朱玉祥趙亮

（1 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081；2 61741部隊(duì)，北京 100094）

中國近百年地面溫度變化自然因子的因果鏈分析

朱玉祥1趙亮2

（1 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081；2 61741部隊(duì)，北京 100094）

采用格蘭杰（Granger）因果檢驗(yàn)法，從自然因素的角度，即從天文因子（太陽黑子數(shù)SSN）和地球運(yùn)動因子（地極移動X方向和Y方向）的角度，對我國近百年地面溫度（TC）的變化進(jìn)行了歸因分析。所得結(jié)果如下：滯后1～11年內(nèi)， SSN都不是TC的Granger原因；對于TC和極移X方向，當(dāng)滯后6年時信度最高，此時極移X方向是TC的Granger原因（87%信度）。研究結(jié)果可能暗示，極移X方向的變化可能會導(dǎo)致6年后中國地面氣溫的變化。

天文因子，地球運(yùn)動因子，氣候變化歸因，中國地面溫度

1 引言

氣候變化歸因是以某種程度的顯著性水平,建立有關(guān)因子變量與氣候變量之間的因果關(guān)系的過程[1]。在氣候變化歸因研究中最受關(guān)注的氣候變量是溫度,特別是地面溫度。近百年來全球氣候變暖是一個不爭的事實(shí),但有研究稱近十幾年全球氣候變暖趨勢明顯減緩[2-5]。IPCC第五次評估報(bào)告第一工作組科學(xué)報(bào)告[6]稱,近10多年觀測的平均溫度落在氣候模擬5%～95%包絡(luò)線之下,并稱1998年以來氣候變暖減緩的原因可以被近幾年的低太陽活動、氣候內(nèi)部變率和模式響應(yīng)誤差的聯(lián)合作用來解釋。我國的溫度變化既有與全球地面溫度相一致的部分,也有其自身特點(diǎn),因此,有必要重點(diǎn)對我國近百年氣溫變化原因進(jìn)行研究。

近年來,關(guān)于氣候變化檢測和歸因的研究有了很大進(jìn)展。從數(shù)學(xué)原理上發(fā)展了檢測、歸因技術(shù),還發(fā)展了針對氣候系統(tǒng)特點(diǎn)的檢測方法,以期尋找氣候變化的指紋。這些檢測、歸因技術(shù)大致可分為多元分析和貝葉斯推斷兩大類,前者包括回歸法、模態(tài)相關(guān)法等,后者因能容納不同來源的資料而受到重視,兩類方法各有優(yōu)缺點(diǎn)[7-8]。當(dāng)用這兩類方法做檢測歸因分析時,需同時使用觀測資料和數(shù)值模擬資料。由于沒有足夠長的受溫室氣體影響的觀測資料來估算氣候變量以及數(shù)值模擬的不確定性,檢測歸因的結(jié)果常引發(fā)爭議。而且這兩類方法在對兩個變量進(jìn)行分析時并沒有同時考慮其自身變化。

天文和地球運(yùn)動因子是影響氣候系統(tǒng)的基本因素。太陽作為離地球最近的恒星,向地球提供著光和熱,是地球氣候系統(tǒng)最基本的能量源,其長期(萬年以上)變化對地球氣候的形成和演變有著重要影響,這已達(dá)成廣泛共識,但在百年和十年這樣相對較短的

時間尺度上,對氣候的影響,尤其是對近100年來溫度的影響和貢獻(xiàn),卻存在較大爭議[9]。地球運(yùn)動因子通過地球軌道的變化和攝動、地球自轉(zhuǎn)速率變化、地極移動(簡稱極移)、地磁變化和火山活動等多種方式也會對氣候變化產(chǎn)生影響。由于地球軌道參數(shù)的變化比較緩慢,一般被視為不變的因子,但如果處于其長時間尺度周期變化的臨界點(diǎn),則有可能在百年尺度、甚至年代際尺度上對氣候產(chǎn)生顯著影響。地極移動的年際變化也不大,但極移變形力位勢轉(zhuǎn)換成單位質(zhì)點(diǎn)的動能,其值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單位質(zhì)量大氣的動能[10]。地轉(zhuǎn)速度的變化通過與大氣和海洋的角動量交換可以影響天氣氣候,有研究表明地球自轉(zhuǎn)與大范圍地區(qū)大氣活動中心、降水、氣溫、厄爾尼諾事件有密切聯(lián)系[11-15]。

