1. 引言
川藏铁路是中国境内一条连接四川省与西藏自治区的快速铁路，呈东西走向，东起四川省成都市、西至西藏自治区拉萨市。川藏铁路横跨中国地形最多、最复杂的区域，需要面对地形落差、板块活动、复杂地质、高原高寒等诸多问题。
大部分研究是以青藏高原整体作为研究对象，青藏高原近40年地表温度的升温率为0.17℃/10a，全球升温率为0.124℃/10a，青藏高原地区的温度变化幅度较大，反映出该地区对全球变暖更为敏感(柏露等，2018) [1]。青藏高原中东部地区的增暖速度表现为东南部、北部、西部增暖快，中部增暖慢(杨倩等，2020) [2]。近40年来，青藏高原大部分地区的年平均气温、最高气温和最低气温均有显著上升，其中最低气温上升速率是最高气温的1到3倍；气温日较差显著减小；冬季升温最为显著，夏季升温较小，有些地区甚至降温(马晓波等，2003) [3]。对于青藏铁路沿线温度的研究较多，青藏铁路沿线年平均地温的升温率为0.37℃/10a，升温率与海拔高度呈负相关(李栋梁等，2005) [4]。青藏高原地区的地表温度呈现边缘地区高、中心地区低，由边缘地区向中心地区递减的变化趋势；呈现变暖趋势，且随着海拔高度的降低，地表温度增暖趋势越剧烈[5]。
通过分析川藏铁路沿线地表温度的变化特征，可以深入了解这片区域的地表温度分布规律以及长期趋势，为川藏铁路的设计和工程提供科学依据，优化施工方法，确保铁路的高质量建设。有助于评估气候变化带来的风险，提高铁路抗风险的能力，为川藏铁路后续运营和维护提供有力的气象保障[6]。
2. 资料与方法
2.1. 资料
采用来自欧洲中期天气预报中心的ERA5中1950至今的陆地月平均再分析资料：1950年1月~2023年12月的深度为0~7 cm的土壤温度。
地理空间数据云的SRTMDEMUTM 90M分辨率数字高程数据产品数据集。
2.2. 方法
1) 建立温度变量与时间或海拔高度序列之间的一元线性关系：+ b，i = 1，2，3，...，n。与相对应，为年份或者海拔高度。为线性回归常数，b为线性倾向系数。判定温度变量随时间变量或海拔高度变量的显著性用α来判定，本文α取0.05。
2) 利用川藏铁路沿线的空间数据文件，对气象数据进行掩膜，保留文件内的有效区域，按照所需时间处理，分为所有时间步长和各季节，然后对数据处理结果进行可视化。
3. 川藏铁路沿线地表温度变化特征分析
3.1. 1950~2023年地表温度整体分布和季节空间分布
图1为川藏铁路沿线1950~2023年平均地表温度的空间分布图，平均地表温度大致由东向西逐渐递减[7]，其平均地表温度的分布范围在−12℃~20℃之间。其中，成雅段和林芝南部处于多年平均地表温度的高值区，平均地表温度为12℃~20℃；理塘和康定地区多年平均地表温度范围为4℃~8℃，昌都地区有一条明显的平均地表温度中值区，平均地表温度为4℃~8℃，拉林段多年平均温度为4℃~8℃；多年平均地表温度低值区主要分布在铁路从理塘经昌都到林芝这一部分以及拉林段沿线南北两侧，多年平均地表温度的范围为0℃~4℃，在川藏铁路昌都至林芝部分南部出现大范围低值区，最低平均地表温度低至−4℃。
Figure 1. Spatial distribution of mean land surface temperature along the Sichuan-Tibet Railway from 1950 to 2023
图1. 川藏铁路沿线1950~2023年平均地表温度的空间分布图
图2为1950~2023年各季平均地表温度空间分布图，春季平均地表温度的分布范围在−12℃~20℃。成雅段以及林芝南部低海拔地区处于春季多年平均地表温度高值区，这些区域的地表温度在8℃~20℃之间，其中成雅段平均地表温度为全线最高，达到16℃~20℃；拉林段和康定至昌都段地表温度的范围为0℃~8℃，拉萨位于河谷地带平均地表温度大部分为4℃~8℃，有小范围达到8℃~12℃；最低值出现在昌都–林芝段的南北两侧以及拉林段的北部，为−8℃~0℃，其中昌都–林芝段南部和拉林段北部小部分地区地表温度的分布范围在−8℃至−4℃，林芝最北部出现极少部分地区多年春季平均地表温度低至−12℃。
夏季平均地表温度的分布范围在−8℃~28℃，铁路沿线最低温与最高温差值为36℃，是四个季节中差值最大的季节。成都地区最高达24℃~28℃；康定、理塘、昌都峡谷地区[8]、林芝以及拉萨盆地地表温度为8℃~20℃，其中理塘地区、昌都除河谷以外的地区和拉林段南北两侧的平均地表温度一般在8℃~12℃；1950~2023年夏季平均地表温度低值区面积明显相比于春季明显减小，主要分布在林芝–昌都的中部，大部分平均地表温度分布在0℃~8℃之间，仅有极少部分地区达到−8℃至−4℃。
春季
夏季
秋季
冬季
Figure 2. Spatial distribution of land surface temperature by season
图2. 各季平均地表温度的空间分布图
