1961—2023年青藏高原1月等温线时空变化分析

Study on the Temporal and Spatial Variation Charateristics of Isotherms in January on the Qinghai-Tibetan Plateau From 1961 to 2023

摘要

基于1961—2023年青藏高原1月平均气温数据，选取1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年及1991—2023年4个时期，运用气候倾向率与重心迁移等方法，系统分析青藏高原及其典型区域（柴达木盆地、河湟谷地、三江源地区及藏北高原）等温线的时空分布特征。结果表明：（1）青藏高原近63年1月平均温度的4条等温线，较低温度集中分布在高原西北部，较高温度集中分布在东南部。气候倾向率为0.24℃/10 a。分阶段来看，4条等温线在4个时期内分别呈现向西南、东南、东北及东南方向移动的趋势。（2）1961—2023年青藏高原1月平均温度的4条等温线在垂直梯度上均呈上升趋势，上升速率在13.03～41.66 m/10 a之间。（3）1961—2023年典型区域的3条等温线温度由低到高在柴达木盆地向内聚拢，在河湟谷地及藏北高原自北向南迁移，在三江源地区自西向东迁移。4个不同区域的等温线在垂直梯度上均呈上升趋势，并且从高温到低温均向更高海拔地区迁移，柴达木盆地上升速率为29.05～57.02 m/10 a；河湟谷地上升速率为11.16～57.9 m/10 a；三江源地区上升速率为16.24～32.58 m/10 a；藏北高原上升速率为7.54～23.8 m/10 a。

Abstract

Based on average January temperatures data on the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) from 1961 to 2023, this paper identifies four periods: 1961—1990, 1971—2000, 1981—2010, and 1991—2023. Using four isotherms at -30°C, -20°C, -10°C, and 0°C, and methods such as climate trend rates and centre-of-gravity shifts, this paper systematically analyzes the spatio-temporal distribution characteristics of isotherms across the QTP and its typical regions, including the Qaidam Basin, the Hehuang Valley, the San Jiangyuan region, and the Northern Tibetan Plateau. The results show that：(1) For the four isotherms representing average January temperatures on the QTP over the past 63 years, lower temperatures are concentrated in the north-western part of the plateau,while higher temperatures are concentrated in the south-eastern part. The variation in temperature is 0.24℃ per decade. When examined by period, the four isotherms show shifts towards the southwest, southeast, northeast, and southeast,respectively. The range of temperature variation in these four periods is 0.05 to 0.59℃ per decade, with the most pronounced increase occurring in the third period. (2) During the period 1961 to 2023, the four isotherms all exhibited an upward trend along the vertical gradient, with rates of increase ranging from 13.03 to 41.66 meters per decade. (3) During the period 1961—2023, the three isotherms in the typical regions converged from low to high temperatures towards the centre of the Qaidam Basin, migrated from north to south in the He huang Valley and the Northern Tibetan Plateau, and migrated from west to east in the San Jiangyuan area. The isotherms of the four regions show an upward trend in the vertical gradient, and migrated to higher altitudes from high to low temperatures, with the rate of increase in the Qaidam Basin ranging from 29.05 to 57.02 m/10 a; the rate of increase in the Hehuang Valley ranging from 11.16 to 57.9 m/10 a; the rate of increase in the San Jiangyuan region ranging from 16.24 to 32.58 m/10 a; and the rate of increase in the Northern Tibetan Plateau ranging from 7.54 to 23.8 m/10 a.

Graphical abstract

关键词

青藏高原 / 等温线 / 气候变化 / 时空分布

Key words

Qinghai-Tibetan Plateau / isotherms / climate change / spatial and temporal distribution

引 言

气候变化是当今人们普遍关注的全球环境变化之一，研究区域气候变化的特征及机制并预测未来气候趋势，是全球及区域气候变化的核心内容^[1]。当前全球增温趋势明显，IPCC第6次评估报告显示，2011—2020年全球表面温度比1850—1900年高1.09℃^[2]。近50年来青藏高原升温速率达0.36℃/10 a，远高于全球平均升温速率（0.12℃/10 a）及同期我国升温速率^[3]。青藏高原1月等温线的迁移是气候变暖的敏感指示，可以直接调控区域水热格局并驱动生态系统的多维响应。农业方面，其升温导致青稞种植海拔垂直迁移，并呈现显著的区域异质性，如西藏局部地区上移至4 800 m以上，青海东北部受限明显^[4,5]；自然植被方面，冬季增温削弱低温抑制，植被返青期显著提前，柴达木盆地因下垫面效应响应尤为突出，并伴随土壤盐渍化加剧^[6]；冻土-水文方面，增温加速活动层增厚，改变径流与湿地水文，导致三江源湿地萎缩与草甸旱生化^[6]。此外，河湟谷地等人为活动区呈现“自然-人为”双重驱动的物候特征，同时气候变化显著影响青藏高原的水资源，并对自然生态和人类生产生活造成了严重影响^[7,8]。因此，系统阐明1月等温线时空变化，对深化高原气候系统认知、预警生态风险及优化寒区适应策略具有关键科学意义。