過去的研究一般認(rèn)為,天文與地球運(yùn)動因子在一個非常長的時間尺度上才可能發(fā)生明顯變化并且影響氣候。因此在考慮近百年來全球氣候急劇變暖的過程和歸因時,一般把這些自然因子的影響作為一個小量不予考慮[16-18]。然而,最近的一些研究表明,天文與地球運(yùn)動因子對目前全球氣溫和降水有重要影響,不能忽略[19-20],其變化有可能通過氣候系統(tǒng)響應(yīng)的非線性過程而放大其效能。那么對于中國近百年來地面溫度的變化,天文和地球運(yùn)動因子有沒有影響呢?這是一個尚待闡明的問題。

關(guān)于人類活動對氣候變化的影響,已經(jīng)有了很多研究[1]。因此,本文擬采用最近幾年才開始在氣候變化歸因研究中使用的新方法——格蘭杰因果分析法[7-8],從自然因素的角度,主要是天文因子(太陽黑子數(shù)SSN)和地球運(yùn)動因子(極移x方向和y方向)的角度,對中國近百年地面溫度的變化進(jìn)行歸因分析。

2 資料與方法

2.1 資料

本文所用的中國地面年平均溫度資料(TC)由唐國利提供,時間為1880—2011年,資料建立方法可參考文獻(xiàn)[21]。所選的因子為太陽黑子數(shù)(SSN,時間為1880—2011年)和地球極移(x和y方向,時間為1893—2011年)。它們的時間序列見圖1。

2.2 方法

本文采用的方法是最近幾年才開始在氣候變化歸因研究中使用的格蘭杰因果分析法[7]。相比于其他歸因方法,格蘭杰因果檢驗(yàn)(Granger causality test)既考慮變量間的相互關(guān)系又考慮其自身變化。這種對兩個事件序列之間因果關(guān)系的檢驗(yàn)是由Granger在經(jīng)濟(jì)學(xué)中提出的[22],因此稱為格蘭杰因果分析法,格蘭杰也因此或得了諾貝爾經(jīng)濟(jì)獎。

格蘭杰檢驗(yàn)的基本出發(fā)點(diǎn)是兩個變量x與y高度相關(guān),但不一定存在因果關(guān)系。它們之間可能有其它因素存在,使x與y之間表現(xiàn)出協(xié)同變化趨勢,如小樹生長與小孩長高。因此,需要對相關(guān)變量進(jìn)行因果關(guān)系檢驗(yàn)。

格蘭杰因果分析法的基本原理如下：

從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度,因果關(guān)系可以用概率密度或概率分布函數(shù)來表示：在所有其他事件不變的條件下,如果一個事件A的發(fā)生或不發(fā)生對另一個事件B發(fā)生的概率有影響,并且這兩個事件在時間上又有先后順序(A前,B后),那么可以說A是B的原因。

