翟獻(xiàn)帥，蘇 筠，方修琦

(北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院,北京 100875)

·研究報(bào)告·

東北地區(qū)近30年來(lái)溫度變化的時(shí)空差異*

翟獻(xiàn)帥，蘇 筠※，方修琦

(北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院,北京 100875)

[目的]東北地區(qū)作為我國(guó)響應(yīng)全球氣候變暖最為顯著的地區(qū)之一，21世紀(jì)以來(lái)是否與全球及北半球的氣候變化一致，發(fā)生了變暖趨勢(shì)減緩或停滯？[方法]為了問(wèn)答該問(wèn)題，基于黑吉遼3省71個(gè)氣象站1981～2010年的氣溫資料，采用時(shí)間序列分析法、克里金插值法，分析東北地區(qū)近30年來(lái)年際、年代際的年均溫和生長(zhǎng)季溫度的時(shí)間變化與空間分布特征，以及冬季溫度的數(shù)值變化。[結(jié)果](1)東北地區(qū)30年來(lái)年均溫在波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，3省的變化具有同步性； (2)年均溫在1991～2000年的增溫區(qū)域面積擴(kuò)大顯著，尤其是年均溫范圍為2～4℃的區(qū)域向4～6℃變化，但在2001～2010年，年均溫的增加趨勢(shì)減緩、增溫區(qū)域較少； (3)生長(zhǎng)季溫度呈明顯的上升趨勢(shì)， 1991～2000年與1981～1990年相比升溫幅度達(dá)到1.4～1.5℃， 2001～2010年與1991～2000年相比達(dá)到2.3～2.4℃； (4)生長(zhǎng)季溫度增溫區(qū)域有明顯北移趨勢(shì)，變化最大的是生長(zhǎng)季溫度范圍為14～16℃的區(qū)域向16～18℃變化； (5)2000年后暖冬年份減少，3省冬季溫度的增溫幅度減小。[結(jié)論]2000年以來(lái)東北生長(zhǎng)季(夏、秋季)溫度仍具有明顯的增溫趨勢(shì)，但“暖冬”現(xiàn)象減弱，導(dǎo)致年均溫增幅的減緩。

東北地區(qū) 年均溫度 生長(zhǎng)季溫度 年代際變化

0 引言

近百年來(lái)，全球的氣候正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的顯著變化，氣溫升高是不爭(zhēng)的事實(shí)[1-2]。中國(guó)的溫度變化與全球變化的趨勢(shì)一致，已有的研究表明： 1951～2001年全國(guó)年平均地表氣溫增加1.1℃，增溫速率為0.22℃/10年； 1961～2010年全國(guó)平均溫度氣候傾向率為0.27℃/10年，增暖趨勢(shì)顯著[3]； 高于全球或北半球同期平均增溫速率[4]。全球氣候變暖強(qiáng)度以北半球中高緯度內(nèi)陸地區(qū)表現(xiàn)最為明顯[5]，國(guó)內(nèi)研究也證實(shí)近50年(1961～2010年)北方增暖趨勢(shì)較南方明顯[3]，東北地區(qū)是我國(guó)緯度最高的地區(qū)，這里也是我國(guó)氣候變暖最顯著的地區(qū)之一[6]。1956～2009年?yáng)|北地區(qū)氣溫增溫率為0.33℃/10年[7]，高于全國(guó)平均，而且無(wú)論是年均溫還是積溫，增暖幅度都具有隨緯度升高而增大的空間特點(diǎn)[8-11]。1965～2008年?yáng)|北地區(qū)年平均最高氣溫為11.3℃，氣溫增溫率為0.035℃/年，年平均最低氣溫為-0.3℃，氣溫增溫率為0.061℃/年，增溫趨勢(shì)夜間大于白天[12-13]。1960～2011年，東北地區(qū)大部分站點(diǎn)終霜凍日期明顯提前，初霜凍日期明顯延后，無(wú)霜凍期基本以3～5d/10年的變化趨勢(shì)增加[14]。對(duì)于變暖停滯現(xiàn)象在東北不同區(qū)域上的表現(xiàn)，尚無(wú)關(guān)注。

