董丹宏 黃剛

1 成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，成都610225

2 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029

3 全球變化研究協(xié)同創(chuàng)新中心，北京100875

4 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所季風(fēng)系統(tǒng)研究中心，北京100029

1 引言

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）公布的第五次氣候評(píng)估報(bào)告顯示，從上世紀(jì) 50年代以來，全球平均氣溫不斷上升。在北半球，過去30年，每十年的增溫幅度高于 1850年以來的任何時(shí)期；并有專家表示盡管在過去的 15年里，全球變暖曾出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，但這并不能反映全球氣候長(zhǎng)期以來的變化趨勢(shì)。而在溫度上升的時(shí)期內(nèi)，年均最低氣溫的增長(zhǎng)趨勢(shì)高于年均最高氣溫，導(dǎo)致全球日較差的下降（Stocker et al., 2013）。聯(lián)合國(guó)“氣候變化科學(xué)綱要”上提到盡管全球平均溫度在 21世紀(jì)以來沒有上升，但變暖的長(zhǎng)期影響不僅仍舊存在，且有日益加強(qiáng)的趨勢(shì)（Balint et al., 2009）。而變暖趨勢(shì)之所以受阻，可能是因 21世紀(jì)以來的拉尼娜事件，且太陽(yáng)輻射由弱到強(qiáng)，這在相當(dāng)大程度上抵消了人類活動(dòng)造成的變暖。而中國(guó)氣候在近十年繼續(xù)變暖，特別是東北地區(qū)是全球變暖最強(qiáng)烈的地區(qū)之一，其中原因較為復(fù)雜，除了溫室效應(yīng)、ENSO、太陽(yáng)輻射、火山活動(dòng)外，城市熱島效應(yīng)及與海洋熱鹽環(huán)流有關(guān)的年代際變化，也可能有一定影響（王紹武等，2010）。全球變暖不僅表現(xiàn)在平均溫度的升高，極端溫度及日較差也有明顯變化，并存在顯著的區(qū)域差異（Easterling et al., 2000）。與最高、最低溫度變化不同的是，日較差可以反映全球和區(qū)域性的溫度變化幅度特征，有著重要的生態(tài)學(xué)意義，對(duì)人類生存環(huán)境的變化、氣候異常的影響有特殊的參考價(jià)值（陳鐵喜和陳星, 2007）。因此，在年代際變化尺度上，日較差能獨(dú)立于平均溫度的變化，較好反映系統(tǒng)的內(nèi)在變化（Braganza et al., 2004）；并且，日較差與最高、最低溫度也有很大關(guān)系，因此對(duì)日較差的分析比單純分析平均溫度的變化更能為氣候變化研究提供支持（汪凱等，2010）。

觀測(cè)結(jié)果表明，上世紀(jì)日較差顯著減小，這不可能僅由自然變化因素導(dǎo)致（Braganza et al.,2004）。Vose et al.（2005）通過分析全球臺(tái)站溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)后，認(rèn)為 1950～1980年，由于全球幾乎所有地區(qū)最低溫度和最高溫度都在增加，導(dǎo)致日較差下降比較明顯，而 1979年以后日較差下降趨勢(shì)不再顯著。國(guó)內(nèi)對(duì)日較差變化的研究有很多。就全國(guó)區(qū)域分析來看，年平均最高、最低溫度變化在年代際尺度上變化基本一致，從20世紀(jì)70年代開始緩慢升溫，80年代中期升溫迅速，在90年代后期達(dá)歷史最高，后又回落；相應(yīng)地，日較差從 20世紀(jì) 60年代初開始在波動(dòng)中呈下降趨勢(shì)，并持續(xù)到90年代初，從20世紀(jì)90年代開始，日較差下降趨勢(shì)仍持續(xù)，但下降幅度有所減緩（Liu et al., 2004; 唐紅玉等, 2005）。從季節(jié)變化上來看，各季最低氣溫呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，日較差呈減少趨勢(shì)，并在我國(guó)北方尤為明顯，以冬季趨勢(shì)最為明顯（任國(guó)玉等, 2005; 唐紅玉等, 2005）。此外，最高、最低氣溫的非對(duì)稱變化在夏季最為顯著，夏季最高氣溫降低，最低氣溫增加（王凱等, 2010）。日較差的變化有明顯的區(qū)域和季節(jié)性，平均減小幅度為高緯度地區(qū)大于低緯度地區(qū)（唐紅玉等, 2005；陳鐵喜和陳星, 2007），并且西部的青藏高原和新疆地區(qū)的日較差變化與東部地區(qū)差異尤其明顯（陳鐵喜和陳星, 2007）。一些研究在對(duì) 20世紀(jì)后半期青藏高原地區(qū)日較差的特征分析后，發(fā)現(xiàn)高原大部分地區(qū)平均氣溫和最高、最低氣溫普遍升高，最低氣溫上升速率是最高氣溫的 1～3倍，日較差顯著減?。R曉波和李棟梁,2003）；另外，青藏高原東部地區(qū)日照時(shí)數(shù)與日較差有密切的正相關(guān)，總云量與日較差則有反相關(guān)關(guān)系（李躍清，2002）。

