喬 麗, 吳林榮, 張高健

(1.西安市氣象局, 陜西 西安 710115; 2.陜西省氣象減災(zāi)服務(wù)中心, 陜西 西安 710014)

中國近50 a地表溫度時空變化特征分析

喬 麗1, 吳林榮2, 張高健1

(1.西安市氣象局, 陜西 西安 710115; 2.陜西省氣象減災(zāi)服務(wù)中心, 陜西 西安 710014)

[目的] 研究大氣下墊面地表溫度的時空分布規(guī)律,為進一步了解中國區(qū)域地氣相互作用，地表能量交換等提供科學(xué)依據(jù)。[方法] 通過氣候統(tǒng)計方法,對中國近50 a地表溫度時空變化特征進行研究。[結(jié)果] (1) 中國近50 a平均地表溫度呈顯著上升趨勢,平均每10 a上升0.29 ℃,尤其2000年以來中國年平均地表溫度增溫趨勢最顯著。對于四季而言,中國近50 a地表溫度在所有季節(jié)均呈現(xiàn)上升趨勢,從增溫趨勢看,冬季平均地表溫度增溫趨勢最明顯。(2) 中國近50 a平均地表溫度空間分布由北向南逐漸升高。對于四季而言,地表溫度在所有季節(jié)都呈現(xiàn)出由北向南升高,但是不同季節(jié)地表溫度分布有著不同的特點。(3) 中國近50 a大部地區(qū)地表溫度增溫顯著,其中中國北方大部地區(qū)增溫明顯,增溫率為(0.2～0.6 ℃)/10 a。[結(jié)論] 中國近50 a平均地表溫度呈顯著上升趨勢,且由北向南逐漸升高。

中國; 地表溫度; 時空變化

地表溫度(land surface temperature, LST)是指地面0 cm 溫度，是地表能量平衡、區(qū)域和全球尺度地表物理過程的一個重要因子，也是地表能量交換、地球系統(tǒng)中水、熱和碳各種循環(huán)過程的主導(dǎo)因子。近百年來，全球氣候變暖已成為不爭的事實。IPCC 第四次評估報告表明[1],過去100 a(1906—2005年)，全球地表平均氣溫升高了0.74 ℃。近50 a，中國氣溫增暖尤其明顯，年平均地表氣溫變暖幅度約為1.1 ℃，增溫速率接近0.22 ℃/10 a，比全球或半球同期平均增溫速率明顯偏高[1]。中國眾多氣象學(xué)者對中國氣候變化進行了許多研究，并在氣溫、降水和積溫變化方面取得了許多有價值的研究成果[2-10]。但是，目前針對地表溫度的研究相對較少，已有的研究主要是對中國某個省、市或中國某幾個地區(qū)地表溫度變化進行研究，或者采用衛(wèi)星遙感資料反演的地表溫度產(chǎn)品進行研究[11-17]。但是，受衛(wèi)星資料源年限長度短、資料處理量大和精度的影響，利用衛(wèi)星遙感資料，采用統(tǒng)一的計算方法對近50 a來中國全區(qū)地表溫度變化特征的研究相對較少，加之基于中國氣象臺站的地表溫度資料獲取困難，使得目前我們對中國區(qū)域地表溫度時空變化特征了解甚少。在全球氣候變暖的大背景下，研究中國區(qū)域大氣下墊面的地表溫度的時空變化規(guī)律及其與氣候變化的響應(yīng)關(guān)系，對于了解中國區(qū)域地氣相互作用、地表能量交換、地球系統(tǒng)中水、熱和碳各種循環(huán)過程具有重要的意義。本研究主要采用中國氣象局國家氣象信息中心提供的1960—2012年氣象臺站觀測地表溫度資料對中國近50 a地表溫度時空變化特征進行了系統(tǒng)的分析，以期進一步研究地表溫度變化與氣候變化之間的響應(yīng)關(guān)系，為了解中國區(qū)域地氣相互作用、地表能量交換、地球系統(tǒng)中水、熱和碳各種循環(huán)過程提供理論依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

研究數(shù)據(jù)采用中國氣象局國家氣象信息中心提供的1960—2012年全國756個臺站逐月平均地表溫度資料。氣象站點資料都經(jīng)過了初步的質(zhì)量檢查，剔除了缺測率相對較大和資料突變性較大的站點，最終選出363個可用站點。

1.2 研究方法

研究方法主要采用合成分析和線性趨勢分析法。線性趨勢分析主要采用一次線性方程可表示為：

Y=a0+a1t

(1)

式中：Y——平均氣溫或地溫(℃)；a0——常數(shù)；a1——線性趨勢項；t——時間。

2 結(jié)果分析

2.1 地表溫度時間變化特征

2.1.1 年平均地表溫度 1961—2012年，中國年平均地表溫度呈顯著上升趨勢，平均每10 a上升0.29 ℃(圖1)?？梢钥闯?，20世紀(jì)60—70年代中期，中國年平均地表溫度呈下降趨勢，之后中國年平均地表溫度呈明顯上升趨勢，尤其是2000年以后，中國年平均地表溫度持續(xù)高于(或等于)常年值。其中，2007年為年平均地表溫度最高年，達14.2 ℃，高出年平均地表溫度1.3 ℃。2006和2011年均為次高年，高出年平均地表溫度1.2 ℃。1976年為近50 a來中國地表溫度最低年，低于年平均地表溫度1.4 ℃。

