修订日期：2009-07-12 1 引言 全球变暖在最近几十年已经成为科学界关注的重点问题。自1979年第一次世界气候大会(FWCC)召开以来，对气候变暖的研究一直没有停歇，并且突破了科学研究领域，由世界气象组织(WMO)、联合国环境署(UNEP)等机构联合建立了政府间气候变化协调委员会(IPCC)。IPCC在其发表的各期评估报告中，均对过去和当前温室气体排放及气候变化做出了评估，同时还对未来大气温室气体浓度及其可能造成的气候变化做出了预测[1-3]。 地球表面气温在20世纪一直保持着升高的趋势，国内外不少专家和学者对这一现象进行了研究。IPCC第三次评估报告中指出全球平均地表温度在19世纪末以来升高了约0.6±0.2℃，北半球气温上升趋势更加明显，增温达1℃以上[2]。中国近百年的气温变化趋势与同期北半球的变化趋势基本一致[4-6]，唐国利等计算了1905-2001年我国年平均气温升高为0.79℃[7]，但是中国在20世纪50年代气温急剧下降，进入一个冷期，直到70年代末期气温开始回升，80年代后期气温急剧上升，90年代达到第二个暖期，然后气温一直呈现上升趋势，因此自50年代以后中国的气温增长趋势高于北半球的平均水平[4，6]。任国玉等计算了1951-2004年中国年平均地表气温变暖幅度约为1.3℃，比全球或者北半球同期高得多，全国大范围的增暖主要发生在近20余年[8]。 土地利用变化产生的城市热岛效应对区域气候，特别是地球表面气温有着直接的影响。城市化使得下垫面的物理特性发生改变，从而改变了水汽和热量的局部循环，导致城市及周边气流、气候环境的改变。因此，城市热岛效应也被广泛地认为是全球升温的原因之一[9-11]。 中国自20世纪70年代末以来，随着经济和社会的发展，城镇用地的空间拓展日益成为现在乃至将来的土地利用变化的主导特征[12-16]。中国的气象观测站点多建于城镇的周边地带，随着城市化进程的加快，许多气象站点所处的位置及其周边环境发生了很大的变化，被动地经历了“进城”的过程。在人口高度密集、工业集中的城市，人类活动排放的热量与其他环境条件的共同作用致使城区气温普遍高于周围郊区的气温。高温的城市处于低温郊区的包围之中，如同汪洋大海中的一个个小岛，因此称之为“城市热岛”现象[14]。城市热岛是在一定气候条件下城市本身的产物，随着城市的规模扩大，对能源的要求和消耗提高，人口、建筑物更加密集，高层建筑与日俱增，增加了建筑的容积率，所有这些因素使城市产生的人为热大大加强。城区内原有的自然植被被水泥、沥青、砖瓦表面所代替，加上高效能的排水系统，使城市产生了类似沙漠的热效应。沿街的高楼大厦形成人工峡谷和人工悬崖峭壁，致使城市的气温、环流、湿度、烟尘颗粒度与郊区大不相同，这就更加有利于城市热岛的形成和加强[17-22]。 城市规模扩大和建筑密度增大等一系列影响局部气候的因素带来的城市热岛效应大大影响了气象站点的观测数据。以往的研究多半忽略了这个问题，或者直接生硬地将城市气象站点的数据舍弃，在评价区域平均气温时间序列时会造成研究结果的高估或低估[23，24]。在进行区域气候和生态系统模拟研究时，经常会利用已有的气象站点观测数据来进行区域上的插值，如果保留原始数据不进行热岛效应的判别和剔除，而恰好城市周边又缺少相应的非城市站点，就会使城市周边地区的插值温度“升高”，从而造成对区域气候、生态系统生产力等科学研究的高估；相反，如果武断地剔除掉城市站点数据，则不能反映城市地区的真实热环境，又会造成相应的低估。因此，气象站点的“进城”及其对区域插值气温的“高估”研究具有十分重要的意义。 在评价热岛效应强度的研究中，一项重要内容是对气象站点进行分类，以往的研究通常是以人口数来区分城市和农村站点。Jones认为人口超过500，000的为城市站点[25]，而农村站点的人口通常少于100，000，这种判别方式有着很大的局限性。首先，对于站点是否位于城市内部，以及站点周边的自然状况等均未加以考虑，另外，判别的出发点并不是落在站点所处位置的物理下垫面的特性上。何剑锋等利用中国资源环境遥感调查数据库中80年代中后期、90年代中期和90年代末期的土地利用变化和土地利用动态数据，对全国700多个气象站点的下垫面进行了判别，从而区分城市和农村站点[26]。这种判别方法是对以往基于社会经济因子的判别方式的改善和提高，充分考虑了站点的下垫面的物理特征，使得城市站点的判定更为可信。 本文是在何剑锋的研究基础上，将研究的时间尺度扩大到1970-2007年；在站点判别方面，为了提高判别的准确性，直接采用不同时期的遥感影像结合实证调研的方式，从站点所处下垫面的物理特性出发，区分城市和农村站点。另外，在研究中采用的气温数据除了中国的756个站点外，还添加了周边国家和地区具有相同测量手段的国际交换站点的相同历史时期的观测数据作为补充，以增加边境区域数据插值的可靠性。 2 数据与方法 2.1 数据来源 (1)日值气温数据 本研究采用的气温数据包括两部分：由中国气象局提供的全国756个气象站点1951-2007年逐日平均气温数据，在研究中选取了自1970年以来的数据，进行了月平均处理并剔除了异常值；为了保证气温数据在空间上的连续性，本研究从NCDC(National Climatic Data Center)发布的GHCN(Global Historical Climatology Network)第二版月值数据中选取了中国大陆边界500 km范围内其它国家和地区的气象站点同时期的观测数据作为补充。
