1961—2010年中國區(qū)域積溫的演變趨勢

王小燕　樂群

摘要：選取全國715個(gè)常規(guī)氣象站數(shù)據(jù)，分析了1961-2010年平均氣溫變化特征。結(jié)果表明，中國氣候變暖始于20世紀(jì)80年代，90年代是中國近50年來氣溫變化最劇烈的時(shí)期。1961-1990年與1991-2010年多年平均氣溫差值顯示，20世紀(jì)90年代之后，除了西南部局部地區(qū)氣溫有所下降之外，大部分地區(qū)是以增溫為主：北部地區(qū)的增溫幅度大于中部和南部地區(qū)，增溫地區(qū)主要出現(xiàn)在秦嶺-淮河一線以北。多年平均日均溫≥10℃的累積積溫為8000℃的等值線向北移動(dòng)，4 500℃的積溫等值線向西北方向移動(dòng)，3 400℃與1 600℃的積溫等值線移動(dòng)的方向可能與海拔高度有關(guān)，有向海拔較高的地方移動(dòng)的趨勢。

關(guān)鍵詞：氣候變暖；溫度距平；積溫等值線；演變趨勢；中國

20世紀(jì)80年代初，全球氣候開始變暖，1980-2000年是20世紀(jì)全球最暖的時(shí)期。陳隆勛等研究表明，20世紀(jì)80年代中國氣候開始變暖，90年代末氣溫達(dá)到了近100年來最暖的時(shí)期，中國的氣候正在變暖。氣候變化影響著人類生存與發(fā)展，并嚴(yán)重危及到工、農(nóng)、水、能源以及生態(tài)。IPCC（2007）第四次評估報(bào)告指出，在中高緯度地區(qū)，如果局地平均溫度增加1～3℃，糧食產(chǎn)量預(yù)計(jì)會(huì)有少量增加：若升溫超過這一范圍，某些地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量則會(huì)降低。氣候變化給各個(gè)領(lǐng)域帶來一系列重大影響，而農(nóng)業(yè)是最易受到氣候影響的領(lǐng)域。當(dāng)前中國氣候已經(jīng)開始變暖，必然會(huì)對積溫造成影響。積溫是一個(gè)地區(qū)非常重要的氣候資源。本研究通過對中國715個(gè)氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過分析≥10℃積溫10年際的變化，揭示氣候變暖對中國重要積溫等值線的影響。

1.材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)是從中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)上獲取的1961-2010年在時(shí)間上比較完整的日平均氣溫資料的715個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。文中≥10℃的累積積溫計(jì)算方法采用魏鳳英的5日滑動(dòng)平均法，圖1的DEM數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)勘探局USGS（The Unite Sates geological survey）全球30S數(shù)字高程模型。

圖2為1961-2010年50年間每年平均氣溫的距平值以及1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5個(gè)10年段的距平的平均值，從圖2可以看出，近50年來，中國的氣溫上升比較明顯，總體上是以上升為主，但是1961-1970、1971-1980這兩個(gè)10年際變化并不明顯，其中1961-1970年平均氣溫的距平值為-0.381 98，1971-1980年為-0.332 22，1981-1990年為-0.195 78，1991-2000年為0.253 444，2000-2010年為0.656 854。從圖2還可以看出，雖然1980年之后氣溫的距平值仍然為負(fù)值，但是氣溫的變化速度已經(jīng)在加快，到了20世紀(jì)90年代以后，氣溫的變化速度驟然升高，到了21世紀(jì)，氣溫仍然在上升，但是與20世紀(jì)90年代相比，速率變慢。所以，近50年來，中國的氣溫趨于上升，而且上升的速率明顯變快。其中，20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初的10年，氣溫上升最明顯。有研究表明，全球變暖的幅度為每100年（0.6±0.2）℃，而中國自1961年以來，氣溫上升的速率要明顯比全球平均速率要快。

2.2 1961-2010年中國區(qū)域多年平均氣溫的變化

針對中國年平均氣溫的距平變化可以明確看出，中國的氣候確實(shí)出現(xiàn)了變暖的趨勢，尤其是在20世紀(jì)90年代之后，氣候變暖的趨勢非常明顯，但是對于全國氣溫分區(qū)域變化與全國變化是否是相同的還不清楚。為此，將1961-2010年這50年的時(shí)間劃分為兩段。根據(jù)“2.1”結(jié)果來看，1961-1990年氣溫的距平值變化并不明顯，因此，將時(shí)間劃分為1961-1990和1991-2010年，并且將這兩個(gè)時(shí)間段的多年平均氣溫做差值處理，結(jié)果見圖3。