大量研究表明，全球变暖从1998年开始趋缓^[9,10]，而青藏高原地区年平均气温在20世纪90年代发生了更为明显的增暖突变^[11,12]。这一现象的揭示，对于在目前全球变暖的大背景下认识高原地区气候及环境的变化特点，协调高原地区自然环境变化与社会发展的关系具有重要的意义。目前，国内外针对青藏高原温度变化的研究多聚焦于青藏高原年均温的整体趋势、空间差异、季节特征等方面。王闯等^[13]指出，1970—2019年高原主体升温速率达0.36℃/10 a，空间分布呈西北高于东南、高海拔区更显著的特点，季节尺度上非生长季升温对年际升温贡献突出，且空间变化与年均升温趋势吻合。刘晓东等^[14]指出，1961—1990年青藏高原及邻近地区气候变暖与海拔高度密切相关，变暖幅度随海拔升高而增大，海拔3 500 m以上区域年平均温度增温率达0.25℃/10 a，且冬季升温更为显著。阿尔卑斯山等区域研究显示，高海拔地区增温速率显著高于低海拔，与青藏高原“海拔依赖型增暖”特征一致^[15]。马晓波等^[16]表明，近40年高原气温普遍升高，最低气温升高速率为最高气温的1~3倍，致使气温日较差显著缩小；气温突变多出现于20世纪80年代，多数区域早于北半球 1988年突变，柴达木盆地平均气温突变最早（1973 年）。赵传成等^[1]研究虽聚焦西北地区，但涉及青藏高原周边的青海等区域，发现1959—2008年该区域气温呈波动上升趋势，速率为0.32℃/10 a，冬季升温最明显（0.37℃/10 a），且青海西北部等区域升温幅度较大，体现了包括高原边缘在内的区域温度变化差异。

已有研究揭示了青藏高原温度变化的复杂性及其在全球气候变化中的独特性，但是多侧重平均气温变率和空间变化情况，存在对温度等值线的关注不足，尤其针对高原冬季（1月）等温线变化的系统性研究更为欠缺。青藏高原作为全球变暖的放大器，深入研究青藏高原等温线的时空变化，对于理解青藏高原地区的气候演变过程以及其在全球气候变化中的作用具有重要意义。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

青藏高原位于亚洲大陆的内陆地区、我国西南部（E 73°18′52″～104°46′ 59″，N 26°00′12″～39°46′50″），其总面积约为2.57×10⁶ km^2[17]，占我国国土总面积的四分之一，是全球海拔最高的高原，被誉为“世界屋脊”^[18]。其主要包括西藏自治区及青海省的大部分地区以及新疆维吾尔自治区、甘肃省、四川省和云南省的部分地区。

分析青藏高原近63年1月平均温度4条等温线的分布如图1所示，从中可知-30℃等温线分布在海拔5 000 m以上地区，-20℃等温线分布在海拔4 000～5 000 m地区，-30℃及-20℃等温线分布在高原西北部；-10℃等温线分布在海拔3 000 m以上地区，0℃等温线分布在海拔2 000 m以上地区，二者分布在高原东南部。明显呈现出1月温度自西北向东南增高的趋势。

