吳成啟, 唐登勇

(1.南京信息工程大學 環(huán)境科學與工程學院, 南京 210044; 2.河北省石家莊市贊皇縣氣象局, 石家莊 050000)

近50年來全球變暖背景下青藏高原氣溫變化特征

吳成啟1,2, 唐登勇1

(1.南京信息工程大學 環(huán)境科學與工程學院, 南京 210044; 2.河北省石家莊市贊皇縣氣象局, 石家莊 050000)

利用青藏高原1961—2010年逐日氣溫氣候統(tǒng)計資料，采用了線性回歸方程、曼—肯德爾突變檢驗等方法，研究了青藏高原氣溫氣候時間和空間尺度上的變化趨勢，研究表明：(1) 青藏高原年平均氣溫以0.022 8℃/a的速率遞增，在1993年之后年平均氣溫值較高，在南部區(qū)域年平均氣溫較高，而在中部區(qū)域年平均氣溫較低，且1996年為青藏高原年平均氣溫開始突變的年份；(2) 青藏高原年平均氣溫存在顯著的季節(jié)變化特征，且4個季節(jié)下的年平均氣溫均呈遞增的變化趨勢，其中春季增溫幅度最大，冬季增溫幅度最??；(3) 通過對青藏高原年平均氣溫EOF分解分析得出，年平均氣溫呈南—中—北型、南—北型分布特征

青藏高原; 氣溫; 線性回歸; 曼—肯德爾;EOF

近些年來，有研究資料顯示，全球的氣候正發(fā)生著異常的變化，異常的氣候變化，往往伴隨著一定的氣候災害的發(fā)生。全球氣候變化對人類、生態(tài)等發(fā)展存在著正、負面的影響，但是負面影響較為突出[1],且負面影響造成的危害受到了人類的重視。由于全球氣候的異常變化，對區(qū)域小范圍內(nèi)氣候的研究成為了科研界的熱點。青藏高原是全球氣候系統(tǒng)的組成部分，且是一個較為敏感的地帶，對研究青藏高原氣候的變化，有著極其重要的意義。青藏高原地處我國西南區(qū)域，占地面積較大，東西最寬處距離為3 000 km,南北最寬處距離為1 600 km.有學者研究，青藏高原區(qū)域具有顯著的熱力、地動力等作用[2-4]。該地區(qū)的熱力以及地動力作用對北半球環(huán)流構成了一定的影響，且在夏季的時候熱力、地動力作用能夠影響到赤道南部區(qū)域[5]。根據(jù)研究資料，青藏高原比低海拔區(qū)域對氣候變化的響應較為顯著[6-7]。青藏高原氣候的變化對我國氣候變化具有十分重要的意義，而氣溫氣候在氣候變化中占據(jù)著重要的地位。

近些年來很多科研工作者對不同區(qū)域內(nèi)氣溫和降水氣候做了一定的研究，同時取得了一定的結論。對氣溫的研究工作主要有：趙昕奕等[8]在對青藏高原氣溫變化的研究工作中，指出了青藏高原地區(qū)氣溫在50年代到80年代期間呈顯著的增溫變化趨勢。羅燕等[9]利用云南省125個測站逐日實測氣溫資料，采用了極端氣溫閾值法，研究了在極端閾值條件下氣溫的分布特征。研究表明，云南省極端高溫頻數(shù)具有顯著的年代際變化特征。王遵婭等[10]在對近50 a來我國的氣溫變化研究中，得出了我國氣溫呈逐年增溫的變化趨勢，且在90年代增溫幅度較大。Hansen[11]和Vinnikov等[12]利用數(shù)理統(tǒng)計的方法對全球地表氣溫數(shù)據(jù)進行了處理分析，發(fā)現(xiàn)90年代中期全球地表氣溫較19世紀末期上升了0.3～0.6℃。還有很多學者[13-16]對其他區(qū)域的氣溫氣候變化特征進行了研究。

1 數(shù)據(jù)來源

本文利用青藏高原56個測站1961—2010年逐日平均氣溫、降水量資料，用來研究氣溫、降水氣候在時間和空間上的變化規(guī)律，資料均來源于青藏高原國家基準地面氣象觀測站，數(shù)據(jù)經(jīng)過質量控制，質量良好。根據(jù)56個測站經(jīng)緯度以及海拔數(shù)據(jù)，采用克里金插值，運用Furfer軟件繪制出了測站空間位置分布結果，圖1為青藏高原地區(qū)56個測站海拔空間分布(圖中“+”號為資料中所選用的青藏高原站點)。

