1951—2014年中國北方地區(qū)季節(jié)氣溫突變與變暖停滯年份的時(shí)空變異性

　　摘要：利用中國北方357個(gè)氣象站1951-2014年的季(月)平均最低氣溫，平均氣溫和平均最高氣溫?cái)?shù)據(jù)，應(yīng)用Mann-Kendall檢驗(yàn)等方法，分析了中國北方地區(qū)三類氣溫季節(jié)突變與變暖停滯年份時(shí)空變異性。結(jié)果表明：平均最低氣溫、平均氣溫和平均最高氣溫各季節(jié)整體隨緯度降低突變和變暖停滯年份變晚，突變至變暖停滯周期縮短。東北春、冬季突變和變暖停滯整體最早(20世紀(jì)70年代至80年代、1993-2002年)，華北次之，西北最晚(20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)前10a、1996-2010年);夏、秋季突變?nèi)A北最早(20世紀(jì)70年代和90年代).東北次之，西北最晚(20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)前10a)，變暖停滯年份地區(qū)差異較小。平均最高氣溫未突變和平均最低氣溫未停滯站點(diǎn)較多，均主要分布在山地、高緯度地區(qū)和華北平原南部，其周邊區(qū)域突變及停滯年份相對偏晚。同類氣溫突變和變暖停滯年份整體上分別按冬(1981-1990年)、春、秋、夏季(1994-2008年)和冬(1995-2008年)、秋、夏、春季(1998-2010年)順序依次變晚，冬一春一秋→夏季突變至變暖停滯周期依次縮短。春、夏和冬季均為平均最低氣溫整體突變最早(1972-1999、1987-1999、1971-2000年)，平均氣溫次之，平均最高氣溫最晚(1975-2008、1994-2008、1972-2006年)，秋季與之不同。春、夏季整體按平均最低氣溫(1994-2008、1997-2008年)、平均氣溫、平均最高氣溫(均為1997-2010年)停滯依次變晚，秋、冬季與之相反。各季節(jié)突變至變暖停滯周期整體按平均最低氣溫(9-18a)、平均氣溫和平均最高氣溫(5-12a)依次縮短。夏季三類氣溫均在華北南部(低緯度)突變最早，與研究區(qū)整體規(guī)律相悖，該地區(qū)大部分站點(diǎn)未停滯，亦與突變早停滯也早的整體規(guī)律不同。

　　關(guān)鍵詞：季節(jié)氣溫;突變;變暖停滯;時(shí)空變異性;中國北方地區(qū)

　　近百年來，全球和區(qū)域范圍內(nèi)熱量資源、降水、水資源變化顯著，空間分布不均狀況加劇，各種尺度上的高溫、暴雨、干旱等極端氣候事件頻發(fā)，不僅破壞自然生態(tài)，而且造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅人類生存嗎，研究表明，這些變化與氣溫突變及變暖停滯緊密相關(guān)，揭示氣溫突變與變暖停滯特征及規(guī)律對于在全球范圍深入了解氣候變化、防災(zāi)減災(zāi)及改善生態(tài)環(huán)境等具有重要意義。氣候突變表現(xiàn)為氣候在時(shí)空上從一個(gè)統(tǒng)計(jì)特性到另一個(gè)統(tǒng)計(jì)特性的急劇變化”，冰芯同、孢粉、近2000a冰期和間冰期氣候回等證明氣候突變具有時(shí)間尺度的廣泛性。中亞叫、亞洲東北部以及中國的南方調(diào)、華北平原心國等地區(qū)在近幾十年均發(fā)生氣候突變，證明氣候突變在空間尺度的廣泛性。研究表明，全球在20世紀(jì)發(fā)生3次較明顯的氣候突變國，但不同地域和時(shí)段表現(xiàn)不同，如中亞在80年代突變，冬季氣溫對升溫貢獻(xiàn)最大，90年代中期以后東北亞夏季地表氣溫突變嗎，中國南方地區(qū)冬季三類氣溫整體突變于90年代嗎，華北平原在1991-1994年突變以后春季升溫最快嗎。

