张立友，陈晶，李维海，高见，杨帆，田宝星，孙天一，孙彦坤*

（1.吉林省白城市人工增雨基地，吉林白城 137000；2.巴彦县气象局，哈尔滨 151800；3.黑河市气象局，黑龙江黑河 164300；4.肇源县气象局，黑龙江大庆 166500；5.黑龙江省气象局机关服务中心，哈尔滨 150030；6.黑龙江省气象科学研究所，哈尔滨 150030；7.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

近50年黑龙江省黑土区气温时空变化分析

张立友1，陈晶2，李维海3，高见4，杨帆5，田宝星6，孙天一7，孙彦坤7*

（1.吉林省白城市人工增雨基地，吉林白城 137000；2.巴彦县气象局，哈尔滨 151800；3.黑河市气象局，黑龙江黑河 164300；4.肇源县气象局，黑龙江大庆 166500；5.黑龙江省气象局机关服务中心，哈尔滨 150030；6.黑龙江省气象科学研究所，哈尔滨 150030；7.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

文章以黑龙江省黑土区24个市县1961～2010年的日平均气温数据为依据，运用趋势性分析、MK突变检验分析、空间插值分析，从空间和时间两方面分析黑龙江省黑土区气温时空变化特征。结果表明，黑龙江省黑土区近50年平均气温由北向南逐渐升高，每10年平均气温升高约0.368℃。从气温年代际变化中发现黑土区气温在逐渐升高，其高温区正在向北移动。春夏秋冬四季气温升温幅度存在季节性差异，冬季升温幅度最大，其次是夏季，春、秋两个季节升温幅度较小；黑土区在90年代中期增温十分明显，1988年发生一次显著突变。

黑土区；ArcGIS；气温；空间变化

目前，全国范围来说，变暖的速率地域间差异很大，升幅最高位于我国东北地区[1-5]。目前学者多从黑龙江省整体进行气候变化研究[6-9]，针对黑龙江省黑土区气候变化规律的系统研究较少。黑土区性状好、肥力高、适合植物生长，是黑龙江省重点产粮区，在吉林和黑龙江两省农业生产中占极其重要地位[10]，因此，研究黑龙江省黑土区气温时空变化特征具有重要意义。本文从气温对其时空演变进行定量分析与评价，探讨气候变暖带来年、季及年代际气候变化特征，为研究区域农林业生产提供气候依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选取黑龙江省黑土区24个市县1961-2010年近50年的各个气象站点（如图1）通过实地观测记录气温数据[12]。

图1 黑龙江省黑土区气象台站分布Fig.1 Distribution of meteorological observation stations in black soil area in Heilongjiang Province

1.2 方法

本文以ArcGIS软件为平台，利用1961～2010年50年黑龙江省黑土区24个气象站点的气温数据，用来研究黑龙江省黑土区气温时空变化特征。

克立格插值法是目前地统计学中应用最广泛的最优内插法，利用已知点数据去估计未知点数值，其实质是1个实行局部估计的加权平均值[11-13]。克立格法以区域化变量理论为基础，变异函数为分析工具，对空间分布具有随机性与结构性的变量的研究具有独特的优点[14]。克立格插值法不仅加入了海拔因子对插值运算点的影响，还克服了受距离样本点远近的影响，所以选用克立格插值法[15]。

克立格插值法又称空间局部插值法，是以变异函数理论和结构分析为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的一种方法是地统计学的主要内容之一[15-17]。

式中，Z(χ0)为未知样点的值，Z(χi)为未知样点周围的已知样本点的值，λi为第i个已知样本点对未知样点的权重，n为已知样本点的个数。

2 结果与分析

2.1 黑龙江省黑土区1961～2010年平均气温空间变化分析

根据近50年黑龙江省黑土区24个市县日平均气温，计算出50年年平均气温数据，应用Arc⁃GIS9.3软件生成气温空间分布图（如图2）。基于黑土区50年平均气温栅格数据得知，黑龙江省黑土区24个市县近50年平均气温分布在0.156～4.720℃，年平均气温为2.708℃，年平均最低气温出现在黑土区北部为0.156℃，东南部、西南部和南部地区气温稍高，最高达4.720℃。总体上，黑土区的东部及中南部地区近50年平均气温略高，而北部地区近50年平均气温比较低，黑土区其余市县50年平均气温均处于1.454～4.230℃。

图2 黑土区1961～2010年平均气温空间分布Fig.2 Distribution of annual air temperature in black soil area during 1961-2010

图3 黑土区气温年代际变化空间分布Fig.3 Distributions of inter-decadal variation of air temperature in black soil area

