近50年来全球变暖背景下青藏高原气温变化特征

吴成启, 唐登勇

(1.南京信息工程大学 环境科学与工程学院, 南京 210044; 2.河北省石家庄市赞皇县气象局, 石家庄 050000)

近50年来全球变暖背景下青藏高原气温变化特征

吴成启1,2, 唐登勇1

(1.南京信息工程大学 环境科学与工程学院, 南京 210044; 2.河北省石家庄市赞皇县气象局, 石家庄 050000)

利用青藏高原1961—2010年逐日气温气候统计资料，采用了线性回归方程、曼—肯德尔突变检验等方法，研究了青藏高原气温气候时间和空间尺度上的变化趋势，研究表明：(1) 青藏高原年平均气温以0.022 8℃/a的速率递增，在1993年之后年平均气温值较高，在南部区域年平均气温较高，而在中部区域年平均气温较低，且1996年为青藏高原年平均气温开始突变的年份；(2) 青藏高原年平均气温存在显著的季节变化特征，且4个季节下的年平均气温均呈递增的变化趋势，其中春季增温幅度最大，冬季增温幅度最小；(3) 通过对青藏高原年平均气温EOF分解分析得出，年平均气温呈南—中—北型、南—北型分布特征

青藏高原; 气温; 线性回归; 曼—肯德尔;EOF

近些年来，有研究资料显示，全球的气候正发生着异常的变化，异常的气候变化，往往伴随着一定的气候灾害的发生。全球气候变化对人类、生态等发展存在着正、负面的影响，但是负面影响较为突出[1],且负面影响造成的危害受到了人类的重视。由于全球气候的异常变化，对区域小范围内气候的研究成为了科研界的热点。青藏高原是全球气候系统的组成部分，且是一个较为敏感的地带，对研究青藏高原气候的变化，有着极其重要的意义。青藏高原地处我国西南区域，占地面积较大，东西最宽处距离为3 000 km,南北最宽处距离为1 600 km.有学者研究，青藏高原区域具有显著的热力、地动力等作用[2-4]。该地区的热力以及地动力作用对北半球环流构成了一定的影响，且在夏季的时候热力、地动力作用能够影响到赤道南部区域[5]。根据研究资料，青藏高原比低海拔区域对气候变化的响应较为显著[6-7]。青藏高原气候的变化对我国气候变化具有十分重要的意义，而气温气候在气候变化中占据着重要的地位。

近些年来很多科研工作者对不同区域内气温和降水气候做了一定的研究，同时取得了一定的结论。对气温的研究工作主要有：赵昕奕等[8]在对青藏高原气温变化的研究工作中，指出了青藏高原地区气温在50年代到80年代期间呈显著的增温变化趋势。罗燕等[9]利用云南省125个测站逐日实测气温资料，采用了极端气温阈值法，研究了在极端阈值条件下气温的分布特征。研究表明，云南省极端高温频数具有显著的年代际变化特征。王遵娅等[10]在对近50 a来我国的气温变化研究中，得出了我国气温呈逐年增温的变化趋势，且在90年代增温幅度较大。Hansen[11]和Vinnikov等[12]利用数理统计的方法对全球地表气温数据进行了处理分析，发现90年代中期全球地表气温较19世纪末期上升了0.3～0.6℃。还有很多学者[13-16]对其他区域的气温气候变化特征进行了研究。

1 数据来源

本文利用青藏高原56个测站1961—2010年逐日平均气温、降水量资料，用来研究气温、降水气候在时间和空间上的变化规律，资料均来源于青藏高原国家基准地面气象观测站，数据经过质量控制，质量良好。根据56个测站经纬度以及海拔数据，采用克里金插值，运用Furfer软件绘制出了测站空间位置分布结果，图1为青藏高原地区56个测站海拔空间分布(图中“+”号为资料中所选用的青藏高原站点)。