從1961-1990年多年平均氣溫與1991-2010年多年平均氣溫的差值圖（圖3）可以看出，20世紀(jì)90年代之后，除了西南部局部地區(qū)氣溫有所下降之外，中國大部分地區(qū)是以增溫為主，且北部地區(qū)的增溫幅度大于中部和南部增溫區(qū)，主要出現(xiàn)在秦嶺-淮河一線以北。其中，增長幅度最大的是內(nèi)蒙古的東北部和阿拉善高原以北地區(qū)、黑龍江的西北部、吉林的北部以及山西的大同盆地和河北省的保定地區(qū)，平均的增溫幅度在1.00-1.59℃。增溫的特征是山地增溫的幅度要明顯高于平原地區(qū)，尤其是東北的大興安嶺附近，增溫的幅度與面積都比較大，這可能與近幾年來大興安嶺林區(qū)的森林砍伐嚴(yán)重有關(guān)。其次，增溫幅度比較大的是內(nèi)蒙古的中部與東部地區(qū)、黑龍江、吉林的東部、遼寧的大部分地區(qū)、山西的北部、河北的西北部、陜西和寧夏交界的地區(qū)以及新疆的阿爾泰山附近和青海的西部地區(qū)，增溫幅度在0.80-1.00℃。增溫幅度在0.60-0.80℃的有新疆的東部、西藏的東北部、青海的中北部、甘肅的西北部、東部以及寧夏和陜西的南部、山西的東部以及山東和江蘇的大部分地區(qū)。塔里木盆地、昆侖山與喜馬拉雅山之間、青海省中部和東北部、云南省的橫斷山脈附近以及安徽和湖北省的東部增溫幅度在0.40-0.60℃。秦嶺-淮河一線以南的川渝地區(qū)、貴州、湖北、江西、廣西、云南的東部、廣東的北部、福建的東部以及浙江省的南部和新疆的西部小范圍，由于受到海洋性氣團(tuán)的調(diào)節(jié)作用，溫度的增幅最小，為0.20-0.40℃。

2.3氣候變暖對重要積溫等值線的影響

在農(nóng)業(yè)氣候里，界限溫度是指農(nóng)作物或者某些農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及物候現(xiàn)象的起始、終止和轉(zhuǎn)折溫度。而日平均氣溫是否達(dá)到10℃是比較重要的農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)。穩(wěn)定在10℃以上和以下的光合潛力在作物生產(chǎn)中的作用很不相同，形成作物產(chǎn)量的同化物的主體都是在10℃以上時(shí)間中產(chǎn)生的。日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃的積溫在農(nóng)作物的種植中也有很重要的意義，在農(nóng)業(yè)氣象中，≥10℃的積溫也成了衡量區(qū)域熱量資源中非常重要的指標(biāo)，它的時(shí)空分布也會(huì)對農(nóng)業(yè)的布局和生態(tài)物種的分布產(chǎn)生一些影響。近年來，全球性氣候變暖已經(jīng)被大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)可，“2.2”的氣溫距平序列以及全國區(qū)域內(nèi)氣溫差值的研究表明，自20世紀(jì)90年代以來，中國的氣溫有明顯的上升趨勢。隨著氣溫的顯著升高，≥10℃的積溫也有可能在時(shí)空分布上有著非常顯著的差異。在以往的研究中，多采用的是利用典型地域的≥10℃的累積積溫分布，而忽略了全國≥10℃的累積積溫的時(shí)空分布趨勢。研究通過對1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5個(gè)10年段全國范圍內(nèi)≥10℃的累積積溫進(jìn)行分析，研究典型積溫等值線在全國范圍內(nèi)的時(shí)空演化。通過分析來研究≥10℃多年平均積溫的空間演變趨勢，并與當(dāng)前中國經(jīng)濟(jì)作物系統(tǒng)相結(jié)合，研究中國≥10℃有效積溫的演變趨勢與相關(guān)作物可能種植區(qū)域的演變趨勢。根據(jù)≥10℃的有效積溫與對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)作物對應(yīng)表（表1），選擇了≥10℃比較有代表性的累積積溫的等值線，分別為1 600、3 400、4 500、8 000℃/年。

