第31卷第1期2011年3月高原山地气象研究Plateau and Mountain Meteorology Research Vol．31No.1Mar．2011 收稿日期：2011－01－26
资助项目：公益性行业（气象）科研专项经费（GYHY200906014）和中国气象局成都高原气象研究所开放实验室基金LPM2008007作者简介：王荣英，工程师，主要从事天气气候和农业气象工作。E-
mail ：wry_1979@163．com 文章编号：1674－2184（2011）01－0001－05
王荣英1，2，周顺武1，闫巨盛2，王莉萍2
，王
颉
2
（1．南京信息工程大学大气科学学院，南京210044；2．河北省衡水市气象局，衡水053000）
摘要：根据青藏高原地区16个探空站近30a （1979 2008年）的月平均温度资料对该地区高空年、季平均温度演变特征进行了分析。结果表明：（1）高原上空年、 季平均温度均具有较高的空间一致性，其中夏季的一致性特征最弱；（2）高原上空250hPa 层及以下
和50hPa 层及以上平均温度的季节变化特征为冬季最冷、夏季最热，100 70hPa 层与其相反；（3）近30a 来高原地区对流层中上层（500 250hPa ）年平均温度是上升的，对流层上层至平流层下层（150hPa 层及以上）以降温为主，高层的降温普遍始于1984年，
且变冷显著。关键词：青藏高原；高空；温度；时空演变特征中图分类号：P434
文献标识码：A
doi ：10.3969/j．issn．1674－2184·2011．01．001
引言
青藏高原（以下简称高原）由于其复杂的地形和独
特的气候特点而被成为地球“第三极”，对中国、亚洲甚至全球的大气环流都有非常重要的影响［1］
，
也因此备受科学家们的关注。近年来，全球发生了以变暖为主要特征的气候变化，关于高原气温变化的时空特征研究已取
得了一些重要成果
［2 7］
。丁一汇等［7］基于1961 2006年中国地面观测气温资料发现青藏高原地区年和四季地
表气温均呈显著增加趋势，冬季的增暖趋势系数最大，其次是秋季，
春夏相对较小。年平均地表气温增加的信号开始于20世纪80年代中期，但增暖的显著突变发生在20世纪90年代中期；马晓波等［3］分析了高原及其周边地区84个气象站自建站至2001年的月平均气温资料，发现青藏高原气温普遍升高，不同区域年平均气温以0.21 0.42ħ/l0a 的速度增加，不同区域、不同季节、平均气温、最高气温和最低气温均有突变发生。
在地面增暖现象普遍得到证实后，人们开始将气候
变化的研究延伸到整个大气层［8 11］
，因为高空大气是气
候系统的重要组成部分，确定高空气象要素的变化成为
气候变化研究不可缺失的基础。张人禾、周顺武［12］
曾对1979 2002年高原上空温度进行分析，结果表明：平流层低层和对流层上层温度出现降低趋势，降温幅度无论是年平均还是季节平均都比全球平均降温幅度大；对流层中低层温度出现上升趋势，比同纬度中国东部非高原地区的增温趋势更强。
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到目前为止，关于高原上空温度变化的研究仍然较
少，本文根据高原地区16个探空站近30a （1979 2008
年）的各标准等压面月平均温度资料，详细分析了其近30a 各层年、季平均温度的演变特征。
1资料和方法介绍
根据国家气象信息中心气象资料室整理的月平均温度资料，选取出高原上空16个探空站（站点位置见图1）近30a （1979 2008年）各标准等压面（500、400、300、250、200、150、100、70、50、30和20hPa ）资料，分析了11个标准等压面的年平均和季节平均温度的变化特征。文中
分别以1、
4、7和10月表示春、夏、秋和冬季
。使用的统计方法主要有：经验正交（EOF ）分解、气候变化倾向率、
Morlet 小波分析和Mann －Kendall 突变检验等［13］。
2高原上空温度的变化特征
首先利用EOF方法对各探空站近30a各层年平均、季平均温度场进行分解，以了解该区域高空大气温度的空间分布特征。
2.1各层年平均温度的空间分布特征
表1给出了各层年平均温度EOF分解的前8个特征向量场的累积方差贡献。由表可见，50hPa及其以下各高度层的前4个向量场的累积方差贡献均已超过90%，且除20hPa外其它各高度层的第1向量场的方差贡献均超过了70%，表明高原上空各高度层年平均温度的空间分布具有很高的收敛性，这说明在同一大尺度环流系统控制下，高原上空温度升高或降低的步调是比较一致的。
以下选取500hPa（代表对流层）、100hPa（代表对流层顶）和20hPa（代表平流层）EOF分解后的第1模态空间分布（图2）。500hPa年平均温度空间分布的第1模态见图2a，其方差贡献率为78.3%，整个高原地区均为正荷载，大值中心呈东—西向分布于高原东部地区；图2b 为高原上空100hPa年平均温度EOF分解的第1模态，其方差贡献率为86.4%，大值区位于高原中部、北部，小值中心位于高原
