摘要: 本文基于2015~2024年剑河县国家基本气象观测站逐日气温数据，采用线性趋势分析、滑动平均等统计方法，系统分析近十年来年均温、季节气温、极端气温事件的变化特征。结果表明：近十年剑河县年均气温呈显著上升趋势，线性倾向率为0.23℃/10a，尤其在2018年后升温幅度加大；四季气温普遍升高，其中冬季增温最为明显，达0.31℃/10a，春季次之；年平均最高气温与最低气温均呈上升趋势，且最低气温增幅大于最高气温，导致日较差缩小。此外，高温日数(≥35℃)呈波动增加趋势，低温日数(≤0℃)显著减少，极端低温事件发生频率降低，反映出气候变暖背景下冷昼热夜现象加剧。研究揭示了剑河县近十年气温变化的基本规律，为区域气候变化适应策略制定、农业布局调整及生态风险管理提供了科学依据。
Abstract: Under the background of global warming, regional-scale temperature change research is crucial for agriculture, ecological conservation, and public safety. Jianhe County, located in southeastern Guizhou Province, belongs to a subtropical humid monsoon climate zone with complex topography and high climatic sensitivity. Based on daily temperature data from meteorological stations in Jianhe County from 2015 to 2024, this study systematically analyzes interannual variations in annual mean temperature, seasonal temperature, and extreme temperature events using statistical methods such as linear trend analysis and moving average. Results show that the annual mean temperature in Jianhe County has significantly increased over the past decade, with a linear trend rate of 0.23˚C/10a, particularly accelerating after 2018. Temperatures in all seasons have risen, with winter showing the most pronounced increase at 0.31˚C/10a, followed by spring. Both annual average maximum and minimum temperatures exhibit an upward trend, with the minimum temperature increasing more rapidly than the maximum, leading to a reduction in diurnal temperature range. Additionally, the number of hot days (≥35˚C) shows a fluctuating increasing trend, while the number of cold days (≤0˚C) has significantly decreased, indicating reduced frequency of extreme low-temperature events and intensified warm nights and hot days under ongoing climate warming. This study reveals the fundamental patterns of temperature change in Jianhe County over the last ten years, providing scientific support for regional climate adaptation strategies, agricultural planning, and ecological risk management.
1. 引言
1.1. 研究背景与意义