由圖4可知，≥10℃的累積積溫等于8 000℃/年的等值線10年際波動(dòng)變化趨勢比較明顯，與第一個(gè)10年相比（1961-1970），第二個(gè)10年積溫等于8 000℃的等值線有整體向南移動(dòng)的趨勢，但是移動(dòng)的幅度不大，僅在廣東省的西南部有向南移動(dòng)的趨勢，而第三個(gè)10年該積溫等值線明顯北移，北移幅度較大區(qū)域在廣西的西南部和廣州市附近，第四個(gè)10年該積溫等值線整體向北平移，移動(dòng)幅度最大的，是第五個(gè)10年，在2000-2010年這個(gè)10年間，積溫等值線除了向北移動(dòng)外還整體向西移動(dòng)。總體而言，≥10℃的累積積溫等于8 000℃的積溫等值線在5個(gè)10年際不僅向北平移，而且在近廣西與云南的交界處有向西移動(dòng)的趨勢。

由圖5可知，≥10℃的累積積溫等于4500℃/年的10年際變化趨勢比較復(fù)雜，根據(jù)積溫等值線的空間分布情況，可以分為以下幾個(gè)區(qū)域：山東河北交界附近、山西陜西河南的交界附近與川陜交界附近、云貴川交界附近以及天山與昆侖山之間的塔里木盆地。該積溫等值線在山東河北交界附近有向東、向北移動(dòng)的趨勢，其中，前3個(gè)10年際移動(dòng)的趨勢很小，而在20世紀(jì)90年代后向北移動(dòng)的趨勢非常明顯：在山西河南的交界附近和四川陜西交界處向西北移動(dòng)，前4個(gè)10年際，移動(dòng)的趨勢很小，而在21世紀(jì)最初的10年，向西北移動(dòng)的趨勢比較明顯。該積溫等值線在塔里木盆地的變化趨勢是最明顯的，在前4個(gè)10年際，該積溫等值線由第一個(gè)10年的中心向四周擴(kuò)大，而在2001年之后，該積溫等值線迅速由中心向四周擴(kuò)散，有向高緯度演變的趨勢。

由圖6可知，≥10℃的累積積溫等于3400℃/年的等值線的變化比較復(fù)雜，在內(nèi)蒙古與遼寧交界處，該積溫等值線先向南移動(dòng)，又向北移動(dòng)，特別是1981年之后，該積溫等值線向北移動(dòng)的趨勢非常明顯，而在內(nèi)蒙古的中部，特別是祁連山與賀蘭山之間，該積溫等值線變化趨勢最大，有向地勢較高的區(qū)域移動(dòng)的趨勢，而在新疆境內(nèi)，該積溫等值線也有向天山山脈以及昆侖山、祁連山移動(dòng)的趨勢。該積溫等值線的移動(dòng)趨勢與地形有很大的相關(guān)性，5個(gè)10年際，該積溫等值線的移動(dòng)有向地勢較高的區(qū)域遷移的可能。

由圖7可知，≥10℃的累積積溫等于1 600℃/年的等值線整體變化較簡單。變化幅度較大的時(shí)間段基本上是從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，變化幅度較大的地域基本上分布在昆侖山附近以及雅魯藏布江谷地附近的區(qū)域，演變的趨勢是向海拔較高的區(qū)域遷移。

2.4氣候變暖對中國重要自然分界線的影響

在中國地理中，秦嶺-淮河一線是一個(gè)非常重要的地理概念，在氣候方面是800 mm等降水線，也是濕潤半濕潤分界線、1月0℃等溫線的界限：在植被方面，是亞熱帶常綠闊葉林和溫帶落葉闊葉林的分界線；在農(nóng)業(yè)方面，是小麥、水稻的分界線，也是水田、旱地分界線、還是中國經(jīng)濟(jì)作物熟制分界線，秦嶺一淮河以北，熟制一般是兩年三熟或者一年一熟，以南是一年兩到三熟。它就像一堵墻一樣，將北方的冷空氣擋在秦嶺以北，并且攔截了夏季時(shí)的東南季風(fēng)北上。雖然秦嶺淮河一線是一條自然界限，但是它仍然可以用一些氣候指標(biāo)來衡量，例如，它是1月0℃等溫線的分界線，還是多年平均日均溫≥10℃累積積溫為4 500℃等值線的分界線。自20世紀(jì)80年代以來，中國的氣候變暖已成事實(shí)，為了探明氣候變暖對中國重要的自然分界線的影響，用多年平均日均溫≥10℃累積積溫為4 500℃等值線作為秦嶺-淮河一線的衡量指標(biāo)。

