欧洲地表温度分析.docx

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欧洲地表温度分析

欧洲地表温度分析

3.1年平均温度分析

图11850-2015年年距平温度时间曲线图

图1是欧洲地区地表气温从1850年到2015年的距平温度时间变化图，从图中我们可以明显的看出，近160多年来，欧洲地表气温变化总体呈上升趋势，但从1850年至1950年，欧洲地表气温基本持平，基本没有大的变化，但是自1950年，尤其是到90年代初期以来，温度显著升高，且变化幅度也明显增大，从图中也可以看出，80年代后期到90年代初期，增加趋势最显著，幅度也最大，但自2000年至2015年欧洲地表气温却没有持续增加，出现了一段温度停滞，基本保持原来水平。

由于此数据缺省值太多，将极大程度上影响后面地表气温eof的分析，所以在后面的分析研究中数据改为ClimateResearchUnit高空间分辨率的温度资料，该资料的空间分辨率是0.5°X0.5°，其时间序列长度从1901至2012年。

图21901-2012年年平均温度时间曲线图

图1是欧洲地区1901-2012年年平均地表气温随时间变化曲线图，由此图可见，112年来欧洲年平均地表气温波动程度不是很大，上下波动不超过2.5摄氏度，上个世纪20年代中期以前为偏冷期，20年代后期到60年代初期地表气温有所上升，气候较为暖和，60年代中期到70年代中期又出现地表气温下降较冷期，70年代中期以来，气温持续偏高，尤其是进入八十年代末九十年代初之后，气温升高非常显著，但到二十一世纪初出现了气温增长停滞，在上世纪初期、30年代、五十年代中期、七十年代中期分别出现了气温变化的低谷，在二十一世纪以来年平均地表气温较十九世纪高出1摄氏度左右。

图31901-2012年年平均温度填色图和K值分布图

图2分别是欧洲1901-2012年年平均温度填色图和欧洲温度112年K值分布图，由上图可以得出，越靠近赤道温度越高，越靠近北极温度越低，其中在45°N，10°E和40°N，45°E附近出现两个冷中心，整体上从北到南温度依次升高，符合历史资料；从K值分布图来看，基本上大部分地区的K值都为正值，只有少数地区K值在零一下，也就是说，40°N-45°N，24°E-26°E和38°N-40°N，40°E-43°E附近K值在零以下，表示当地温度随时间在降低，而其它地区都是温度随时间而升高，尤其是在36°N，10°E、40°N，0°E、55°N，38°E附近，温度增加程度最为剧烈，其次在28°N-36°N、42°N-48°N，50°E-60°E温度上升速率也比较大；总体上，K值分布图出现了明显的随经度变化的趋势，呈“加减加”经向分布；从两幅图结合来看，虽然越靠近北极温度比较低，但其温度增加的程度普遍比较剧烈，反而在越靠近赤道的地区，虽然温度比较高，但其温度上升的速度却没有靠近北极的地区快，尤其是西班牙北部，法国南部、莫斯科、德国部分地区温度上升速度快，还有在欧洲东部整体温度升高速度较快。

3.2年平均温度eof分析

表1　年平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.48095439

0.185608339

0.090427205

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.48095439

0.666562729

0.756989933

图4欧洲地表气温第一模态填色图及时间系数图

第一模态的贡献占方差的48.1﹪，前3个模态的累积方差贡献可以达到近76%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以较好的反应欧洲年平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域为正相关，这表明欧洲地表气温变化趋势在空间上具有很好的整体一致性。

地表气温变率较大值在欧洲东北部，第一模态温度变率中心位于52°N-56°N，40°E-42°E附近区域，其变率最大值达0.02℃，另一变化较大区域位于莫斯科北部，其变率值大于0.018℃；由图3的第一模态的时间变化系数图可得,时间系数图中第一特征向量时间系数变化与图2研究区域近百年来气温变化趋势一致。