图1青藏高原地区56个测站海拔空间分布

2 青藏高原气温气候特征变化

2.1 气温年际变化规律

本文利用青藏高原56个地面测站实测的逐日的气温资料，计算出每个测站逐年的气温平均值，然后求出青藏高原整体年平均气温的均值，用来研究青藏高原整体年平均气温年际变化趋势。图2为1961—2010年青藏高原地区年平均气温及距平变化趋势。

从年平均气温距平值可以看出，在1961—1993年期间年平均气温距平值以负值为主，在这个时期内，青藏高原地区仅有6个年份的年平均气温距平值大于0，说明了在1961—1993年期间内青藏高原地区年平均气温值较低，处于偏冷期，在1994—2010年期间年平均气温距平值以正值为主，在这个时期内，青藏高原地区仅有2个年份的年平均气温距平值小于0，说明了在1994—2010年期间内青藏高原地区年平均气温值较高，处于偏暖期。从青藏高原年平均气温5 a滑动平均值曲线可以看出，在1961—1969年期间青藏高原年平均气温5 a滑动平均值处于0值以下，说明了在此年份期间气温较低，而后从1970年开始，存在一个持续时间较短的增温变化趋势，在1974—1995年期间青藏高原年平均气温5 a滑动平均值处于0值以下，说明了在此年份期间气温也相对较低，从1996年开始青藏高原年平均气温5 a滑动平均值处于0值以上，说明从1996年开始青藏高原年平均气温相对较高。

从年平均气温散点值以及线性回归方程可以看出，青藏高原年平均气温实际测量值具有显著的年际变化差异性，且根据线性方程拟合的结果可看出，方程的斜率为0.022 8，这说明了青藏高原年平均气温以0.022 8℃/a的速率递增。根据文献[17-18]研究，我国的年平均气温以0.025℃/10 a的速率递增，这一增温速度略高于青藏高原年平均气温增温的变化率。

图2青藏高原地区年平均气温及距平变化趋势

本文采用克里金插值，运用Furfer软件绘制出了56个测站年平均气温空间分布结果，图3为1961—2010年青藏高原地区年平均气温空间分布结果，从图中可以看出，青藏高原地区年平均气温存在显著性的空间分布差异性，在青藏高原南部区域年平均气温较高，年平均气温分布于7～13℃，在西部区域年平均气温也相对较高，气温分布于1～4℃，而在中部区域年平均气温较低，年平均气温低于0℃以下。在(经度:90°,纬度:29°)以及(经度:97°,纬度:30°)空间位置处出现了年平均气温极大值，而在(经度:93.4°,纬度:35°)以及(经度:97°,纬度:33°)空间位置处出现了年平均气温极小值。

图3青藏高原地区年平均气温空间分布结果(单位:℃)

2.2 气温季节变化规律

本文利用青藏高原56个地面测站实测的逐日的气温资料，计算出每个测站逐年每个季节下气温平均值，然后求出青藏高原整体逐年的每个季节平均气温的均值，用来研究青藏高原整体年平均气温季节变化趋势。图4为1961—2010年青藏高原地区四季逐年平均气温距平变化趋势。从图4中可以看出，青藏高原年平均气温存在显著的季节变化特征，且4个季节下的年平均气温均呈递增的变化趋势。

从图4A春季逐年平均气温距平变化趋势结果可以看出，在1961—1993年期间春季年平均气温距平值以负值为主，在这个时期内，青藏高原地区仅有8个年份的春季年平均气温距平值大于0，说明了在1961—1993年期间内青藏高原地区春季年平均气温值较低，处于偏冷期。在1994—2010年期间春季年平均气温距平值以正值为主，在这个时期内，青藏高原地区仅有2个年份的春季年平均气温距平值小于0，说明了在1994—2010年期间内青藏高原地区春季年平均气温值较高，处于偏暖期。从青藏高原春季年平均气温5 a滑动平均值曲线可以看出，在1961—1994年期间青藏高原春季年平均气温5 a滑动平均值处于0值以下，说明了在此年份期间气温较低，从1995年开始青藏高原春季年平均气温5 a滑动平均值处于0值以上，说明从1995年开始青藏高原春季年平均气温相对较高。根据线性方程拟合的结果可看出，方程的斜率为0.024 6，大于0，这说明了青藏高原春季年平均气温以0.024 6℃/a的速率递增，春季气温增温的速率要略高于年平均气温变化的速率。