中國(guó)地形多種多樣，山區(qū)面積占全國(guó)總面積的2/3。由于區(qū)域所處的陸地位置、緯度位置以及大氣環(huán)流系統(tǒng)位置的不同，加上地形等的影響，區(qū)域?qū)θ蜃兓捻憫?yīng)是千差萬(wàn)別的（盧愛剛等，2006）。Dong et al.（2014）在研究平均溫度在不同海拔高度上的變化時(shí)，發(fā)現(xiàn)以200 m高度為界，200 m以下隨著海拔高度的升高，平均溫度的增溫趨勢(shì)減弱，200 m以上地區(qū)平均溫度的增溫趨勢(shì)加強(qiáng)。中國(guó)山區(qū)面積廣大，緯度跨度大，受多種氣流影響，因此對(duì)垂直空間上溫度變化的分析，可從另一方面揭示全球變暖對(duì)不同海拔高度地區(qū)的作用強(qiáng)度；而且高山具有較大的熱力和動(dòng)力作用，對(duì)區(qū)域和全球的氣候變化、水循環(huán)、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。此外，許多平均溫度的變化與最高、最低溫度的變化緊密相連，因此進(jìn)一步分析最高、最低溫度以及日較差的變化有助于全面了解中國(guó)垂直方向上的氣候變化特征。關(guān)于20世紀(jì)50年代以來中國(guó)溫度變化趨勢(shì)的研究重點(diǎn)著眼于氣溫的空間分布特征，對(duì)于垂直高度上溫度變化的研究，目前大部分僅限于青藏高原等高海拔地區(qū)的溫度變化與海拔高度的關(guān)系。如Rebetez and Beniston（1998）等發(fā)現(xiàn)阿爾卑斯山的日較差與日照時(shí)數(shù)在低海拔測(cè)站有很強(qiáng)的相關(guān)性，而高海拔地區(qū)沒有這樣明顯的關(guān)系。本文擬研究近 50年全國(guó)最低氣溫、最高氣溫以及日較差變化的區(qū)域差異和季節(jié)變化對(duì)比及其與海拔高度的關(guān)系，并初步探討日較差變化隨海拔高度變化在時(shí)空上所遵循的規(guī)律及其主要成因。這可以揭示各海拔高度對(duì)全球變化的響應(yīng)速度與程度存在一定的差別，為進(jìn)一步揭示中國(guó)不同海拔高度地區(qū)的氣候特征做一些探索。

2 資料與方法

2.1 資料來源

所用資料來自《中國(guó)均一化氣溫?cái)?shù)據(jù)集1.0版》的升級(jí)版本①中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心. 2013. 中國(guó)均一化氣溫?cái)?shù)據(jù)集1.0版（CHHT1.0）升級(jí)版本 [M]. 北京，升級(jí)版本的數(shù)據(jù)包含中國(guó) 825個(gè)國(guó)家基本、基準(zhǔn)站1951年至2012年逐日最高、最低以及平均氣溫均一化數(shù)據(jù)集。氣象資料由于建站、遷址等問題存在非均一性，所以本文基于均一化氣溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)溫度的變化在海拔高度上的變化進(jìn)行分析。由于我國(guó)地面氣象觀測(cè)規(guī)范曾做過多次修改，尤其是在 1962年以前，包括觀測(cè)時(shí)制、時(shí)間、次數(shù)、觀測(cè)場(chǎng)地以及觀測(cè)儀器有較大的變化，所以分析時(shí)段選取1963～2012年共50年（吳增祥，2005；李百超等，2009）。為保證資料準(zhǔn)確、可靠，剔除50年中缺測(cè)資料達(dá)3個(gè)月以上的氣象站點(diǎn)，最終得到全國(guó)740個(gè)測(cè)站資料，包括日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫以及測(cè)站的位置數(shù)據(jù)，其中測(cè)站的海拔高度范圍為 0～4700 m，緯度范圍為 16°～53°N，經(jīng)度范圍為 75°～133°E。

根據(jù)選取的全國(guó)740個(gè)氣象站點(diǎn)的海拔高度分布統(tǒng)計(jì)情況（圖1）可知：在我國(guó)東北南部、華北東部、黃淮及江南、華南大部分地區(qū)臺(tái)站高度在200 m以下，在東北大部分地區(qū)、內(nèi)蒙古、新疆、西北東南部以及西南地區(qū)，其測(cè)站海拔高度在 200～2000 m之間，其余在西藏、西北地區(qū)中部，測(cè)站海拔在2000 m以上，且最為集中。

2.2 資料處理與研究方法

（1）空間平面分布圖采用Arcgis地理信息系統(tǒng)軟件繪制，插值方法選用地統(tǒng)計(jì)學(xué)模塊中的克里格法?？死锔穹ㄊ菑淖兞肯嚓P(guān)性和變異性出發(fā)，在有限區(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量的取值進(jìn)行無(wú)偏、最優(yōu)估計(jì)的一種方法，也是對(duì)空間分布的數(shù)據(jù)求線性最優(yōu)、無(wú)偏內(nèi)插估計(jì)的一種方法（彭彬等，2011）。

（2）單個(gè)站點(diǎn)計(jì)算氣溫變化趨勢(shì)采用一元線性回歸：

（3）季節(jié)上采用氣象季節(jié)劃分方法，即上年12月至當(dāng)年2月為冬季、3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季，年平均值為當(dāng)年12個(gè)月的算術(shù)平均。

（4）日較差（Diurnal Temperature Range,TDTR）為日最高氣溫（Maximum Temperature,Tmax）與日最低氣溫（Minimum Temperature,Tmin）之差，可表示為

本文的設(shè)計(jì)思路為：首先利用（2）式計(jì)算各個(gè)站點(diǎn)的逐日日較差，再用線性方法計(jì)算出每個(gè)站點(diǎn) 40年各年、季節(jié)平均最高氣溫、最低氣溫和日較差的變化趨勢(shì)。最高、最低氣溫距平基于1971～2000年30年的氣候態(tài)值為基礎(chǔ)。為研究氣象要素變化與海拔高度的關(guān)系，在不同的海拔高度范圍上計(jì)算平均最高溫度、平均最低溫度和平均日較差，以及對(duì)其變化趨勢(shì)做區(qū)域平均，分析這三個(gè)氣象要素的趨勢(shì)變化、年際變化及年代際變化。