圖1青藏高原地區(qū)56個測站海拔空間分布

2 青藏高原氣溫氣候特征變化

2.1 氣溫年際變化規(guī)律

本文利用青藏高原56個地面測站實測的逐日的氣溫資料，計算出每個測站逐年的氣溫平均值，然后求出青藏高原整體年平均氣溫的均值，用來研究青藏高原整體年平均氣溫年際變化趨勢。圖2為1961—2010年青藏高原地區(qū)年平均氣溫及距平變化趨勢。

從年平均氣溫距平值可以看出，在1961—1993年期間年平均氣溫距平值以負值為主，在這個時期內(nèi)，青藏高原地區(qū)僅有6個年份的年平均氣溫距平值大于0，說明了在1961—1993年期間內(nèi)青藏高原地區(qū)年平均氣溫值較低，處于偏冷期，在1994—2010年期間年平均氣溫距平值以正值為主，在這個時期內(nèi)，青藏高原地區(qū)僅有2個年份的年平均氣溫距平值小于0，說明了在1994—2010年期間內(nèi)青藏高原地區(qū)年平均氣溫值較高，處于偏暖期。從青藏高原年平均氣溫5 a滑動平均值曲線可以看出，在1961—1969年期間青藏高原年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以下，說明了在此年份期間氣溫較低，而后從1970年開始，存在一個持續(xù)時間較短的增溫變化趨勢，在1974—1995年期間青藏高原年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以下，說明了在此年份期間氣溫也相對較低，從1996年開始青藏高原年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以上，說明從1996年開始青藏高原年平均氣溫相對較高。

從年平均氣溫散點值以及線性回歸方程可以看出，青藏高原年平均氣溫實際測量值具有顯著的年際變化差異性，且根據(jù)線性方程擬合的結果可看出，方程的斜率為0.022 8，這說明了青藏高原年平均氣溫以0.022 8℃/a的速率遞增。根據(jù)文獻[17-18]研究，我國的年平均氣溫以0.025℃/10 a的速率遞增，這一增溫速度略高于青藏高原年平均氣溫增溫的變化率。

圖2青藏高原地區(qū)年平均氣溫及距平變化趨勢

本文采用克里金插值，運用Furfer軟件繪制出了56個測站年平均氣溫空間分布結果，圖3為1961—2010年青藏高原地區(qū)年平均氣溫空間分布結果，從圖中可以看出，青藏高原地區(qū)年平均氣溫存在顯著性的空間分布差異性，在青藏高原南部區(qū)域年平均氣溫較高，年平均氣溫分布于7～13℃，在西部區(qū)域年平均氣溫也相對較高，氣溫分布于1～4℃，而在中部區(qū)域年平均氣溫較低，年平均氣溫低于0℃以下。在(經(jīng)度:90°,緯度:29°)以及(經(jīng)度:97°,緯度:30°)空間位置處出現(xiàn)了年平均氣溫極大值，而在(經(jīng)度:93.4°,緯度:35°)以及(經(jīng)度:97°,緯度:33°)空間位置處出現(xiàn)了年平均氣溫極小值。

圖3青藏高原地區(qū)年平均氣溫空間分布結果(單位:℃)

2.2 氣溫季節(jié)變化規(guī)律

本文利用青藏高原56個地面測站實測的逐日的氣溫資料，計算出每個測站逐年每個季節(jié)下氣溫平均值，然后求出青藏高原整體逐年的每個季節(jié)平均氣溫的均值，用來研究青藏高原整體年平均氣溫季節(jié)變化趨勢。圖4為1961—2010年青藏高原地區(qū)四季逐年平均氣溫距平變化趨勢。從圖4中可以看出，青藏高原年平均氣溫存在顯著的季節(jié)變化特征，且4個季節(jié)下的年平均氣溫均呈遞增的變化趨勢。

從圖4A春季逐年平均氣溫距平變化趨勢結果可以看出，在1961—1993年期間春季年平均氣溫距平值以負值為主，在這個時期內(nèi)，青藏高原地區(qū)僅有8個年份的春季年平均氣溫距平值大于0，說明了在1961—1993年期間內(nèi)青藏高原地區(qū)春季年平均氣溫值較低，處于偏冷期。在1994—2010年期間春季年平均氣溫距平值以正值為主，在這個時期內(nèi)，青藏高原地區(qū)僅有2個年份的春季年平均氣溫距平值小于0，說明了在1994—2010年期間內(nèi)青藏高原地區(qū)春季年平均氣溫值較高，處于偏暖期。從青藏高原春季年平均氣溫5 a滑動平均值曲線可以看出，在1961—1994年期間青藏高原春季年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以下，說明了在此年份期間氣溫較低，從1995年開始青藏高原春季年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以上，說明從1995年開始青藏高原春季年平均氣溫相對較高。根據(jù)線性方程擬合的結果可看出，方程的斜率為0.024 6，大于0，這說明了青藏高原春季年平均氣溫以0.024 6℃/a的速率遞增，春季氣溫增溫的速率要略高于年平均氣溫變化的速率。