　　氣溫突變后的變暖停滯是指氣溫上升達(dá)到一定數(shù)值后，不再上升甚至呈下降趨勢。全球變暖是否停滯是近年來氣候研究的熱門話題”，存在一定爭議。相關(guān)研究表明，歐亞大陸1嚼、中國]、北美四、北大西洋四、北半球熱帶外大陸四等地區(qū)在突變以后均出現(xiàn)變暖停滯現(xiàn)象，30°~40N及40°-60S出現(xiàn)兩個(gè)變冷帶四，1998年很可能是全球變暖停滯的起始年四，從年代際太平洋振蕩(IPO)變化推測該現(xiàn)象可能會(huì)維持30a]。部分學(xué)者則認(rèn)為21世紀(jì)全球變暖并未停滯，該現(xiàn)象只是長期氣候變化中的小波動(dòng)。

　　全球氣候變暖背景下，中國南方大部分地區(qū)未發(fā)生突變或明顯突變，中國北方地區(qū)則整體增暖趨勢明顯，其冷暖受到東亞乃至全球大氣環(huán)流的影響，在響應(yīng)全球氣候變化上具有代表性圓;中國北方地區(qū)地域范圍廣，包含季風(fēng)氣候、溫帶大陸性氣候和高原山地氣候等多種氣候類型，不同地區(qū)及不同氣候區(qū)之間氣候差異顯著，具有較強(qiáng)的氣候變化典型性四。針對中國北方地區(qū)開展的氣溫變化研究已有很多，涉及整個(gè)北方地區(qū)回及其內(nèi)部的西北、華北5觀和東北地區(qū)叫等;突變檢驗(yàn)因子主要包括年(季)平均氣溫恐到、氣溫極值即等;突變檢驗(yàn)使用累積距平法國、Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)法5]、滑動(dòng)t檢驗(yàn)四0等，涵蓋的氣象站多的在150個(gè)左右～確，少的在10個(gè)以下，數(shù)據(jù)序列長度多在50a左右。研究表明，中國北方地區(qū)冬季增溫比夏季顯著，東北、華北冬季氣溫突變最早網(wǎng)，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶冬季突變最早(1978年)，夏季滯后(1991年)圓，可能是極渦面積、緯向環(huán)流及東北冷渦導(dǎo)致了東北地區(qū)夏季氣溫突變叫，黃河流域內(nèi)蒙古段在20世紀(jì)90年代增溫最明顯，冬季對升溫貢獻(xiàn)最大。

　　綜上所述，國內(nèi)外有關(guān)氣溫突變與變暖停滯的研究，普遍以平均氣溫作為研究對象，而平均最低氣溫、平均氣溫、平均最高氣溫涵蓋了氣溫普遍范圍，且三者變化特征存在明顯差異四，僅揭示平均氣溫突變與變暖停滯特征不足以涵蓋氣溫普遍范圍內(nèi)的特征，亦對極端氣候的形成或影響研究存在一定局限，研究三類氣溫更有價(jià)值和意義。氣溫突變的相關(guān)研究多從年尺度開展，季或月尺度研究偏少;使用的氣象測站普遍密度偏小、數(shù)據(jù)序列相對偏短。有關(guān)變暖停滯研究使用的時(shí)間序列多為相關(guān)學(xué)者認(rèn)為的全球綜合變暖停滯年(1998年)至2012年，在一定程度上忽略了區(qū)域異質(zhì)性。對于中國北方地區(qū)，普遍以其內(nèi)部典型區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?，存在區(qū)域范圍較小、氣象站點(diǎn)密度偏小、數(shù)據(jù)序列長度偏短、季節(jié)分析較少等不足，且氣溫突變年份和停滯年份多由研究區(qū)整體或分區(qū)平均水平得出，不能體現(xiàn)空間變異性，特別是針對氣溫突變后的變暖停滯研究較少，使用大范圍高密度站點(diǎn)揭示季節(jié)氣溫突變與變暖停滯年份空間變異性缺乏相應(yīng)成果?；诖?，本文以1951—2014年分布于中國北方地區(qū)及其周邊的357個(gè)高密度氣象站點(diǎn)的平均最低氣溫、平均氣溫、平均最高氣溫季(月)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展中國北方地區(qū)季節(jié)氣溫突變與變暖停滯年份的時(shí)空變異性研究。

