摘要：利用中國北方357個氣象站1951-2014年的季(月)平均最低氣溫，平均氣溫和平均最高氣溫數據，應用Mann-Kendall檢驗等方法，分析了中國北方地區三類氣溫季節突變與變暖停滯年份時空變異性。結果表明：平均最低氣溫、平均氣溫和平均最高氣溫各季節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70年代至80年代、1993-2002年)，華北次之，西北最晚(20世紀80年代至21世紀前10a、1996-2010年);夏、秋季突變華北最早(20世紀70年代和90年代).東北次之，西北最晚(20世紀90年代至21世紀前10a)，變暖停滯年份地區差異較小。平均最高氣溫未突變和平均最低氣溫未停滯站點較多，均主要分布在山地、高緯度地區和華北平原南部，其周邊區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，與研究區整體規律相悖，該地區大部分站點未停滯，亦與突變早停滯也早的整體規律不同。

　　關鍵詞：季節氣溫;突變;變暖停滯;時空變異性;中國北方地區

　　近百年來，全球和區域范圍內熱量資源、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，不僅破壞自然生態，而且造成經濟損失，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，揭示氣溫突變與變暖停滯特征及規律對于在全球范圍深入了解氣候變化、防災減災及改善生態環境等具有重要意義。氣候突變表現為氣候在時空上從一個統計特性到另一個統計特性的急劇變化”，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間尺度的廣泛性。中亞叫、亞洲東北部以及中國的南方調、華北平原心國等地區在近幾十年均發生氣候突變，證明氣候突變在空間尺度的廣泛性。研究表明，全球在20世紀發生3次較明顯的氣候突變國，但不同地域和時段表現不同，如中亞在80年代突變，冬季氣溫對升溫貢獻最大，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到一定數值后，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在突變以后均出現變暖停滯現象，30°~40N及40°-60S出現兩個變冷帶四，1998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)變化推測該現象可能會維持30a]。部分學者則認為21世紀全球變暖并未停滯，該現象只是長期氣候變化中的小波動。

　　全球氣候變暖背景下，中國南方大部分地區未發生突變或明顯突變，中國北方地區則整體增暖趨勢明顯，其冷暖受到東亞乃至全球大氣環流的影響，在響應全球氣候變化上具有代表性圓;中國北方地區地域范圍廣，包含季風氣候、溫帶大陸性氣候和高原山地氣候等多種氣候類型，不同地區及不同氣候區之間氣候差異顯著，具有較強的氣候變化典型性四。針對中國北方地區開展的氣溫變化研究已有很多，涉及整個北方地區回及其內部的西北、華北5觀和東北地區叫等;突變檢驗因子主要包括年(季)平均氣溫恐到、氣溫極值即等;突變檢驗使用累積距平法國、Mann-Kendall非參數統計法5]、滑動t檢驗四0等，涵蓋的氣象站多的在150個左右～確，少的在10個以下，數據序列長度多在50a左右。研究表明，中國北方地區冬季增溫比夏季顯著，東北、華北冬季氣溫突變最早網，北方農牧交錯帶冬季突變最早(1978年)，夏季滯后(1991年)圓，可能是極渦面積、緯向環流及東北冷渦導致了東北地區夏季氣溫突變叫，黃河流域內蒙古段在20世紀90年代增溫最明顯，冬季對升溫貢獻最大。

　　綜上所述，國內外有關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值和意義。氣溫突變的相關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、數據序列相對偏短。有關變暖停滯研究使用的時間序列多為相關學者認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域異質性。對于中國北方地區，普遍以其內部典型區域為研究對象，存在區域范圍較小、氣象站點密度偏小、數據序列長度偏短、季節分析較少等不足，且氣溫突變年份和停滯年份多由研究區整體或分區平均水平得出，不能體現空間變異性，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揭示季節氣溫突變與變暖停滯年份空間變異性缺乏相應成果?；诖?，本文以1951—2014年分布于中國北方地區及其周邊的357個高密度氣象站點的平均最低氣溫、平均氣溫、平均最高氣溫季(月)數據為基礎，開展中國北方地區季節氣溫突變與變暖停滯年份的時空變異性研究。

　　1、研究區概況、數據與方法

　　1.1研究區概況

　　中國北方地區地域遼闊(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、陜西和內蒙古西部，西北西部為新疆地區)、華北(河北、山東、河南、山西、內蒙古中部)和東北(黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古東部)[33]三大分區，地勢相差較大，自西向東橫跨三級階梯，地貌復雜多樣，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使用的數據