從圖4B夏季逐年平均氣溫距平變化趨勢結果可以看出，在1961—1980年期間青藏高原地區(qū)夏季年平均氣溫值較低。在1981—1992年期間夏季年平均氣溫距平值在0值上下波動，說明了在1981—1992年期間夏季年平均氣溫波動幅度較大。在1993—2010年期間夏季年平均氣溫較高。從青藏高原夏季年平均氣溫5 a滑動平均值曲線可以看出，在1961—1990年期間青藏高原夏季年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以下，說明了在此年份期間氣溫較低，從1994年開始青藏高原夏季年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以上，說明從1994年開始青藏高原夏季年平均氣溫相對較高。根據(jù)線性方程擬合的結果可看出，青藏高原夏季年平均氣溫以0.024 0℃/a的速率遞增，夏季氣溫增溫的速率要略低于春季年平均氣溫變化的速率。

從圖4C秋季逐年平均氣溫距平變化趨勢結果可以看出，在1961—1971年期間青藏高原地區(qū)秋季年平均氣溫值較低。在1972—1993年期間秋季年平均氣溫距平值在0值上下波動，說明了在1972—1993年期間秋季年平均氣溫波動幅度較大。在1994—2010年期間青藏高原地區(qū)秋季年平均氣溫值較高。從青藏高原秋季年平均氣溫5 a滑動平均值曲線可以看出，在1961—1994年期間青藏高原秋季年平均氣溫5 a滑動平均值以0值以下為主，說明了在此年份期間氣溫較低，從1995年開始青藏高原秋季年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以上，說明從1995年開始青藏高原秋季年平均氣溫相對較高。根據(jù)線性方程擬合的結果可看出，青藏高原秋季年平均氣溫以0.022 4℃/a的速率遞增。

從圖4D冬季逐年平均氣溫距平變化趨勢結果可以看出，在1961—1979年期間青藏高原地區(qū)冬季年平均氣溫值較低。在1980—1997年期間冬季年平均氣溫距平值在0值上下波動，說明了在1980—1997年期間秋冬年平均氣溫波動幅度較大。在1998—2010年期間青藏高原地區(qū)冬季年平均氣溫值較高。從青藏高原冬季年平均氣溫5 a滑動平均值曲線可以看出，在1961—1986年期間青藏高原秋季年平均氣溫5 a滑動平均值在0值以下，說明了在此年份期間氣溫較低，從1995年開始青藏高原秋季年平均氣溫5 a滑動平均值處于0值以上，說明從1996年開始青藏高原冬季年平均氣溫相對較高。根據(jù)線性方程擬合的結果可看出，青藏高原冬季年平均氣溫以0.034 6℃/a的速率遞增，可以看出青藏高原冬季增溫幅度較大。

圖4青藏高原地區(qū)四季逐年平均氣溫距平變化趨勢

2.3 氣溫突變年檢驗

圖5為1961—2010年青藏高原地區(qū)年平均氣溫突變檢驗結果，從年平均氣溫突變年檢驗結果可以看出，從1961年開始年平均氣溫有1個持續(xù)時間較短的降溫過程，從1963年開始青藏高原地區(qū)年平均氣溫UF統(tǒng)計曲線均為正值，這說明了從1963年開始青藏高原年平均氣溫隨著時間的推移呈增溫的變化趨勢，其中從1999年開始青藏高原年平均氣溫UF統(tǒng)計曲線超出了本文所設定的臨界曲線，所明了從1999年開始年平均氣溫隨著時間變化呈顯著的增溫變化趨勢。年平均氣溫UF統(tǒng)計曲線以及UB曲線有1個交點位于1996年，且可以看出該交點處于臨界曲線內(nèi)[19]，這說明了1996年為青藏高原年平均氣溫開始突變的年份。

為了進一步驗證青藏高原地區(qū)年平均氣溫M-K突變檢驗方法的正確性。本文對年平均氣溫進行小波變換。小波系數(shù)變化圖中，紅線為顯著性檢驗水平線。以1996年為界線，在16～32 a的長時間變換周期尺度上，青藏高原年平均氣溫在1996年前有負距平貢獻，表明了1996年之前年平均氣溫處于相對偏冷期。而1996年之后為正距平貢獻，表明了1996年之后年平均氣溫處于相對偏暖期。因此，根據(jù)M-K突變檢驗以及小波變換檢驗，可以看出1996年作為青藏高原年平均氣溫突變年是可信的。