設(shè)兩個時間序列為X={xt}和Y={yt},t=1,2…,N,N為所用資料的樣本量。格蘭杰因果分析法可以判斷變量X是否能影響變量Y。若能,則認(rèn)為X能導(dǎo)致Y,X是Y的原因；反之,則認(rèn)為X不能導(dǎo)致Y,X不是Y的原因。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是判斷F統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算值P是否大于某個顯著性水平a下F標(biāo)準(zhǔn)分布的臨界值。在統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)中,一般來說,原假設(shè)H0和備擇假設(shè)H1是不對等的,H0是受保護(hù)的假設(shè),沒有充分證據(jù)是否定不了的,或者說沒有充分證據(jù)是不會接受備擇假設(shè)H1的。因此,往往把常規(guī)的,已存在的現(xiàn)象寫在受保護(hù)的原假設(shè)H0中,而把要研究的看法或猜想寫成備擇假設(shè)H1。所以,在本研究中原假設(shè)為X不能導(dǎo)致Y,即X不是Y的格蘭杰原因。若P＜a,則拒絕原假設(shè),即X不能導(dǎo)致Y的原假設(shè)不成立,X是Y的格蘭杰原因。

要嚴(yán)格確定因果關(guān)系,必須針對完整的信息集進(jìn)行研究,也就是說,要得出“A是B的原因”,必須考慮論域中的所有事件。因此,格蘭杰最早提出的因果關(guān)系定義,是建立在完整信息集以及發(fā)生時間的先后順序基礎(chǔ)上,根據(jù)條件分布函數(shù)進(jìn)行判斷。由于眾所周知的原因,根據(jù)樣本來估計(jì)分布函數(shù)是非常困難

的,于是退而求其次,只驗(yàn)證變量的數(shù)學(xué)期望是否相等,即：

圖1 中國地面年平均溫度TC與SSN極移（x方向）和極移（y方向）標(biāo)準(zhǔn)化序列

式中,E為數(shù)學(xué)期望,Ωn為到n時刻為止能獲得的所有因子集,Xn為到n時刻為止所有的Xt,則Ωn―Xn為到n時刻為止除Xn之外的所有因子。稱滿足(1)式的X和Y為均值因果關(guān)系。還有一種方法是考察預(yù)報(bào)誤差,其思路與Akaike信息量準(zhǔn)則[23]類似,驗(yàn)證X的出現(xiàn)是否能減小對Yn+1的預(yù)報(bào)誤差,即：

如果式(2)成立,變量Xn的存在能夠顯著的減少對Yn+1預(yù)測誤差的方差(或者說能夠顯著的改變對Yn+1的預(yù)測精度),那么就可以認(rèn)為X 對Y有因果性。

統(tǒng)計(jì)學(xué)上常用殘差平方和來表示預(yù)報(bào)誤差,建立X和Y的回歸方程,通過假設(shè)檢驗(yàn)(F檢驗(yàn))來檢驗(yàn)X的回歸系數(shù)為零的原假設(shè)是否成立,這就是格蘭杰因果檢驗(yàn)的常用方法。

所建立的回歸方程為：

式中,k為最大滯后階數(shù),et為誤差項(xiàng),αi和βi分別為X和Y的回歸系數(shù)。上式包括自回歸和多元線性回歸,而實(shí)際上只包含一個因變量和一個自變量。

原假設(shè)H0為：X不構(gòu)成對Y的因果性,即

在原假設(shè)成立的條件下,

式中,SSEr為不考慮X情況下建立Y的自回歸時的殘差平方和,SSEm為考慮X情況下建立Y的自回歸時的殘差平方和。

若F＞Fa,則否定原假設(shè),認(rèn)為X能導(dǎo)致Y,即X是Y的原因。其中,Fa為顯著水平取a時的F值。

其實(shí),格蘭杰因果分析法主要看現(xiàn)在的Y能夠在多大程度上被過去的Y解釋,然后再看加入X的滯后值是否能提高解釋程度。如果加入X后能對Y的解釋程度有顯著提高,那么就說X是Y的格蘭杰原因。