1.2 数据来源及预处理

1961—2023年1月平均气温栅格数据来源于国家地球系统科学数据中心（https://www.geodata.cn）的“1901—2023年中国1 km分辨率逐月平均气温数据集”，该数据集的空间分辨率为0.0083333°（约1 km）。根据Climatic Research Unit（https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/hrg/）发布的全球0.5°气候数据集以及WorldClim全球气候数据库（http://www.worldclim.org/）发布的全球高分辨率气候数据，通过Delta空间降尺度方法在中国地区降尺度生成，同时采用496个独立气象观测点数据进行了精度验证，验证结果可信。在此数据集的基础上，采用青藏高原边界矢量数据（https://data.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/61701a2b-31e5-41bf-b0a3-607c2a9bd3b3）^[17]，提取获得1961—2023年青藏高原1月平均气温栅格数据。DEM数据来源于地理空间数据云提供的SRTMDEMUTM 90 m分辨率数字高程数据产品（https://www.gscloud.cn/），后续按照青藏高原边界数据及DEM数据对各典型区域进行掩膜提取。距离换算为1°纬度≈111.32 km，1°经度≈111.32 km*cos纬度^[19]。

1.2.1 等值线提取法

ArcGIS提供了“等值线列表”工具，可以从栅格数据中提取等温线，然后将提取的等温线排序（从大到小）处理，最终将纬向范围延展最大、连贯性最强的等温线，确定为最终选用的等温线。

1.2.2 气候倾向率法

站点温度的倾向率（X）一般采用一元线性方程来表示，其公式如下：

X=a_{\mathrm{0}}+a_{\mathrm{1}}t（1）

式中，a₀为常数项；a₁为斜率，即线性趋势项；t表示年份的序号。一般将a₁的值放大10倍来表示温度的气候倾向率^[20]。

1.2.3 Mann-Kendall 突变检验法

该方法是一种非参数检验方法，对数据分布没有要求，且不受少数异常值的干扰，被广泛应用于气候、水文等领域的突变检测。对于具有n个样本的时间序列X（x₁, x₂, ..., xₙ），构造一个秩序列Sₖ：

S_k={\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^k}{r}_i\hspace{1em}(k=\mathrm{2,3},\dots ,n)（2）

式中，

（3）

定义统计量U{F}_k：

U{F}_k=\frac{S_k-E(S_k)}{\sqrt[]{Var(S_k)}}\hspace{1em}(k=\mathrm{1,2},\dots ,n)（4）

其中，E(Sₖ)和Var(Sₖ)分别为Sₖ的均值和方差，在零假设（序列无趋势）下，其计算公式为：E(Sₖ) = k(k-1)/4，Var(Sₖ) = k(k-1)(2k+5)/72且UF₁=0。

UFₖ为标准正态分布，将时间序列按逆序（即从后往前）重复上述过程，并令UBₖ= -UFₖ（k=n,n-1,...,1），同时规定UB₁=0即得到两条曲线UFₖ和UBₖ。在给定的显著性水平α（通常取α=0.05）下，临界值U_α 可通过标准正态分布表查得（U_{0.05}=±1.96）。如果UFₖ的值超过临界线（即|UFₖ|>U_α ），则表明序列存在显著的趋势变化。如果UFₖ和UBₖ两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，则该交点对应的时刻即为突变发生的起始时刻^[21]。

1.2.4 地理重心迁移追踪法

地理重心迁移方法是一种基于空间位置变化的动态分析技术，主要用于追踪和分析区域内某一现象或对象的空间迁移特征，反映其空间分布的变化趋势，从而实现对象在地理空间中的迁移轨迹分析，公式如下：

\left\{\begin{array}{l}{C}_x=\frac{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}{X}_i{W}_i}{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}{W}_i}\\ C_y=\frac{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}{Y}_i{W}_i}{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}{W}_i}\end{array}\right.（5）

式中，C_x 、C_y 分别为重心的横坐标和纵坐标 。利用ArcGIS软件的空间统计工具中的平均中心（Mean Center）功能，可便捷计算矢量数据的重心，再结合绘制工具，将不同年份的重心点连接成带箭头的曲线，清晰展示重心迁移方向与路径。

2 结果与分析

2.1 1961—2023年青藏高原1月等温线及重心的时空分布

2.1.1 青藏高原多年及4个时期平均温度的时间分布

对1961—2023年青藏高原1月平均温度的年际变化进行分析，如图2所示。青藏高原1月多年温度平均值为-14.7℃/a，最高温度为2006年的-12.1℃，最低温为1978年的-17.3℃，最高值与最低值之间相差5.2℃。1月年均温的气候倾向率为0.24℃/10 a，气温变化趋势显著，呈明显增加趋势。