3 結(jié)果分析

3.1 1963～2012年全國(guó)地區(qū)氣溫變化特征

由全國(guó)臺(tái)站氣溫傾向率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（表1）可以看出近 50年全國(guó)最高溫度和最低溫度大致呈增溫趨勢(shì)。變化趨勢(shì)無(wú)論是年際或季節(jié)變化，最低溫度的增溫幅度都高于最高溫度；相應(yīng)地，最低溫度的降溫幅度也都小于最高溫度。最高溫度除夏季外，其他季節(jié)增溫明顯；最低溫度各季增溫都很明顯，尤其冬季達(dá)到0.5°C (10 a)-1。盡管有個(gè)別測(cè)站有降溫趨勢(shì)，但幾乎沒有站點(diǎn)通過顯著性檢驗(yàn)。大部分測(cè)站的日較差呈下降趨勢(shì)，冬季減小幅度最大，達(dá)-0.27°C (10 a)-1；在春季，日較差增大的測(cè)站數(shù)最多且為四季中上升幅度最大的季節(jié)，但下降幅度卻也比夏秋兩季大。

從全國(guó)地區(qū)近 50年氣溫傾向率的分布與等高線疊加的空間圖來看（圖2），我國(guó)最高、最低溫度為一致的增長(zhǎng)趨勢(shì)。最高溫度和最低溫度在我國(guó)東北北部、內(nèi)蒙古和華北北部一帶，以及青藏高原東部地區(qū)為增溫高值區(qū)，這些區(qū)域都對(duì)應(yīng)我國(guó)高海拔地區(qū)，海拔幾乎都在200 m以上，且在35°N以北尤其明顯。在我國(guó)黃淮地區(qū)和西南地區(qū)東部，最高溫度增溫趨勢(shì)不明顯。除西南地區(qū)東部外，最低溫度的增溫幅度要比最高溫度更為明顯。日較差的變化趨勢(shì)的空間分布與最低溫度較為一致，在我國(guó)東北、內(nèi)蒙古、華北及黃淮東部地區(qū)有下降低值區(qū)，西北西部及青藏高原為較明顯的下降趨勢(shì)。值得注意的是在我國(guó)西北地區(qū)東南部、長(zhǎng)江流域中部地區(qū)，日較差有微弱的增加趨勢(shì)。這種空間分布，周雅清和任國(guó)玉（2010）在分析中國(guó)極端氣溫事件變化特征時(shí)也得出相似的結(jié)論：日最高氣溫的極大值整體都有上升趨勢(shì)，最高、最低氣溫的極大值在北方上升較明顯，而在長(zhǎng)江中下游和西南地區(qū)有下降的趨勢(shì)。翟盤茂和任福民（1997）在分析1950～1990年的氣象要素變化時(shí)，認(rèn)為最高溫度在黃河以北、95°E以西以增溫為主，最低溫度在全國(guó)表現(xiàn)出一致的增溫。

表1 1963～2012年全國(guó)氣溫傾向率統(tǒng)計(jì)（包含增溫、降溫的站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及相應(yīng)的氣溫傾向率）Table 1 Statistics of the temperature trend in China during 1963–2012 (including the numbers of stations with a positive and negative trend and the corresponding temperature trend)

從最高溫度、最低溫度和日較差的距平變化來看（圖3），最高溫度在1990年前有微弱的下降趨勢(shì)，且變化波動(dòng)大，在 1990年后期為明顯的上升趨勢(shì)，到了 2000年以后增溫達(dá)到最大值；最低溫度在這兩個(gè)時(shí)期內(nèi)則是先微弱增加后增加迅速；日較差在20世紀(jì)90年代以前迅速減小，之后有微弱的減小。周雅清和任國(guó)玉（2010）在分析極端溫度時(shí)也得出最高溫度和最低溫度的極大值在 20世紀(jì)90年代中期迅速升高，在進(jìn)入2000年以后仍然保持在較高水平上。

圖1 中國(guó)站點(diǎn)海拔分布。藍(lán)色三角形、黃色圓點(diǎn)、紅色五角星分別代表海拔位于200 m以下、200～2000 m、2000 m以上臺(tái)站位置Fig. 1 The distribution of the 740 Chinese meteorological stations whose data are used in this study, delineated by altitude: 0-200 m (blue triangles);200-2000 m (yellow circles); 2000-4700 m (red stars)

綜上所述，變化趨勢(shì)無(wú)論是年際或季節(jié)變化，最低溫度的增溫幅度都高于最高溫度的增幅，且其增溫明顯區(qū)域都對(duì)應(yīng)我國(guó)高海拔地區(qū)，海拔幾乎都在200 m以上，在35°N以北尤其明顯。大部分測(cè)站的日較差呈下降趨勢(shì)，冬季減小幅度最大，其變化趨勢(shì)的空間分布與最低溫度較為一致。最高溫度除夏季外，其他季節(jié)增溫明顯；最低溫度各季增溫都很明顯，尤其冬季，增溫達(dá)0.5°C (10 a)-1。最高、最低溫度在 20世紀(jì) 90年代后期增溫迅速，在2000～2012年間增溫達(dá)最大值，對(duì)應(yīng)日較差在 90年代后由迅速減小變?yōu)槲⑷醯南陆第厔?shì)。

左小龍的腦海里冒出來的第一個(gè)名字就是“挑戰(zhàn)者號(hào)”。但他覺得這個(gè)名字很耳熟，好像被誰(shuí)用過，思前想后，出來的都是一些不能讓自己滿意的名字，諸如“大西洋”，不行，這個(gè)就像一個(gè)國(guó)產(chǎn)摩托的牌子，“所向披靡“也不好，這個(gè)“靡”字他不知道怎么寫，“暗夜之星”也不好，感覺它是錦江之星的兄弟。