需要指出的是,隨機(jī)變量只有為平穩(wěn)時間序列時才能進(jìn)行格蘭杰因果檢驗(yàn)。因?yàn)槿绻S機(jī)變量為非平穩(wěn)序列,進(jìn)行格蘭杰檢驗(yàn)做回歸時有可能出現(xiàn)偽回歸,從而可能導(dǎo)致錯誤結(jié)論。因此,做格蘭杰因果檢驗(yàn)之前應(yīng)當(dāng)先對時間序列的平穩(wěn)性進(jìn)行檢驗(yàn)。如果變量是非平穩(wěn)序列,需要對變量進(jìn)行差分或?qū)?shù)變換,把變量變?yōu)槠椒€(wěn)序列。

3 平穩(wěn)性分析

首先必須檢驗(yàn)被分析序列是否平穩(wěn)即是否存在單位根。判別的常用方法是ADF(Augmented Dickey-Fuller)檢驗(yàn)。在ADF檢驗(yàn)中,單位根檢驗(yàn)的回歸方程為：

模型3中的t是時間變量,代表了時間序列隨時間變化的某種趨勢(如果有的話)。原假設(shè)都是H0:δ=0,即存在一個單位根。模型1與另兩種模型的差別在于是否包含有常數(shù)項(xiàng)和趨勢項(xiàng)。

實(shí)際檢驗(yàn)時從模型3開始,然后是模型2,模型1。何時檢驗(yàn)拒絕零假設(shè),即原序列不存在單位根,為平穩(wěn)序列,何時停止檢驗(yàn)。否則,就要繼續(xù)檢驗(yàn),直到檢驗(yàn)完模型1為止。一個簡單的檢驗(yàn)是同時估計(jì)出上述三個模型的適當(dāng)形式,然后通過ADF臨界值表檢驗(yàn)原假設(shè)H0:δ=0。只要其中有一個模型的檢驗(yàn)結(jié)果拒絕了原假設(shè),就可以認(rèn)為時間序列是平穩(wěn)的。當(dāng)三個模型的檢驗(yàn)結(jié)果都不能拒絕原假設(shè)時,則認(rèn)為時間序列是非平穩(wěn)的。這里所謂的模型的適當(dāng)形式就是在每個模型中選取適當(dāng)?shù)臏蟛罘猪?xiàng),以使模型的殘差項(xiàng)是一個白噪聲,本文ADF檢驗(yàn)的實(shí)際操作中滯后差分項(xiàng)個數(shù)的選擇是以Durbin-Watson (DW)值接近2為標(biāo)準(zhǔn)的。DW統(tǒng)計(jì)量通過確定兩個相鄰誤差項(xiàng)的相關(guān)性是否為零來檢驗(yàn)回歸殘差是否存在自相關(guān),越接近2,說明自相關(guān)越小。

圖2 TC的一階差分（DTC）標(biāo)準(zhǔn)化序列

(1)TC的ADF檢驗(yàn)：對1880—2011年的TC進(jìn)行ADF檢驗(yàn),結(jié)果表明,P=0.3218,所以接受原假設(shè),

即序列TC有一個單位根,為非平穩(wěn)序列。于是,對TC進(jìn)行一階差分(DTC),如圖2所示。對DTC進(jìn)行ADF檢驗(yàn),結(jié)果表明DTC是平穩(wěn)的。

(2)SSN的ADF檢驗(yàn)：檢驗(yàn)結(jié)果表明,SSN是平穩(wěn)的。

(3)極移x方向和y方向的ADF檢驗(yàn)：極移x方向和y方向都為非平穩(wěn)序列,故對它們做一階差分,再進(jìn)行ADF平穩(wěn)性檢驗(yàn),結(jié)果表明它們的一階差分都變?yōu)槠椒€(wěn)序列。

4 格蘭杰因果檢驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 DTC與SSN

因?yàn)門C的一階差分(DTC)和SSN是平穩(wěn)的,所以對DTC與SSN做格蘭杰因果檢驗(yàn)。圖3是它們的標(biāo)準(zhǔn)化時間序列。對格蘭杰檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)滯后1～11年內(nèi),P值都未小于0.05,所以,滯后1～11年內(nèi)SSN都不是DTC的格蘭杰原因。