圖5青藏高原地區(qū)年平均氣溫突變檢驗

2.4 氣溫EOF空間分解

本文利用青藏高原年平均氣溫資料，采用EOF正交函數(shù)分解的方法[20]，研究青藏高原年平均氣溫空間分布情況。計算出青藏高原年平均氣溫經(jīng)正交函數(shù)空間分解后的累積方差貢獻率以及特征向量值(表1)。從表1累積方差貢獻率統(tǒng)計結果中可以看出，前3個主成分的累積方差貢獻率為99.488 7%，這說明了前3個主成分所包含的信息能夠解釋青藏高原年平均氣溫空間場的全部特征。其中第一主成分的貢獻率最高為81.838 6%，其次是第二主成分的貢獻率為12.824 0%。

表1 青藏高原年平均氣溫差貢獻率、累積方差貢獻率

本文對青藏高原56個測站逐年氣溫數(shù)據(jù)，進行了EOF分解，并計算出了前3個特征場向量。圖6為青藏高原年平均氣溫EOF分解特征場空間分布。

圖6青藏高原年平均氣溫EOF分解特征場空間分布

根據(jù)第一向量特征場空間分布結果圖可以看出，青藏高原年平均氣溫呈南—中—北型分布特征，即在南部區(qū)域年平均氣溫較高，北部區(qū)域年平均氣溫其次，中部區(qū)域年平均氣溫最低，在(91.8°E,29°N)位置處的青藏高原年平均氣溫最高，在(93°E,34.3°N)位置處的青藏高原年平均氣溫最低。根據(jù)第二向量特征場空間分布結果圖可以看出，青藏高原年平均氣溫呈南—北型分布特征，即在南部區(qū)域年平均氣溫相對較低，但是在南部少部分區(qū)域氣溫也較高，北部區(qū)域年平均氣溫相對較高，在(90°E,29°N)位置處的青藏高原年平均氣溫最高，在(92°E,29°N)位置處的青藏高原年平均氣溫最低。根據(jù)第三向量特征場空間分布結果圖可以看出，在青藏高原南部以及中部處年平均氣溫相對較高，而在東北角以及北部區(qū)域年平均氣溫相對較低，從三特征向量場空間結果顯示出，青藏高原年平均氣溫沒有明顯的分布類型。在(91.8°E,29°N)位置處的青藏高原年平均氣溫最高，在(102°E,36°N)位置處的青藏高原年平均氣溫最低。

3 結 論

(1) 在1961—1993年期間青藏高原地區(qū)年平均氣溫值較低，處于偏冷期，在1994—2010年期間青藏高原地區(qū)年平均氣溫值較高，青藏高原年平均氣溫以0.022 8℃/a的速率遞增，且1996年為青藏高原年平均氣溫開始突變的年份。青藏高原南部區(qū)域年平均氣溫較高，而在中部區(qū)域年平均氣溫較低。

(2) 青藏高原年平均氣溫存在顯著的季節(jié)變化特征，且4個季節(jié)下的年平均氣溫均呈遞增的變化趨勢,其中春季年平均氣溫以0.024 6℃/a的速率遞增，夏季年平均氣溫以0.024 0℃/a的速率遞增，秋季年平均氣溫以0.022 4℃/a的速率遞增，冬季年平均氣溫以0.034 6℃/a的速率遞增。

(3) 通過對青藏高原年平均氣溫EOF分解分析得出，根據(jù)第一特征場顯示出青藏高原年平均氣溫呈南—中—北型分布特征，第二特征場顯示出青藏高原年平均氣溫呈南—北型分布特征，第三特征場顯示出青藏高原年平均氣溫沒有明顯的分布類型。

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ChangeofTemperatureinTheTibetanPlateauintheContextofGlobalWarminginRecent50Years

WU Chengqi1,2， Tang Deng Yong1

(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China; 2.ZanhuangCountyMeteorologicalBureau,Shijiazhuang050000,China)

We use daily temperature climate statistics of the Tibetan Plateau from 1961 to 2010, and used the linear regression equation, Mann-Kendall mutation testing and other methods to study the spatiotemporal trend of the temperature and climate of the plateau. The results show that: (1) the increase rate of the average annual temperature of the plateau is 0.022 8 ℃, after 1993, annual average temperature value was high, and average temperatures in the southern region was higher, while the annual average temperature was low in the central region, and abrupt change of temperature in Tibetan Plateau occurred in 1996; (2) the average annual temperature presented the significant seasonal variation, and the average annual temperature trend under four seasons was incremental, warming was the biggest in the spring, and the warming was slight in winter; (3) it was concluded that the average annual presented the distribution characteristics of types of South-Center-North and South-North based on EOF analysis on the average annual temperature.

Tibetan Plateau; temperature; linear regression; Mann-Kendall; EOF

P467

A

1005-3409(2017)06-0262-05

2016-07-02

2016-07-15

吳成啟(1986—),男,河北省石家莊人,研究生,工程師,從事于環(huán)境監(jiān)測、氣象等研究。E-mail:2670944154@qq.com