将青藏高原近63年1月平均温度以滑动平均方法被划分为1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年及1991—2023年4个时期，对不同时期的1月多年平均温度的时空分布进行分析。4个时期1月多年平均温度的气候倾向率均呈增加趋势，但在不同时期变动幅度存在差异。第1时期的气候倾向率为0.42℃/10 a，第2时期为0.05℃/10 a，第3时期为0.59℃/10 a，第4时期为0.29℃/10 a。其中，第3时期温度增加趋势最为显著，在此阶段出现1990年的-12.8℃和2006年-12.1℃两次气温高值，第4时期较前一阶段，增加趋势有所减缓。从图3的年平均温度时间序列M-K突变检验的结果来看，在0.05显著性水平上，第3时期多次出现青藏高原1月温度变化的突变点，与焦世晖等^[22]研究结果相符。

2.1.2 青藏高原多年等温线及其重心的空间分布

（1）-30℃等温线：1961—2023年青藏高原-30℃等温线空间分布如图4A所示，对近63年的1月等温线的重心分布及迁移路径进行分析，发现-30℃等温线在南北方向上，重心在N 35°23'10"～35°25'44"之间迁移，南北相差20′50″，约为38.66 km；在东西方向上，重心在E 80°56'31"～81°03'32"之间迁移，东西相差7'1″，约为10.7 km。将1961—2023年-30℃等温线的重心迁移路径以向量形式表征，如图4B所示，2023年相对1961年重心位置向北迁移4"，约为0.12 km；向西迁移了59'39"，约为93.78 km。

（2）-20℃等温线：1961—2023年青藏高原-20℃等温线空间分布如图5A所示，对近63年的1月等温线的重心分布及迁移路径进行分析，发现-20℃等温线在南北方向上，重心在N 34°28'44"～35°48'18"之间迁移，南北相差1°19′34″，约为147.6 km；在东西方向上，重心E 81°57'22"～91°06'之间迁移，东西相差9°8′38″，约为831.5 km。将1961—2023年-20℃等温线的重心迁移路径以向量的形式表征，如图5B所示，结果表明，2023年相对1961年重心位置向北迁移32′3″，约为59.46 km；向西迁移了23′13″，约为36.52 km。

（3）-10℃等温线：1961—2023年青藏高原-10℃等温线空间分布如图6A所示，对近63年的1月等温线的重心分布及迁移路径进行分析，发现-10℃等温线在南北方向上，重心在N 29°31'38"～32°56'46"之间迁移，南北相差3°25′8″，约为381 km；在东西方向上，重心E 90°26'28"～100°5′之间迁移，东西相差9°38′32″，约为931 km。将1961—2023年-10℃等温线的重心迁移路径以向量的形式表征，如图6B所示，结果表明，2023年相对1961年重心位置向北迁移21′22″，约为39.64 km；向东迁移3″，约为0.08 km。

（4）0℃等温线：1961—2023年青藏高原0℃等温线空间分布如图7A所示，对近63年的1月等温线的重心分布及迁移路径进行分析，发现0℃等温线在南北方向上，重心在28°41'29"N~29°33' 21"N之间迁移，南北相差52′52″，约为96.23 km；在东西方向上，重心94°26'42"E～101°17'44"E之间迁移，东西相差6°51′2″，约为669.1 km。将1961—2023年0℃等温线的重心迁移路径以向量的形式表征，如图7B所示，2023年相对1961年重心位置向北迁移1′8″，约为2.1 km；向西迁移1′27″，约为2.28 km。

2.1.3 4个时期等温线的时空分布特征

青藏高原4个时期内1月等温线的空间分布如图8所示。由图8可知，较低温度集中分布在高原西北的昆仑山脉等地区，而较高温度则集中分布在喜马拉雅山脉及横断山脉等地区。

为进一步量化-30℃、-20℃、-10℃及0℃等温线在空间上的迁移程度，本文分析了各等温线重心在4个时期内的变化情况，结果如图9所示。其中，图9A为-30℃等温线重心在空间上的迁移路径，4个时期重心向南移动了3'24"，约为6.04 km；向西移动2'51"，约为4.34 km，之后向东移动了44"，约为1.11 km，最后再向西移动了10"，约为0.25 km，整体上向西移动了2'17"，约为3.47 km。图9B为-20℃等温线重心在空间上的迁移路径，4个时期的重心向南移动了26'4"，约为48.37 km；向东移动了2°3'25"，约为188.02 km。图9C为-10℃等温线重心在空间上的迁移路径，4个时期的重心向北移动了10'57"，约为20.32 km；向东移动了5'32"，约为8.63 km。图9D为0℃等温线重心在空间上的迁移路径，4个时期重心向南移动了5'20"，约为9.9 km；向东移动了4'38"，约为7.51 km。