圖1 1960-2012年中國地表溫度距平變化

2.1.2 四季平均地表溫度 為了分析方便，選取4，7，10，1月的平均地表溫度分別代表春、夏、秋和冬季的平均地表溫度。圖2為1960—2012年中國春、夏、秋和冬季地表溫度距平變化。

可以看出，中國近50 a地表溫度在所有季節(jié)均呈現(xiàn)上升趨勢，由高到低排列依次為春、秋、夏季，分別為0.33，0.25，0.14 ℃/10 a。在春季，1961—1996年，地表溫度上升趨勢不太明顯，大多低于年平均溫度，最低為1976年，低于年平均地表溫度1.9 ℃，自1996年以來，地表溫度上升趨勢較為明顯，除2001和2010年外，春季地表平均溫度均高出近50 a來平均值；在夏季，地表溫度變化趨勢表現(xiàn)與年地表溫度變化趨勢基本一致。20世紀(jì)60—70年代中期，夏季平均地表溫度呈下降趨勢，之后夏季平均地表溫度呈明顯上升趨勢；在秋季，平均地表溫度在11～15 ℃范圍內(nèi)變化，總體表現(xiàn)為上升趨勢，其中2006年秋季地表溫度最高，達15.3 ℃，高出年平均值2.3 ℃；在冬季，從增溫趨勢看，冬季平均地表溫度增溫趨勢最明顯，平均每10 a上升0.47 ℃。

2.2 地表溫度空間分布特征

2.2.1 年空間分布特征 受緯度和地形的影響，中國年平均地表溫度空間分布由北向南逐漸升高，其中東北地區(qū)和青藏高原年平均地表溫度最低，主要在-5～5 ℃之間；秦嶺—淮河以北的北方大部地區(qū)年平均地表溫度主要在5～15 ℃之間，秦嶺—淮河以南的南方大部地區(qū)年平均地表溫度主要在15～25 ℃，而華南南部和海南等地年平均地表溫度最高，一般≥25 ℃。

2.2.2 四季空間分布特征 受緯度和地形影響，中國近50 a地表溫度在所有季節(jié)都呈現(xiàn)出由北向南升高，其中東北地區(qū)和青藏高原年平均地表溫度最低，而華南南部和海南等地年平均地表溫度最高。但是不同季節(jié)地表溫度分布有著不同的特點。在冬季，中國地表溫度呈現(xiàn)出典型的“兩級分化”，以秦嶺為分界線，秦嶺以北氣溫在0 ℃以下，秦嶺以南在0 ℃以上，地表溫度南北差異非常大，最大為50 ℃左右；春季和秋季與年空間分布較為相似，全國大部分地區(qū)溫度均在0 ℃以上；在夏季中國地表溫度空間分布差異縮小，僅東北地區(qū)和青藏高原地區(qū)氣溫在25 ℃以下，其余均在25 ℃以上，東南沿海和新疆地區(qū)出現(xiàn)35 ℃以上的高溫天氣。

圖2 1960-2012年中國春季、夏季、秋季和冬季地表溫度距平變化

2.3 地表溫度趨勢變化特征

2.3.1 年空間趨勢變化特征 為了了解中國地表溫度的空間趨勢變化特征，計算了中國363個臺站近50 a平均地表溫度的趨勢系數(shù)值(y=ax+b，中的a值)，分析各臺站趨勢系數(shù)空間分布表明，近50 a全國大部地區(qū)地表溫度增溫顯著，其中中國北方大部地區(qū)增溫明顯，增溫率為(0.2～0.6 ℃)/10 a，局部地區(qū)增溫率達(0.8～1.0 ℃)/10 a；而中國江南和華南局地呈現(xiàn)出弱降溫趨勢。對中國全區(qū)地表溫度趨勢變化進行顯著性檢驗表明，北方大部增溫趨勢顯著，大部地區(qū)增溫趨勢均通過了a=0.05顯著性F檢驗，而江南和華南局地降溫趨勢不顯著，均沒有通過a=0.05顯著性F檢驗。