整个区域的气温都有明显的上升趋势；时间变化系数为正时,表现为整个研究区域的地表气温上升,时间变化系数为负则说明整个研究区域的地表气温降低。

从时间系数变化图可以得出，自1901-1978年，时间系数指数基本为负值，说明整个欧洲研究区域内地表气温随之降低出现负异常；1978-2012年以来，时间系数指数基本为正值，这表明整个欧洲研究区域内气温出现正异常，温度在升高，尤其是自80年代末90年代初以来，温度升高较90年代以前更为明显，涨幅更为剧烈，也就是说，在1978年之前，温度基本上都在降低，但幅度越来越小，自1978年以后，温度一直在升高，且幅度一直在增大。

图5欧洲地表气温第二模态填色图及时间系数图

第二模态的贡献占方差的18.6﹪，由欧洲地表气温第二模态填色图可以看出，欧洲地表气温变化趋势在空间上呈现欧洲北部地区为正值，南部地区为负值的反向分布特征，这表明欧洲北部和南部存在相反的变化趋势，第二模态中地表气温变化最明显的区域位于56°N-60°N，10°E-20°E,也就是在瑞典、拉脱维亚、爱沙尼亚、立陶宛等地，地表气温变率达0.02℃，在白俄罗斯、莫斯科北部气温变化也比较明显，地表气温变率大于0.01℃，而在欧洲南部、地中海北部温度却降低的变化趋势，说明欧洲北部受北大西洋涛动影响比较严重，而欧洲南部基本没有受厄尔尼诺影响；由地表气温第二模态时间系数可得，欧洲地表气温年际变化特征明显，在20世纪初期，时间系数为正表现出下降趋势，在40年代之后以负相位为主，之后在70年代时间系数发生明显转折，时间系数变为正值且转为下降趋势，进入21世纪以来以负相位为主。

时间系数为正时，说明欧洲南部地表气温下降，欧洲北部地表气温上升，时间系数为负时，表明欧洲北部地表气温下降，欧洲南部气温上升。

图6欧洲地表气温第三模态填色图及时间系数图

第三模态的贡献占方差的9﹪，由欧洲地表气温第三模态填色图可以得到，欧洲地表气温变化趋势在空间上呈现东欧地区为负值，西欧地区为正值的反向分布特征，这表明东欧和西欧存在相反的变化趋势，第三模态中地表气温变化最明显的区域在法国西南部、巴黎、瑞士等地，地表气温变率大于0.015℃，而地表气温变率为负值的地区主要在东欧，其变异中心位于44°N-48°N，40°E-45°E，变率最小值达-0.02，说明西欧受偏西型北大西洋涛动正相位影响比较严重。

由地表气温第三模态时间系数可得，欧洲地表气温年际变化特征明显，在20世纪初期，时间系数以负相位为主，表现出上升趋势，在40年代左右以正相位为主，表现为下降趋势，之后在80年代附近时间系数发生明显转折，时间系数变为正值且转为上升趋势，进入21世纪以来以正相位为主。

时间系数为正时，说明东欧地表气温下降，西欧地表气温上升，时间系数为负时，表明西欧地表气温下降，东欧气温上升。

3.3冷、暖季年平均温度eof分析

年平均温度变化虽然表现出100多年以来欧洲地面气温变化的主要特点,但是没有反映出季节性的温度变化差异。

为了分析不同季节对温度变化的贡献差异,我们分别计算冷季（11月一3月）和暖季（5月一9月）的欧洲地面气温的eof分析，做进一步研究。

3.3.1冷季年平均温度eof分析

表2　冷季年平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.495991

0.194733

0.087012

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.495991

0.690724

0.777735

图7冷季欧洲地表气温第一模态填色图及时间系数图

第一模态的贡献占方差的49.6﹪，前3个模态的累积方差贡献可以达到近78%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以较好的反应欧洲冷季年平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲冷季地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域有正有负，总体上纬度越高温度增加越快，尤其是俄罗斯西部地区，地表气温变率较大值在欧洲东北部，第一模态温度变率中心位于52°N-56°N，40°E-42°E附近区域，其变率最大值达0.02℃，另一变化较大区域位于欧洲西北部，其变率值大于0.015℃；总体上冷季变化趋势与全年温度变化具有很好地一致性，由图5的第一模态的时间变化系数图可得,时间系数图中第一特征向量时间系数变化与图2研究区域近百年来气温变化趋势基本一致。