3.2 1963～2012年全國(guó)地區(qū)溫度與海拔高度的關(guān)系

其次是日較差，最低溫度的變化趨勢(shì)與海拔高度性關(guān)系最弱，僅在夏季相關(guān)。最高溫度和日較差的變化趨勢(shì)與海拔高度的關(guān)系在秋季最為相關(guān)。黃琰等（2011）在分析中國(guó)氣溫極值分區(qū)的時(shí)空變化特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，氣溫分區(qū)形式與中國(guó)地形和站點(diǎn)的緯度相關(guān)性較大，其中秋冬季節(jié)極值分區(qū)與海拔高度的相關(guān)性高。

表2 1963～2012年中國(guó)氣溫要素變化趨勢(shì)及其與海拔高度的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)Table 2 Temperature trends and correlation coefficients(R) between altitude and temperature trends on an annual and seasonal basis in China for the period 1963–2012

圖2 1963～2012年全國(guó)（a）最高、（b）最低溫及（c）日較差傾向率的空間分布。圖中等值線為海拔高度，單位：mFig. 2 Distribution of the (a) maximum temperature trend, (b) minimum temperature trend, and (c) diurnal temperature range trend in China for the period 1963-2012. The isolines are contour lines, units: m

圖3 1963～2012 年（a）最高（Tmax）、（b）最低溫度（Tmin）和（c）日較差（TDTR）的距平（相對(duì)于1971～2000年氣候態(tài)標(biāo)準(zhǔn)）。紅色線表示平均變化趨勢(shì)Fig. 3 Anomalies of (a) maximum temperature (Tmax), (b) minimum temperature (Tmin), and (c) diurnal temperature range (TDTR) (relative to the 1971-2000 standard climatology) and their linear trends (red lines)

3.3 1963～2012年全國(guó)地區(qū)日較差在不同海拔高度范圍內(nèi)的年際變化

為了進(jìn)一步分析不同海拔高度上，各氣溫要素變化趨勢(shì)的異同點(diǎn)，將臺(tái)站按不同海拔高度段進(jìn)行分類討論。對(duì)于目前已有的溫度在垂直高度上變化的研究，大部分僅限于青藏高原、云貴高原等區(qū)域的溫度變化與海拔高度的關(guān)系，這些研究對(duì)海拔高度的分類只是粗略地將海拔高度以500 m為單位進(jìn)行劃分（You et al., 2008, 2010; 王朋嶺等，2012）。本文研究的是全國(guó)區(qū)域不同海拔高度上氣溫變化的特征，500 m以下臺(tái)站數(shù)占總數(shù)的一半左右，為了盡量縮小不同的海拔高度范圍內(nèi)測(cè)站數(shù)目的差異，現(xiàn)把海拔高度分為8段：0～50 m、50～100 m、100～200 m、200～500 m、500～1000 m、1000～1500 m、1500～2000 m、2000～4700 m。

從不同海拔高度上日較差距平值的變化可以看出（圖4），200 m以下的區(qū)域日較差變化較為相似，在近 50年為一致的下降趨勢(shì)，變化波動(dòng)幅度在20世紀(jì)80年代后期變小。200 m到2000 m地區(qū)的日較差年際變化較為一致，以 80年代中期為結(jié)點(diǎn)，之前日較差為明顯的下降，之后日較差有微弱的上升，在 2000年以后又變成微弱的下降趨勢(shì)。2000 m以上的臺(tái)站，幾乎都位于青藏高原地區(qū)，可以看出在20世紀(jì)80年代初期開始日較差的下降趨勢(shì)不再持續(xù)，但其年際變化振幅依然很大。

根據(jù)日較差在不同海拔高度上距平變化的特點(diǎn)，繪制了最高溫度和最低溫度在0～200 m、200～2000 m、2000～4700 m這三個(gè)海拔高度范圍上的距平變化（圖5）。從圖中可以看出，每個(gè)海拔段內(nèi)最低溫度的增溫趨勢(shì)都要比最高溫度明顯，但其振動(dòng)幅度沒有最高溫度強(qiáng)烈。最低溫度在2000 m以下地區(qū)為明顯的增溫趨勢(shì)（圖5e）。最高溫度在20世紀(jì) 90年代以后有明顯的增溫趨勢(shì)，但近十年趨勢(shì)變緩；在20世紀(jì)80年代中期以前，200 m以下的地區(qū)最高溫度有下降趨勢(shì)（圖5a），200～2000 m范圍內(nèi)最高溫度沒有明顯的變化（圖5b），到了2000 m以上地區(qū)有微弱的增溫趨勢(shì)（圖5c）。究其原因，可能是由于20世紀(jì)90年代以前，城市化進(jìn)程較快，工業(yè)發(fā)展等產(chǎn)生的氣溶膠導(dǎo)致降溫，致使我國(guó)城市化較快地區(qū)即200 m以下地區(qū)最高溫度有微弱下降趨勢(shì)；而2000 m以上的青藏高原地區(qū)的氣溫變化大部分是由自然因素所導(dǎo)致，因此由2000 m以上最高溫度和最低溫度的變化曲線可以明顯看出近五十年中國(guó)氣溫大致呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且在近二十年有所加強(qiáng)。

圖4 不同海拔高度上，1963～2012年日較差距平序列（相對(duì)于1971～2000年氣候態(tài)標(biāo)準(zhǔn)）Fig. 4 Diurnal temperature range anomalies at different altitudes for the study area from 1963 to 2012 (relative to the 1971-2000 standard climatology)

綜上所述，隨著海拔高度的升高，日較差變化幅度越大，且20世紀(jì)90年代前日較差的下降趨勢(shì)也更迅猛，20世紀(jì)90年代后下降趨勢(shì)減弱。最高溫度隨高度的升高，變化趨勢(shì)由下降變?yōu)樯仙?/p>