2.3.2 四季空間趨勢變化特征 對于四季而言，春季全國地表溫度增溫趨勢最為顯著，北方大部增溫明顯，增溫率為(0.2～0.6 ℃)/10 a，局部地區(qū)增溫率達(0.6～0.8 ℃)/10 a，且增溫趨勢均超過了a=0.05顯著性F檢驗，中國東南大部地區(qū)增溫率為(0.2～0.4)/10 a，而在新疆北部局部華南的局部地區(qū)為弱的降溫趨勢，且降溫趨勢均未通過a=0.05顯著性F檢驗；秋季全國大部地區(qū)也呈現(xiàn)增溫趨勢，但增溫趨勢沒有春季明顯，其中北方大部地區(qū)增溫率為(0.2～0.6 ℃)/10 a，而在西南東北部局部地區(qū)為弱的降溫趨勢；夏季和冬季增溫趨勢呈現(xiàn)出明顯的南北兩極分化，北方大部地區(qū)呈現(xiàn)顯著的增溫趨勢，其中冬季北方增溫趨勢最為顯著，特別是在新疆北部、內(nèi)蒙古東部以及東北地區(qū)，其增溫率大于1 ℃/10 a，而夏季在秦嶺—淮河以南的大部地區(qū)、冬季在江南中西部、華南西部和西南東部等地地表溫度呈弱的降溫趨勢，但降溫趨勢均不顯著。

3 結(jié) 論

(1) 中國近50 a平均地表溫度呈顯著上升趨勢，平均每10 a上升0.29 ℃。其中60年代至70年代中期，中國年平均地表溫度呈下降趨勢，之后年平均地表溫度呈明顯上升趨勢，尤其是2000年以后，中國年平均地表溫度增溫最顯著。對于四季而言，中國近50 a地表溫度在所有季節(jié)均呈現(xiàn)上升趨勢，從增溫趨勢看，冬季平均地表溫度增溫趨勢最明顯。

(2) 中國近50 a平均地表溫度空間分布由北向南逐漸升高，其中東北地區(qū)和青藏高原年平均地表溫度最低，而華南南部和海南等地年平均地表溫度最高。對于四季而言，地表溫度在所有季節(jié)都呈現(xiàn)出由北向南升高，但是不同季節(jié)地表溫度分布有著不同的特點。冬季中國地表溫度呈現(xiàn)出典型的“兩級分化”，春季和秋季全國大部分地區(qū)地表溫度均在0 ℃以上，在夏季中國地表溫度空間分布差異縮小，全國大部分地區(qū)地表溫度均在25 ℃以上。

(3) 近50 a中國大部地區(qū)地表溫度增溫顯著，其中中國北方大部地區(qū)增溫明顯，增溫率為(0.2～0.6 ℃)/10 a，而中國江南、華南等地呈現(xiàn)出弱降溫趨勢。對于四季而言，春季全國地表溫度增溫趨勢最為顯著，秋季增溫僅次于春季，夏季和冬季增溫趨勢呈現(xiàn)出明顯的南北兩極分化，北方大部地區(qū)呈現(xiàn)出明顯的增溫趨勢，而江淮、江漢和黃淮等地地表溫度呈弱的降溫趨勢。

本研究主要采用中國氣象局國家氣象信息中心提供的1960—2012年氣象臺站觀測地表溫度資料，通過氣候統(tǒng)計方法，對中國近50 a地表溫度時空變化特征進行了系統(tǒng)的分析，研究結(jié)果為進一步了解中國區(qū)域地氣相互作用、地表能量交換、地球系統(tǒng)中水、熱和碳各種循環(huán)過程提供理論依據(jù)。但是，地表溫度與氣溫、降水之間的相關(guān)性如何，地表溫度與氣溫和降水變化之間的響應(yīng)關(guān)系以及它們之間的相互影響關(guān)系如何，仍需進一步的深入分析研究。

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Temporal and Spatial Changes of Land Surface Temperature in China in Recent 50 Years

QIAO Li1, WU Linrong2, ZHANG Gaojian1

(1.Xi’anMeteorologicalBureau,Xi’an,Shaanxi710016,China;2.DisasterReductionandServiceCenter,ShaanxiProvince,Xi’an,Shaanxi710014,China)

[Objective] We aimed to study the spatial and temporal variation of land surface temperature in order to provide a scientific basis for the further understanding of regional land-atmosphere interactions and surface energy exchange in China. [Methods] By statistical analysis, the spatial change of ground temperature in recent 50 years in China has been discussed. [Results] (1) In recent 50 years, the average ground temperature in China showed an increasing trend at a rate of 0.29 ℃/10 a. Significant increase occurred since 2000. The ground temperature in recent 50 years has increased in all seasons, while it increased most in winter. (2) The spatial distribution of ground temperature showed an increasing trend from the north to the south in all seasons, but it was slightly different in different seasons. (3) In recent 50 years, in most area of China, the ground temperature increased dramatically, especially in the north part of China, the increasing rate of temperature reached to 0.2～0.6 ℃/10 a. [Conclusion] In recent 50 years, the average surface temperature of China showed a significant increasing trend, and spatially increased from the north to the south.

China; land surface temperature; temporal and spatial changes

2015-03-05

2015-03-26

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(973計劃)“氣候變暖背景下我國南方旱澇災(zāi)害的變化規(guī)律及其影響與機理”(2013CB430200)之子專題“氣候變暖背景下我國南方旱澇災(zāi)害規(guī)律的變化(2013CB430201)

喬麗(1976—),女(漢族),陜西省周至縣人,碩士,高級工程師,主要從事氣候變化及應(yīng)用氣象方面的研究。 E-mail:30044716@qq.com。

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1000-288X(2015)05-0323-04

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