2.2 青藏高原等温线在垂直梯度上的变化

分析青藏高原在垂直梯度视角下的平均海拔变化情况，结果如图10所示。1961—2023年期间1月青藏高原0℃等温线平均海拔介于2 416～3 573 m之间，均值为2 963 m，其中，平均海拔最低点出现在1974年，最高点出现在1989年；总体上呈上升趋势，上升速率为41.66 m /10 a。-10℃等温线平均海拔介于3 966～4 389 m之间，均值为4 187 m，其中，平均海拔最低点与最高点分别出现在1978年和2008年；总体上呈上升趋势，上升速率为23.41m/10 a，较0℃平缓。-20℃等温线平均海拔介于4 672～4 979 m之间，均值为4 838 m，其中，平均海拔最低点与最高点分别出现在1978年和2010年；总体上呈上升趋势，上升速率为14.05m/10 a，较0℃及-10℃平缓。-30℃等温线平均海拔介于5 311～5 802 m之间，均值为5 523 m，其中，平均海拔最低点与最高点分别出现在2008年和1992年；总体上呈上升趋势，上升速率为13.03m/10 a，较0℃，-10℃及-20℃平缓。

2.3 青藏高原典型区域等温线空间分布及在垂直梯度上的变化

近30年青藏高原及其相邻地区的地面气候变暖与海拔高度相关，变暖幅度一般随海拔高度升高而增大^[14]，三江源区平均气温升温最显著^[23]。选择柴达木盆地（干旱盆地）、河湟谷地（相对温暖河谷）、三江源地区（高寒湿地水源）及藏北高原（高寒核心）作为典型区域与整体青藏高原结合进行分析，见图11。柴达木盆地地处青藏高原北部（E 89°～97°，N 35°～39°），其北面为祁连山脉、南面为昆仑山脉，是青藏高原最大的内陆盆地，平均海拔在2 000 m以上。河湟谷地地处青藏高原东北边缘（E 101°～103°，N 35°～37°，），主要包括青海西宁、海东等地，平均海拔在2 000 m左右。近60年来青海高原气温（包括年平均气温、平均最高气温和平均最低气温）自南向北呈“高-低-高”的分布状态，其中柴达木盆地、河湟谷地等地温度最高，平均气温超过3℃^[24]。三江源地处青藏高原腹地（E 89°～103°，N 31°～37°），位于青海省南部，是长江、黄河、澜沧江的发源地，平均海拔在3 500m以上。藏北高原位于昆仑山、唐古拉山和冈底斯山、念青唐古拉山之间（E 80°～90°，N 30°～36°），平均海拔在4 000 m以上，是青藏高原平均海拔较高的区域。

2.3.1 柴达木盆地

柴达木盆地区域-12℃、-15℃及-18℃等温线的空间分布如图12所示。由图12可知，随着温度升高，等温线呈现由高海拔向低海拔向内聚拢的分布趋势。

图12　柴达木盆地研究区概况

Fig.12　Overview of the Qaidam Basin study area

分析柴达木盆地在垂直梯度视角下的平均海拔变化情况，结果如图13所示。从图13可以看出，1961—2023年期间1月柴达木盆地-12℃等温线平均海拔介于2 746～4 071 m之间，均值为3 205m，其中，平均海拔最低点出现在1978年，最高点出现在2006年；总体上呈上升趋势，上升速率为38.89 m /10a。-15℃等温线平均海拔介于3 055～4 404 m之间，均值为3 858 m，其中，平均海拔最低点与最高点同样分别出现在1978年和2006年；总体上呈上升趋势，上升速率为57.02 m /10 a，较-12℃明显。-18℃等温线平均海拔介于3 833～4 555 m之间，均值为4 329 m，其中，平均海拔最低点与最高点同样分别出现在1978年和2006年；总体上呈上升趋势，速率为29.05 m /10 a，上升速率最为平缓。

