温度、最高温度和最低温度均增加，与温度变化率变化趋势一致，均是从西北到东南地区递减;极端高温天数整体呈上升趋势，极端低温天数整体呈下降趋势。

关键词 地表温度;气候变暖;趋势系数;MK检验;极端温度

中图分类号 P467文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）20-0061-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.20.017

开放科学（资源服务）标识码（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

根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）公布的第五次气候评估报告，1880—2012年全球地表平均温度约升高0.85 ℃。全球地表气温变化趋势是气候变化研究中的核心问题，是研究全球变化十分重要的组成部分，与人类的生存发展密切相关。不同领域的学者从不同的角度对此问题进行了深入研究[1-2]，极端高/低温度[3]和平均温度[4]均存在明显上升趋势，并对农业和水资源等方面产生重大影响[5]。近百年来，地球气候正经历一场以变暖为主要特征的顯著变化[6-7]，并日益深刻地影响着人类社会的可持续发展[8-10]，对全球气候、生态、海洋、政治、经济以及人体健康带来很大程度的影响[11-12]。

在全球变暖背景下，近 50 年我国年平均地表温度增加了1.1℃，增温速率明显高于北半球同期[13]。尽管全国平均气温变暖十分明显，但不同区域变化特征不同，不同地区增温速率不同，甚至还有地区呈现降温趋势。自20世纪80年代以来，我国学者采用不同的研究方法和资料，对我国气温变化进行了研究[14-16]。我国西北地区中部的柴达木盆地气候向暖湿方向变化[17]，甘肃省西南地区增暖趋势落后于我国其他地区[18]，青海省整体呈升温趋势但具有明显空间差

异[19-20]，西北地区东部平均和极端气温均呈显著上升趋势[21]。其西部的青藏高原大部分地区的地表年均气温为增加趋势，但高原东部的局部地区年均气温表现为降低趋势[22-23]。北部的内蒙古区域温度上升显著，由于降水波动较大，导致更严重的蒸散情况[24-25]。位于东北的黑河流域地区20世纪50—90年代平均温度数据分析表明其气温呈波动状上升，且气温上升的速率大于同期的全球平均水平[26]。而东部沿海地区发现近年来存在变暖趋缓的情况且深受城市化影响[27]，江苏省则发现在升温背景下极端高温天气出现频率明显增加，极端低温天气减少[28]。我国由于面积辽阔，地形复杂，我国地表温度时空分布十分复杂，。因此，笔者利用我国地区1961—2014年535个台站地表逐日空气温度观测数据从时间角度和空间角度上全面分析50多年来我国地表温度的变化趋势特征，帮助认识我国近代气候变化的规律，为积极应对气候变化、合理开发及保护生态环境提供依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源 选取1961—2014年我国535个站点的地表逐日平均温度、逐日最高温度、逐日最低温度观测资料，所有资料均来自中国气象局气象数据。站点分布见图1。采用克里金插值方法对每日资料插值后进行区域分析，分别建立1961—2014年全国年、季地表温度序列。

1.2 研究方法 设定研究区域的四季分别是3—5月为春

季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—次年2月为冬季。采用最小二乘法计算全国温度的气候倾向率，从而对1961—2014年全国平均温度、最高温度、最低温度的变化趋势进行分析[29-30]，采用Mann-Kendall进行气候变化总趋势分析[31]，Z值为标准的正态分布系统变量，若大于0，是上升趋势，小于0是下降趋势。Z的绝对值在大于等于1.64、2.32时，分别表示通过了置信度95%、99%的显著性检验。衡量变化趋势大小的指标为β。气候突变分析也采用Mann-Kendall法。该研究采用任福民等[32]对极端最高温度和极端最低温度的定义。

2 结果与分析

2.1 地表温度的时间变化

2.1.1 年平均温度的时间变化。从我国地表平均温度长期变化趋势（图2）结合2种趋势分析结果（表1、2）来看，2种方法均表示我国全年和四季的地表平均温度均呈显著上升趋势（P<0.01），但上升幅度略有差异。在1961—2014年，冬季平均温度变化率最高，达0.33 ℃/10 a。夏季平均温度变化率最低，为0.18 ℃/10 a。全年平均温度、春季平均温度和秋季平均温度的变化率介于两者之间，均为0.25 ℃/10 a。

