1. 引言
在全球变暖的大背景下，中国地表的平均气温普遍呈上升趋势，各地区升温趋势明显[1]。在全球气候变暖的大背景下，近100a来中国年平均地表温度明显增加，升温幅度约为0.5℃~0.8℃，比同期全球升温幅度平均值(0.6℃ ± 0.2℃)略高，且增温主要发生在冬季和春季，夏季气温变化不明显[2]。东北地区是我国重要的商品粮基地，2021年东北三省粮食产量占全国的1/5以上，商品粮产量约占1/4 [3]，气温的变化对东北地区粮食产量产生深刻的影响。因此深入探讨东北地区气温的变化规律，做出合理预测，进而改善未来几年中国东北地区的冬季气温变化有着重要的意义。因此，本研究选取黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古四个地区1990⁓2022年气温数据，分析1990⁓2022年东北地区年际及四季气温空间分布，揭示了气候变暖背景下东北地区气温变化规律，对东北地区如何响应气候变暖以及区域研究有着重要的意义。
2. 研究区概况
本研究区域选择东北地区，位于中国东北部，涉及黑龙江省、吉林省、辽宁省以及内蒙古自治区东四盟(赤峰市、通辽市、呼伦贝尔市和兴安盟)，经纬度位于北纬38˚72'⁓53˚55'，东经115˚50'⁓135˚9'。东北地区属温带季风性气候，夏季降水较多，日温差、年温差较大。
3. 数据来源及研究方法
3.1. 气象数据
气温数据采用1901⁓2022年CRU数据集，来源于英国由英国国家大气科学中心，空间分辨率为0.5˚× 0.5˚，本文选择1990⁓2022年为时间尺度，选取年际(7⁓次年6月)、春季(3⁓5月)、夏季(6⁓8月)、秋季(9⁓11月)、冬季(1⁓次年2月)气温数据。
3.2. 研究方法
3.2.1. Mann-Kendall突变检验
Mann-Kendall法是一种非参数统计检验方法[4] [5]，它在气象领域的趋势分析和突变检验中应用广泛，优点是不需要样本服从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，计算也较为方便。本文采用MK突变法判断东北地区气温突变年份分析气温年际变化幅度。
3.2.2. 趋势分析法
时间序列存在某种长期趋势[6]，分析这种长期趋势就是拟合一条适当的趋势线，用以概括地反映长期趋势的变化态势。本文通过建立各要素与对应时间的一元线性回归方程，来分析东北地区气温长期变化情况：
y = ax + b (1)
式中，a为线性回归系数，表示数据要素变化速率，a值为正表示数据变化为上升趋势，a值为负表示数据变化为下降趋势。
4. 结果分析
4.1. 1990⁓2022年东北地区气温时间变化特征
4.1.1. 东北地区年际气温时间变化特征
1990⁓2022年东北地区气温变化统计值表明(见表1)，东北地区年平均气温为2.94℃，年平均气温变化速率为0.15℃/10a，呈不显著增温趋(P > 0.05)。通过变异系数来看，东北地区变异系数为0.22，超过15%，可见33年间气温年际变化幅度相对较大。结合MK突变和结果来看(见图1)，东北地区在2017年发生突变，气温由相对偏低期转为偏高期。由此表明，在33年间东北地区气温变化幅度相对较大，有不明显的升温趋势，20世纪10年代气温有明显的变化趋势。
Table 1. Statistical values of temperature changes in the three northeastern provinces
表1. 东北三省气温变化统计值
|
平均值/℃ |
变化速率℃/10a |
变异系数 |
| 年际 |
2.94 |
0.15 |
0.22 |
| 春季 |
4.53 |
0.29 |
0.24 |
| 夏季 |
19.93 |
0.22 |
0.03 |
| 秋季 |
3.60 |
0.18 |
0.24 |
| 冬季 |
−16.33 |
−0.17 |
−0.10 |
(a) (b)
Figure 1. Characteristics of inter-annual time variation of temperature in the three northeastern provinces
图1. 东北三省气温年际时间变化特征
4.1.2. 东北地区四季气温时间变化特征
