近65年东兰县气温的时空变化特征分析

覃笠瑜 黄珩 刘芳

摘要 利用东兰国家气象观测站1958—2022年气温以及县域内其他自动气象站的观测资料，采用了一元线性回归分析法和ArcGIS软件的Kriging法插值，分析东兰县近65年气温变化特征和气温的分布特征，结果表明：近65年来东兰县年平均气温总体呈波动上升趋势，与全球气候变暖趋势基本一致，气温变化倾向率为0.109 ℃/10年。

关键词 气温；气候变暖；GIS空间插值；东兰县

中图分类号：P423 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-04

自从1992年联合国大会发布《联合国气候变化框架公约》，气候变化成为全球热点关注问题。通过研究发现，在全球变暖的背景下，中国年平均地表气温明显升高，广西气温也呈升高的趋势，高温和强降水事件增加，低温冷害事件减少，研究区域不同气温的变化也存在一定的差异[1-6]。近年来，随着气象站点分布逐渐增加和气象数据的积累，可进一步研究东兰县气温变化相对于全球变暖响应的差异，以加深对该区域气候变化及其成因的理解。

1 资料来源和分析方法

1.1 资料来源

东兰国家气象观测站1958—2022年65年的气温数据，包括年平均气温、年平均最高、最低气温、年极端最高和最低气温，以及气象站经度、纬度、海拔等。

东兰国家气象观测站、巴畴气象观测站、隘洞气象观测站、长乐江板水库气象观测站、长乐永模气象观测站、泗孟气象观测站、武篆气象观测站、花香气象观测站、金谷气象观测站、切学切亨气象观测站2013—2022年（建站至今）10年的年平均气温数据以及气象站经度、纬度、海拔等用于ArcGIS空间插值。

基础地理信息数据为国家基础地理信息中心提供的1：25万地理信息数据，利用ArcGIS提取东兰县DEM数据和各乡镇行政边界。

1.2 分析方法

第一，采用一元线性回归，分析随时间的变化气温的变化趋势，并对一元线性回归方程进行显著性检验。

y= αx + α0（1）

式（1）中：α0为回归常数，α为回归系数，x为气温指标。α0和α可以用最小二乘法进行计算求得。回归系数α的符号表示气温在一定时间内变化的趋势倾向（变冷或变暖），称为气温倾向率；α值的大小反映了隨时间的推移气温上升或下降的快慢程度；α×10则表示气温每10年的变化，单位为℃/10年[7]。

第二，利用ArcGIS软件对气温进行空间插值，通过研究发现，对于给定数据的年均气温插值而言，Kriging法效果最好[8-9]。分析东兰县气温的空间分布特征，气象站的观测气温值只能代表气象站所在地区局部范围的气温状况，对于广大非气象站所在地区的气温，只能通过推算求得[10]。

2 资料的准确性和一致性说明

因东兰国家气象观测站数据时间序列较长，因此需对数据的一致性进行检验。数据的一致性主要是考察气象数据历史序列是否连续、一致。气象站的观测记录序列通常受到气象台站周边环境变化、仪器更换、台站迁移的影响，影响程度由迁址距离、海拔、站址地形及周围环境条件决定，由于东兰站建站以来台站周边环境、观测仪器曾发生变化，因此需检验东兰站观测数据的一致性[11]。利用《气候可行性论证规范抗风参数计算》（QX/T 436—2018）推荐的滑动t检验法对东兰站1958—2022年的年平均气温序列进行均一性检验。

东兰站1958—2022年的平均气温、气压、风速、降水量、相对湿度和日照时数的滑动t检验结果见图1。由图1可见，东兰站1958—2022年的平均气温数据一致性较好，均没有发生突变。

3 平均气温的变化特征

3.1 年平均气温的变化

通过对东兰国家气象观测站1958—2022年年平均气温资料的分析（图2），年平均气温在19.3（1984年）～21.7 ℃（2020年）之间，历年年平均气温为20.2 ℃。对东兰县近65年的年平均气温进行线性拟合，得到年平均气温趋势方程为：y=0.010 9x+19.863，年平均气温的变化倾向率为0.109 ℃/10年，通过了信度α=0.01的显著性检验，故年平均气温呈显著升高的趋势；最热月7月的平均气温为27.2 ℃（表1），最冷月1月的平均气温为11.1 ℃，气温年较差为16.1 ℃。