　　1、研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)與方法

　　1.1研究區(qū)概況

　　中國北方地區(qū)地域遼闊(圖1)，跨度大(介于73°40′~135°2′E、31°9′~53°33′N之間)，包括西北(西北東部包括青海、甘肅、寧夏、陜西和內(nèi)蒙古西部，西北西部為新疆地區(qū))、華北(河北、山東、河南、山西、內(nèi)蒙古中部)和東北(黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古東部)[33]三大分區(qū)，地勢相差較大，自西向東橫跨三級階梯，地貌復(fù)雜多樣，包括沙漠、山脈、丘陵、高原、平原、盆地等;氣候類型多樣，包括季風(fēng)氣候、溫帶大陸性氣候和高原山地氣候，自西到東降水介于50~1200mm之間，氣溫介于-13~23℃之間。

　　1.2使用的數(shù)據(jù)

　　本次使用的氣象站點(diǎn)共計(jì)357個(gè)，分布在中國北方及其周邊地區(qū)，氣象站點(diǎn)分布如圖1所示。使用的資料為這些站點(diǎn)自建站以來至2014年的平均最低氣溫、平均氣溫和平均最高氣溫年(月)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，國家氣象信息中心對各氣象站點(diǎn)的各類氣溫?cái)?shù)據(jù)已進(jìn)行質(zhì)量控制，但不排除存在錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的可能，因此本文采取氣候極值和時(shí)間一致性檢查等質(zhì)量控制措施，剔除了4個(gè)變化異常的站點(diǎn)(奉節(jié)、承德、河曲、庫車)，其他站點(diǎn)數(shù)據(jù)無明顯突變點(diǎn)和隨機(jī)變化，變化相對均一和一致，數(shù)據(jù)可靠，可以代表研究區(qū)氣溫狀況。在插補(bǔ)后形成1951-2014年統(tǒng)一年(月)數(shù)據(jù)序列，進(jìn)而形成各站點(diǎn)三類氣溫春季(3-5月)、夏季(6-8月)、秋季(9-11月)、冬季(12月至翌年2月)氣溫序列。插補(bǔ)前，相對于1951-2014年統(tǒng)一時(shí)段有24.6%的站點(diǎn)數(shù)據(jù)序列完整，在1951年缺測的站點(diǎn)占72%，在1952-1953、1954-1955、1956-1960、1961-1970年間缺測的站點(diǎn)分別占68.1%、46.2%、35.3%、7.8%(其間個(gè)別年份缺測)，8.4%的站點(diǎn)在其他年份缺測(如1971、2009年等)。

　　1.3數(shù)據(jù)處理及使用的方法

　　1)對于缺測數(shù)據(jù)的插補(bǔ)延展，采用相關(guān)及回歸分析法。通過插補(bǔ)，形成各站點(diǎn)1951-2014年統(tǒng)一數(shù)據(jù)序列。

　　2結(jié)果分析

　　2.1氣溫突變與變暖停滯年份的確定

　　對357個(gè)站點(diǎn)四季各類氣溫時(shí)間序列突變與變暖停滯年份進(jìn)行了檢驗(yàn)確定，限于篇幅，時(shí)間序列變化情況以東北、華北和西北地區(qū)各自代表性站點(diǎn)圖示給出，圖2為哈爾濱、石家莊和蘭州1951-2014年各季節(jié)平均氣溫突變與變暖停滯時(shí)間序列變化情況。三類氣溫各分區(qū)分時(shí)段發(fā)生突變的站點(diǎn)數(shù)量情況見表1至表3。

