江蘇省氣溫變化的特征分析

王健博，崔 悅，高振澤

1.吉林省遼源市氣象局，吉林遼源 136200；2.長(zhǎng)?？h氣象局，遼寧長(zhǎng)海 116500

在全球日益變暖的大趨勢(shì)下，氣溫變化特征與趨勢(shì)已成為氣候變化研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要問(wèn)題。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告[1]顯示，1880—2012年全球地表平均溫度大致升高了0.85 ℃，1983—2012年是過(guò)去1 400年來(lái)最熱的30年，2003—2012年平均溫度較1850—1900 年上升0.78 ℃，全球增暖、海平面上升現(xiàn)象日益明顯。江蘇省位于我國(guó)東部沿海，長(zhǎng)江、淮河下游。屬于東亞季風(fēng)氣候區(qū)，以秦嶺—淮河為界，北部屬于溫帶季風(fēng)氣候，南部為亞熱帶季風(fēng)氣候，處在亞熱帶和暖溫帶氣候過(guò)渡地帶。江蘇省人口稠密，氣溫氣候變化是大家一直關(guān)注的問(wèn)題，需要深入研究和討論才能準(zhǔn)確得出其變化規(guī)律與分布特征。

1 資料與研究方法

選取徐州、贛榆、盱眙、射陽(yáng)、南京、高郵、東臺(tái)、南通、呂泗、常州、溧陽(yáng)及吳縣東山12 個(gè)數(shù)據(jù)完整的氣象站點(diǎn)2000年1月1日—2014年12月31日的平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫等據(jù)數(shù)，利用平均數(shù)據(jù)繪制出相關(guān)折線變化圖及其線性擬合趨勢(shì)線，對(duì)江蘇省21世紀(jì)前15年平均氣溫變化趨勢(shì)作相關(guān)討論與分析。還利用ArcGIS軟件繪制出有關(guān)于氣溫隨經(jīng)緯度變化的漸變圖，并研究地域差異下氣溫變化特征，利用方差等方法求出氣溫對(duì)于平均值的偏離程度，從而判其波動(dòng)狀況[2]。

2 結(jié)果與分析

2.1 2000—2014年氣溫變化特點(diǎn)

整 體 上，2000—2014 年 除2003年與2013 年最高平均氣溫超過(guò) 30 ℃外，其余最高平均氣溫均在25～30 ℃范圍內(nèi)；除2010年最低平均氣溫低于0 ℃外，其余年份介于0～5 ℃?？傮w上，21世紀(jì)前15 年氣溫變化相對(duì)趨于平穩(wěn)。

2.1.1 月際變化特征 分析2000—2014年月平均氣溫、月平均最高及最低氣溫變化趨勢(shì)（圖1），可知3種溫度月際變化特征相似，1—7月均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，7—12 月均呈下降趨勢(shì)，且都在7 月達(dá)到最高值，7月平均氣溫為28.27 ℃，最低氣溫25.19 ℃，最高氣溫31.88 ℃。其中，最高氣溫變幅最大在12月，溫差為 7 ℃，變化最小在8月，溫差為0.77 ℃；平均氣溫變幅最大在12 月，溫差為7.2 ℃，變化最小在8 月，溫差為1.16 ℃；最低氣溫變化幅度最大在10月，溫差為6.39 ℃，變化最小在8月，溫差為0.71 ℃?？梢?jiàn)，最高氣溫與平均氣溫在12 月降幅最大，降溫現(xiàn)象明顯；7—8 月沒(méi)有季節(jié)更替，故溫差不大；10月最低氣溫降幅最明顯，而最高和平均氣溫變幅不大，此時(shí)期早晚溫差大。

圖1 2000—2014年的月平均氣溫變化趨勢(shì)