东南部的巴塘；从20hPa的第1模态的空间分布（图2c）可以看出大值中心呈西北－东南向分布于高原的中北部，其方差贡献率最低，仅为53.9%。由此可见，全区一致型是高原上空各层年平均温度变化最主要的空间模态。
表1年平均温度EOF分析的前8个特征向量的
累积方差贡献（%）
订飞机票网站各标准
等压面
特征向量场
12345678 500hPa78.2987.492.7595.0196.4997.4698.1898.67 400hPa79.9187.9793.495.1696.4797.2997.8998.37 300hPa77.2785.3992.1694.3295.8196.8397.6898.31 250hPa80.5187.1693.1295.1296.3297.4498.1798.7 200hPa76.9384.1890.1693.0394.9696.1297.197.87 150hPa74.4484.6788.7891.4293.6495.396.4397.3 100hPa86.4290.7993.8795.5296.7697.898.5498.
93 70hPa89.2092.9594.9696.3697.5598.398.7699.13 50hPa81.3786.7790.9793.2495.396.6497.698.43 30hPa74.880.3885.1388.8991.8394.0397.5796.89 20hPa53.9764.6573.3278.9184.1488.7591.8393.98
2.2各层各季节平均温度的空间分布特征
进一步对高原上空各站各层不同季节的温度进行EOF分解，由其第1模态的方差贡献率（表2）可以看出，除20hPa的春季、夏季和30hPa的夏季外，其余各高度层各季节的方差贡献率均在60%以上，表明各季节温度的空间变化同年平均温度一样，具有较高的收敛性，其第1个特征向量能很好地揭示其温度的空间分布特征；还可以看出，夏季的方差贡献率远低于春、秋、冬季和年的方差贡献率。
500、100和20hPa春季平均温度EOF分解第1模态的空间分布（图略）分别与相应高度层上年平均温度EOF分解第1特征向量场的分布相似，其中500hPa大值中心呈东—西向位于高原中东部，100hPa在巴塘有小值中心，大值区位于其西侧、北侧，特征值自高原中部向西递减；20hPa巴塘仍为小值中心，其方差贡献率远低于其它高度层，仅为56.7%。
表2年及各季节平均温度EOF分析的
前1个特征向量的方差贡献（%）
各标准等压面年春季夏季秋季冬季500hPa78.2975.8261.4575.2574.73 400hPa79.9175.0270.3783.1772.19 300hPa77.2772.4665.0985.5272.57 250hPa80.5175.4366.9288.0382.16 200hPa76.9385.4672.4185.3281.25 150hPa74.4470.1468.7172.3969.5 100hPa86.4282.4566.3785.279.34 70hPa89.2088.7474.4683.1481.17 50hPa81.3783.0767.4865.8181.92 30hPa74.872.4352.0167.1284.42 20hPa53.9756.7133.8864.5977.07平均77.5676.1663.5677.7877.85
2高原山地气象研究第31卷
图3是夏季平均温度EOF 分解第1特征向量场的空
间分布图。500hPa （图3a ）的大值中心位于高原东北部，特征值向南、向西递减；100hPa （图3b ）大值区呈西南—东北向分布于高原的中东部；20hPa （图3c ）大值中心位于高原北部略偏东的位置，其方差贡献率是所有高度层年或季平均温度第1模态中最低的，仅为33.9%。
秋季平均温度EOF 分解第1特征向量场的分布如
图4，500hPa （图4a ）层上大值中心位于高原东南部，向西北部递减；100hPa （图4b ）巴塘为小
值中心，分布类似于该高度层年平均温度第1特征向量场；20hPa （图4c ）在都兰和昌都各有一个小值中心，呈南—北向分布
。
500和100hPa 冬季平均温度EOF 分解第1模态的
空间分布（图略）与相应高度层上年平均温度EOF 分解第1模态的空间分布相似，
20hPa 第1特征向量场的分布（图略）与100hPa 层冬季平均温度EOF 分解第1模态的空间分布相似。由上所述，全区一致性是高原上空年、季平均温度变化在空间分布上最主要的空间模态。此外，从表2还可以看出，夏季的一致性特征最弱。
2.3年平均以及各月平均温度随高度的分布特征
既然空间分布的一致性是高原温度变化最主要的空间模态，以下所用到的高原上空各高度层年、季平均温度
的时间序列都是通过对高原16个探空站进行算术平均