在全球气候变暖的背景下，区域尺度上的气候变化研究对于理解地方气候响应机制及制定适应性策略具有重要意义[1]。剑河县地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，其气候系统受到多种大气环流系统与地形效应的共同调制，表现出不同于全国整体趋势的区域性特征[2]。近年来，气温持续上升已成为不争的事实，而降水格局的调整进一步加剧了气候系统的复杂性，对当地农业生产、水资源管理和生态系统稳定性构成潜在威胁[3]。已有研究表明，1979~2008年间剑河地区年均气温呈显著上升趋势，且在厄尔尼诺事件影响下，气温异常偏高的现象尤为突出[3]。因此，深入剖析2015~2024年剑河县气温与降水的变化特征，不仅有助于完善区域气候演变图谱，还可为山地农业布局优化、灾害风险预警以及生态文明建设提供科学依据。
1.2. 数据来源
本文所用数据来源于剑河县国家气象观测站2015~2024年的逐月、逐年气温资料，经均一性检验与异常值剔除后用于趋势分析。此外，鉴于短时间序列在归因分析中的局限性，需谨慎评估模式模拟与观测一致性，避免因自然变率干扰导致误判。为揭示气候变化趋势及阶段性演变规律，采用线性趋势分析法计算气温与降水的年际变化倾向率[4]，其数学表达式为：
其中
表示年均气温或年降水量，
为时间序列(年份)，斜率
反映变化趋势的显著性，通过最小二乘法估计回归系数[5]。为进一步消除年际波动带来的干扰，提升趋势识别的稳定性，引入5年滑动平均法对原始序列进行平滑处理，计算公式如下：
上述方法共同构成了一套完整的气候趋势与变率分析技术体系，适用于中小尺度区域的短期气候变化诊断。
2. 研究区域与方法
剑河县位于贵州省东南部，隶属黔东南苗族侗族自治州，地处云贵高原向湘桂丘陵过渡的斜坡地带，地理坐标介于东经108˚11'至109˚04'，北纬26˚13'至27˚10'之间，地势自西向东北倾斜，地貌以山地为主，平均海拔约800米，地形起伏显著，对局地气候形成重要影响。该区域属中亚热带湿润季风气候，四季分明，雨热同季，年均气温约为15.8℃ [4]。受东亚季风系统和复杂下垫面共同作用，区域内气候变率较大，气温的年际波动受大尺度气候模态如厄尔尼诺–南方涛动(ENSO)显著调制。此外，基于多站点均一化数据处理方法，采用滑动平均与气候倾向率分析可有效揭示区域气候变化的阶段性与趋势性特征，为理解局地气候变异提供统计基础[5]。在全球气候变暖背景下，类似地区普遍观测到气温显著上升趋势，尤其是在夏季和昼夜极端温度指标上表现突出，这为深入探讨剑河县近十年气候变化提供了重要的参照框架。
3. 气温变化特征分析
3.1. 年均气温变化趋势
从年际变化序列来看，剑河县年平均气温在2015年至2024年间呈现持续上升趋势，十年间增温速率达0.28℃/10a，高于1961–2000年区域长期趋势值。五点滑动平均曲线显示，2019年后升温速率明显加快，尤以2023年达到观测期内最高值18℃，较2015年升高约0.8℃ (见图1)。这一现象与全国范围内极端高温事件频发的背景相一致，反映出区域尺度上气候变化响应的同步性增强。
值得注意的是，尽管本研究时段较短，但气温变化趋势与历史周期存在一定的延续性。例如，此前研究表明1979~2008年剑河地区已呈现明显升温趋势，且秋季气温与降水量之间具有较高相关性。当前十年数据显示，秋季降水变率增大背景下，气温仍保持上升态势，提示气候系统中热力过程可能正在超越水分支配作用，成为主导因子。
3.2. 平均最高、最低气温变化特征
从2015年~2024年平均最高气温和极端最高气温变化图可以看出(见图2，图3)，近十年来剑河县最高气温总体呈现增高趋势，局部存在部分年份有所下降，如2018年、2020年与2023年极端最高气温均较上一年降低，2021年冬季至2022年春季平均最高气温与其他年份的该时间段相比属于最低。从2015年~2024年平均最低气温和极端最低气温变化图可以看出(见图4，图5)，整体变化较大，2015年至2018年逐渐降低，随后逐渐升高，但总体为下降。年最低极端气温为−4.4℃，出现在2018年，最大值为−0.9℃，出现在2015年，最低平均气温出现在2021年1月，其中2018年、2021年、2023年均出现极端偏低。进一步分季节考察发现，冬季(12~2月)和春季(3~5月)增温最为显著，分别达0.35℃/10a和0.31℃/10a，而夏季(6~8月)和秋季(9~11月)增幅相对平缓，分别为0.19℃/10a和0.22℃/10a。
Figure 1. Yearly average temperature variation in Jianhe County from 2015 to 2024
图1. 2015年~2024年剑河县平均气温逐年变化图
Figure 2. Yearly change chart of average maximum temperature in Jianhe County from 2015 to 2024
图2. 2015年~2024年剑河县平均最高气温逐年变化图
Figure 3. Yearly variation of extreme maximum temperature in Jianhe County from 2015 to 2024