3.2 年平均气温的空间分布特征

东兰县境地处云贵高原的南部边缘，桂西北部山区，地势北高南低，自西北向东南倾斜，位于中、南亚热带之间的季风气候区。总的气候特征是夏长冬短，雨热同季，冬暖夏凉，气候温和，光照充足。

利用ArcGIS软件的Kriging法将巴畴气象观测站、隘洞气象观测站等气象站点10年年平均温度进行空间插值，得到结果见图3。

空间插值结果表明（图3），东兰县2013—2022年的年平均温度为19.3～20.9 ℃，年平均温度的分布与海拔相关，大致呈四周低中部高的状态，中部东兰镇和三弄瑶族乡、南部三石镇武篆镇等乡镇年平均温度较高，Kriging插值结果为20.1～20.9 ℃；北部金谷乡和巴畴乡、东部切学乡和花香乡等高海拔山区年平均温度较低，为19.3～19.8 ℃。

3.3 季平均气温的变化

对东兰县近65年的平均气温的季节变化进行线性拟合，得到四季的气温趋势方程：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。

由此得出东兰县1958—2022年四季气温变化曲线及线性趋势（图4），并对四季气温趋势方程进行显著性检验可得：近65年春季的气温变化倾向率为0.017 ℃/10年，未通过显著性检验，变化趋势不明显；夏季的气温变化倾向率为0.107 ℃/10年，通过信度α=0.01的显著性检验，夏季平均气温变化呈明显升高趋势；秋季的气温变化倾向率为0.19 ℃/10年，通过信度α=0.01的显著性检验，秋季平均气温变化呈明显升高趋势；冬季的气温变化倾向率为0.121 ℃/10年，通过信度α=0.10的显著性检验，冬季平均气温变化呈明显升高趋势；近65年东兰县四季平均气温均呈波动上升趋势，其中以秋季气温变暖幅度最大，冬季次之，春季最小。

4 高、低温的变化特征

4.1 年平均最高、最低气温的变化特征

对东兰县近65年的平均最高、最低气温变化进行线性拟合，可知，平均最高气温y=0.008 1x+25.309；平均最低气温y=0.021 4x+16.214。

从平均最高、最低气温变化曲线及线性趋势（图5、图6）可以看出，东兰县1958—2022年年平均最高气温在24（1984年）～26.9 ℃（1968年）之间，年平均最高气温变化倾向率为0.081 ℃ /10年，通过信度α=0.05的显著性检验，年平均最高气温变化呈明显升高趋势；年平均最低气温在15.6（1971年）～18.4 ℃（2020年和2021年）之间，年平均最低气温变化倾向率为0.214 ℃ /10年，通过信度α=0.01的显著性检验，年平均最低气温变化呈明显升高趋势。

4.2 年平均最高、最低气温的空间分布特征

利用ArcGIS软件的Kriging法将巴畴气象观测站、隘洞气象观测站等气象站点10年年平均最高、最低温度进行空间插值，得到结果见图7。

空间插值结果表明，东兰县2013—2022年的年平均最低气温为11.0～13.4 ℃（图7），北部和东部金谷乡、切学乡和花香乡等乡镇年平均最低气温较低，为11.0～12.2 ℃，南部和中部东兰镇、三弄瑶族乡和兰木乡等乡镇年平均最低气温较高，为12.2～13.4 ℃；东兰县2013—2022年的年平均最高气温为31.2～34.8 ℃（图8），大致呈南高北低的趋势，北部金谷乡、巴畴乡和切学乡平均最高气温较低，为31.2～31.8 ℃，北部以下乡镇为32.4～34.8 ℃，中部三弄瑶族乡等乡镇年平均最高温度最高。