2.1.2 年際變化特征 2000—2014年日平均氣溫呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，但由于線性系數(shù)較小，下降幅度不明顯（圖2）。除在2005、2008、2011年出現(xiàn)平均氣溫較低外，平均氣溫總體為波動(dòng)降溫。最低氣溫的年平均也處于波動(dòng)變化狀態(tài)，波動(dòng)趨勢(shì)較年平均氣溫稍大，并且在2003、2006、2007、2013年出現(xiàn)較高現(xiàn)象，2007—2013年間處于波動(dòng)降溫現(xiàn)象。最高氣溫波動(dòng)變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)，除在2003、2011、2012年出現(xiàn)較周?chē)攴萋缘同F(xiàn)象外，總體也呈平緩下降趨勢(shì)。3種氣溫都處于降溫狀態(tài)，平均氣溫變幅最小，其次為最高氣溫，最低氣溫降溫最明顯。氣溫變化受多方面因素影響，除最高氣溫和最低氣溫的變化外，具體更多影響因素有待進(jìn)一步研究。

圖2 2000-2014 年平均氣溫、最低及最高氣溫的年平均變化趨勢(shì)

2.1.3 空間變化特征 21世紀(jì)前15 年，各個(gè)站點(diǎn)年平均氣溫空間分布變化趨勢(shì)從江蘇西南部往東北部遞減（圖3）。吳縣東山平均氣溫最高，為16.87 ℃；贛榆最低，為14.5 ℃。贛榆與射陽(yáng)處在14.5～15 ℃低溫區(qū)范圍內(nèi)，溧陽(yáng)、常州以及吳縣東山位于16.5～16.9 ℃的高溫區(qū)內(nèi)。各個(gè)氣象站點(diǎn)所在地理位置的經(jīng)緯度與年平均氣溫地域變化特征呈現(xiàn)明顯相關(guān)性，即年平均氣溫隨緯度升高而降低。

圖3 2000-2014 年年平均氣溫的空間變化特征

2.1.4 氣溫變化偏離程度 利用方差公式σ2=∑(X-μ)2/N，分別求出年平均氣溫、年平均最低及最高氣溫的方差。利用江蘇省2000—2014年平均氣溫、最低及最高氣溫求出其相應(yīng)方差，得出年平均氣溫方差最小，為0.11，其次年平均最高氣溫的方差也較小，為0.16，說(shuō)明江蘇省在這15 年間平均氣溫、最高氣溫變化不大；年平均最低氣溫方差相對(duì)較大，為0.21，說(shuō)明最低氣溫偏離平均值較多，江蘇省在這15 年間最低氣溫變幅較大。由此可見(jiàn)，最低氣溫在21世紀(jì)前15年處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而平均氣溫與最高氣溫處于相對(duì)較穩(wěn)定狀態(tài)[3]。

2.2 氣溫冬夏的變化特征

2.2.1 冬夏平均氣溫的變化趨勢(shì) 相關(guān)資料顯示，從2013年冬季開(kāi)始，熱帶太平洋熱含量異常迅速增高，并超過(guò)了1982—1983年極端厄爾尼諾同期熱含量異[4]。圖4中，夏季平均氣溫在2013年有很大升溫，可見(jiàn)2013年江蘇省也受到厄爾尼諾現(xiàn)象的影響，表現(xiàn)為明顯升溫現(xiàn)象。夏季平均氣溫除2003、2008、2013、2014年 出 現(xiàn) 較低與較 高極端情況外，其他年份變化平穩(wěn)波動(dòng)。從線性擬合來(lái)看，夏季平均氣溫呈上升趨勢(shì)，升幅為0.005 ℃/10年。2004—2005、2007—2008、2010—2011年 都 出現(xiàn)了較大降溫現(xiàn)象。2007—2008年冬季及2010—2011年都出現(xiàn)了中等強(qiáng)度的拉尼娜事件，這些年份我國(guó)大部分地區(qū)出現(xiàn)低溫災(zāi)害，江蘇省也不例外。冬季最低平均氣溫除2005、2008、2011年出現(xiàn)比較大幅度降溫情況外，其他年份處于較平穩(wěn)波動(dòng)。從線性擬合來(lái)看，冬季平均氣溫有下降趨勢(shì)，且較夏季大，降幅為-0.9 ℃/10年。