后得到的。
图5a 、5b 分别为高原上空年、季平均温度随高度变
化图。由图5a 可见，
年平均温度随高度的变化为：对流层（100hPa 以下）温度随高度递减，其中250hPa 以下温
度随高度递减率较大，约为－1.38ħ/10hPa ；年平均温度最低温度出现在对流层顶（100 70hPa ），
为－68ħ；在70 20hPa 的平流层下层温度随高度大约以3.48ħ/10hPa 的速率递增
。
3
第1期王荣英，等：近30年青藏高原上空大气温度变化特征
各季节平均温度随高度变化曲线与年平均温度相似：对流层温度随高度递减，递减率相差不大（图5b）；平流层温度随高度递增，递增率夏季最大4.54ħ/10hPa，冬季最小为2.36ħ/10hPa。其中季平均最低温度出现在夏季的100hPa（－71.8ħ），而150和30hPa平均温度的季节变化最小。
高原上空各季平均温度的季节变化200hPa及其以下高度层基本上是7月最热，1月最冷；150 70hPa层
1月或2月最热，6月或9月最冷；30 20hPa层6月或7月最热，2月最冷，与全国高空温度变化不同［14］：从地面到高空200hPa层1月最冷，7月最热；100hPa层以上1月最热，8月最冷。
2.4年、季节平均温度变化趋势的垂直分布
以下使用线性回归方法分析高原上空年平均温度线性变化趋势。计算表明，近30a来对流层中上层（250hPa 及以下）年平均温度都是增加的，增温速率随高度增加递减；对流层顶层至平流层下层（200hPa及以上）年平均温度都是下降的，200 70hPa降温速率随高度递增，50hPa 以上降温速率随高度递减，70 50hPa温度下降最明显，≥0.8ħ/10a。
从各季节温度变化倾向率（图略）来看，最大增温速率或最大降温速率均出现在冬季，分别是500hPa和30hPa；秋季各高度层都是变冷的，200 30hPa间的降温速率相对较大，均超过了0.4ħ/10a。
3各高度层温度的事件演变特征
以下采用Morlet小波分析了高原上空年、季节平均温度在不同高度上的多时间尺度变化特征。
3.1年平均温度的小波分析结果
对高空各高度层年平均温度逐一进行小波分析，由小波系数实部和小波方差图（图略）可以看出（表
3第2行），对流层中上层（500 200hPa）温度变化有4 5a和准10a振荡周期，其中400 250hPa准10a振荡信号最强，且周期显著；150 50hPa振荡周期不明显；30 20hPa 也都存在10a振荡周期，其中20hPa振荡周期显著。对流层中下层和平流层底层年平均温度的振荡周期比较一致。
3.2各季节温度的小波分析结果
分别对各层次春、夏、秋、冬4个代表月的月平均温度进行了Morlet小波分析（表3），春季50hPa及以下（除150hPa外）有4 5a的振荡周期，其中200hPa层5a振荡周期显著；夏季200hPa以下9a或6a振荡周期显著，尤其是300 250hPa的9a周期尤为显著；秋季250hPa以下有4a或6a周期，但不显著；冬季250hPa以下有6a周期，其中300 250hPa周期显著。
表3高原上空各层年、季平均温度主要周期（a）
层次（hPa）50040030025020015010070503020年410*10＊＊10－11＊＊5*————————————1010*春季44455*———554－593夏季6*9*9＊＊9＊＊9*——————6———1010秋季6———44——————4655*2冬季666*6*22464———10注：*表示通过0.05信度检验，＊＊表示通过0.001信度检验
3.3年、季平均温度的突变检验
由Mann－Kendall突变检验曲线（图略）可以看出不同高度年平均温度的变化趋势和突变发生时间（表4）。250hPa以下都是变暖的，其中500 400hPa的变暖始于1987年，温度突变发生在90年代初期；200hPa是过渡带，2000年以前以升温为主，以后以降温为主；150hPa以上均是变冷的，且变冷十分显著（显著性水平超过α= 0.01），变冷均开始于1984年。
表4不同高度层年平均温度的变化趋势及突变发生时间
层次（hPa）50040030025020015010070503020变化趋势升升升升升－降降＊＊降＊＊降＊＊降＊＊降＊＊降＊＊突变年19921991—————————200019991994199319921989变暖开始19871987—————————198419841984198419841984注：*表示通过0.05信度检验，＊＊表示通过0.01信度检验
以500、200和70hPa分别代表升温层、过渡层和降温层，分析高原上空各季节平均温度的时间演变特征。500hPa秋季2001年后表现为微弱的降温（与该层年平均温度变化趋势相反），其它季节表现为升温，但升温的起始时间不同。200hPa春季大部分时段表现为微弱的降温，秋、冬季均是先升后降，夏季降温始于1992年，温度突变发生在1998 1999年，降温显著（通过0.05信度检验）；30hPa春、夏季降温始于1984 1985年，温度突变发生在1987 1988年，降温显著，秋季降温始于1997年，降温不显著，冬季平均温度突变发生于1984年，降温