，具有明显的年际变化特征，整个区域的气温都有明显的上升趋势；时间变化系数为正时,表现为整个研究区域的地表气温上升,时间变化系数为负则说明整个研究区域的地表气温降低。

从时间系数变化图可以得出，自1901-1970年，时间系数指数基本为负值，说明整个欧洲研究区域内地表气温变化以负相位为主；1978-2012年以来，欧洲冷季地面气温出现正距平，这表明整个欧洲研究区域内气温出现正异常，温度在升高，尤其是自80年代末90年代初以来，温度升高较90年代以前上升趋势更为明显，正相位也越来大，也就是说，在1970年之前，温度基本上保持不变，自1970年以后，温度一直在升高且正距平一直在增大。

图8冷季欧洲地表气温第二模态填色图及时间系数图

第二模态的方差贡献率为19.5﹪，由欧洲地表气温第二模态填色图可以看出，欧洲地表气温变化趋势在空间上呈现明显的随纬度的分布，欧洲西北部地区为负值，东南部地区为负值的反向分布特征，这表明欧洲西北部和东南部存在相反的变化趋势，第二模态中地表气温变化最明显的区域位于56°N-60°N，10°E-20°E,也就是在挪威、瑞典、拉脱维亚、爱沙尼亚等地，地表气温变率为负值，小于-0.02℃，温度下降；在白俄罗斯、莫斯科北部气温变化也比较明显，地表气温变率大于0.01℃，而在欧洲东南部温度有升高的变化趋势，与欧洲年平均eof分析第二模态相比，据有相反的变化趋势，可能是因为在冷季，所以受到动力因子影响较小，如厄尔尼诺等；通过与全年地表气温第二模态时间系数可得，冷季地面气温eof时间系数曲线图有相反的变化趋势，与填色图得到的结论一致，在20世纪初期，时间系数为负表现出增加趋势，在60-70年代之间变为正值，之后在70年代时间系数发生明显转折，时间系数变为负值，进入21世纪以来以正值位为主。

时间系数为正时，说明欧洲西北部地表气温下降，欧洲东南地区地表气温上升，时间系数为负时，表明欧洲东南部地表气温下降，欧洲西北部气温上升。

图9冷季欧洲地表气温第三模态填色图及时间系数图

第三模态的方差贡献率为9﹪，由欧洲地表气温第三模态填色图可以得到，欧洲地表气温变化趋势在空间上呈“负正负”的分布型式，东欧俄罗斯境内大部分地区为负值，西欧英国北部、爱尔兰、挪威奥斯陆等地也为负值，其它地方均为正值，第三模态中地表气温变率的正值中心大致位于42°N-48°N，15°E-25°E，地表气温变率达0.02℃，说明欧洲可能受到北大西洋涛动影响。

由地表气温第三模态时间系数可得，欧洲地表气温年际变化特征不是很明显，在20世纪初期，时间系数为负值，表现出上升趋势，在1910-1940年之间时间系数基本为零，表示在这一短时间内，欧洲地表气温基本没有变化，在60年代到90年代之间时间系数为负值，表示在冷季欧洲内陆温度降低，进入21世纪以来以正趋势为主，表明欧洲内陆在冷季有所升高，而在欧洲东部俄罗斯境内温度有降低趋势。

3.3.2暖季年平均温度eof分析

表3　暖季年平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.399494

0.176834

0.09893

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.399494

0.576328

0.675258

图10暖季欧洲地表气温第一模态填色图及时间系数图

第一模态的贡献占方差的40﹪，前3个模态的累积方差贡献可以达到近67.5%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以较好的反应暖季欧洲年平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域为正相关，这表明暖季欧洲地表气温变化趋势在空间上具有很好的整体一致性。

地表气温变率较大值在欧洲东北部，第一模态温度变率正值中心位于46°N-52°N，32°E-40°E区域，其变率最大值达0.016℃，另一变化较大区域位于西班牙马德里东部，其变率值大于0.014℃；在爱尔兰以及英国部分地区温度基本保持不变。