但是，在熱議氣候變暖的同時(shí)，近10余年來(lái)變暖趨勢(shì)是否停滯受到質(zhì)疑。美國(guó)氣象學(xué)會(huì)會(huì)刊(BAMS)發(fā)表了“2008年氣候狀況”報(bào)告，指出根據(jù)資料1999～2008年溫度增量為(0.07±0.07)℃/10年，顯著低于1979～2008年的0.18℃/10年，也低于原來(lái)IPCC報(bào)告估計(jì)的0.20℃/10年，說(shuō)明1999～2008年變化趨勢(shì)接近于零[15]，認(rèn)為在變暖趨勢(shì)中有可能出現(xiàn)一個(gè)停滯或略有變冷的階段。有的學(xué)者也指出， 1998年至今，全球氣溫并未出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，甚至出現(xiàn)微弱的下降趨勢(shì)，王紹武等[16]就近10年全球變暖是否停滯也進(jìn)行了探討，得出厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象及太陽(yáng)輻射帶來(lái)的降冷，在一定程度上可能抵消了人類活動(dòng)造成的溫暖。但是， 2009年IPCC發(fā)表了《哥本哈根診斷》，認(rèn)為1999～2008年溫度增量為0.19℃/10年，變暖仍在持續(xù)，并且認(rèn)為這個(gè)資料覆蓋面更完整，包括了近10年變暖劇烈的北極地區(qū)資料。

那么，東北地區(qū)近期是否與全球氣候變化同步，是否也存在增溫幅度減緩或者甚至停滯的現(xiàn)象呢？文章擬通過(guò)分析東北黑吉遼3省1981～2010期間，年際、年代際溫度的時(shí)空變化特點(diǎn)，來(lái)回答上述問(wèn)題。為該區(qū)域更好地適應(yīng)氣候變化、充分利用熱量資源發(fā)展糧食生產(chǎn)，提供基礎(chǔ)的氣候背景數(shù)據(jù)。

圖1 東北地區(qū)3省氣象站點(diǎn)分布

圖2 1981～2010年?yáng)|北各省年均溫變化注：虛線為該省的30年平均年均溫

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

分析所用的氣象數(shù)據(jù)，包括黑龍江省、吉林省、遼寧省各氣象站點(diǎn)近30年(1981～2010年)各月份的月均溫，來(lái)源于“中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)”(http：//cdc.nmic.cn/home.do)。涉及的氣象站點(diǎn)共計(jì)71個(gè)(其中，黑龍江省29個(gè)，吉林省20個(gè)，遼寧省22個(gè))，分布如圖1。

1.2 研究方法

將各氣象站點(diǎn)每年的月均溫通過(guò)算術(shù)平均計(jì)算得到年均溫(1981～2010年各年)； 并計(jì)算省內(nèi)各站點(diǎn)同年年均溫的算術(shù)平均值，得到各省每年的年均溫，用來(lái)分析年均溫隨時(shí)間的變化特點(diǎn)。以10年為一個(gè)單位，分別計(jì)算1981～1990年、1991～2000年、2001～2010年各個(gè)氣象站點(diǎn)的年代(10年)均溫，利用ArcGIS的克里金空間插值，得到各年代的年均溫空間分布圖，用來(lái)分析溫度在年代際之間的空間變化特點(diǎn)。東北地區(qū)每年的5～10月為生長(zhǎng)季，將這6個(gè)月的月均溫通過(guò)算術(shù)平均計(jì)算得到每年的生長(zhǎng)季溫度。其他的計(jì)算和繪圖方法，以及分析內(nèi)容，與年均溫的相同。東北地區(qū)當(dāng)年12月至翌年二月為冬季[17]，將這3個(gè)月的月均溫通過(guò)算術(shù)平均得到每年的冬季溫度。

在ArcGIS10.2中，采用普通克里金法進(jìn)行溫度空間分布繪圖。由先驗(yàn)知識(shí)已知東北的溫度由南往北遞減，選擇“First”以剔除溫度分布的趨勢(shì)分布(1次)，設(shè)置Number of Lags為24，設(shè)置SectorType為4方向，由交叉驗(yàn)證結(jié)果可以看出，成果圖(圖3，圖6)的插值誤差在0.01-0.02之間，均方根誤差在0.72～0.83之間，平均標(biāo)準(zhǔn)誤差在0.61～0.71之間，兩者較為接近，標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差在1.10～1.21之間，通過(guò)檢驗(yàn)。

2 近30年?yáng)|北地區(qū)溫度的年際、年代際變化

2.1 年均溫的數(shù)值變化

1981～2010年3個(gè)省的溫度變化波動(dòng)特征明顯，波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，而且年均溫變化具有同步性(圖2)。1982年、1989～1990年、1994～1995年、1997～1998年、2002～2004、2007～2008年各省的溫度均高于多年平均溫度，而1981年、1983～1988年、1991～1992、1996年、2000～2001年、2005年， 2009～2010年各省的溫度均低于多年平均溫度。尤其是吉林省與遼寧省的冷暖年變化更是完全一致。3省在1981～1990年冷年年數(shù)明顯多于1991～2000年與2001～2010年。