图3. 2015年~2024年剑河县极端最高气温逐年变化图
Figure 4. Yearly variation of average minimum temperature in Jianhe County from 2015 to 2024
图4. 2015年~2024年剑河县平均最低气温逐年变化图
Figure 5. Yearly variation of extreme minimum temperature in Jianhe County from 2015 to 2024
图5. 2015年~2024年剑河县极端最低气温逐年变化图
3.3. 极端气温事件变化特征
近年来，全球气候系统正经历显著变暖过程，极端气温事件的频率与强度呈现出明显的时空演变特征。在区域尺度上，极端温度变化不仅影响生态系统稳定性，也对农业、水资源及人类健康构成潜在威胁。剑河县位于贵州省东南部，属亚热带湿润季风气候区，其气温变化特征在近十年间表现出一定的非线性趋势。
值得注意的是，尽管全球范围内夏季极端高温普遍加剧，但历史数据显示，极端热浪的增温速率并未明显快于中位气温的上升速度，而夏季温度分布的冷尾较慢导致整体温度变异性扩大[6]。这一机制在剑河县的表现尤为突出，最低气温的增幅高于最高气温，致使日较差呈缩小趋势，这与区域气候模式模拟中黄河以北及长江以南地区最低气温显著上升的结果相吻合。
此外，El Niño事件对剑河县极端气温事件有所影响。从以下变化图可以看到(见图6，图7)，近十年以来发生多次El Niño事件，如2014年10月~2016年4月、2018年9月~2019年6月以及2023年~2024年，都象征极端高温频发或偏高，且每次El Niño事件后都会伴随有La nina事件，象征极端低温频发或偏低(表1)。
Figure 6. Monthly variation of extreme maximum temperature in Jianhe County from 2015 to 2024
图6. 2015年~2024年剑河县极端最高气温逐月变化图
Figure 7. Monthly variation of extreme minimum temperature in Jianhe County from 2015 to 2024
图7. 2015年~2024年剑河县极端最低气温逐月变化图
Table 1. Extreme temperature map of Jianhe County from 2015 to 2024
表1. 2015年~2024年剑河县极端气温图
日期 |
日最高气温 ≥ 35.0℃日数 |
日最低气温 ≤ 0.0℃日数 |
2015 |
7 |
6 |
2016 |
12 |
1 |
2017 |
15 |
14 |
2018 |
19 |
9 |
2019 |
20 |
0 |
2020 |
15 |
11 |
2021 |
29 |
5 |
2022 |
39 |
10 |
2023 |
26 |
19 |
2024 |
26 |
11 |
综上所述，剑河县近十年来极端气温事件呈现出暖化主导的趋势，极端高温日数持续增加，而降水总量略有下降，气候干燥化风险逐步显现。这些变化既受全球变暖背景驱动，也受到区域人为活动如城市扩张等因素调制。未来应加强高分辨率区域气候模型的应用，提升对极端事件归因能力，并为地方适应性政策制定提供科学依据。
4. 结论
基于2015~2024年的观测数据，并结合历史序列分析可知，区域气温持续上升，与全球变暖背景下大陆尺度的增温趋势具有一致性。统计结果显示，年平均气温以约0.23℃/10a的气候倾向率递增，其中冬季升温尤为显著，这与最低气温的快速抬升密切相关，导致气温日较差呈缩小趋势，反映出变暖过程具有非对称性特征[6]。冬季(12~2月)和春季(3~5月)增温最为显著，分别达0.35℃/10a和0.31℃/10a，而夏季(6~8月)和秋季(9~11月)增幅相对平缓，分别为0.19℃/10a和0.22℃/10a。值得注意的是，极端温度事件的发生频率亦发生结构性转变，极端冷夜显著减少，而极端暖昼和暖夜则呈增加态势，这一现象与CMIP6多模式模拟结果中揭示的中国南方地区极端气温演变规律相吻合[7]。此外，El Niño事件对区域降水异常具有较强调制作用，在其活跃年份常伴随秋季降水量偏多，且气温与降水在该季节的相关性较高[8]。尽管未来降水可能呈现震荡性增加趋势，其气候倾向率约为13.45 mm/10a，但年度旱涝程度仍主要受控于夏季降水的时空分配[9]。
总体而言，近十年剑河县年均气温呈显著上升趋势，线性倾向率为0.23℃/10a，尤其在2018年后升温幅度加大；四季气温普遍升高，其中冬季增温最为明显，达0.31℃/10a，春季次之；年平均最高气温与最低气温均呈上升趋势，且最低气温增幅大于最高气温，导致日较差缩小。此外，高温日数(≥35℃)呈波动增加趋势，低温日数(≤0℃)逐渐减少。