3.4 1963～2012年全國(guó)地區(qū)日較差在不同海拔高度范圍內(nèi)的年代際變化

圖6為不同年代，隨海拔高度的升高，氣溫要素的變化特征。從圖中可以看出，氣象要素在年、季節(jié)特征上都表現(xiàn)為，最高、最低溫度在 20世紀(jì)90年代（圖6c、g、k）的增溫最為明顯。最高溫度和最低溫度的變化趨勢(shì)較為一致：最低溫度除了在2000～2012年間冬季有下降趨勢(shì)外（圖6l），其他年份都為增加趨勢(shì)，其中以20世紀(jì)90年代增溫幅度最大（圖6k），尤以低海拔地區(qū)最為明顯；除20世紀(jì)90年代冬季外，最高溫度的增幅都小于最低溫度；最高溫度在20世紀(jì)80年代變化最弱，最低溫度除冬季外變化也很??；2000 m以上的高海拔地區(qū)，最高溫度和最低溫度的增幅在20世紀(jì)90年代以前較小，僅在2000～2012年間增幅最為明顯。因此，在同一海拔高度上，最高、最低溫度在不同年代的增幅具有不一致性。日較差在20世紀(jì)80年代以前都為明顯的下降趨勢(shì)，到了 90年代，日較差有所增加，尤以冬季最為顯著，增加的幅度在500 m以上更明顯；在 2000～2012年，日較差又近乎為一致的下降趨勢(shì)，2000 m以上的高海拔地區(qū)則表現(xiàn)為夏季減小，冬季增加的不一致性（圖6d、h、l）。

圖5 不同海拔高度上，1963～2012年（a-c）最高溫度和（d-e）最低溫度的距平序列（相對(duì)于1971～2000年氣候態(tài)標(biāo)準(zhǔn)）Fig. 5 The (a-c) maximum and (d-e) minimum temperature anomalies at different altitudes for the study area from 1963 to 2012 (relative to the 1971-2000 standard climatology)

圖7為不同的海拔高度上，氣象要素的年代際變化特征柱狀圖。20世紀(jì)90年代，低海拔地區(qū)最高、最低溫度增溫幅度大于高海拔地區(qū)，且低海拔地區(qū)最低溫度增幅大于最高溫度，高海拔地區(qū)則相反。在2000 m以上地區(qū)，2000～2012年最高溫度和最低溫度的是近五十年增幅最高的十年。對(duì)于日較差，大部分為減小趨勢(shì)，僅在20世紀(jì)90年代且海拔在200 m以上地區(qū)為增加趨勢(shì)，直接因素是此時(shí)最高溫度的增加幅度大于最低溫度所導(dǎo)致的。

由于以上的分析說明，在20世紀(jì)90年代前后溫度要素的變化差異較大，因此將所分析的近 50年的時(shí)間長(zhǎng)度分為兩個(gè)時(shí)期：1963～1990年和1991～2012年，分別在這兩段時(shí)期內(nèi)分析不同海拔高度上氣溫要素的變化特征（圖8）。

從氣溫要素的年際變化特征來看，20世紀(jì) 90年代以前（圖8a），最高溫度變化不明顯；而最低溫度的增溫趨勢(shì)和日較差的下降趨勢(shì)較為明顯，且垂直方向上變化不大。1991～2012年（圖8f），最高、最低溫度為明顯的上升趨勢(shì)，最低溫度的增溫幅度都大于最高溫度，且除100 m以下的低緯度地區(qū)最低溫度增幅較大外，隨著海拔的升高增溫幅度明顯增大；而1500 m以上的高海拔地區(qū)，日較差下降趨勢(shì)有所減緩。從季節(jié)特征來看（圖8b-e、8g-j），除冬季外，最高溫度和最低溫度在近二十年的增幅都要高于1990年以前；冬季1990年以前最高溫度和最低溫度都為增加趨勢(shì)，但在1991～2012年2000 m以下最低溫度和最高溫度為下降，2000 m以上地區(qū)溫度增長(zhǎng)明顯。同樣，1990年以前氣溫隨海拔高度的變化沒有明顯特征，但在1990年以后，溫度隨海拔高度升高，氣溫變化率先減小后增加。日較差在20世紀(jì)90年代以前四季都為減小趨勢(shì)，平均下降幅度在冬季最大；20世紀(jì)90年代后，日較差僅在秋冬兩季為減小趨勢(shì)，在春季為一致的增加趨勢(shì)。周杰等（2013）在分析華北地區(qū)氣溫日較差的時(shí)空特征時(shí)也發(fā)現(xiàn)，夏季日最高溫度在 1990年左右出現(xiàn)較為明顯的趨勢(shì)突變，1990之前呈較明顯的下降，之后則呈現(xiàn)非常明顯的上升；最低溫度變化亦如此，1990年以前為不太明顯的上升，突變后呈現(xiàn)更加顯著的上升趨勢(shì)。

圖6 年（左）、夏季（中）、冬季（右）最高溫度、最低溫度和日較差在四個(gè)時(shí)期的平均溫度相對(duì)于前十年的平均溫度差隨海拔高度變化：（a、e、i）20世紀(jì)70年代、（b、f、j）20世紀(jì)80年代、（c、g、k）20世紀(jì)90年代、（d、h、l）2000～2012年。紅（藍(lán)）色矩形框代表最高（低）溫度，灰色矩形框代表日較差Fig. 6 At different altitudes, annual (left), summer (middle), and winter (right) in maximum temperature (red bars), minimum temperature (blue bars), and diurnal temperature range (grey bars) of the differences between the averages of maximum temperature, minimum temperature, and diurnal temperature range and the averages in the previous decade: (a, e, i) 1970s, (b, f, j) 1980s, (c, g, k) 1990s, and (d, h, l) 2000-2012