統(tǒng)計(jì)每10年的均溫(表1)，可以看出年代的年溫度呈上升趨勢(shì)，尤其是1991～2000年與1981～1990年相比，各省的升溫幅度達(dá)到0.5～0.6℃，但2001～2010年與1991～2000年相比，雖然依然在升溫，但各省升溫幅度明顯減小，僅有0.1～0.2℃。因此，東北地區(qū)在2000年之后，年均溫的增加的確存在趨勢(shì)減緩。

表1 1981～2010年?yáng)|北各省年均溫變化(℃)的統(tǒng)計(jì)

省區(qū)年均溫變化范圍30年平均溫度1981～1990均溫1991～2000均溫2001～2010均溫黑龍江1.0～3.82.42.02.52.7吉林4.1～6.55.34.85.45.6遼寧7.4～9.78.78.38.88.9

2.2 10年均溫的空間分布及變化

圖3 東北地區(qū)各年代際年均溫空間分布

圖3分別表示的是1981～1990年、1991～2000年、2001～2010年?yáng)|北地區(qū)每10年均溫空間分布圖； 圖4是1991～2000年與1981～1990年相比、2001～2010年與1991～2000年相比，增(減)溫的區(qū)域空間分布圖。將圖3各年代際年均溫分布圖在ArcGIS進(jìn)行柵格計(jì)算，正數(shù)值為增溫區(qū)域，幅度為0～4℃，負(fù)數(shù)值為降溫區(qū)域，幅度為0～4℃， 0值為不變區(qū)域，得到圖4。由圖3可知： 1981～1990年，東北地區(qū)的年均溫以2

圖4 東北地區(qū)年代際年均溫變化

表2 1981～2010年?yáng)|北地區(qū)年均溫面積比例統(tǒng)計(jì)

均溫(T)范圍(℃)1981～1990所占比例(%)1991～2000所占比例(%)2001～2010所占比例(%)整體變化趨勢(shì)-4

圖5 1981～2000年?yáng)|北各省生長(zhǎng)季溫度變化注：虛線為該省的30年平均的生長(zhǎng)季溫度

由表2可知，東北近3個(gè)10年里，低溫區(qū)域(-4

2.3 生長(zhǎng)季溫度的數(shù)值變化

3省的年生長(zhǎng)季溫度存在明顯的上升趨勢(shì)，大約以1998年為時(shí)間分界點(diǎn)，之前的年生長(zhǎng)季溫度在平均線以下波動(dòng)變化，之后則在平均線以上波動(dòng)變化。然而，對(duì)比圖2發(fā)現(xiàn)，年均溫的變化卻沒(méi)有明顯的升高，說(shuō)明非生長(zhǎng)季溫度(11～次年4月份)的降低抵消了生長(zhǎng)季溫度升高帶來(lái)的對(duì)年均溫度值的影響，也就是“暖冬”現(xiàn)象減弱，年均溫增溫趨勢(shì)的減緩是由非生長(zhǎng)季(冬、春季)溫度的降低帶來(lái)的，而生長(zhǎng)季(夏、秋季)溫度仍是增溫趨勢(shì)明顯。

統(tǒng)計(jì)每10年的生長(zhǎng)季均溫，如表3，年代際的生長(zhǎng)季溫度上升趨勢(shì)明顯。1991～2000年與1981～1990年相比，各省的升溫幅度達(dá)到1.4～1.5℃； 2001～2010年與1991～2000年相比，各省升溫幅度達(dá)到2.3～2.4℃，升溫幅度增大。

2.4 10年平均的生長(zhǎng)季溫度的時(shí)空變化

圖6分別表示的是1981～1990年、1991～2000年、2001～2010年?yáng)|北地區(qū)每10年的年生長(zhǎng)季均溫空間分布圖。將圖6各年代際生長(zhǎng)季溫度空間分布圖在ArcGIS進(jìn)行柵格計(jì)算，正數(shù)值為增溫區(qū)域，幅度為0～4℃，負(fù)數(shù)值為降溫區(qū)域，幅度為0～4℃， 0值為不變區(qū)域，得到圖7。圖7則是1991～2000年與1981～1990年相比、2001～2010年與1991～2000年相比，年生長(zhǎng)季溫度增(減)變化的區(qū)域空間分布圖。通過(guò)對(duì)柵格數(shù)據(jù)的計(jì)算，可以得到不同溫度值的空間面積比重及其年代際的變化(表4)。

