近65年?yáng)|蘭縣氣溫的時(shí)空變化特征分析

覃笠瑜 黃珩 劉芳

摘要 利用東蘭國(guó)家氣象觀測(cè)站1958—2022年氣溫以及縣域內(nèi)其他自動(dòng)氣象站的觀測(cè)資料，采用了一元線性回歸分析法和ArcGIS軟件的Kriging法插值，分析東蘭縣近65年氣溫變化特征和氣溫的分布特征，結(jié)果表明：近65年來(lái)東蘭縣年平均氣溫總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，與全球氣候變暖趨勢(shì)基本一致，氣溫變化傾向率為0.109 ℃/10年。

關(guān)鍵詞 氣溫；氣候變暖；GIS空間插值；東蘭縣

中圖分類號(hào)：P423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）09–0-04

自從1992年聯(lián)合國(guó)大會(huì)發(fā)布《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》，氣候變化成為全球熱點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在全球變暖的背景下，中國(guó)年平均地表氣溫明顯升高，廣西氣溫也呈升高的趨勢(shì)，高溫和強(qiáng)降水事件增加，低溫冷害事件減少，研究區(qū)域不同氣溫的變化也存在一定的差異[1-6]。近年來(lái)，隨著氣象站點(diǎn)分布逐漸增加和氣象數(shù)據(jù)的積累，可進(jìn)一步研究東蘭縣氣溫變化相對(duì)于全球變暖響應(yīng)的差異，以加深對(duì)該區(qū)域氣候變化及其成因的理解。

1 資料來(lái)源和分析方法

1.1 資料來(lái)源

東蘭國(guó)家氣象觀測(cè)站1958—2022年65年的氣溫?cái)?shù)據(jù)，包括年平均氣溫、年平均最高、最低氣溫、年極端最高和最低氣溫，以及氣象站經(jīng)度、緯度、海拔等。

東蘭國(guó)家氣象觀測(cè)站、巴疇氣象觀測(cè)站、隘洞氣象觀測(cè)站、長(zhǎng)樂(lè)江板水庫(kù)氣象觀測(cè)站、長(zhǎng)樂(lè)永模氣象觀測(cè)站、泗孟氣象觀測(cè)站、武篆氣象觀測(cè)站、花香氣象觀測(cè)站、金谷氣象觀測(cè)站、切學(xué)切亨氣象觀測(cè)站2013—2022年（建站至今）10年的年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)以及氣象站經(jīng)度、緯度、海拔等用于ArcGIS空間插值。

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1：25萬(wàn)地理信息數(shù)據(jù)，利用ArcGIS提取東蘭縣DEM數(shù)據(jù)和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政邊界。

1.2 分析方法

第一，采用一元線性回歸，分析隨時(shí)間的變化氣溫的變化趨勢(shì)，并對(duì)一元線性回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

y= αx + α0（1）

式（1）中：α0為回歸常數(shù)，α為回歸系數(shù)，x為氣溫指標(biāo)。α0和α可以用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算求得?；貧w系數(shù)α的符號(hào)表示氣溫在一定時(shí)間內(nèi)變化的趨勢(shì)傾向（變冷或變暖），稱為氣溫傾向率；α值的大小反映了隨時(shí)間的推移氣溫上升或下降的快慢程度；α×10則表示氣溫每10年的變化，單位為℃/10年[7]。

第二，利用ArcGIS軟件對(duì)氣溫進(jìn)行空間插值，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于給定數(shù)據(jù)的年均氣溫插值而言，Kriging法效果最好[8-9]。分析東蘭縣氣溫的空間分布特征，氣象站的觀測(cè)氣溫值只能代表氣象站所在地區(qū)局部范圍的氣溫狀況，對(duì)于廣大非氣象站所在地區(qū)的氣溫，只能通過(guò)推算求得[10]。