1990⁓2022年东北地区四季气温变化统计值表明(见图2)，东北地区春、夏、秋、冬四季平均气温为4.53℃、19.93℃、3.60℃、−16.23℃，四季气温变化速率分别为0.29℃/10a、0.22℃/10a、0.18℃/10a、−0.17℃/10a，春、夏、秋三个季节均呈不显著增温趋(P > 0.05)，而冬季呈不显著降温趋势(P > 0.05)。结合变异系数来看，东北地区春、秋、冬三个季节变异系数均超过10%，夏季变异系数不足0.1。可见，东北地区夏季气温变化较为稳定，其他季节气温变化幅度相对较大。
(a) 春季 (b) 夏季
(c) 秋季 (d) 冬季
Figure 2. Temporal changes of air temperature in spring, summer, autumn and winter in the Northeastern provinces
图2. 东北三省春、夏、秋、冬四季气温时间变化
4.2. 1990⁓2022年东北地区气温空间分布及变化特征
4.2.1. 东北地区年际气温空间分布及变化特征
1990⁓2022年东北地区平均气温空间分布表明(见图3)，呈现自北向南的环状升温空间分布格局，气温高值区分布在北纬50˚以南地区；气温低值区则集中在兴安北–黑河一带。从空间变化来看，几乎全域都呈现升温的趋势，具有升温趋势面积占陆地面积的比例可达100%，显著变化区域相对较少，显著占比为4.36%。
4.2.2. 东北地区四季气温空间分布及变化特征
1990⁓2022年东北地区春、夏、秋、冬四季气温空间分布表明(见图4)，呈现自北向南的环状升温空间分布格局，东北地区春、夏、秋冬四个季节气温高值区、低值区与年际变化空间分布基本一致，气温高值区均分布在东北南部地区；气温低值区分布在北部地区，具有明显的纬度地带性分异规律。
(a) 气温空间分布 (b) 气温空间变化
Figure 3. Interannual spatial distribution and characteristics of temperature changes in the three northeastern provinces
图3. 东北三省气温年际空间分布及变化特征
(a) 春季 (b) 夏季
(c) 秋季 (d) 冬季
Figure 4. Characteristics of spatial distribution of air temperature in spring, summer, autumn and winter in the three northeastern provinces
图4. 东北三省气温春、夏、秋、冬四季空间分布特征
从空间变化来看(见图5)，东北地区春、夏、秋三个季节全域均呈现升温的趋势，三个季节具有升温趋势面积占陆地面积的比例可达100%，但显著变化区域相对较少，三个季节显著占比分别为15.16%、25.26%、0%，显著变化区域集中在东北南部地区。冬季全域均呈现降温的趋势，无显著变化区域。
(a) 春季 (b) 夏季
(c) 秋季 (d) 冬季
Figure 5. Characteristics of spatial changes of air temperature in spring, summer, autumn and winter in the three northeastern provinces
图5. 东北三省气温春、夏、秋、冬四季空间变化特征
5. 结论
1) 东北地区年平均气温为2.94℃，年平均气温变化速率为0.15℃/10a，呈不显著增温趋(P > 0.05)，气温年际幅度变化相对较大。呈现自北向南的环状升温空间分布格局，高值区分布在北纬50˚以南地区；低值区集中在兴安北–黑河一带。从空间变化上，呈现升温趋势的区域可达100%。
2) 1990⁓2022年东北地区四季气温变化速率上，东北地区气温春季(0.29℃/10a) > 夏季(0.22℃/10a) > 秋季(0.18℃/10a) > 冬季(−0.17℃/10a)，均呈现不显著变化趋势。四季气温空间分布格局与年际变化趋势基本一致，高值区分布在东北地区南部，低值区在东北地区北部。四季气温空间变化几乎全域为升温或降温趋势，显著区域相对较少。