表3 1981～2010年?yáng)|北各省年生長(zhǎng)季均溫變化(℃)的統(tǒng)計(jì)

省區(qū)年生長(zhǎng)季均溫變化范圍30年生長(zhǎng)季平均溫度1981～1990生長(zhǎng)季均溫1991～2000生長(zhǎng)季均溫2001～2010生長(zhǎng)季均溫黑龍江13.9～16.215.114.716.218.6吉林15.5～17.616.615.216.619.0遼寧17.7～19.918.915.617.019.3

表4 1981～2010年?yáng)|北地區(qū)年生長(zhǎng)季均溫面積比例統(tǒng)計(jì)

生長(zhǎng)季溫度(T1)范圍(℃)1981～1990所占比例(%)1991～2000所占比例(%)2001～2010所占比例(%)整體變化趨勢(shì)10

由圖6可知： 1981～1990年，東北地區(qū)的年生長(zhǎng)季均溫以14

圖6 東北地區(qū)年生長(zhǎng)季溫度空間分布

圖7 東北地區(qū)年生長(zhǎng)季溫度變化

東北近3個(gè)10年里(1981～2000年)，低溫區(qū)域(10

圖7可知， 1991～2000年，遼寧省的增溫區(qū)域主要出現(xiàn)在北部的開(kāi)原-章黨-丹東一帶，吉林省增溫區(qū)域主要在三岔河-臨江一帶，黑龍江省的增溫區(qū)域較多，以西南的富裕-明水-綏化一帶，東部的佳木斯-富錦-寶清一帶。2001～2010年增溫區(qū)域與前10年相比有明顯的北移趨勢(shì)。前后2個(gè)10年的對(duì)比， 1991～2000年比1981～1990年、2001～2010年比1991～2000年的增溫面積分別為15.3萬(wàn)km2與19.6萬(wàn)km2。

圖7與圖4對(duì)比，生長(zhǎng)季溫度與年平均溫度變化不一致。1991～2000年與1981～1990年相比，年平均溫度在黑龍江東南部，吉林東部地區(qū)增溫區(qū)域要遠(yuǎn)大于生長(zhǎng)季溫度的增溫區(qū)域。2001～2010年與1991～2000年相比，年平均溫度增溫區(qū)域明顯小于生長(zhǎng)季增溫區(qū)域。其中，在黑龍江東部存在年年平均溫度降溫，而生長(zhǎng)季溫度增溫的區(qū)域。說(shuō)明2000年以后，東北地區(qū)“暖冬”現(xiàn)象減弱。

2.5 冬季溫度的數(shù)值變化

圖8 1981～2000年?yáng)|北地各省冬季溫度變化注：虛線為該省的30年平均的冬季溫度

1981～2010年3個(gè)省的冬季溫度變化波動(dòng)特征明顯，波動(dòng)中呈上升趨勢(shì)，而且冬季溫變化具有同步性(圖8)。1981年、1988年、1991～1992年、1994年、1997～1998年、2001～2003、2006年各省的冬季溫度均高于多年冬季平均溫度，而1982～1986年、1993年、1999～2000年、2004～2005年、2009～2010年各省的冬季溫度均低于多年冬季平均溫度。普遍理解認(rèn)為：若某1年的冬季溫度距平>0℃，可以將其定義為暖冬[16]。黑龍江有11個(gè)暖冬發(fā)生在1990年以后，占總數(shù)的61%，遼寧省有13個(gè)暖冬發(fā)生在1990年以后，占總數(shù)的72%，吉林省有11個(gè)暖冬發(fā)生在1990年以后，占總數(shù)的79%。3省在1991～2000年與2001～2010年暖冬年份明顯多于1981～1990年。但進(jìn)入2001～2010年后，各省的暖冬年數(shù)又有所減少。

統(tǒng)計(jì)每10年的冬季均溫(表5)，可以看出年代的冬季溫度呈上升趨勢(shì)，尤其是1991～2000年與1981～1990年相比，各省的升溫幅度達(dá)到0.4～0.7℃，但2001～2010年與1991～2000年相比，雖然依然在升溫，但各省升溫幅度明顯減小，僅有0.1～0.2℃，而遼寧省甚至存在冬季升溫停滯。因此，東北地區(qū)在2000年之后，冬季溫度的增加的確存在趨勢(shì)減緩。