2 資料的準(zhǔn)確性和一致性說(shuō)明

因東蘭國(guó)家氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)時(shí)間序列較長(zhǎng)，因此需對(duì)數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)的一致性主要是考察氣象數(shù)據(jù)歷史序列是否連續(xù)、一致。氣象站的觀測(cè)記錄序列通常受到氣象臺(tái)站周邊環(huán)境變化、儀器更換、臺(tái)站遷移的影響，影響程度由遷址距離、海拔、站址地形及周圍環(huán)境條件決定，由于東蘭站建站以來(lái)臺(tái)站周邊環(huán)境、觀測(cè)儀器曾發(fā)生變化，因此需檢驗(yàn)東蘭站觀測(cè)數(shù)據(jù)的一致性[11]。利用《氣候可行性論證規(guī)范抗風(fēng)參數(shù)計(jì)算》（QX/T 436—2018）推薦的滑動(dòng)t檢驗(yàn)法對(duì)東蘭站1958—2022年的年平均氣溫序列進(jìn)行均一性檢驗(yàn)。

東蘭站1958—2022年的平均氣溫、氣壓、風(fēng)速、降水量、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)的滑動(dòng)t檢驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可見，東蘭站1958—2022年的平均氣溫?cái)?shù)據(jù)一致性較好，均沒(méi)有發(fā)生突變。

3 平均氣溫的變化特征

3.1 年平均氣溫的變化

通過(guò)對(duì)東蘭國(guó)家氣象觀測(cè)站1958—2022年年平均氣溫資料的分析（圖2），年平均氣溫在19.3（1984年）～21.7 ℃（2020年）之間，歷年年平均氣溫為20.2 ℃。對(duì)東蘭縣近65年的年平均氣溫進(jìn)行線性擬合，得到年平均氣溫趨勢(shì)方程為：y=0.010 9x+19.863，年平均氣溫的變化傾向率為0.109 ℃/10年，通過(guò)了信度α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，故年平均氣溫呈顯著升高的趨勢(shì)；最熱月7月的平均氣溫為27.2 ℃（表1），最冷月1月的平均氣溫為11.1 ℃，氣溫年較差為16.1 ℃。

3.2 年平均氣溫的空間分布特征

東蘭縣境地處云貴高原的南部邊緣，桂西北部山區(qū)，地勢(shì)北高南低，自西北向東南傾斜，位于中、南亞熱帶之間的季風(fēng)氣候區(qū)?？偟臍夂蛱卣魇窍拈L(zhǎng)冬短，雨熱同季，冬暖夏涼，氣候溫和，光照充足。

利用ArcGIS軟件的Kriging法將巴疇氣象觀測(cè)站、隘洞氣象觀測(cè)站等氣象站點(diǎn)10年年平均溫度進(jìn)行空間插值，得到結(jié)果見圖3。

空間插值結(jié)果表明（圖3），東蘭縣2013—2022年的年平均溫度為19.3～20.9 ℃，年平均溫度的分布與海拔相關(guān)，大致呈四周低中部高的狀態(tài)，中部東蘭鎮(zhèn)和三弄瑤族鄉(xiāng)、南部三石鎮(zhèn)武篆鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均溫度較高，Kriging插值結(jié)果為20.1～20.9 ℃；北部金谷鄉(xiāng)和巴疇鄉(xiāng)、東部切學(xué)鄉(xiāng)和花香鄉(xiāng)等高海拔山區(qū)年平均溫度較低，為19.3～19.8 ℃。

3.3 季平均氣溫的變化

對(duì)東蘭縣近65年的平均氣溫的季節(jié)變化進(jìn)行線性擬合，得到四季的氣溫趨勢(shì)方程：春季y=0.001 7x+20.938；夏季y=0.010 7x+26.417；秋季y=0.019x+20.204；冬季y=0.0121x+11.865。

由此得出東蘭縣1958—2022年四季氣溫變化曲線及線性趨勢(shì)（圖4），并對(duì)四季氣溫趨勢(shì)方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)可得：近65年春季的氣溫變化傾向率為0.017 ℃/10年，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，變化趨勢(shì)不明顯；夏季的氣溫變化傾向率為0.107 ℃/10年，通過(guò)信度α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，夏季平均氣溫變化呈明顯升高趨勢(shì)；秋季的氣溫變化傾向率為0.19 ℃/10年，通過(guò)信度α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，秋季平均氣溫變化呈明顯升高趨勢(shì)；冬季的氣溫變化傾向率為0.121 ℃/10年，通過(guò)信度α=0.10的顯著性檢驗(yàn)，冬季平均氣溫變化呈明顯升高趨勢(shì)；近65年?yáng)|蘭縣四季平均氣溫均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中以秋季氣溫變暖幅度最大，冬季次之，春季最小。