4.3 年极端最高、最低气温的变化特征

对东兰县近65年的极端最高、最低气温变化进行线性拟合，得到气温趋势方程：极端最高气温y=0.015 1x+36.897；极端最低气温y=0.042 3x-0.464。

从极端最高、最低气温变化曲线及线性趋势（图9、图10）可以看出，极端最高气温的最小值为35.4 ℃，出现在1997年8月20日，極端最高气温的最大值为39.5 ℃，出现在2021年8月6日，极端最高气温变化倾向率为0.151 ℃/10年，通过信度α=0.05的显著性检验，极端最高气温变化呈明显升高趋势；极端最低气温的最小值为-2.4 ℃，出现在1963年1月15日，极端最低气温的最大值为4.4 ℃，出现在2020年12月17日，极端最低气温变化倾向率为0.423 ℃/10年，通过信度α=0.05的显著性检验，极端最低气温变化呈明显升高趋势；气候变暖体现在极端最低气温上尤为明显，即年平均最低气温每10年上升0.4℃；且极端最高、最低气温最大值均出现在21世纪20年代。

4.4 高、低温天气日数的变化特征

气象学上将日最高气温≥35 ℃定义为“高温日”，将东兰县近65年每年出现日最高气温≥35 ℃天气日数进行线性拟合，得到高温日数趋势方程：y=0.329 9x+9.019 7（因最低气温＜0 ℃出现的日数过少，且从2004年后最低气温＜0 ℃的低温天气不再出现，故不进行分析）。

从高温天气日数变化曲线及线性趋势（图11）可以看出，高温天气日数出现最少的年份在1993年，为1 d；高温天气日数出现最少的年份在2021年，为60 d；高温天气日数方程通过α=0.01的显著性检验，故呈高温天气出现的日数明显增加趋势。

5 结论

（1）东兰县近65年的年平均气温呈显著升高的趋势，年平均气温的变化倾向率为0.109 ℃/10年；年平均温度的空间分布与海拔相关，大致呈北高南低。

（2）东兰县四季平均气温均呈波动上升趋势，秋季气温变暖幅度最大，冬季次之，春季最小。

（3）东兰县年平均最高气温、年平均最低气温、年极端最高气温、年极端最低气温均呈升高的趋势；年平均最高、最低气温空间的分布在北部、西部和东部的乡镇气温较低，中部和南部的乡镇气温较高。

（4）东兰县近65年高温天气出现的日数在逐渐变多，低温天气日数在减少甚至不再出现。

参考文献

[1] 丁一汇，任国玉，石广玉，等.气候变化国家评估报告（Ⅰ）：中国气候变化的历史和未来趋势[J].气候变化研究进展， 2006，2（1）：3-8，50.

[2] 黄建平，陈文，温之平，等.新中国成立70年以来的中国大气科学研究：气候与气候变化篇[J].中国科学：地球科学， 2019，49（10）：1607-1640.

[3] 任国玉，郭军，徐铭志，等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报， 2005（6）：942-956.

[4] 覃卫坚，李耀先，覃志年.广西气温气候变化特征研究[J].安徽农业科学，2010， 38（32）：18315-18318.

[5] 王莹，苏永秀，李政.1961—2010年广西气温变化对全球变暖的响应[J].自然资源学报，2013，28（10）：1707-1717.

[6] 何洁琳，李艳兰，蔡悦幸，等.广西区域气候变化的研究新进展[J].气象研究与应用，2020，41（4）：56-61.

[7] 左晓晴.宽甸县近60年气温变化特征分析[J].江西农业，2017，10（9）：43.

[8] 焦永清，李永鹏，杨军义，等.基于GIS的气温插值方法比较研究[J].矿山测量，2016，44（2）：69-70，79.

[9] 吴文玉，马晓群.基于GIS的安徽省气温数据栅格化方法研究[J].中国农学通报，2009，25（2）：263-267.

[10] 廖顺宝，李泽辉.气温数据栅格化中的几个具体问题[J].气象科技，2004，32 （5）：352-356.

[11] 高翔，高瑞華，丁锡强，等.台站搬迁对气温倾向率计算结果的影响[J].宁夏农林科技，2021，62（3）：55-58，65.

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