4 結(jié)論與討論

本文利用我國(guó)740個(gè)臺(tái)站的觀測(cè)資料，初步分析了中國(guó) 1963～2012年最高溫度、最低溫度及日較差與海拔高度的關(guān)系。現(xiàn)將結(jié)果歸納如下：

（1）無(wú)論是年或季節(jié)變化，最低溫度的增溫幅度都高于最高溫度，且其增溫顯著區(qū)域都對(duì)應(yīng)我國(guó)高海拔地區(qū)。大部分地區(qū)的日較差呈下降趨勢(shì)，冬季減小幅度最大。最高溫度除夏季外，其他季節(jié)增溫明顯；最低溫度各季增溫都很明顯，尤其是冬季。最高、最低溫度在20世紀(jì)90年代后期增溫迅速，2000～2012年增幅最大，對(duì)應(yīng)日較差在20世紀(jì)90年代以前迅速減小，20世紀(jì)90年代后變?yōu)槲⑷醯南陆第厔?shì)。

（2）從氣溫的變化趨勢(shì)與海拔高度的相關(guān)關(guān)系可知：夏、秋、冬三季及年變化規(guī)律為，隨著海拔高度的升高，最高溫度和最低溫度的升溫幅度越大，日較差也增加。其中最高溫度的變化趨勢(shì)與高度的相關(guān)性最好。

（3）同一高度上，最高溫度和最低溫度在不同年代的增幅具有不一致性：20世紀(jì)80年代，二者變化幅度最弱；20世紀(jì)90年代二者增幅最大，尤以低海拔地區(qū)最為明顯；2000 m以上高海拔地區(qū)，二者在 20世紀(jì) 90年代以前變化趨勢(shì)較弱，在2000～2012年增幅十分明顯。

圖7 不同海拔高度上，最高溫度、最低溫度和日較差在不同時(shí)期相對(duì)于前10年的變化。紅（藍(lán)）色矩形框代表最高（低）溫度，灰色矩形框代表日較差Fig. 7 At different altitudes, the decadal changes in maximum temperature (red bars), minimum temperature (blue bars), and diurnal temperature range (grey bars)

（4）隨著海拔高度的升高，日較差變化幅度越大，且20世紀(jì)90年代前日較差的下降趨勢(shì)也更迅猛，20世紀(jì)90年代后下降趨勢(shì)減弱。2000 m以上地區(qū)，日較差季節(jié)變化大：夏季減小，冬季增加。最高溫度隨高度的升高，變化趨勢(shì)由下降變?yōu)樯摺?/p>

（5）20世紀(jì) 90年代以前，最高、最低溫度隨海拔高度變化不大，而近 20年隨海拔高度升高，最高、最低溫度的變化趨勢(shì)近乎都是先減小后增加；日較差在 20世紀(jì) 90年代以前四季都為減小，20世紀(jì)90年代后日較差僅在秋冬兩季減小。

對(duì)于產(chǎn)生日較差變化的可能原因，目前也有一些學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究。最高、最低溫度的變化趨勢(shì)不同，是決定日較差變化的直接原因（陳鐵喜和陳星, 2007; 汪凱等, 2010）。許多自然因素，如太陽(yáng)輻射、云、氣溶膠等都會(huì)對(duì)最高、最低溫度的變化產(chǎn)生影響；人為因素，如城市化效應(yīng)、下墊面的變化等也會(huì)使最高、最低溫度產(chǎn)生差異。日最高氣溫一

般主要受太陽(yáng)的短波輻射控制，日最低氣溫則主要與地面和大氣云層的長(zhǎng)波輻射有關(guān)（汪凱等,2010）。有研究發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)輻射自20世紀(jì)60年代開始呈下降趨勢(shì)，到80年代停止，這是導(dǎo)致80年代以前日較差下降的原因之一；從 90年代開始太陽(yáng)輻射上升，從一定程度上減緩了日較差的下降（Wild et al., 2005, 2007）。云可對(duì)地表的輻射狀況產(chǎn)生影響，白天通過反射太陽(yáng)輻射使最高溫度減小，夜間通過吸收和發(fā)射長(zhǎng)波輻射使最低溫度增加，從而導(dǎo)致日較差的減小（Ramanathan et al.,1989）。早前對(duì)日較差的研究認(rèn)為云與日較差有很好的相關(guān)性：云量和日較差有反相關(guān)。顯著區(qū)域在我國(guó)東南部多云區(qū)，該區(qū)域平均云量隨緯度的增高而減小，相應(yīng)日較差隨緯度的增高而增大（曾昭美等, 1993; 陳鐵喜和陳星, 2007）。然而由于中國(guó)地理狀況不同，區(qū)域氣候特征的復(fù)雜性和特征性，使東西部地區(qū)日較差變化存在明顯的差異（陳鐵喜和陳星, 2007），所以云量對(duì)日較差的影響具有很大的不確定性。近年來，人為因素對(duì)氣候造成的影響越來越顯著。與人類活動(dòng)有關(guān)的氣溶膠對(duì)輻射、云、降水等產(chǎn)生的直接或間接的影響可能對(duì)日較差的變化趨勢(shì)發(fā)揮了重要作用（Gong et al., 2007）。Zhou（Zhou et al., 2009）也認(rèn)為日較差的減小可歸因于云量、降水和土壤水分的增加。大氣環(huán)流和土地利用的改變以及溫室氣體，氣溶膠的增加通過影響云量和土壤水分或通過改變地表性質(zhì)來對(duì)溫度變化產(chǎn)生一定影響。我國(guó)地域遼闊，氣候類型復(fù)雜多樣，接下來應(yīng)利用資料深入詳細(xì)分析、探討引起最高、最低溫度及日較差變化的原因。

圖8 （a-e）1963～1990年和（f-j）1991～2012年兩個(gè)時(shí)期內(nèi)，年、季節(jié)最高、最低溫度和日較差變化趨勢(shì)與海拔高度關(guān)系。紅（藍(lán)）色矩形框代表最高（低）溫度，灰色矩形框代表日較差Fig. 8 At different altitudes, the trends of maximum temperature (red bars), minimum temperature (blue bars), and diurnal temperature range (grey bars)during (a-e) 1963-1990 and (f-j) 1991-2012

（References）

Balint M, Jabbour J, McMullen C, et al. 2009. Climate change science compendium [R]. Scope, Wmo, 1-68.