由表2可知，春季、夏季地表平均温度在20世纪90年代才开始增温，全年、秋季和冬季地表平均温度分别在20世纪80年代和70年代开始增温，增温时间稍早于春季和夏季。全年、春季、夏季、秋季地表平均温度均在20世纪末开始突变，在2000年左右显著增温，冬季地表平均温度突变年份和顯著增温早10年左右。可见冬季开始增温，突变年份显著增温年份较早于其他季节和全年，变化率较高于其他季节和全年。综合分析可知，我国平均温度增加主要开始于20世纪80年代，21世纪后，增温速率显著提高。

2.1.2 年最高温度的时间变化。从我国地表最高温度长期变化趋势（图3）结合2种趋势分析结果（表3、4）可以看出，2种趋势分析结果一致，我国全年和四季的地表最高温度和平均温度均呈显著上升趋势（P<0.01），但同期最高温度变化率低于我国地表平均温度变化率。在1961—2014年，夏季最高温度增温速率最低，为0.14 ℃/10 a;冬季最高温度增温速率最大，为0.23 ℃/10 a;秋季最高温度变化率（0.22 ℃/10 a）高于全年和春季（0.20 ℃/10 a）。

由表4可知，春季、夏季最高温度在21世纪初才开始增温，全年、秋季和冬季平均温度在20世纪90年代左右开始增温，增温时间稍早于春季、夏季。春季、夏季最高温度均在20世纪90年代开始突变，在2005年后显著增温，全年、秋季最高温度突变年份为1995年，显著增温年份为2000年后，比春季、夏季早5年左右。冬季突变年份为1986年，比全年、秋季早10年左右，显著增温年份是1995年，比全年、秋季早5年。综合分析可知，我国地表最高温度增温主要开始于20世纪90年代，进入21世纪后，变化率显著提高。

2.1.3 年最低温度的时间变化。

由图4可知，我国全年和四季的地表平均最低温度也均呈显著上升趋势（P<0.01）。结合表5和表6的趋势分析可知，在1961—2014年，夏季最低温度变化率最低，为0.28 ℃/10 a;冬季最低温度变化率最高，达0.44 ℃/10 a，即1961年至今，冬季平均最低温度增温达2.0 ℃以上;全年、春季、秋季最低温度变化率相差不大，但春季和全年最低温度变化率略高于秋季（0.31 ℃/10 a）。

由表6可知，全年、春季、夏季、秋季最低温度在1980年左右才开始增温，冬季最低温度时间为1971年，比全年、春季、夏季、秋季早10年左右;全年、春季、夏季、秋季最低温度突变和显著增温在20世纪末。冬季最低温度在1980年发生突变，1987年显著增温，早于全年、春季、夏季、秋季最低温度。

2.2 地表温度的空间变化分析

2.2.1 平均温度变化率的空间分布。

由图5可知，1961—2014年，我国大部分地区地表年均温度呈增加趋势，北方地区变化率高于南方地区和新疆地区的变化率。其中增温率最高的是黑龙江北部、山西东北部、青海北部以及西北部、新疆东部地区和四川西南部，达0.5 ℃/10 a以上。局部地区的地表平均温度呈降低趋势，包括新疆西北部、贵州西部和青海东部地区，但降温幅度和范围远小于增温幅度和范围。总体上，全国范围内年均温度变化率最大的增温区主要集中在黑龙江-内蒙古-青海-西藏沿线，由此向西北内陆及东南沿海逐渐降低的趋势。

由表7可知，535个站台中，绝大多数站台的平均温度呈增加趋势，其中夏季增温站台数目最少，仅有488个站台，占91.21%，平均变化率也最低，约为0.21 ℃/10 a。全年、春季、秋季、冬季的增温站台数大致相同，有520多个，占99.4%以上，其中冬季平均变化率最高，为0.34 ℃/10 a。夏季降温站台数最多，为47个，占8.79%，变化率为-0.073 ℃/10 a，全年、春季、秋季、冬季降温站台数大致相同，约10个，全年、春季、秋季的变化率约为-0.090 ℃/10 a，变化率幅度略大于夏季，其中冬季的变化幅度最大，变化率为-0.215 ℃/10 a，是其他季节变化幅度的2倍多。

2.2.2 年最高温度变化率的空间分布。

由图6可知，1961—2014年全国范围内整体平均温度变化率呈从西北到东南地区的递减趋势，大部分地区地表最高温度呈增加趋势，北方增温高于南方和新疆地区。其中增温率最高的是黑龙江北部、山西北部和西部、青海西北部、西藏东部和四川南部，增温地区和我国地表温度增温地点一致。增温速率达0.5 ℃/10 a以上。只有局部地区地表最高温度呈降温趋势，即贵州中部、青海东部地区，但降温的幅度和范围显著小于增温的幅度和范围。