秋季平均地表温度的分布范围为−6℃~21℃。成都地区高值区面积减小，整体东退，相比于夏季，平均地表温度降低6℃~7℃；理塘、昌都、林芝和拉萨大部分地区的地表温度为3℃~12℃，康定和拉萨河谷地区秋季的平均地表温相比于夏季度下降6℃~7℃；秋季平均地表温度的低值区面积相比于夏季增大，主要分布在拉萨西北以及东北地区，林芝与昌都的交界处，温度可达−6℃~3℃，极少部分地区为−6℃~0℃。
冬季平均地表温度的分布范围为−12℃~12℃。成雅段以及林芝南部地区平均地表温度的分布范围为3℃~12℃，其中最高平均地表温度范围继续东退；康定至昌都段以及拉林段的地表温度为−3℃~0℃，相比于秋季下降6℃；平均地表温度低值区主要分布在昌都和拉萨附近，平均地表温度为−6℃至−3℃，少部分地区低至−12℃至−6℃，其中铁路部分穿过平均地表温度为−6℃至−3℃区域。
3.2. 1950~2023年地表温度年变化趋势和季变化趋势
图3可知，川藏铁路沿线1950~2023年平均地表温度呈上升趋势，其升温率为0.07℃/10a，74年平均地表温度为5.56℃，拟合度量为0.176，通过了95%的置信区间的显著性检验。1950年至2000年有明显波动，但年平均地表温度仍然缓慢上升，其中70年代与80年代年平均地表温度明显偏低，仅有1971年、1972年、1973年等6个年份高于平均值；从2000年，川藏铁路沿线年平均地表温度明显偏高，仅2000年、2002年、2004等5个年份低于所有年份平均地表温度，21世纪10年代对川藏铁路沿线地表温度升高贡献最大。
Figure 3. Annual trend of land surface temperature
图3. 地表温度年变化趋势
图4可以看出，春季升温率为0.05℃/10a，拟合度量为0.035，春季平均地表温度约为3.56℃，没有通过95%的显著性检验。夏季地表温度升温率为0.1℃/10a，拟合度量为0.199，平均地表温度为12.74℃。秋季地表温度升温率为0.06℃/10a，拟合度量为0.061，秋季平均地表温度约为6.59℃。冬季升温率为0.07℃/10a，拟合度量为0.239，川藏铁路沿线所有年冬季平均地表温度约为−0.65℃，总体呈上升趋势且仅次于夏季。川藏铁路沿线四季平均地表温度中，所有季节都在2000年后开始大幅增温，并且大部分平均地表温度高于平均值，说明开始进入增温时期[9]，其中夏季和冬季升温明显，拟合度量也较大。
Figure 4. Annual trend of land surface temperature
图4. 各季节地表温度变化趋势
Figure 5. Correlation between land surface temperature and altitude
图5. 地表温度与海拔高度相关性
3.3. 地表温度和海拔高度的相关性
由图5可以看出降温率为0.3℃/100 m，拟合度量为0.839接近1，说明海拔高度是地表温度变化的重要因素，植被覆盖等其他因素对地表温度影响较小；观察实际数据发现，川藏铁路沿线各格点的地表温度主要分布在0℃~18℃之间，高海拔地区地表温度大部分为0℃~5℃，低海拔地区地表温度多在15℃~18℃；海拔高度的分布范围为400~6000 m，低海拔地区主要在300~500 m，高海拔地区主要为4000~6000 m；结合图1来看，低海拔地区主要为成雅段沿线，少部分分布在林芝河谷地区，高海拔地区主要集中在昌都至拉萨沿线周边山脉。
图6为地表温度在0~6000 m不同海拔的变化趋势，海拔间隔区间为1000 m，均通过95%的显著性检验。0~1000 m地表温度主要集中在16℃~18℃，降温率为0.77℃/100 m，降温率为铁路全线最大，拟合度量为0.62，海拔对地表温度影响较大。1000~2000 m的降温率为0.32℃/100 m，2000~3000 m为0.5℃/100m，这两张图中实际数据较少，说明川藏铁路沿线这两个海拔高度的地区较少，主要为河谷、峡谷地
Figure 6. Correlation between land surface temperature and altitude at each altitude
图6. 地表温度与各海拔高度相关性
区。3000~4000 m、4000~5000 m这两个区间上地表温度降温率为0.14℃/100 m，4000~5000 m地表温度明显集中在2℃~6℃这个区间，这两张图中实际数据多，主要为铁路沿线上的山脉或高原地区。5000~6000 m的降温率为0.17℃/100 m，此段地表温度为−2℃~6℃，地表温度为全线最低。
4. 结论
本文研究了川藏铁路沿线地表温度的整体空间分布、季节空间分布、地表温度的年变化、季变化，以及地表温度随海拔高度的整体变化和不同海拔的变化，并得出以下结论：
(1) 沿线地表温度各季节的空间分布和整体分布规律相似，整体呈现东高西低的分布规律。
(2) 沿线地表温度呈上升趋势，地表温度升温率为0.07℃/10a。
(3) 铁流沿线夏季地表温度升温明显，为0.1℃/10a。
(4) 地表温度随着海拔升高而降低，地表温度降温率为0.3℃/100m。
(5) 沿线地表温度在不同海拔上的降温率不同，降温率大致随海拔高度升高而变小。