Braganza K, Karoly D J, Arblaster J M. 2004. Diurnal temperature range as an index of global climate change during the twentieth century [J].Geophys. Res. Lett., 31 (13): L13217, doi:10.1029/2004GL019998.

陳鐵喜, 陳星. 2007. 近50年中國(guó)氣溫日較差的變化趨勢(shì)分析 [J]. 高原氣象, 26 (1): 150-157. Chen Tiexi, Chen Xing. 2007. Variation of diurnal temperature range in China in the past 50 years [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 26 (1): 150-157.

Dong Danhong, Huang Gang, Qu Xia, et al. 2014. Temperature trend-altitude relationship in China during 1963-2012 [J]. Theor. Appl.Climatol., doi:10.1007/s00704-014-1286-9.

Easterling D R, Evans J L, Ya Groisman P, et al. 2000. Observed variability and trends in extreme climate events: A brief review [J]. Bull. Amer.Meteor. Soc., 81 (3): 417-425.

Gong Daoyi, Ho Chang-Hoi, Chen Deliang, et al. 2007. Weekly cycle of aerosol-meteorology interaction over China [J]. J. Geophys. Res., 112(D12): D22202, doi:10.1029/2007JD008888.

黃琰, 封國(guó)林, 董文杰. 2011. 近50年中國(guó)氣溫、降水極值分區(qū)的時(shí)空變化特征 [J]. 氣象學(xué)報(bào), 69 (1): 125-136. Huang Yan, Feng Guolin,Dong Wenjie. 2011. Temporal changes in the patterns of extreme air temperature and precipitation in the various regions of China in recent 50 years [J]. Acta Meteorologica Sinica (in Chinese), 69 (1): 125-136.

李百超, 王波, 李旭. 2009. 均一化氣溫資料與觀測(cè)資料的對(duì)比分析 [J].黑龍江氣象, 26 (3): 29-30. Li Baichao, Wang Bo, Li Xu. 2009. The comparative analysis of the homogenization temperature and observation data [J]. Heilongjiang Meteorology (in Chinese), 26 (3): 29-30.

李躍清. 2002. 近40年青藏高原東側(cè)地區(qū)云、日照、溫度及日較差的分析 [J]. 高原氣象, 21 (3): 327-332. Li Yueqing. 2002. Analyses of cloudiness, sunshine, temperature and daily range on the eastern side of Qinghai-Xizang Plateau in recent 40 years [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 21 (3): 327-332.

Liu B H, Xu M, Henderson M, et al. 2004. Taking China's temperature:Daily range, warming trends, and regional variations, 1955-2000 [J]. J.Climate, 17 (22): 4453-4462.

盧愛剛, 龐德謙, 何元慶, 等. 2006. 全球升溫對(duì)中國(guó)區(qū)域溫度緯向梯度的影響 [J]. 地理科學(xué), 26 (3): 345-350. Lu Aigang, Pang Deqian, He Yuanqing, et al. 2006. Impact of global warming on latitudinal temperature gradients in China [J]. Scientia Geographica Sinica (in Chinese), 26 (3): 345-350.

馬曉波, 李棟梁. 2003. 青藏高原近代氣溫變化趨勢(shì)及突變分析 [J]. 高原氣象, 22 (5): 507-512. Ma Xiaobo, Li Dongliang. 2003. Analyses on air temperature and its abrupt change over Qinghai-Xizang Plateau in modern age [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 22 (5): 507-512.

彭彬, 周艷蓮, 高蘋, 等, 2011. 氣溫插值中不同空間插值方法的適用性分析——以江蘇省為例 [J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 13 (4): 539-548.Peng Bin, Zhou Yanlian, Gao Ping, et al. 2011. Suitability assessment of different interpolation methods in the gridding process of station collected air temperature: A case study in Jiangsu Province, China [J]. Journal of Geo-information Science (in Chinese), 13 (4): 539-548.

Ramanathan V, Cess R D, Harrison E F, et al. 1989. Cloud-radiative forcing and climate: Results from the earth radiation budget experiment [J].Science, 243 (4887): 57-63 , doi:10.1126/science.243.4887.57.

Rebetez M, Beniston M. 1998. Changes in sunshine duration are correlated with changes in daily temperature range this century: An analysis of Swiss climatological data [J]. Geophys. Res. Lett., 25 (19): 3611-3613.

任國(guó)玉, 初子瑩, 周雅清, 等. 2005. 中國(guó)氣溫變化研究最新進(jìn)展 [J].氣候與環(huán)境研究, 10 (4): 701-716. Ren Guoyu, Chu Ziying, Zhou Yaqing, et al. 2005. Recent progresses in studies of regional temperature changes in China [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese),10 (4): 701-716.

Santer B D, Wigley T M L, Boyle J S, et al. 2000. Statistical significance of trends and trend differences in layer-average atmospheric temperature time series [J]. J. Geophys. Res., 105 (6): 7337-7356.