表5 1981～2010年?yáng)|北各省冬季均溫變化(℃)的統(tǒng)計(jì)

省區(qū)冬季均溫變化范圍30年生冬季平均溫度1981～1990冬季均溫1991～2000冬季均溫2001～2010冬季均溫黑龍江-21.8～-14.5-17.8-18.1-17.7-17.5吉林-16.3～-9.2 -12.6-13.1-12.4-12.3遼寧-9.9～-4.6-7.4-7.8-7.1-7.1

3 討論

該文通過(guò)對(duì)東北3省71個(gè)氣象站點(diǎn)1980～2010年的每年和每10年的全年均溫和生長(zhǎng)季(5～10月)均溫的數(shù)值變化、空間分布變化的分析，并結(jié)合東北冬季氣溫的數(shù)值分析，該文研究結(jié)論得出東北地區(qū)30年來(lái)具有增溫趨勢(shì)，這與前人的結(jié)論是一致的[7-9]。但2000年以來(lái)，全球氣溫是否存在增溫幅度的減緩甚至停滯現(xiàn)象，前人的研對(duì)此存在爭(zhēng)議[8，9，17-19]。而論文得出東北地區(qū)2001～2010年“暖冬”現(xiàn)象減弱，全年均溫增溫區(qū)域減少，甚至出現(xiàn)降溫區(qū)域，具體結(jié)果如下所述。

(1)近30年來(lái)，隨時(shí)間變化，東北的年均溫與年生長(zhǎng)季均溫都有升高的趨勢(shì)，而且3省的變化具有一致性。但是， 2000后年均溫增溫的幅度減小。生長(zhǎng)季溫度的升溫幅度則為逐年代遞增的趨勢(shì)。2000年后暖冬年份減少，3省冬季溫度的增溫幅度減小。說(shuō)明“暖冬”現(xiàn)象減弱。

(2)從空間分布上看，年均溫的等溫線在1991～2000年有明顯的北移趨勢(shì)， 2～4℃的區(qū)域范圍減少、4～6℃的區(qū)域范圍增加最為顯著； 而2001～2010年增溫區(qū)域較少，佳木斯-寶清一帶甚至出現(xiàn)降溫區(qū)域。東北的生長(zhǎng)季溫度年代際的增溫區(qū)域較為明顯，在1991～2000年與2001～2010年增溫面積分別為15.3萬(wàn)km2與19.6萬(wàn)km2。

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SPATIOTEMPORAL DIFFERENCE OF TEMPERATURE CHANGE IN NORTHEAST CHINA IN LASTEST 30 YEARS*

Zhai Xianshuai，Su Yun※，F(xiàn)ang Xiuqi

(School of Geography , Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

The Northeast China is one of the most significant areas in response to global warming. Based on the monthly average air temperature data from 71 meteorological stations in Northeast China during 1981-2010, This paper analyzed the characteristics of temporal and spatial variation of the annual, decadal air temperature and growing seasonal average air temperature in Northeast Chin, using the methods of time series analysis and Kriging spatial interpolation technology. The results showed that (1)the annual average air temperature hadrisen volatility in the past 30 years, and the change of annual mean air temperature was synchronous in the three northeast provinces. (2) The areas with the increase of annual average air temperature expanded significantly in 1990s, and the annual average air temperature increased from 2-4℃ to 4-6℃, with a slow increase in 2000s. (3) The growing seasonal air temperature showed a trend of increase in the past 30 years. Compared with 1980s, the warming range in 1990s was about 1.4-1.5℃, which was about 2.3-2.4℃ higher in 2000s compared with 1990s. (4) The areas with growing seasonal temperature increased remarkably to northward during the period of 1981 to 2010.(5) The trend of growing seasonal air temperature increase was still remarkable in 2000s, but the phenomenon of warm winter was not obvious, and retarded the increase trend of annual average air temperature.

northeast China；annual average air temperature；growing seasonal temperature；inter decadal variation

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170203

2016-05-07 作者簡(jiǎn)介：翟獻(xiàn)帥(1992—)，男，山東泰安人，碩士。研究方向：自然災(zāi)害與環(huán)境演變。※通訊作者：蘇筠(1974—)，女，云南紅河人，副教授。研究方向：環(huán)境演變與自然災(zāi)害。Email：suyun@bnu.edu.cn *資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“過(guò)去千年自然外強(qiáng)迫異常期的中國(guó)氣候變化空間型及其形成機(jī)制”(41430528)

S161.2

A

1005-9121[2017]02020-08