2.3.2 河湟谷地

河湟谷地地区-9℃、-12℃及-15℃等温线的空间分布如图14所示。由图14可知，随着温度升高，等温线明显呈现自北向南、从高海拔向低海拔迁移的趋势。

分析河湟谷地在垂直梯度视角下的平均海拔变化，结果如图15所示。从图15可以看出，1961—2023年期间1月河湟谷地-9℃等温线平均海拔介于1 572～3 202 m之间，均值为2 548 m，其中，平均海拔最低点出现在1978年，最高点出现在2010年；总体上呈上升趋势，上升速率为57.90 m/10 a。-12℃等温线平均海拔介于2 898～3 574 m之间，均值为3 232 m，其中，平均海拔最低点与最高点分别出现在1984年和2006年；总体上呈上升趋势，上升速率为20.68 m/10 a，较-9℃平缓。-15℃等温线平均海拔介于3 384～3 817 m之间，均值为3 522 m，其中，平均海拔最低点与最高点同样分别出现在1984年和2006年；总体上呈上升趋势，上升速率为11.16 m/10 a，较-9℃及-12℃平缓。

2.3.3 三江源

三江源地区-15℃、-18℃及-21℃等温线的空间分布如图16所示。由图16可知，随着温度升高，等温线明显呈现自西向东、由高海拔向低海拔迁移的趋势。

分析三江源等温线在垂直梯度视角下的平均海拔变化，结果如图17所示。从图中可以看出，1961—2023年期间1月三江源-15℃等温线平均海拔介于4 004～4 811 m之间，均值为4 429 m，其中，平均海拔最低点出现在1963年，最高点出现在2006年；总体上呈上升趋势，上升速率为32.58 m /10 a。-18℃等温线平均海拔介于4 401～5 002 m之间，均值为4 727 m，其中，平均海拔最低点与最高点同样分别出现在1963年和2006年；总体上呈上升趋势，上升速率为22.25 m /10 a，较-15℃等温线平缓。-21℃等温线平均海拔介于4 727～2 039 m之间，均值为4 927 m，其中，平均海拔最低点与最高点分别出现在1978年和2010年；总体上呈上升趋势，上升速率为16.24 m/10 a，较-15℃及-18℃平缓。

2.3.4 藏北高原

藏北高原地区-15℃、-18℃及-21℃等温线的空间分布如图18所示。由图18可知，随着温度升高，等温线明显呈现出自北向南、由高海拔向低海拔迁移的趋势。

分析藏北高原等温线在垂直梯度视角下的平均海拔变化，结果如图19所示。1961—2023年期间1月藏北高原-15℃等温线平均海拔介于4 599～5 104 m之间，均值为4 919 m，其中，平均海拔最低点出现在1966年，最高点出现在2006年；总体上呈现上升趋势，上升速率为23.8 m /10 a。-18℃等温线平均海拔介于4 830～5 187 m之间，均值为5 071 m，其中，平均海拔最低点与最高点同样分别出现在1966年和2006年；总体上呈现上升趋势，上升速率为9.39 m/10 a，较-15℃等温线平缓。-21℃等温线平均海拔介于5 053～5 272 m之间，均值为5 134 m，其中，平均海拔最低点与最高点分别出现在1991年和2010年；总体上呈上升趋势，上升速率为7.54 m /10 a，较-15℃及-18℃等温线平缓。

3 讨 论

3.1 青藏高原1月等温线演变的驱动机制

近63年青藏高原1月等温线呈现水平迁移趋势以及显著的垂直抬升特征，这主要是由其地形、大气环流及局地下垫面多因素协同作用的结果。本文得出的青藏高原整体气温呈明显增加趋势及所选取的第3个时期（1981—2010年）加速变暖的结论与张璐等^[24]、王宁练等^[25]关于青藏高原及周边地区气候变化趋势的宏观评估高度一致，但以往研究多聚焦于某个气象站或区域平均温度的增幅，而本文引入了“等温线水平与垂直迁移速率”这一空间量化指标。通过等温线的时空变化，更加客观地体现了西风环流与南亚季风的共同作用下“西北冷、东南暖”格局的时空异质性^[25]。

此外，本研究通过典型区域对比，发现不同地貌单元的等温线响应机制存在显著差异。例如，柴达木盆地的“保温效应”及荒漠地表特性导致其高海拔抬升尤为显著；而三江源地区由于广泛分布湿地水分循环，以及冻土冻融过程存在“热量缓冲”现象，加之我国近年来退牧还草等生态工程的实施，其等温线东移更为平缓^[26]。这一结果补充并细化了以往大尺度气候评估中往往容易被忽略的局地下垫面反馈机制。