从图4B夏季逐年平均气温距平变化趋势结果可以看出，在1961—1980年期间青藏高原地区夏季年平均气温值较低。在1981—1992年期间夏季年平均气温距平值在0值上下波动，说明了在1981—1992年期间夏季年平均气温波动幅度较大。在1993—2010年期间夏季年平均气温较高。从青藏高原夏季年平均气温5 a滑动平均值曲线可以看出，在1961—1990年期间青藏高原夏季年平均气温5 a滑动平均值处于0值以下，说明了在此年份期间气温较低，从1994年开始青藏高原夏季年平均气温5 a滑动平均值处于0值以上，说明从1994年开始青藏高原夏季年平均气温相对较高。根据线性方程拟合的结果可看出，青藏高原夏季年平均气温以0.024 0℃/a的速率递增，夏季气温增温的速率要略低于春季年平均气温变化的速率。

从图4C秋季逐年平均气温距平变化趋势结果可以看出，在1961—1971年期间青藏高原地区秋季年平均气温值较低。在1972—1993年期间秋季年平均气温距平值在0值上下波动，说明了在1972—1993年期间秋季年平均气温波动幅度较大。在1994—2010年期间青藏高原地区秋季年平均气温值较高。从青藏高原秋季年平均气温5 a滑动平均值曲线可以看出，在1961—1994年期间青藏高原秋季年平均气温5 a滑动平均值以0值以下为主，说明了在此年份期间气温较低，从1995年开始青藏高原秋季年平均气温5 a滑动平均值处于0值以上，说明从1995年开始青藏高原秋季年平均气温相对较高。根据线性方程拟合的结果可看出，青藏高原秋季年平均气温以0.022 4℃/a的速率递增。

从图4D冬季逐年平均气温距平变化趋势结果可以看出，在1961—1979年期间青藏高原地区冬季年平均气温值较低。在1980—1997年期间冬季年平均气温距平值在0值上下波动，说明了在1980—1997年期间秋冬年平均气温波动幅度较大。在1998—2010年期间青藏高原地区冬季年平均气温值较高。从青藏高原冬季年平均气温5 a滑动平均值曲线可以看出，在1961—1986年期间青藏高原秋季年平均气温5 a滑动平均值在0值以下，说明了在此年份期间气温较低，从1995年开始青藏高原秋季年平均气温5 a滑动平均值处于0值以上，说明从1996年开始青藏高原冬季年平均气温相对较高。根据线性方程拟合的结果可看出，青藏高原冬季年平均气温以0.034 6℃/a的速率递增，可以看出青藏高原冬季增温幅度较大。

图4青藏高原地区四季逐年平均气温距平变化趋势

2.3 气温突变年检验

图5为1961—2010年青藏高原地区年平均气温突变检验结果，从年平均气温突变年检验结果可以看出，从1961年开始年平均气温有1个持续时间较短的降温过程，从1963年开始青藏高原地区年平均气温UF统计曲线均为正值，这说明了从1963年开始青藏高原年平均气温随着时间的推移呈增温的变化趋势，其中从1999年开始青藏高原年平均气温UF统计曲线超出了本文所设定的临界曲线，所明了从1999年开始年平均气温随着时间变化呈显著的增温变化趋势。年平均气温UF统计曲线以及UB曲线有1个交点位于1996年，且可以看出该交点处于临界曲线内[19]，这说明了1996年为青藏高原年平均气温开始突变的年份。