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4高原山地气象研究第31卷
显著。
综上所述，500hPa 是变暖的，没有温度突变现象，
200hPa 层夏季从1992年开始变冷，90年代末有突变现象发生，30hPa 除秋季外各季节都有温度突变现象，冬季的突变时间早于春季和夏季。
4小结
根据青藏高原上空近30a （1979 2008年）16个探
空站11个标准等压面的月平均温度资料，分别讨论了不同高度层的年和季节平均温度的空间和时间演变特征，得到以下主要结论：
（1）高原上空各高度层年、季平均温度变化在空间分布上具有较高的一致性，其中夏季的一致性特征最弱。表明在同一大尺度环流系统控制下，高原上空温度升高或降低的步调是完全一致的。
（2）高原上空150hPa 层及以下各高度层平均温度随
高度递增，
50hPa 层及以上各高度层平均温度随高度递减。对流层顶高度的季节变化明显，表现为冬、春季（夏、
秋季）对流层顶高度偏高（低）。
（3）近30a 来对流层中上层（500 250hPa ）年平均温度是增加的，增温速率随高度增加递减；200 70hPa 是变冷的，降温速率随高度递增；50hPa 以上也是变冷的，但降温速率随高度递减。对流层中上层增温和平流层下层降温都是冬季最明显，且秋季所有高度层平均温度都是下降的。
（4）高原上空各高度层年、季平均温度变化具有明
显的多时间尺度变化特征，
其中年平均温度在400 250hPa 层10a 或10 11a 振荡周期显著；夏季500hPa 层
6a 周期显著，400 200hPa 层9a 周期显著，尤其是300和250hPa ；冬季500 250hPa 存在6a 振荡周期。
（5）近30a 来高原地区500 250hPa 年平均温度是
上升的，150hPa 及以上高度层以降温为主，高层的降温
普遍始于1984年，且变冷显著。参考文献：
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WANG Rongying 1，2，ZHOU Shunwu 1，YAN Jvsheng 2，WANG Liping 2，WANG Jie 2
（1．College of Atmospheric Science ，Nanjing University of Information Science ＆Technology ，Nanjing ，210044；
2．Hengshui Meteorological Bureau ，Hebei Province ，Hengshui ，053000）
Abstract ：The annual and seasonal characteristics about upper －air temperature in Tibetan Plateau are analyzed on the ba-sis of monthly mean radiosonde records of 16meteorological stations from 1979to 2008．The results show that the spatial char-acteristic of annual mean upper －air temperature is high consistent with that of season over Tibetan Plateau ，and in summer it is the weakest．Annual and seasonal characteristics of mean upper －air temperature show that January is the coldest and July is the warmest from 500to 250hPa and from 30to 20hPa ，while it is contrary from 100to 70hPa．Annual mean temperature from 500to 250hPa is rising ，while that up 150hPa is falling．The falling ，dated from 1984，is significant．
Keywords ：Tibetan Plateau ，upper air ，temperature ，temporal and spatial characteristics
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第1期王荣英，等：近30年青藏高原上空大气温度变化特征