4.2 TC與極移x方向和y方向的格蘭杰因果檢驗(yàn)結(jié)果分析

TC與極移x方向和極移y方向的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.45和0.49。但這種高相關(guān)并沒有考慮因子間的時序性,也并不能說明它們之間一定存在因果關(guān)系,因?yàn)椴荒芘懦袆e的因素存在,使它們之間顯示出協(xié)同變化趨勢[7],況且,Pearson相關(guān)系數(shù)本身也存在很大的局限性[24]。這種情況下,可以采用格蘭杰因果檢驗(yàn)來檢測它們之間的因果關(guān)系。

圖3 DTC與SSN標(biāo)準(zhǔn)化序列

圖4 極移一階差分（DJX和DJY）和TC標(biāo)準(zhǔn)化序列

表1 極移與TC的格蘭杰因果檢驗(yàn)最優(yōu)滯后期P值

經(jīng)ADF檢驗(yàn),1893—2011年,TC為平穩(wěn)序列,極移x方向和y方向都為非平穩(wěn)序列,后兩者一階差分(DJX和DJY)都變?yōu)槠椒€(wěn)序列。圖4是DJX、DJY和TC時間序列。故對DJX和DJY分別與TC做格蘭杰因果檢驗(yàn)(表1),可以看出,TC滯后極移x方向(DJX) 6年時是最優(yōu)滯后期,這時“DJX不是TC的格蘭杰原因”的可能性最低(P=0.13),即在13%的顯著性水平下拒絕原假設(shè),這表明在年際尺度上,DJX是TC的格蘭杰原因(信度87%)；另一方面,TC不是DJX的格蘭杰原因,因?yàn)闆]有通過檢驗(yàn)的F統(tǒng)計(jì)量。而極移y方向(DJY)不是TC的格蘭杰原因,因?yàn)闊o通過檢驗(yàn)的F統(tǒng)計(jì)量；反過來,TC不是DJY的格蘭杰原因,因?yàn)樵贒JY滯后TC 1～11年內(nèi),沒有通過檢驗(yàn)的F統(tǒng)計(jì)量。因此,格蘭杰因果檢驗(yàn)暗示極移x方向的變化在可能會導(dǎo)致6年后中國氣溫變化。

地極移動屬于地球物理因素,亦稱地學(xué)因素,受地球的構(gòu)造及其運(yùn)動的特點(diǎn)所制約。地極坐標(biāo)總是不斷變化的,圍繞其“平均極”描述螺旋狀的復(fù)雜曲線。綜合的地極移動振幅周期為6～7年,有“極潮”之稱[25]。地極移動對天氣氣候變化的影響機(jī)制,目前的研究還不夠成熟。一種理解是,當(dāng)?shù)貥O發(fā)生變化時,引起了地球離心力的變化,其積分值是相當(dāng)大的,因而造成了地球上大氣環(huán)流和空氣質(zhì)量輸送的變化,于是天氣氣候也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。也有研究從地極移動引起地球變形力的角度考察其對大氣運(yùn)動的影響?？傊?地極移動可以看作大氣環(huán)流變化的外在動力因子之一,它與熱力因子和其他動力因子共同作用于大氣,并影響大氣的變化。影響中國氣溫的直接因素是大氣環(huán)流,地極移動如何影響大氣環(huán)流,并最終影響中國氣溫,需要進(jìn)一步深入研究。

5 結(jié)論與討論

本文采用格蘭杰因果檢驗(yàn)法,從天文因子(太陽黑子數(shù)SSN)和地球運(yùn)動因子(極移x方向和y方向)的角度,對我國近百年地面溫度(TC)的變化進(jìn)行了歸因分析,結(jié)果如下：