由表8可知，535个站台中，绝大多数站台的最高温度增加，但夏季增温站台数数最少，仅有445个站台，占83.18%，平均变化率也最低，约为0.18 ℃/10 a。年、春季、秋季、冬季的增温站台数超过500个，占93.46%以上，其中秋季增温站台数最高（526个），但冬季平均变化率最高（0.24 ℃/10 a）。夏季降温站台数最多，为90个，占16.82%，冬季降温台站数最少，但平均变化率幅度夏季（-0.073 ℃/10 a）高于冬季降温台站（-0.1 ℃/10 a）。

2.2.3 年最低温度变化率的空间分布。由图7可知， 1961—2014年全国范围内整体最低温度变化率呈从西北到东南地区的递减趋势，绝大地区地表最低温度变化增温，且增温地区和幅度高于平均温度和最高温度。北方增温速率高于南方增温速率和新疆地区。其中增温速率最高的是黑龙江、内蒙古、新疆、青海、河北、北京、西藏和云南，增温速率达0.5 ℃/10 a以上。只有局部地区地表平均温度呈降温趋势，包括新疆西北部，山西、河北、内蒙古交界处和青海东部，但降温的幅度和范围显著小于增温的幅度和范围。

由表9可知，年和四季的最低温度增温台站数差别均小于最高温度，且增温台站多于最高温度的增温台站数。增温台站数夏季最少，平均变化率最小;增温台站数冬季最多，平均变化率最大。夏季降温台站数最多，但平均变化率最小;冬季降温台站数最少，但平均变化率最大。春秋季相比，春季增温台站数多，平均变化率高于秋季;降温台站少，但平均变化率小于秋季。

2.3 地表极端温度天数变化的空间分析

2.3.1 年极端高温天数变化。

由图8可知，1961—2014年，地表年极端最高温度天数在东北至华北地区基本呈减小趋势，变化率大于2 d/10 a的地区主要集中在新疆南部，新疆、甘肃、内蒙古交界处和广东，与20世纪60年代相比，极端温度天数每年多约10 d。变化率在1～2 d/10 a的地区主要集中在西藏、新疆、广东、浙江、江苏、甘肃、内蒙古、四川和重庆。极端最高温度天数减小的只有新疆北部和西部、安徽、河南、山东、河北和吉林。且极端最高温度天数减小的幅度和范围远小于增加的幅度和地区。

2.3.2 年极端低温天数变化分析。

由图9可知，1961—2014年，我国绝大地区地表年极端低温天数均呈减少趋势，变化率小于-1 d/10 a的地区主要集中在新疆、青海交界处，青海省中部，内蒙古北部，吉林南部，山东东部以及云南西部。与20世纪60年代相比，极端最低温度天数每年少5 d。极端低温天数增加的地区非常少，只有新疆、寧夏等部分地区。且极端低温天数增加的幅度和范围远小于减小的幅度和地区。从图9可以看出，全国范围内整体年极端低温天数变化率呈从南到北的递减趋势。

3 结论

利用我国535个站台1961—2014年的逐日温度观测数据，分析了我国地区1961—2014年地表平均温度、最高温度、最低温度的年际变化规律，以及我国大陆地区的空间分布特征。

（1）1961—2014年，我国年、春、夏、秋、冬的地表平均温度、最高温度、最低温度大部分均显著增温（P<0.01），且相同时间下，最低温度的变化率最高，平均温度变化率次之，最高温度变化率最低;在相同的气象要素下，冬季的变化率最高，夏季变化率最低，全年、春季、秋季的变化率居中，且相差不大。

（2）由MK趋势检验可知，我国年、春、夏、秋、冬的地表平均温度、最高温度、最低温度大部分显著增温（P<0.01）;由MK突变检验可知，温度突变年份在20世纪80年代左右，显著增温年份在20世纪末左右。

（3）由温度变化率可知，我国大部分地区年地表平均温度、最高温度、最低温度的变化趋势均增加，只有少部分地区降温，且温度变化率呈从西北到东南地区递减趋势。最低温度增温的幅度和范围最大，平均温度增温的幅度和范围居中，最高增温的幅度和范围最小。

（4）由极端温度天数变化率可知，我国大部分地区极端高温天数增加，只有少数部分地区极端温度天数减少，南方和西藏极端高温天数变化率高于北方。我国大部分地区极端低温天数减少，只有少数部分地区极端低温天数增加，南方和西藏极端低温天数变化率高于北方。

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