2.2 黑龙江省黑土区气温年代际变化空间分析

为研究黑土区气温的年代际变化空间特征，根据黑土区24个气象台站观测到的气温值，分析得出气温年代际变化分布（如图3）。从空间分布看，黑土区气温在逐渐升高，高温区面积整体呈扩张趋势，这是由于黑龙江省最低气温显著升高造成的。黑土区年平均气温各年代空间变化趋势基本一致，表现为自西向东两边地区高于中部地区，由北向南下降的变化趋势，反映黑土区年平均气温的准西南-东北向差异。

从气温年代际变化分布看，黑土区平均气温总体显示为上升趋势，但各年代际均温的气温距平并不一致（如表1），最高距平为0.750℃，最低距平为-0.027℃。20世纪60、70年代气温偏低，80年代中期进入波动增温阶段，90年代中期后增温显著，21世纪初是50年以来的最高温期。

表1 黑土区气温年代际均温值和气温距平Table 2 Average air temperature and departure in inter-decadal variation in black soil area(℃)

2.3 黑龙江省黑土区四季平均气温空间变化分析

如图4所示，黑土区四季分明，南北地区有明显的差距，四季年平均气温均呈现出由南向北逐渐降低趋势，哈尔滨及双鸭山地区形成气温较高的高温中心地带。由表2可见，近50年黑龙江省黑土区春季年均温为-5.213℃，空间温度差达到5.0℃，与其他三季相比，春季气温变幅最小为7.973℃；夏季年均温为18.551℃，空间温度差为2.4℃，近50年来变幅较大为15.791℃；秋季年均温为12.860℃，空间温度差为3.6℃，气温变化幅度略小为10.100℃；冬季年均温为-15.160℃，空间温度差7.1℃，冬季气温变幅最大为17.920℃，说明，冬季增暖对年平均气温的升高贡献最大，春季贡献最小。

图4 黑土区平均气温四季变化空间分布Fig.4 Distributions of seasonal variation of air temperature in black soil area

表2 黑土区四季均温值和气温变幅Table 2 Average air temperature and amplitude in four seasons in black soil area(℃)

2.4 黑龙江省黑土区1961～2010年平均气温时间变化趋势性分析

近50年变化趋势为y=0.0368χ+2.0319，结果见图5。近50年的平均气温变化呈现上升趋势，每10年平均气温增长速率为0.368℃，即50年来黑土区年平均气温每年升高约0.0368℃。年平均气温最低值出现在1969年为0.939℃，年平均气温最高值为4.878℃（2007年），两者相差3.939℃。

图5 黑土区年平均气温趋势变化分析Fig.5 Trend prediction of average annual air temperature in black soil area

2.5 黑龙江省黑土区1961～2010年平均温度突变检验分析

在MK突变检验中，如果在临界区间±2.58间UF（实线）与UB（虚线）有1个交点，即认为序列产生突变，该交点为突变的开端。

如图6显示，在1963-1983年间UF的值<0，说明年平均气温呈下降趋势；自此后UF的值>0，表明年平均气温呈上升趋势。年平均气温开始缓慢增长并于90年代中期后超出临界线，增温趋势变得明显，且一次明显的气温突变发生在1988年，说明气候由冷向暖转变，其后气温达到一个显著增暖时期。

图6 黑土区年平均气温Mann-Kendall（MK）突变检验分析Fig.6 Mann-Kendall test of annual air temperature in black soil area

3 讨论

将空间插值法引入气温的研究较多，但应用在黑龙江省气温变化研究中的较少，且气温变化研究的时间尺度较短。本文将研究时间尺度扩展至近50年，所用气温数据资料较新，利于提高数据插值的精确性，能够直观地观测到黑土区气温的多时间尺度空间变化。

本文只选取气温变化进行研究，涵盖的指标比较单一，没能加入其他气象指标，如能综合考虑气温、降水、相对湿度等因子，可对黑龙江省气候变化的原因有更全面的认识。

4 结论

a.黑龙江省黑土区50年的气温变化总体呈上升趋势，每10年增温率为0.368℃。黑土区北部平均气温偏低，而东部及中南部平均气温比较高，黑土区高温区面积不断增长。

b.20世纪80年代中期以前气温明显偏低，从80年代后期开始气温明显偏高。气温年代际变化整体上呈升高趋势。

c.黑土区平均气温的季节变化中，夏冬两季平均气温幅度变化较大，尤其以冬季明显，四季变化显著。

d.在MK突变检验中，黑土区年平均气温表现出明显的升温趋势，自20世纪70年代中期开始缓慢增温，80年代末期增温趋势变得明显，随后黑土区进入一个显著变暖时期。

[1]于梅,邢俊江,于洪敏.黑龙江省近46年的气温变化[J].自然灾害学报,2009,18(3):158-164.

[2]符淙斌,黄燕.亚洲的全球变化问题[J].气候与环境研究, 1996,2(1):97-112.