(1)SSN不是中國近百年地面溫度變化的格蘭杰原因；

(2)對于TC和極移x方向,當(dāng)滯后6年時信度最高,此時極移x方向是TC的Granger原因(87%信

度),而TC不是極移x方向的Granger原因。

本文的研究結(jié)果可能暗示,極移x方向的變化可能會導(dǎo)致6年后中國氣溫變化。需要指出的是,P值是用觀測值計(jì)算得到的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量(本文中為F統(tǒng)計(jì)量)的特定概率,為不利于原假設(shè)H0(或與原假設(shè)相反)的全部其他可能值發(fā)生的概率。給出一個假設(shè)檢驗(yàn)的P值而不只是在一個特定檢驗(yàn)水平拒絕/不拒絕的決策包含更多的信息,因?yàn)镻值傳遞了原假設(shè)被拒絕或不被拒絕的信心[24]。本文中在13%的顯著性水平上拒絕原假設(shè)(DJX不是TC的格蘭杰原因),意指拒絕這個原假設(shè)犯錯誤的可能性為13%。

已經(jīng)有不少研究證實(shí)了格蘭杰因果分析法用于氣候變化歸因的有效性[1,7,26]。本研究從天文和地球運(yùn)動因子的角度,采用格蘭杰分析法對中國近百年溫度變化的原因進(jìn)行了分析,也得到了創(chuàng)新性結(jié)論。但需要指出的是,為了滿足實(shí)際計(jì)算的可行性,目前實(shí)際使用的格蘭杰因果檢驗(yàn)的計(jì)算操作與Granger最初的定義已有所偏離,實(shí)際觀測資料也不可能完全滿足所要求的統(tǒng)計(jì)條件,因此得到的結(jié)果可能存在一定程度的不確定性。換言之,本文所得到的格蘭杰因果關(guān)系還需從物理機(jī)理角度進(jìn)行深入分析,將來還需要進(jìn)行數(shù)值模擬研究。另外,影響我國地面溫度變化的原因是極為復(fù)雜的,還有很多其他因子對我國地面溫度變化產(chǎn)生影響,比如人類活動(CO2、氣溶膠等)、火山爆發(fā)等,本文的分析中沒有涉及這些因子。但無論如何,本文用格蘭杰因果分析法,從天文和地球運(yùn)動因子的角度,對中國近百年地面溫度變化的歸因分析,對認(rèn)識我國氣候變化的原因提供了有益的線索。

[1]IPCC. Climate Change 2007. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2007.

[2]Fyfe J C, Gillett N P, Zwiers F W. Overestimated global warming over the past 20 years. Nature Climate Change, 2013, 3: 767-769.

[3]Kerr R A. What happened to global warming? Scientists say just wait a bit. Science, 2009, 326: 28-29.

[4]Knight J, Kennedy J J, Folland C, et al. Do global temperature trends over the last decade falsify climate predictions? In state of the climate in 2008. BAMS, 2009, 90 (8): S22-S23.

[5]Kosaka Y, Xie S P. Recent global-warming hiatus tied to equatorial Paci fi c surface cooling. Nature, 2013, 501: 403-407.

[6]IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, United Kingdom and New York: Cambridge University Press, 2013.

[7]曹鴻興, 鄭艷, 虞海燕, 等. 氣候檢測與歸因的格蘭杰檢驗(yàn)法.氣候變化研究進(jìn)展, 2008, 4(1): 37-41

[8]孫穎, 尹紅, 田沁花, 等. 全球和中國區(qū)域近50年氣候變化檢測歸因研究進(jìn)展. 氣候變化研究進(jìn)展, 2013, 9(4): 235-245

[9]趙亮, 徐影, 王勁松, 等. 太陽活動對近百年氣候變化的影響研究進(jìn)展. 氣象科技進(jìn)展, 2011, 1(4): 37-48

[10]彭公炳, 陸巍, 殷延珍. 氣候及其環(huán)流因子對地球自轉(zhuǎn)速度變化的若干響應(yīng). 氣象學(xué)報(bào), 1982, 40(2): 209-218.