4 高、低溫的變化特征

4.1 年平均最高、最低氣溫的變化特征

對(duì)東蘭縣近65年的平均最高、最低氣溫變化進(jìn)行線性擬合，可知，平均最高氣溫y=0.008 1x+25.309；平均最低氣溫y=0.021 4x+16.214。

從平均最高、最低氣溫變化曲線及線性趨勢(shì)（圖5、圖6）可以看出，東蘭縣1958—2022年年平均最高氣溫在24（1984年）～26.9 ℃（1968年）之間，年平均最高氣溫變化傾向率為0.081 ℃ /10年，通過(guò)信度α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，年平均最高氣溫變化呈明顯升高趨勢(shì)；年平均最低氣溫在15.6（1971年）～18.4 ℃（2020年和2021年）之間，年平均最低氣溫變化傾向率為0.214 ℃ /10年，通過(guò)信度α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，年平均最低氣溫變化呈明顯升高趨勢(shì)。

4.2 年平均最高、最低氣溫的空間分布特征

利用ArcGIS軟件的Kriging法將巴疇氣象觀測(cè)站、隘洞氣象觀測(cè)站等氣象站點(diǎn)10年年平均最高、最低溫度進(jìn)行空間插值，得到結(jié)果見圖7。

空間插值結(jié)果表明，東蘭縣2013—2022年的年平均最低氣溫為11.0～13.4 ℃（圖7），北部和東部金谷鄉(xiāng)、切學(xué)鄉(xiāng)和花香鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均最低氣溫較低，為11.0～12.2 ℃，南部和中部東蘭鎮(zhèn)、三弄瑤族鄉(xiāng)和蘭木鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均最低氣溫較高，為12.2～13.4 ℃；東蘭縣2013—2022年的年平均最高氣溫為31.2～34.8 ℃（圖8），大致呈南高北低的趨勢(shì)，北部金谷鄉(xiāng)、巴疇鄉(xiāng)和切學(xué)鄉(xiāng)平均最高氣溫較低，為31.2～31.8 ℃，北部以下鄉(xiāng)鎮(zhèn)為32.4～34.8 ℃，中部三弄瑤族鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均最高溫度最高。

4.3 年極端最高、最低氣溫的變化特征

對(duì)東蘭縣近65年的極端最高、最低氣溫變化進(jìn)行線性擬合，得到氣溫趨勢(shì)方程：極端最高氣溫y=0.015 1x+36.897；極端最低氣溫y=0.042 3x-0.464。

從極端最高、最低氣溫變化曲線及線性趨勢(shì)（圖9、圖10）可以看出，極端最高氣溫的最小值為35.4 ℃，出現(xiàn)在1997年8月20日，極端最高氣溫的最大值為39.5 ℃，出現(xiàn)在2021年8月6日，極端最高氣溫變化傾向率為0.151 ℃/10年，通過(guò)信度α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，極端最高氣溫變化呈明顯升高趨勢(shì)；極端最低氣溫的最小值為-2.4 ℃，出現(xiàn)在1963年1月15日，極端最低氣溫的最大值為4.4 ℃，出現(xiàn)在2020年12月17日，極端最低氣溫變化傾向率為0.423 ℃/10年，通過(guò)信度α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，極端最低氣溫變化呈明顯升高趨勢(shì)；氣候變暖體現(xiàn)在極端最低氣溫上尤為明顯，即年平均最低氣溫每10年上升0.4℃；且極端最高、最低氣溫最大值均出現(xiàn)在21世紀(jì)20年代。

4.4 高、低溫天氣日數(shù)的變化特征

氣象學(xué)上將日最高氣溫≥35 ℃定義為“高溫日”，將東蘭縣近65年每年出現(xiàn)日最高氣溫≥35 ℃天氣日數(shù)進(jìn)行線性擬合，得到高溫日數(shù)趨勢(shì)方程：y=0.329 9x+9.019 7（因最低氣溫＜0 ℃出現(xiàn)的日數(shù)過(guò)少，且從2004年后最低氣溫＜0 ℃的低溫天氣不再出現(xiàn)，故不進(jìn)行分析）。