圖4 2000-2014年冬季與夏季的平均氣溫變化

2.2.2 冬夏平均氣溫南北差異分析 21世紀(jì)前15年，江蘇省夏季氣溫由西南向東北遞減，溧陽(yáng)、南京、常州及吳縣東山處于27.2～27.6 ℃高溫范圍內(nèi)，贛榆處于25.4～25.8 ℃低溫范圍內(nèi)。冬季氣溫變化由東南向西北遞減，溧陽(yáng)、常州、吳縣東山處于4.77～5.52 ℃冬季高溫范圍內(nèi)，贛榆與徐州處于1.7～2.47 ℃低溫范圍內(nèi)。

2.3 氣溫變化地區(qū)差異

2.3.1 氣象站點(diǎn)平均氣溫變化與對(duì)比 吳縣東山、溧陽(yáng)、常州等年平均氣溫在12個(gè)氣象站點(diǎn)中較高，而贛榆、射陽(yáng)及東臺(tái)平均氣溫較低，贛榆平均氣溫變化波動(dòng)較大，吳縣東山、溧陽(yáng)氣溫變幅較小，各個(gè)站點(diǎn)間的差異明顯。

將12個(gè)站點(diǎn)分為2組，贛榆、盱眙、射陽(yáng)等站點(diǎn)平均氣溫＜16 ℃的為一組，吳縣東山、南京、高郵等站點(diǎn)平均氣溫＞16 ℃的為一組。2000—2014年，平均氣溫＞16 ℃的氣象站點(diǎn)變幅都較大，而平均氣溫＜16 ℃的站點(diǎn)波動(dòng)幅度相對(duì)較小。贛榆、盱眙、東臺(tái)、射陽(yáng)等由于城市化規(guī)模較小，將其歸為小城鎮(zhèn)，而吳縣東山、常州、南京、南通等是城市化發(fā)展相對(duì)較完善的城市，將其定義為較大城市。不難發(fā)現(xiàn)，大城市平均氣溫普遍高于中小城市平均氣溫。

此外，也存在特殊情況。21世紀(jì)前15年江蘇省整體平均氣溫小幅度下降，基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。對(duì)比徐州和吳縣東山2個(gè)城市：徐州城市規(guī)模較吳縣東山小，但降溫線性趨勢(shì)為-0.217 ℃/10年，比吳縣東山（-0.408 ℃/10年）小，說(shuō)明小城市降溫趨勢(shì)弱于大城市降溫趨勢(shì)，而吳縣東山降溫趨勢(shì)與平均值接近。

2.3.2 地區(qū)差異原因分析 氣溫的變化趨勢(shì)受很多因素影響，而人類(lèi)活動(dòng)會(huì)在很大程度上影響氣溫的變化趨勢(shì)。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告顯示：2012年全球大氣二氧化碳、甲烷和氧化亞氨濃度分別是 393.1 ppm（百萬(wàn)分比濃度）、1 819 ppb（十億萬(wàn)分比濃度）、325 ppb。比工業(yè)化前分別增加了41%、160%和20%，是過(guò)去80年以來(lái)最高的。而我國(guó)大氣二氧化碳、甲烷和氧化亞氨濃度分別是392.2 ppm、1 863 ppb和324.6 ppb，略高于同期全球平均值[5]。

近幾十年來(lái)，工業(yè)迅速發(fā)展，二氧化碳等溫室氣體的排放量遠(yuǎn)超過(guò)去水平。溫室氣體大量排放，造成溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重，氣溫在此情況下升高，平均氣溫也隨之升高。因此，影響氣溫變化趨勢(shì)產(chǎn)生的因素包括人類(lèi)活動(dòng)造成的溫室效應(yīng)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū)的差異，導(dǎo)致人口從小城市往大城市轉(zhuǎn)移情況日益增多。人口大量轉(zhuǎn)移會(huì)在一定程度上促進(jìn)城市化發(fā)展，處于快速發(fā)展的中小城市城市化影響有時(shí)比大城市更明顯，大城市在經(jīng)歷快速發(fā)展后，進(jìn)入成熟階段，城市化速度開(kāi)始緩慢；而中小城市城市化處于加速階段，城市化速度遠(yuǎn)比大城市快很多，城市化帶來(lái)的變化也日益明顯。因此，中小城市城市化影響大于大城市將成為未來(lái)城市化發(fā)展的一種常見(jiàn)現(xiàn)象。