3.2 等温线迁移对地表环境失稳的驱动及灾害预警意义

1月作为青藏高原典型冬季月份，通过量化其等温线的迁移速率，有助于深入理解青藏高原地质灾害的发育机制。在冻土系统中，1月低温等温线的垂直抬升深刻重塑了冻土的热力平衡。如，本研究监测到的高抬升速率，直接对应了北麓河盆地等区域高含冰量冻土的退化。结合已有实验验证，当冻土含冰量超过35%时，温度波动会触发冻融侵蚀的临界阈值，导致融沉系数激增、土体有效应力显著降低^[27]。在冰冻圈及灾害链响应方面，0℃等温线的加速上升驱动了喜马拉雅等地区冰川平衡线的显著上移和物质亏损，这加剧了“冰崩-冰湖溃决-泥石流”这一链式灾害的发育^[28]。本研究揭示的等温线变化空间格局（西北冷-东南暖）与当前青藏高原灾害类型的区域分布具有高度空间耦合性：高原东南部喜马拉雅-横断山区多发高危冰湖溃决与泥石流灾害，而西北多发热融滑塌^[28,29]。这一发现对于我国重大工程（如川藏铁路、青藏公路沿线）的灾害风险区划和防灾减灾具有重要的现实指导意义^[27-29]。

然而，受限于中西部气象站点稀疏及微观陆气耦合机制探讨的不足，本研究在局部极端地形区的等温线精细化刻画上仍有提升空间。未来可融合高分辨率遥感影像、深度学习算法，进一步探究并预测等温线的演变趋势，为高原生态安全屏障与基础设施韧性提升提供重要科学依据。

4 结 论

本文通过对1961—2023年青藏高原及典型区域1月等温线时空分布及变化进行结合分析，得到如下结论：

（1）青藏高原等温线的时空分布及重心变化特征

青藏高原近63年1月-30℃、-20℃、-10℃和0℃ 4条等温线中较低温度集中在高原西北的昆仑山脉等地区，而较高温度集中在喜马拉雅山脉及横断山脉等地区，温度整体由低到高呈现自西北向东南移动的趋势。1961—2023年青藏高原整体气候倾向率为0.24℃/10 a，呈明显增加趋势。选取1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年及1991—2023年4个时期，对不同时期1月年平均温度的时空分布进行分析，其中第3时期气候倾向率为0.59℃/10 a，增加趋势最为显著。近63年内不同时期等温线空间迁移情况显示，-30℃等温线整体呈现向西南移动的趋势；-20℃等温线整体呈现向东南移动的趋势；-10℃等温线整体呈现向东北移动的趋势；0℃等温线整体呈现向东南移动的趋势。

（2）青藏高原等温线在垂直梯度上的变化特征

1961—2023年期间青藏高原等温线在垂直梯度上均呈上升趋势。青藏高原近63年1月平均温度的0℃等温线上升速率为41.66 m/10 a；-10℃等温线上升速率为23.41 m/10 a；-20℃等温线上升速率为14.02 m/10 a；-30℃等温线上升速率为13.03 m/10 a。

（3）4个典型区域等温线的空间分布及其在垂直梯度上的变化特征

选取柴达木盆地、河湟谷地、三江源、藏北高原等青藏高原典型区域，不同区域3条等温线温度由低至高在柴达木盆地呈现向内部低海拔区域聚拢的趋势；在河湟谷地及藏北高原呈现自北向南迁移趋势；而在三江源地区，则表现为自西向东的迁移特征。1961—2023年期间，4个区域的等温线在垂直梯度上均呈现上升趋势，且等温线从高温到低温普遍向更高海拔地区迁移。各区域的等温线上升速率如下：柴达木盆地-12℃、-15℃及-18℃等温线上升速率分别为38.89 m/10 a、57.02 m/10 a及29.05 m/10 a；河湟谷地-9℃、-12℃及-15℃等温线上升速率分别为57.90 m/10 a、20.68 m/10 a及11.16 m/10 a；三江源地区-15℃、-18℃及-21℃等温线上升速率分别为32.58 m/10 a、22.25 m/10 a及16.24 m/10 a；藏北高原-15℃、-18℃及-21℃等温线的上升速率分别为23.8 m/10 a、9.39 m/10 a及7.54 m/10 a。

参考文献

[1] 赵传成,王雁,丁永建,等.西北地区近50年气温及降水的时空变化[J].高原气象,2011,30(2):385-390.