IPCC, 2013. Climate Change 2013: The Physical Science Basis [M] Stocker T F, Qin Dahe, Plattner G K., et al., Eds. Cambridge, UK and New York,USA: Cambridge University Press, 1535pp.

唐紅玉, 翟盤茂, 王振宇. 2005. 1951～2002年中國(guó)平均最高、最低氣溫及日較差變化 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 10 (4): 728-735. Tang Hongyu,Zhai Panmao, Wang Zhenyu. 2005. On change in mean maximum temperature, minimum temperature and diurnal range in China during 1951-2002 [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 10 (4):728-735.

Vose R S, Easterling D R, Gleason B. 2005. Maximum and minimum temperature trends for the globe: An update through 2004 [J]. Geophys.Res. Lett., 32 (23): L23822, doi:10.1029/2005GL024379.

王凱, 陳正洪, 劉可群, 等. 2010. 華中區(qū)域 1960～2005年平均最高、最低氣溫及氣溫日較差的變化特征 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 15 (4):418-424. Wang Kai, Chen Zhenghong, Liu Kequn, et al. 2010. Variation characteristics of the mean maximum, minimum temperature, and diurnal range of temperature in central China during 1960-2005 [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 15 (4): 418-424.

汪凱, 葉紅, 唐立娜, 等. 2010. 氣溫日較差研究進(jìn)展: 變化趨勢(shì)及其影響因素 [J]. 氣候變化研究進(jìn)展, 6 (6): 417-423. Wang Kai, Ye Hong,Tang Li’na, et al. 2010. Research progresses on diurnal temperature range:Variation trend and influential factors [J]. Advances in Climate Change Research (in Chinese), 6 (6): 417-423.

王朋嶺, 唐國(guó)利, 曹麗娟, 等. 2012. 1981～2010年青藏高原地區(qū)氣溫變化與高程及緯度的關(guān)系 [J]. 氣候變化研究進(jìn)展, 8 (5): 313-319.Wang Pengling, Tang Guoli, Cao Lijuan, et al. 2012. Surface air temperature variability and its relationship with altitude & latitude over the Tibetan Plateau in 1981-2010 [J]. Advances in Climate Change Research (in Chinese), 8 (5): 313-319.

王紹武, 羅勇, 唐國(guó)利, 等. 2010. 近10年全球變暖停滯了嗎? [J]. 氣候變化研究進(jìn)展, 6 (2): 95-99. Wang Shaowu, Luo Yong, Tang Guoli, et al. 2010. Does the global warming pause in the last decade: 1990-2008?[J]. Advances in Climate Change Research (in Chinese), 6 (2): 95-99.

Wild M, Gilgen H, Roesch A, et al. 2005. From dimming to brightening:Decadal changes in solar radiation at Earth's surface [J]. Science, 308(5723): 847-850.

Wild M, Ohmura A, Makowski K. 2007. Impact of global dimming and brightening on global warming [J]. Geophys. Res. Lett., 34 (4): L04702,doi:10.1029/2006GL028031.

吳增祥. 2005. 氣象臺(tái)站歷史沿革信息及其對(duì)觀測(cè)資料序列均一性影響的初步分析 [J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 16 (4): 461-467. Wu Zengxiang.2005. Preliminary analyses of the information on meteorological station historical evolution and its impacts on homogeneity of observational records [J]. Journal of Applied Meteorological Science (in Chinese), 16(4): 461-467.

You Qinglong, Kang Shichang, Pepin N, et al. 2008. Relationship between trends in temperature extremes and elevation in the eastern and central Tibetan Plateau, 1961-2005 [J]. Geophys. Res. Lett., 35 (4): L04704,doi:10.1029/2007GL032669.

You Qinglong, Kang Shichang, Pepin N, et al. 2010. Relationship between temperature trend magnitude, elevation and mean temperature in the Tibetan Plateau from homogenized surface stations and reanalysis data [J].Global and Planetary Change, 71 (1-2): 124-133.

曾昭美, 嚴(yán)中偉, 章名立. 1993. 近40年我國(guó)云、日照、溫度及日較差的統(tǒng)計(jì) [J]. 科學(xué)通報(bào), 38 (5): 440-443. Zeng Shaomei, Yan Zhongwei,Zhang Mingli. 1993. The statistics of cloud, sunshine, temperature and daily range temperature in China at recent 40 years [J]. Chinese Science Bulletin (in Chinese), 38 (5): 440-443.

翟盤茂, 任福民. 1997. 中國(guó)近四十年最高最低溫度變化 [J]. 氣象學(xué)報(bào),55 (4): 418-429. Zhai Panmao, Ren Fumin. 1997. On changes of China's maximum and minimum temperatures in the recent 40 years [J].Acta Meteorologica Sinica (in Chinese), 55 (4): 418-429.

Zhou, Liming, Dai Aiguo, Dai Yongjiu, et al. 2009. Spatial dependence of diurnal temperature range trends on precipitation from 1950 to 2004 [J].Climate Dyn., 32 (2-3): 429-440.

周杰, 邵海燕, 吳永萍, 等. 2013. 華北地區(qū)氣溫日較差的時(shí)空特征和氣候變化 [J]. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 16 (4): 35-40. Zhou Jie,Shao Haiyan, Wu Yongping, et al. 2013. Spatial and temporal characteristics of diurnal temperature range in North China [J]. Journal of Yangzhou University (Natural Science Edition) (in Chinese), 16 (4):35-40.

周雅清, 任國(guó)玉. 2010. 中國(guó)大陸1956～2008年極端氣溫事件變化特征分析 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 15 (4): 405-417. Zhou Yaqing, Ren Guoyu. 2010. Variation characteristics of extreme temperature indices in mainland China during 1956-2008 [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 15 (4): 405-417.