由图8的第一模态的时间变化系数图可得,时间系数图中第一特征向量时间系数变化与图2研究区域近百年来气温变化趋势一致。

整个区域的气温都有明显的上升趋势；时间变化系数为正时,表现为整个研究区域的地表气温上升,时间变化系数为负则说明整个研究区域的地表气温降低。

从时间系数变化图可以得出，自1901-1978年，时间系数指数基本均为负值，说明整个欧洲研究区域内地表气温随之降低出现负异常；30年代到40年代之间温度基本保持不变，1978-2012年以来，时间系数指数基本为正值，这表明整个欧洲研究区域内气温出现正距平，温度明显升高，尤其是自80年代末90年代初以来，温度升高较90年代以前更为明显，涨幅更为剧烈，可能与动力因子以及人类活动有关，为欧洲地区全年年平均气温贡献较大，也就是说，在1978年之前，温度基本上保持不变或有小幅度的降低，自1978年以后，温度一直在升高，且幅度一直在增大。

图11暖季欧洲地表气温第二模态填色图及时间系数图

第二模态的贡献占方差的17.7﹪，由欧洲地表气温第二模态填色图可以看出，欧洲地表气温变化趋势在空间上呈现欧洲北部地区为正值，南部地区为负值的反向分布特征，这表明欧洲北部和南部存在相反的变化趋势，第二模态中地表气温变化最明显的区域位于56°N-60°N，10°E-20°E,也就是在瑞典、拉脱维亚、爱沙尼亚、立陶宛等地，地表气温变率达0.02℃，在白俄罗斯、莫斯科北部气温变化也比较明显，地表气温变率大于0.01℃，而在欧洲南部、地中海北部温度却降低的变化趋势，说明欧洲北部受北大西洋涛动影响比较严重，而欧洲南部基本没有受厄尔尼诺影响；由地表气温第二模态时间系数可得，欧洲地表气温年际变化特征明显，在20世纪初期，时间系数为正表现出下降趋势，在40年代之后以负相位为主，之后在70年代时间系数发生明显转折，时间系数变为正值且转为下降趋势，进入21世纪以来以负相位为主。

时间系数为正时，说明欧洲南部地表气温下降，欧洲北部地表气温上升，时间系数为负时，表明欧洲北部地表气温下降，欧洲南部气温上升。

图12暖季欧洲地表气温第三模态填色图及时间系数图

第三模态的贡献占方差的10﹪，由欧洲地表气温第三模态填色图可以得到，欧洲地表气温呈现欧洲西北地区为负值，东南地区为正值的反向分布特征，存在反向变化趋势，第三模态填色图中地表气温变化最明显的区域在德国、波兰立陶宛、瑞典南部等地，地表气温正值变率大于0.02℃，而地表气温变率为负值的地区主要在俄罗斯萨马拉以东地区，说明可能受厄尔尼诺影响比较严重。

由地表气温第三模态时间系数可得，暖季气温随时间波动不大，基本都在零附近波动，政府距平基本稳定。

值得注意的一点是，20在世纪九十年代以来，温度并没有像全年年平均气温图显示的温度持续增加，而是有降低的趋势，因此，暖季对欧洲全年气温变化贡献不大。

从上面的分析可以看出，无论是冷季还是暖季都和全年年平均气温曲线图有着相似的变化趋势，并且通过分别对冷季和暖季的eof经验正交分析得出，冷季欧洲的温度变化比欧洲年平均温度变化快，增温中心也比暖季明显，冷季对年平均气温变化的贡献比较大。

从以上分还可以看出，欧洲在1850年至1910年期间，出现一段小幅升温后温度基本保持不变，在1910-1940年期间，欧洲地面气温有上升趋势，1940-1970年之间温度有降低的趋势，但从1970年开始温度又开始升高，且增温速度也比之前快，但到21世纪初，欧洲地表气温并没有持续增长，二十基本保持20世纪末的水平不变，因此，我们就以2000年为节点，再次利用eof经验正交分析法研究探讨一下前20年和后12年的月地表气温具体特征以及影响因素。

3.41980-1999年月平均气温eof分析

图131980-1999年月平均地面气温变化曲线图

图13是欧洲1980-1999年月平均气温变化曲线图，从图中可明显的看到自1980年到1999年，月平均气温呈明显的上升趋势，1999年比1980年月平均温度增加了至少1℃，尤其是自90年代以来，温度上升趋势明显，截止1999年月平均最低温上升了至少4℃。