從高溫天氣日數(shù)變化曲線及線性趨勢(shì)（圖11）可以看出，高溫天氣日數(shù)出現(xiàn)最少的年份在1993年，為1 d；高溫天氣日數(shù)出現(xiàn)最少的年份在2021年，為60 d；高溫天氣日數(shù)方程通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，故呈高溫天氣出現(xiàn)的日數(shù)明顯增加趨勢(shì)。

5 結(jié)論

（1）東蘭縣近65年的年平均氣溫呈顯著升高的趨勢(shì)，年平均氣溫的變化傾向率為0.109 ℃/10年；年平均溫度的空間分布與海拔相關(guān)，大致呈北高南低。

（2）東蘭縣四季平均氣溫均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，秋季氣溫變暖幅度最大，冬季次之，春季最小。

（3）東蘭縣年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年極端最高氣溫、年極端最低氣溫均呈升高的趨勢(shì)；年平均最高、最低氣溫空間的分布在北部、西部和東部的鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫較低，中部和南部的鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣溫較高。

（4）東蘭縣近65年高溫天氣出現(xiàn)的日數(shù)在逐漸變多，低溫天氣日數(shù)在減少甚至不再出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁一匯，任國(guó)玉，石廣玉，等.氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告（Ⅰ）：中國(guó)氣候變化的歷史和未來(lái)趨勢(shì)[J].氣候變化研究進(jìn)展， 2006，2（1）：3-8，50.

[2] 黃建平，陳文，溫之平，等.新中國(guó)成立70年以來(lái)的中國(guó)大氣科學(xué)研究：氣候與氣候變化篇[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)， 2019，49（10）：1607-1640.

[3] 任國(guó)玉，郭軍，徐銘志，等.近50年中國(guó)地面氣候變化基本特征[J].氣象學(xué)報(bào)， 2005（6）：942-956.

[4] 覃衛(wèi)堅(jiān)，李耀先，覃志年.廣西氣溫氣候變化特征研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010， 38（32）：18315-18318.

[5] 王瑩，蘇永秀，李政.1961—2010年廣西氣溫變化對(duì)全球變暖的響應(yīng)[J].自然資源學(xué)報(bào)，2013，28（10）：1707-1717.

[6] 何潔琳，李艷蘭，蔡悅幸，等.廣西區(qū)域氣候變化的研究新進(jìn)展[J].氣象研究與應(yīng)用，2020，41（4）：56-61.

[7] 左曉晴.寬甸縣近60年氣溫變化特征分析[J].江西農(nóng)業(yè)，2017，10（9）：43.

[8] 焦永清，李永鵬，楊軍義，等.基于GIS的氣溫插值方法比較研究[J].礦山測(cè)量，2016，44（2）：69-70，79.

[9] 吳文玉，馬曉群.基于GIS的安徽省氣溫?cái)?shù)據(jù)柵格化方法研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（2）：263-267.

[10] 廖順寶，李澤輝.氣溫?cái)?shù)據(jù)柵格化中的幾個(gè)具體問(wèn)題[J].氣象科技，2004，32 （5）：352-356.

[11] 高翔，高瑞華，丁錫強(qiáng)，等.臺(tái)站搬遷對(duì)氣溫傾向率計(jì)算結(jié)果的影響[J].寧夏農(nóng)林科技，2021，62（3）：55-58，65.

Analysis of Spatio-temporal Changing Characteristics of Temperature in Donglan County in the Past 65 Years

Qin Li-yu et al（Hechi Meteorological Bureau， Hechi， Guangxi 547000）

Abstract Using the temperature data from the Donglan National Meteorological Observatory from 1958 to 2022 and other automatic meteorological stations in the county， the univariate linear regression analysis method and Kriging interpolation method using ArcGIS software were used to analyze the temperature change characteristics and distribution characteristics of Donglan County in the past 65 years. The results showed that the overall average annual temperature in Donglan County had shown a fluctuating upward trend in the past 65 years， which was basically consistent with the global warming trend， The trend rate of temperature change was 0.109 ℃/10 a.

Key words Temperature; Climate warming; GIS spatial interpolation; Donglan County