年均氣溫隨時間影響的研究

王愛東 魏明亮 秦曉敏 姜艷麗

摘要：利用最新的近142a的全球年平均氣溫數(shù)據(jù)，通過回歸、指數(shù)上升、阻力方程的研究，得出年均氣溫的極值點是35.8℃，氣溫變化總的趨勢是上升的，在1821年氣溫平均上升速度最快，911年當年氣溫上升速度最快，試驗精度達99.53%以上，并與歷史記載進行了比較分析，吻合程度較高。

關(guān)健詞：年均氣溫;回歸;上升;阻力

中國物候?qū)W家竺可楨辯駁成從中國5000年來的氣候記錄來看，平均氣溫升降一度很正常。正是火山噴發(fā)攜帶出了大量的二氧化碳，地表溫度才逐年上升，用了幾萬年的時間才溶解了地表冰川，結(jié)束了休冰期，生命重新活躍在地表。究竟現(xiàn)代氣溫隨二氧化碳濃度變化如何，下面筆者先從氣溫隨時間變化的影響入手進行研究，進而進行氣溫隨二氧化碳濃度影響的研究。

1. 資料來源

主要通過網(wǎng)絡(luò)搜索查找氣溫隨二氧化碳濃度變化的歷史資料及最新研究成果，通過綠色文庫網(wǎng)獲得1880至2021年各年度全球平均氣溫。

2. 研究方法

利用回歸方程y=a+bx、y=exp（a+bx）與y=exp（a-b/x），參照鞏延蘋[1]、張德全[2]、張靖[3]等人的研究成果，將這三個方程分別命名為線性回歸方程、成長指數(shù)方程和阻力指數(shù)方程，其中y為因變量，這里是指年均氣溫，x為自變量，是指時間。a、b為等求系數(shù)。時間單位為年，采取公元紀年。

3. 研究過程

3.1氣溫隨時間變化差異性分析

先通過方差分析全球年平均氣溫（以下簡稱氣溫），前70年（1880-1949）與后72年（1950-2021）相比，方差值為10.32，以99.83%的可靠度說明前70年與后72年是有極顯著性差別的，后者比前者的均值高2.88%。

3.2氣溫隨時間變化分析

氣溫隨時間變化，分別采用1880—2020和1880-2021各年度氣溫與時間作相關(guān)系分析，其中1880-2021年度的分析，試驗精度相對較高，故采用之。均通過t檢驗和F檢驗試驗精度達99.5%以上。試驗表明，從線性方程表明，公元0年起始變化溫度為0.98℃，比現(xiàn)在低13℃，上升方程的初始公元0年起始變化溫度為5.49℃，比現(xiàn)在低9.513℃左右，成長指數(shù)方程試驗精度較高，因此其實驗結(jié)果更為可靠。據(jù)2019，9，19日搜狐網(wǎng)看鑒專欄報道，從大氣候而言，地球存在大冰期與小冰期的間隔，而在小冰期之中，則存在與暖濕氣候相間隔的冷期，自從公元0年開始，新千年的第一個冷期即將光臨北亞大地，而他們即將摧毀的，是當時盤踞北亞高原的游牧部落：匈奴。在這場從公元0年開始預演的氣候變化中，到了東漢末年，大規(guī)模的氣候變化開始接踵而至，從公元181年開始至公元540年，中華帝國開始進入了新千年的第一個冷期，從而使得中國歷史進入了長達三百多年的漢末魏晉南北朝亂世。有學者認為當時氣溫比現(xiàn)在低2-3℃左右。畢竟是用現(xiàn)在100多年的變化去推斷2000多年前的事情。因此上升指數(shù)方程比線性方程的試驗結(jié)果更為可靠。從試驗精度最高的阻力方程，可以看出，氣溫在1821年，是公元0年至現(xiàn)在，氣溫隨時間平均變化最大的年份，910年左右是當年氣溫隨時間變化最大的年份。據(jù)中國天氣網(wǎng)2015年3月17日報道，更高時間分辨率的資料做進一步的分析表明，在公元810、860和910年還發(fā)生了數(shù)個強旱災(zāi)年。據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料，公元4世紀到9世紀左右，歐洲夏季海平面的溫度均低于9攝氏度，這種情況一直持續(xù)到公元800-900年。1821年正好處于第一次工業(yè)革命的中期，又是火山大爆發(fā)氣溫下降的第6年，因此該試驗結(jié)果與現(xiàn)實情況相對應(yīng)，說明試驗結(jié)果是比較可靠的。但是畢竟是用了近184a的數(shù)據(jù)資料來推算2000多a的狀況，與真值差距在所難免，因此必須采用更多年份的數(shù)據(jù)和更為先進的計算辦法進一步進行科學研究。1816年用線性方程推算，當年的氣溫是13.18℃，1870年13.54℃，而1880年的平均氣溫為13.79℃，1816年分別比1870和1880年低0.36℃和0.61℃，與1816年因1915火山爆發(fā)的原因使平均氣溫下降0.4—0.7℃相吻合。以上研究表明，氣溫變化與二氧化碳濃度變化，存在相關(guān)關(guān)系，人為活動強度的增加，人口的增長，可引起二氧化碳濃度的增高，使氣溫同步升高，主要以海洋為主的水汽蒸發(fā)增多，可增加降水量，減少旱災(zāi)的發(fā)生，從而促進人們的安居樂業(yè)，社會的和諧穩(wěn)定，下面再看看二氧化碳濃度隨時間變化情況。

不難看出，阻力方程也有一定的局限性，當時間從負的方向無限趨近于0時，氣溫值變成+∞，從正的方向無限趨近于0，就變成-∞，試驗證明對于這三個試驗方程，如果自變量同時加上或減去某一數(shù)值，方程的系數(shù)斜率b值不變，系數(shù)截距a值有所變化，本研究采取公元紀年，公元0年并非真正意義的時間起點，如果從地球形成那時起算真正意義的時間起點的，表明那時氣溫表化是極其強烈而且是極高或極低的，這與現(xiàn)實倒是相符的。線性方程和成長指數(shù)方程表明，隨著是時間的推移氣溫是無限增長的，這也是不符合現(xiàn)實的。線性方程往前推算，氣溫也是無限下降的也是不符合現(xiàn)實的。成長指數(shù)方程的最小值為0，當時間極為久遠時將會達到，這倒是有可能的。阻力指數(shù)方程隨著時間的無限推移和倒算，氣溫將會達到極值點35.8℃，從這個方程可以看出，氣溫并不是無限增長的，而且是有限度的。有過5億年前氣溫比現(xiàn)在高10℃的報道，即達到25℃左右，離極值仍然是想差甚遠。

4. 討論

試驗表明，近期氣溫總的趨勢是上升的，氣溫上升的極限是35.8℃，氣溫變化總的趨勢是上升的，在1821年氣溫平均上升速度最快，911年當年氣溫上升速度最快，試驗精度達99.53%以上，并與歷史記載進行了比較分析發(fā)現(xiàn)是十分吻合的。

參考文獻：

[1]鞏延蘋，黑赤松生長與年降水量關(guān)系研究，防護林科技[J]，41-47，2017，6。

[2]張德全，王風臻，楊志軍，用樹木生長量與降雨量相關(guān)性預測氣候干濕周期研究，林業(yè)建設(shè)[J]，47-54，2018，1。

[3]張靖，于凌飛，王一辰，赤松生長節(jié)律與降雨量關(guān)系研究，防護林科技[J]，9-13，16，2017，11。