[11]彭公炳, 陸巍. 大氣環(huán)流演變與地球轉(zhuǎn)動不均勻性. 中國科學(xué)A輯, 1981, 24(9): 1126-1136.

[12]彭公炳, 陸巍. 氣壓場和大氣活動中心對地極移動的若干響應(yīng).地理學(xué)報(bào), 1981, 36(1): 59-69.

[13]黃玫, 彭公炳, 沙萬英. 地球自轉(zhuǎn)速率變化影響大氣環(huán)流的事實(shí)及機(jī)制探討. 地理研究, 1999, 18(3): 254-259.

[14]韓延本, 趙娟, 李志安. 地球自轉(zhuǎn)速率的年際變化與厄爾尼諾事件. 科學(xué)通報(bào), 2001, 46(22), 1858-1861.

[15]錢維宏, 丑紀(jì)范. 地氣角動量交換與循環(huán). 中國科學(xué)D輯, 1996, 26(1), 80-86.

[16]Crowley T J. Causes of climate change over the past 1000 years. Science, 2000, 289: 270-277.

[17]Cubasch U, Voss R. The influence of total solar irradiance on climate. Space Science Reviews, 2000, 94(1-2): 185-198.

[18]Shindell D T, Schmidt G A, Mann M E, et al. Solar forcing of regional climate change during the maunder minimum. Science, 2001, 294 (5549): 2149-2152.

[19]Gray L J, Beer J, Geller M, et al. Solar In fl uences on Climate. Rev Geophys, 2010, 48: 1-53.

[20]Zhao L, Wang J S. Robust response of the East Asian monsoon rainband to solar variability. J Climate, 2014, 27(8): 3043-3051.

[21]唐國利, 任國玉. 近百年中國地表氣溫變化趨勢的再分析. 氣候與環(huán)境研究. 2005, 10(4): 791-798.

[22]Granger C W. Developments in the study of co-integrated economic variables. Oxford Bull Economics and Statistics, 1986, 8 (3): 213-228.

[23]Akaike H. A new look at the statistical identi fi cation model. IEEE Trans Auto Control, 1974, 19: 716-723.

[24]Wilks D S. Statistical Methods in the Atmospheric Sciences (2nd Edition). Burlington, MA; London: Academic Press, Elsevier, 2006.

[25]彭公炳. 地極移動對氣候變化的影響及其在氣候預(yù)測中的應(yīng)用.氣象科技資料, 1973, 3(3): 54-58.

[26]鄭祚芳, 張秀麗, 高華. 北京氣候變暖與主要極端氣溫指數(shù)的歸因分析. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 2012, 28(2): 277-282.

The Causal Chain Analysis of Natural Factors for China Surface Temperature Variation during the Recent 100 Years

Zhu Yuxiang1, Zhao Liang2
(1 China Meteorological Administration (CMA) Training Center, Beijing 100081 2 61741 Troops of PLA, Beijing 100094)

The attribution analysis of China surface temperature(TC) in the recent 100 years is done from the angle of the astronomical factor(sunspot number, SSN) and the earth movement factor(polar shift x direction and y direction ) by using Granger causality test. The results are as follows: (1) SSN is not the Granger cause of TC in all of 1 to 11 years lags; (2) when the lag is 6 years, conf i dence is the highest, at this time polar shift x direction is the Granger cause of TC (87% conf i dence); (3) when the lag is 12 years, TC is the Granger cause of the polar shift y direction, the conf i dence is 86%. The research results of the paper suggest that the change of polar shift x direction possibly results in the change of TC, and the change of TC possibly inf l uences the change of the polar shift y direction.

astronomical factor, earth movement factor, the attribution of climate change, China surface temperature

10.3969/j.issn.2095-1973.2014.03.006

2013年11月25日；

2014年4月3日

朱玉祥（1976—），Email: zhuyx@cma.gov.cn

資助信息：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2012CB957804）；國家公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201406020）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41305131，41375105）