　　由表1至表3可知，平均最低氣溫，東北地區(qū)春、秋季氣溫突變主要集中在20世紀(jì)80年代(兩季節(jié)在該時(shí)段突變的站點(diǎn)分別占該地區(qū)站點(diǎn)總數(shù)的59.8%、49.5%，以下類似所占百分比簡寫)，夏、冬季分別在90年代和70年代突變最集中(63.9%、58.8%);華北春、夏季(44.3%、43.2%)和西北春、夏、秋季(52.3%、47.7%、50.3%)均在90年代最集中，冬季均在80年代最集中(50.0%、49.7%)，華北秋季較為特殊，在80年代和90年代均較集中且站點(diǎn)數(shù)量一致(34.1%)。平均氣溫中，東北春、冬季氣溫突變在70年代最集中(72.2%、63.9%)，華北和西北冬季在80年代最集中(63.6%、40.4%)，此外，各地區(qū)其他季節(jié)氣溫均在90年代最集中，如東北夏(66.0%)、秋季(48.5%)，華北和西北春(60.2%、50.9%)、夏(54.5%、47.7%)、秋季(50.0%、54.3%)。平均最高氣溫與平均氣溫情況類似，同一地區(qū)，各季節(jié)于90年代最集中，如東北夏季(75.3%)，華北春、夏、秋季(61.4%、45.5%、48.9%)，西北夏、秋、冬季(43.0%、68.9%、43.7%);東北春、冬季(47.4%、56.7%)和華北冬季(58.0%)在80年代最集中;東北秋季和西北春季在21世紀(jì)前10a最集中(63.9%、64.2%)。

　　2.2氣溫突變年份的時(shí)空變異性

　　研究區(qū)1951—2014年各季節(jié)平均最低氣溫、平均氣溫、平均最高氣溫年際突變年份空間分布情況見圖3。

　　由圖3可知，三類氣溫指標(biāo)中，春季平均最低氣溫整體突變最早，主要介于1972—1999年，該時(shí)段站點(diǎn)占所有站點(diǎn)的81.2%，平均氣溫次之(1975—2007年，89.6%)，平均最高氣溫最晚(1975—2008年，91.3%)。未突變站點(diǎn)，平均最低氣溫(7個(gè))集中分布在秦嶺地區(qū)，平均最高氣溫(14個(gè))主要分布在中國地勢第二、三級階梯分界線兩側(cè)、陰山、長白山和河南中北部，其周邊區(qū)域突變整體偏晚(21世紀(jì)初)。東北(20世紀(jì)70年代至80年代前中期)整體早于華北(20世紀(jì)80年代中后期至21世紀(jì)初)和西北地區(qū)(20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初)。除新疆和青海外，三類氣溫整體隨緯度降低突變變晚;東北平原內(nèi)部的三江平原至其北部突變較早，該地區(qū)整體按三類氣溫(1973—1979、1970—1978、1967—1978年)順序依次變早，與研究區(qū)整體規(guī)律相反。季風(fēng)氣候區(qū)隨緯度降低突變變晚，溫帶大陸性氣候區(qū)整體由東向西突變變晚，高原山地氣候區(qū)整體趨勢不一致，可能與不同類型氣溫間高原積雪反照率和冰川融化吸熱對增溫的減弱作用具有區(qū)域差異性有關(guān)[34]。

　　夏季，平均最低氣溫整體突變最早(1987—1999年，69.8%)，平均氣溫次之(1989—2004年，68.4%)，平均最高氣溫最晚(1994—2008年，74.2%)。未突變站點(diǎn)，平均最低氣溫(5個(gè))分布于新疆西北部、青南高原東部、華北平原和東北長白山南部，平均氣溫(8個(gè))分布在華北(117.5ºE左右)、秦嶺西部和山西南部，平均最高氣溫(25個(gè))分布在長白山、陰山西部、華北平原北部(山東中部，山地富集)、新疆準(zhǔn)噶爾盆地西鄰、秦嶺西部及以西地區(qū)，其周邊區(qū)域突變亦較晚。三類氣溫在華北西南部突變最早(1970年前后)，華北北部和東北地區(qū)突變時(shí)間整體差距不大(20世紀(jì)80年代末至21世紀(jì)初)，新疆西北部(準(zhǔn)噶爾盆地以西)個(gè)別站點(diǎn)突變亦較早(20世紀(jì)70年代初)。西北地區(qū)(20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)前10a中期)整體晚于華北和東北地區(qū)，甘肅及青海東南部突變最晚(21世紀(jì)前10a中期)。除華北南部，研究區(qū)整體有隨緯度降低突變變晚的微弱趨勢。