为了进一步验证青藏高原地区年平均气温M-K突变检验方法的正确性。本文对年平均气温进行小波变换。小波系数变化图中，红线为显著性检验水平线。以1996年为界线，在16～32 a的长时间变换周期尺度上，青藏高原年平均气温在1996年前有负距平贡献，表明了1996年之前年平均气温处于相对偏冷期。而1996年之后为正距平贡献，表明了1996年之后年平均气温处于相对偏暖期。因此，根据M-K突变检验以及小波变换检验，可以看出1996年作为青藏高原年平均气温突变年是可信的。

图5青藏高原地区年平均气温突变检验

2.4 气温EOF空间分解

本文利用青藏高原年平均气温资料，采用EOF正交函数分解的方法[20]，研究青藏高原年平均气温空间分布情况。计算出青藏高原年平均气温经正交函数空间分解后的累积方差贡献率以及特征向量值(表1)。从表1累积方差贡献率统计结果中可以看出，前3个主成分的累积方差贡献率为99.488 7%，这说明了前3个主成分所包含的信息能够解释青藏高原年平均气温空间场的全部特征。其中第一主成分的贡献率最高为81.838 6%，其次是第二主成分的贡献率为12.824 0%。

表1 青藏高原年平均气温差贡献率、累积方差贡献率

本文对青藏高原56个测站逐年气温数据，进行了EOF分解，并计算出了前3个特征场向量。图6为青藏高原年平均气温EOF分解特征场空间分布。

图6青藏高原年平均气温EOF分解特征场空间分布

根据第一向量特征场空间分布结果图可以看出，青藏高原年平均气温呈南—中—北型分布特征，即在南部区域年平均气温较高，北部区域年平均气温其次，中部区域年平均气温最低，在(91.8°E,29°N)位置处的青藏高原年平均气温最高，在(93°E,34.3°N)位置处的青藏高原年平均气温最低。根据第二向量特征场空间分布结果图可以看出，青藏高原年平均气温呈南—北型分布特征，即在南部区域年平均气温相对较低，但是在南部少部分区域气温也较高，北部区域年平均气温相对较高，在(90°E,29°N)位置处的青藏高原年平均气温最高，在(92°E,29°N)位置处的青藏高原年平均气温最低。根据第三向量特征场空间分布结果图可以看出，在青藏高原南部以及中部处年平均气温相对较高，而在东北角以及北部区域年平均气温相对较低，从三特征向量场空间结果显示出，青藏高原年平均气温没有明显的分布类型。在(91.8°E,29°N)位置处的青藏高原年平均气温最高，在(102°E,36°N)位置处的青藏高原年平均气温最低。

3 结 论

(1) 在1961—1993年期间青藏高原地区年平均气温值较低，处于偏冷期，在1994—2010年期间青藏高原地区年平均气温值较高，青藏高原年平均气温以0.022 8℃/a的速率递增，且1996年为青藏高原年平均气温开始突变的年份。青藏高原南部区域年平均气温较高，而在中部区域年平均气温较低。

(2) 青藏高原年平均气温存在显著的季节变化特征，且4个季节下的年平均气温均呈递增的变化趋势,其中春季年平均气温以0.024 6℃/a的速率递增，夏季年平均气温以0.024 0℃/a的速率递增，秋季年平均气温以0.022 4℃/a的速率递增，冬季年平均气温以0.034 6℃/a的速率递增。

(3) 通过对青藏高原年平均气温EOF分解分析得出，根据第一特征场显示出青藏高原年平均气温呈南—中—北型分布特征，第二特征场显示出青藏高原年平均气温呈南—北型分布特征，第三特征场显示出青藏高原年平均气温没有明显的分布类型。

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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

吴成启(1986—),男,河北省石家庄人,研究生,工程师,从事于环境监测、气象等研究。E-mail:2670944154@qq.com