[2] 樊星,秦圆圆,高翔.IPCC第六次评估报告第一工作组报告主要结论解读及建议[J].环境保护,2021,49(Z2):44-48.

[3] 赵东升,高璇,吴绍洪,等.基于自然分区的1960—2018年中国气候变化特征[J].地球科学进展,2020,35(7):750-760.

[4] 马伟东.气候变化对青藏高原青稞种植的影响评估[D].西宁:青海师范大学,2022.

[5] 马伟东,王静爱.气候变化背景下青稞种植海拔高度的变化——以门源县为例[J].青海环境,2024,34(3):129-133.

[6] 安淳淳.基于MODIS数据的青藏高原植被物候监测及其对气候变化的响应研究[D].成都:中国科学院大学(中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所),2019.

[7] Immerzeel W W, Lutz A F, Andrade M, et al. Importance and vulnerability of the world's water towers[J]. Nature, 2020,577(7790):364-369.

[8] 朴世龙,张宪洲,汪涛,等.青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈[J].科学通报,2019,64(27):2842-2855.

[9] Easterling D R, Wehner M F. Is the climate warming or cooling?[J].Geophysical Research Letters, 2009,36(8):L08706.

[10] Santer B D, Bonfils C, Taylor K E, et al. Volcanic contribution to decadal changes in tropospheric temperature[J]. Nature Geoscience, 2014,7(3):185-189.

[11] 郑然,李栋梁,蒋元春.全球变暖背景下青藏高原气温变化的新特征[J].高原气象,2015,34(4):1531-1539.

[12] 吴成启,唐登勇.近50年来全球变暖背景下青藏高原气温变化特征[J].水土保持研究,2017,24(6):262-272.

[13] 王闯,戴长雷,宋成杰.青藏高原气候变化的时空分布特征分析[J].人民黄河,2022,44(9):76-82.

[14] 刘晓东,侯萍.青藏高原及其邻近地区近30年气候变暖与海拔高度的关系[J].高原气象,1998(3):24-28.

[15] Beniston M, Rebetez M. Regional behavior of minimum temperatures in Switzerland for the period 1979-1993[J]. Theoretical and Applied Climatology, 1996,54(1-2):77-87.

[16] 马晓波,李栋梁.青藏高原近代气温变化趋势及突变分析[J].高原气象,2003(5):507-512.

[17] 张镱锂,李炳元,郑度.论青藏高原范围与面积[J].地理研究，2002(1):1-8.

[18] 陈霆炜,马耀明,谢志鹏,等.青藏高原不同区域蒸散发变化特征及影响因子分析[J].高原气象,2025,44(6):1488-1507.

[19] 黎珍惜,黎家勋.基于经纬度快速计算两点间距离及测量误差[J].测绘与空间地理信息,2013,36(11):235-237.

[20] 曹鸿兴.评新书《现代气候统计诊断与预测技术》[J].应用气象学报,2000(1):128.

[21] 徐建华.计量地理学（第二版）[M]. 高等教育出版社,2014.

[22] 焦世晖,王凌越,刘耕年.全球变暖背景下青藏高原多年冻土分布变化预测[J].北京大学学报(自然科学版),2016,52(2): 249-256.

[23] 次旺扎西,旦增伦珠,次央,等.青藏高原地区不同海拔高度气温的变化特征[J].高原山地气象研究,2025,45(1):32-38.

[24] 张璐,李红梅,温婷婷.1961—2020年青海高原气候变化特征[J].气象科技,2023,51(4):489-498.

[25] 王宁练,姚檀栋,徐柏青,等.全球变暖背景下青藏高原及周边地区冰川变化的时空格局与趋势及影响[J].中国科学院院刊,2019,34(11):1220-1232.

[26] 刘纪远,邵全琴,樊江文.三江源生态工程的生态成效评估与启示[J].自然杂志,2013,35(1):40-46.

[27] 焦程龙,范星文,牛富俊,等.青藏高原热融滑塌冻融侵蚀对地下冰含量变化的响应研究[J].冰川冻土,2025,47(5):1331-1342.

[28] 汤明高,王李娜,刘昕昕,等.青藏高原冰崩隐患发育分布规律及危险性[J].地球科学,2022,47(12):4647-4662.

[29] 罗炳楠,刘文惠,谢昌卫,等.青藏高原热融滑塌研究进展综述[J].冰川冻土,2024,46(4):1135-1155.