[3]Houghton J.全球变暖[M].戴晓苏,石广玉,董敏,等.译.北京:气象出版社,2001.

[4]丁一汇,任国玉,赵宗慈,等.气候变化国家评估报告(I):中国气候变化的历史和未来趋势[J].气候变化研究进展,2006,2 (1):3-8.

[5]潘华盛,张桂华,徐南平.20世纪80年代以来黑龙江气候变暖的初步分析[J].气候与环境研究,2003,8(3):348-355.

[6]高永刚,那济海,顾红等.黑龙江省气候变化特征分析[J].东北林业大学学报,2007,35(5):45-47.

[7]刘玉莲,吴洪宝.用SSA-MEM分析黑龙江省近45年气温变化[J].黑龙江气象,2004,22(1):16-19.

[8]Hong Y T,Wang Z G,Jiang H B,et al.A 6000-year record of changes in drought and precipitation in northeastern China based onδ13C time series from peat cellulose[M].Beijing:Earth Planet Sci Lett,2001:111-119.

[9]Yang B,Braeuning A,Johnson K R,et al.General characteristics of temperature vartation in China during the last two millennia [R].Gephys Res Letts,2002,29(9):381-384.

[10]张中美.黑龙江省黑土耕地保护对策研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2009.

[11]赵军,商磊,蕊翠萍,等.基于GIS的黑土区土壤有机质空间变化分析[J].农业系统科学与研究2006,22(4):304-307.

[12]张健.南京市大气环境污染点源数据的空间插值方法[D].南京:南京信息工程大学,2009.

[13]杨凤海,杨凤江,苏琦,等.基于ArcGIS的黑龙江省活动积温空间插值与计算[J].东北农业大学学报,2010,41(1):61-66.

[14]谢云峰,张树文.基于数字高程模型的复杂地形下的黑龙江平均气温空间插值[J].中国农业气象2007,28(2):205-211.

[15]玄明君.黑龙江省黑土区气候时空变化特征分析[D].哈尔滨:东北农业大学,2011.

[16]张敏,贺鹏飞,陈伟强.基于GIS和地统计学的土壤养分空间变异分析[J].东北农业大学学报,2010,41(3):53-58.

[17]汤国安,杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].北京:科学出版社,2006.

Temporal and spatial variations in air temperature during 1961-2010 over black soil area of Heilongjiang Province

ZHANG Liyou1,CHEN Jing2,LI Wei
hai3,GAO Jian4,YANG Fan5,TIAN Baoxing6,SUN Tianyi7,SUN Yankun7（1.Jilin Provincial Baicheng Artificial Rainfall Base,Baicheng Jilin 137000,China;2.Bayan Meteorological Bureau,Harbin 151800, China;3.Heihe Meteorological Bureau,Heihe Heilongjiang 164300,China;4.Zhaoyuan Meteorological Bureau,Daqing Heilongjiang 166500,China;5.Logistic Service Centre of Heilongjiang Meteorological Bureau,Harbin 150030,China;6.Heilongjiang Academy of Meteorological Sciences, Harbin 150030,China;7.School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

Based on the daily air temperature data in the 24 meteorological stations in the black soil area in Heilongjiang Province from 1961 to 2010 and with three methods-Trend Prediction,Mann-Kendall Test,and Spatial Interpolation Analysis,this paper made an analysis of the chronic and spatial temperature features in the black soil areas.The annual variation,seasonal and inter-decadal variation of air temperature were summarized and analyzed.It showed that the annual temperature increased gradually from north to south during the period of 50 years.The warming rate of annual mean temperature in black soil area was0.368 per10 years.The study suggested that the annual mounting trend of the temperature in Heilongjiang Province varies greatly on the inter-decadal time scales.High temperature region moved to north.The warming trends had the season difference.It behaved stronger in winter and weaker in spring.On the timescale of 50 years,there was an obvious truth of warming and abrupt change on the temperature of black soil area in Heilongjiang Province,abrupt change point was 1988.

black soil area;ArcGIS;temperature;spatial variation

S162.1；P468.0+21

A

1005-9369（2014）02-0048-06

2012-10-24

UNDP绿色发展项目（CPR/06/209）

张立友（1964-），男，高级农艺师，研究方向为气象生态。E-mail:zhangliyou66@sina.com

*通讯作者：孙彦坤，教授，博士生导师，研究方向为气象生态。E-mail:yk-sun@163.com

时间2014-1-17 16:40:02[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140117.1640.012.html

张立友,陈晶,李维海,等.近50年黑龙江省黑土区气温时空变化分析[J].东北农业大学学报,2014,45(2):48-53.

Zhang Liyou,Chen Jing,Li Weihai,et al.Temporal and spatial variations in air temperature during 1961-2010 over black soil area of Heilongjiang Province[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(2):48-53.(in Chinese with English abstract)