多年平均日均溫≥10℃累積積溫為4 500℃的等值線中心的確定：由于中國地形下墊面的復(fù)雜性，在地理中，積溫等值線的空間分布一般是難以確定的，當(dāng)前還沒有統(tǒng)一的辦法來表征積溫等值線的空間準(zhǔn)確位置。王浩等將積溫等值線的空間位移分解為X和Y兩個(gè)方向的位移，并且采用積溫等值線的加權(quán)平均位置來表示積溫等值線的整體位移。本研究根據(jù)全國739個(gè)實(shí)測站點(diǎn)的日平均溫度，統(tǒng)計(jì)多年平均日均溫≥10℃累積積溫，利用克里金插值法，得到中國多年平均日均溫≥10℃累積積溫的空間分布圖，并將插值得到的結(jié)果轉(zhuǎn)為矢量圖，對矢量圖進(jìn)行柵格話處理，然后將柵格的等值線進(jìn)行矢量點(diǎn)的處理，最終的目的是要得到和積溫等值線空間分布完全重合的矢量點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)得到的矢量點(diǎn)經(jīng)緯度的平均值作為所要積溫等值線的中心。通過對積溫等值線中心（X，Y）的變化研究，在一定程度上可以反映積溫等值線的空間演化規(guī)律。

圖8、圖9表明了中國≥10℃累積積溫為4 500℃等值線的遷移規(guī)律，從圖8來看，有效積溫為4 500℃/年的等值線中心的整體遷移方向比較明顯，基本上是以向北遷移為主，而且自1990年之后，向北遷移的趨勢越來越大：從圖9可以看出，該等值線的遷移方向也比較明顯，基本上是以向西遷移為主，屬于波動(dòng)遷移。所以結(jié)合經(jīng)緯度共同來看，≥10℃累積積溫為4 500℃等值線的遷移方向?yàn)槲鞅狈较?，而?990年前，該等值線基本上向西遷移，1990年之后，該等值線向西北遷移。綜上所述，如果人為的將≥10℃累積積溫為4 500℃等值線作為秦嶺-淮河一線的南北分界線，在中國大范圍氣候變暖的前提下，這一分界線在中國范圍內(nèi)有向西北遷移的趨勢。

3.結(jié)論

通過對中國1961-2010年多年平均氣溫的距平值以及1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5個(gè)10年段的距平的平均值得出，近50年來，中國的氣溫上升比較明顯，總體上是以上升為主，但是20世紀(jì)80年代以前，氣溫的變化比較緩慢，80年代之后，氣溫上升比較明顯，到90年代之后和21世紀(jì)最初的10年，氣溫迅速上升。

將1961-2010年這50年的時(shí)間劃分為兩段，即1961-1990年與1990-2010年，對兩段時(shí)間的多年平均值做差，通過不同區(qū)域的增溫變化圖分析得出，21世紀(jì)90年代之后，中國大部分地區(qū)是以增溫為主的，增溫幅度從西北到東南依次減小，這可能與西北部的取暖方式和西北部是能源地區(qū)有關(guān)，而東南地區(qū)增溫幅度小可能是由于受海洋氣團(tuán)的影響大有關(guān)。

通過對1961-1970、1971-1980、1981-1990、1991-2000、2001-2010年5個(gè)10年段≥10℃的累積積溫進(jìn)行分析，并分析了≥10℃的累積積溫為1 600、3 400、4 500、8000℃/年的特殊等值線，發(fā)現(xiàn)8 000℃/年的積溫等值線向北移動(dòng)，4 500℃/年的積溫等值線向西北方向移動(dòng)，3 400℃/年與1 600℃/年的積溫等值線移動(dòng)的方向可能與海拔高度有關(guān)，有向海拔較高的地方移動(dòng)的趨勢。如果人為的將≥10℃累積積溫為4 500℃等值線作為秦嶺-淮河一線的南北分界線，在中國大范圍氣候變暖的前提下，這一分界線在中國范圍內(nèi)有向西北遷移的趨勢。