城市化帶的影響首先是地面植物的減少，其次水泥建筑的增加也會(huì)使溫度上升。與此同時(shí)，由于城市聚集地人口眾多，人類(lèi)生存所產(chǎn)生的二氧化碳等氣體和汽車(chē)尾氣等溫室氣體對(duì)城市升溫也產(chǎn)生了很大影響?？梢?jiàn)，城市化與溫室效應(yīng)之間相互影響，共同影響著溫度的變化。與此同時(shí)，城市化造成的熱島效應(yīng)也使城鄉(xiāng)氣溫差異日益明顯。熱島效應(yīng)在夏季體現(xiàn)得較為明顯，故在2000—2014 年江蘇省夏季平均氣溫表現(xiàn)為增溫，在一定程度上受了城市熱島效應(yīng)的影響。此外，熱島效應(yīng)還受下墊面因子、人為熱釋放量、大氣污染程度等因素的影響，諸如二氧化碳等溫室氣體的排放也會(huì)加劇熱島效應(yīng)。熱島效應(yīng)會(huì)在一定程度上造成升溫的影響，但氣溫的升溫還受很多其他因素的影響，如突然某一年的氣溫上升，可能是受厄爾尼諾現(xiàn)象帶來(lái)的影響。

3 結(jié)論

（1）2000—2014年江蘇省1—12月的最高氣溫在6.59～31.88 ℃之間；1—12月的平均氣溫在2.57～28.27 ℃之間；1—12月的最低氣溫在-0.42～25.19 ℃之間。整體平均氣溫下降趨勢(shì)大致為每年0.006 ℃，降溫趨勢(shì)并不顯著。同期，最低氣溫降低趨勢(shì)為每年0.03 ℃，而最高氣溫降低趨勢(shì)為每年0.02 ℃。相對(duì)較顯著。無(wú)論最低氣溫還是最高氣溫，除出現(xiàn)幾個(gè)極端值外，都處于相對(duì)比較穩(wěn)定的波動(dòng)狀態(tài)。平均氣溫體現(xiàn)為較小幅度的平穩(wěn)降溫。

（2）在地域空間上，江蘇省氣溫的變化總趨勢(shì)為隨緯度降低而降低。但具體的變化形式還因季節(jié)而異。年平均氣溫的地域變化趨勢(shì)與夏季氣溫地域變化趨勢(shì)更為接近。

（3）在全球氣溫增暖大趨勢(shì)下，全國(guó)氣溫也處于上升狀態(tài)。但21世紀(jì)前15年，江蘇省呈現(xiàn)降溫趨勢(shì)，雖降溫幅度極小，但究其原因，可能是受拉尼娜事件的影響，造成某些年份最低氣溫的大幅降低。說(shuō)明極端天氣對(duì)氣溫氣候的變化有著很大的影響。與此同時(shí)，夏季氣溫呈現(xiàn)極小幅度的升溫，熱島效應(yīng)在一定程度上發(fā)揮了影響作用。具體且更確切的影響因素，還需要進(jìn)一步的分析與研究。

（4）氣溫變化特征城鄉(xiāng)差異明顯，可能是受城市化影響。表現(xiàn)為大城市氣溫普遍高于中小城市氣溫。但中小城市的降溫線性趨勢(shì)比大城市的降溫趨勢(shì)弱。說(shuō)明城市化影響因素的復(fù)雜性，城市大小只是衡量城市化的部分因素。人口密集程度、城市化發(fā)展快慢等也是城市化發(fā)展應(yīng)當(dāng)考慮的重要部分因素。