　　秋季平均氣溫整體突變最早(1982—2001年，85.2%)，突變于20世紀(jì)80年代的站點(diǎn)在研究區(qū)廣泛分布，平均最低氣溫(1982—2002年，77.0%)則偏早于平均最高氣溫(1987—2006年，90.5%)，兩者在1993—1996年突變的區(qū)域面積分別約占研究區(qū)的1/2和1/3以上。平均最低氣溫隨緯度降低突變變晚;平均氣溫在高海拔地區(qū)突變偏晚，河南地區(qū)相反;平均最高氣溫在105°E兩側(cè)分別自西向東突變變晚。未突變站點(diǎn)，平均最低氣溫(5個(gè))分布在青海東北部、長白山南部、大興安嶺北部等地，平均氣溫(4個(gè))與平均最高氣溫(5個(gè))均分布在天山西部、秦嶺東部、長白山東部、大興安嶺北部等地，其臨近站點(diǎn)突變普遍較晚。平均最低氣溫，東北地區(qū)(1978—1990年)突變整體早于華北和西北地區(qū)(1981—2001年);平均氣溫按華北(1980—1999年)、東北(1980—1999年)和西北地區(qū)(1984—2001年)順序依次變晚，幾乎全部介于1990—1996年之間;平均最高氣溫則按東北(1996—2001年)、西北(1987—2001年)和華北(1985—1999年)順序依次變早。

　　冬季，平均最低氣溫(1970—2000年，92.7%)、平均氣溫(1972—2001年，92.4%)、平均最高氣溫(1975—2006年，86.8%)突變整體依次變晚，均隨緯度降低突變變晚。三類氣溫均在青南高原突變最晚，且整體依次變晚(1993—2002、1993—2005、1999—2005年);東北西北部和新疆西北部突變最早，三類氣溫依次變早(1970—1975、1965—1973、1960—1972年)。平均最低氣溫未突變站點(diǎn)(4個(gè))分別分布在大興安嶺南部、陰山西部和青南高原，平均氣溫全部突變，平均最高氣溫未突變站點(diǎn)分布在東北大興安嶺、長白山和天山地區(qū)。東北地區(qū)(20世紀(jì)70年代至80年代)整體早于華北(20世紀(jì)80年代至90年代中期)和西北地區(qū)(20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初)，東北西北部和新疆西北部最早(1970年前后)，青海最晚(1984—1999、1984—2001、1997—2006年)。

　　綜上，各季節(jié)不同地區(qū)的突變時(shí)間整體差異較大，空間變化規(guī)律亦不盡相同，20世紀(jì)突變的區(qū)域面積整體按平均最低氣溫、平均氣溫和平均最高氣溫順序依次增大。各季節(jié)三類氣溫整體隨緯度降低突變變晚，春、冬季最明顯，夏、秋季在東北部分地區(qū)突變則較晚，尤其平均最高氣溫(20世紀(jì)90年代末至2001年)。除春、冬季平均氣溫全部突變外，其他季節(jié)三類氣溫均有未突變站點(diǎn)，其集中區(qū)域的周邊地區(qū)突變偏晚，而華北部分地區(qū)未突變可能與人類活動(dòng)導(dǎo)致氣溶膠濃度增大進(jìn)而影響氣溫變化有關(guān)[14]。特別地，夏季三類氣溫在緯度較低的河南地區(qū)突變最早(20世紀(jì)70年代前后)，與研究區(qū)整體隨緯度降低突變變晚的總體趨勢相悖，這可能與夏季大氣環(huán)流被河南地區(qū)西鄰高山阻隔導(dǎo)致人類活動(dòng)氣溶膠濃度增大有關(guān)。

　　《1951—2014年中國北方地區(qū)季節(jié)氣溫突變與變暖停滯年份的時(shí)空變異性》來源：《自然資源學(xué)報(bào)》2018年12期，作者：梁瓏騰;馬龍;劉廷璽;孫柏林;周瑩;柳楊。

《1951—2014年中國北方地區(qū)季節(jié)氣溫突變與變暖停滯年份的時(shí)空變異性》

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