　　本次使用的氣象站點共計357個，分布在中國北方及其周邊地區，氣象站點分布如圖1所示。使用的資料為這些站點自建站以來至2014年的平均最低氣溫、平均氣溫和平均最高氣溫年(月)數據。數據來源于中國氣象數據網，國家氣象信息中心對各氣象站點的各類氣溫數據已進行質量控制，但不排除存在錯誤數據的可能，因此本文采取氣候極值和時間一致性檢查等質量控制措施，剔除了4個變化異常的站點(奉節、承德、河曲、庫車)，其他站點數據無明顯突變點和隨機變化，變化相對均一和一致，數據可靠，可以代表研究區氣溫狀況。在插補后形成1951-2014年統一年(月)數據序列，進而形成各站點三類氣溫春季(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。插補前，相對于1951-2014年統一時段有24.6%的站點數據序列完整，在1951年缺測的站點占72%，在1952-1953、1954-1955、1956-1960、1961-1970年間缺測的站點分別占68.1%、46.2%、35.3%、7.8%(其間個別年份缺測)，8.4%的站點在其他年份缺測(如1971、2009年等)。

　　1.3數據處理及使用的方法

　　1)對于缺測數據的插補延展，采用相關及回歸分析法。通過插補，形成各站點1951-2014年統一數據序列。

　　2結果分析

　　2.1氣溫突變與變暖停滯年份的確定

　　對357個站點四季各類氣溫時間序列突變與變暖停滯年份進行了檢驗確定，限于篇幅，時間序列變化情況以東北、華北和西北地區各自代表性站點圖示給出，圖2為哈爾濱、石家莊和蘭州1951-2014年各季節平均氣溫突變與變暖停滯時間序列變化情況。三類氣溫各分區分時段發生突變的站點數量情況見表1至表3。

　　由表1至表3可知，平均最低氣溫，東北地區春、秋季氣溫突變主要集中在20世紀80年代(兩季節在該時段突變的站點分別占該地區站點總數的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數量一致(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，各地區其他季節氣溫均在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，各季節于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世紀前10a最集中(63.9%、64.2%)。

　　2.2氣溫突變年份的時空變異性

　　研究區1951—2014年各季節平均最低氣溫、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，三類氣溫指標中，春季平均最低氣溫整體突變最早，主要介于1972—1999年，該時段站點占所有站點的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，平均最低氣溫(7個)集中分布在秦嶺地區，平均最高氣溫(14個)主要分布在中國地勢第二、三級階梯分界線兩側、陰山、長白山和河南中北部，其周邊區域突變整體偏晚(21世紀初)。東北(20世紀70年代至80年代前中期)整體早于華北(20世紀80年代中后期至21世紀初)和西北地區(20世紀90年代至21世紀初)。除新疆和青海外，三類氣溫整體隨緯度降低突變變晚;東北平原內部的三江平原至其北部突變較早，該地區整體按三類氣溫(1973—1979、1970—1978、1967—1978年)順序依次變早，與研究區整體規律相反。季風氣候區隨緯度降低突變變晚，溫帶大陸性氣候區整體由東向西突變變晚，高原山地氣候區整體趨勢不一致，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域差異性有關[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，平均最低氣溫(5個)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)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)分布在長白山、陰山西部、華北平原北部(山東中部，山地富集)、新疆準噶爾盆地西鄰、秦嶺西部及以西地區，其周邊區域突變亦較晚。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突變時間整體差距不大(20世紀80年代末至21世紀初)，新疆西北部(準噶爾盆地以西)個別站點突變亦較早(20世紀70年代初)。西北地區(20世紀90年代中期至21世紀前10a中期)整體晚于華北和東北地區，甘肅及青海東南部突變最晚(21世紀前10a中期)。除華北南部，研究區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80年代的站點在研究區廣泛分布，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年突變的區域面積分別約占研究區的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突變偏晚，河南地區相反;平均最高氣溫在105°E兩側分別自西向東突變變晚。未突變站點，平均最低氣溫(5個)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)與平均最高氣溫(5個)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，其臨近站點突變普遍較晚。平均最低氣溫，東北地區(1978—1990年)突變整體早于華北和西北地區(1981—2001年);平均氣溫按華北(1980—1999年)、東北(1980—1999年)和西北地區(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(4個)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分布在東北大興安嶺、長白山和天山地區。東北地區(20世紀70年代至80年代)整體早于華北(20世紀80年代至90年代中期)和西北地區(20世紀80年代至21世紀初)，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，各季節不同地區的突變時間整體差異較大，空間變化規律亦不盡相同，20世紀突變的區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突變則較晚，尤其平均最高氣溫(20世紀90年代末至2001年)。除春、冬季平均氣溫全部突變外，其他季節三類氣溫均有未突變站點，其集中區域的周邊地區突變偏晚，而華北部分地區未突變可能與人類活動導致氣溶膠濃度增大進而影響氣溫變化有關[14]。特別地，夏季三類氣溫在緯度較低的河南地區突變最早(20世紀70年代前后)，與研究區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流被河南地區西鄰高山阻隔導致人類活動氣溶膠濃度增大有關。

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