表4　1980-1999年月平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.956827

0.013586

0.008987

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.956827

0.970412

0.9794

图141980-1999年欧洲地表月平均气温填色图及时间系数图

图14是1980-1999年欧洲地表月平均气温前三模态填色图及时间系数图，第一模态贡献占方差的95.7％，前3个模态的累积方差贡献可以达到近98%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以很好的反应欧洲月平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域为负相关，这表明欧洲地表气温变化趋势在空间上具有很好的整体一致性。

总体上东欧温度变化速度比西欧变化速度快；由第一模态的时间变化系数图可得,正负值都在减小，结合填色图可以得出，当正值减小时，东欧温度降低没有西欧明显，当负值继续减小时，说明东欧月平均温度增加的比西欧快。

从时间系数图可以看出，从1980年到1999年，正值在减小，负值也在减小，说明整体上欧洲气温在增加，并且东欧比西欧变化显著。

第二模态方差贡献率为1.4％，整体上表现为东北地区以负距平为主，西南地区以正距平为主的反向分布型式，在莫斯科东北方向有一变率负中心，其值达-0.02℃。

第二模态方差贡献率为0.9％，整体上表现为东欧为负值，西欧为正值的反向分布型式，在德国北部有一正值变率中心，其值大于0.015℃。

以上为欧洲地面月平均温度的分析，下面着重从两方面冷季和暖季来研究它们分别对欧洲温度变化的贡献。

3.4.11980-1999年暖月平均气温eof分析

表5　1980-1999年暖月平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.733827

0.116014

0.03633

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.733827

0.849841

0.886171

图151980-1999年欧洲地表暖月平均气温填色图及时间系数图

图15是1980-1999年欧洲暖月地表月平均气温前三模态填色图及时间系数图，第一模态贡献占方差的73.4％，前3个模态的累积方差贡献可以达到近88.6%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以很好的反应欧洲暖月平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域为负相关，这表明暖季欧洲地表气温变化趋势在空间上具有很好的整体一致性。

再结合第一模态的时间变化系数图可得,时间系数负值和正值都有减小的趋势，因此总的来说月平均最低温和最高温都有升高的趋势。

第二模态贡献占方差的11.6％，填色图呈东北地区为正值，西南地区为负值的反向分布特征，在萨马拉北部有一正值变率中心。

第三模态贡献占方差的3.6％，填色图具有欧洲中部西北部为负值，其它地区为正值的反向分布特征。

3.4.21980-1999年冷月平均气温eof分析

表6　1980-1999年冷月平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.644978

0.150649

0.059814

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.644978

0.795627

0.855441

图161980-1999年欧洲地表冷月平均气温填色图及时间系数图

第一模态的贡献占方差的64.5﹪，前3个模态的累积方差贡献可以达到近86%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以较好的反应欧洲冷月年平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲冷季地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域全为正值，表明欧洲气温变化具有整体一致性，东欧温度变化比较显著，最高值达到0.016℃，结合时间系数图可以看出，欧洲冷月温度增加比月平均温度快，增温中心也比暖月明显，说明冷月对月平均温度变化做出较大的贡献。

3.52000-2012年月平均气温eof分析

图172000-2012年月平均地面气温变化曲线图

图17是欧洲2000-2012年月平均地面气温变化曲线图，从图中可看出近12年以来欧洲月平均温度变化不大，尤其是月平均气温的最高值和最低值基本都保持不变。

表7　2000-2012年月平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.961975

0.012718

0.007517

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.961975

0.974693

0.98221

图182000-2012年欧洲地表暖月平均气温填色图及时间系数图

图18是2000-2012年欧洲地表暖月平均气温前三模态的填色图及时间系数图，第一模态贡献占方差的96.2％，前3个模态的累积方差贡献可以达到98.2%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以很好的反应欧洲近十年月平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域为负相关，温度变化出现负形势，这表明欧洲地表气温变化趋势在空间上具有很好的整体一致性。

结合时间系数图中可以得出温度在近12年变化不大，东欧地区没有出现像20世纪80年代到90末快速增温的现象。

第二模态贡献占方差的1.3％，欧洲东部俄罗斯地区出现比较明显的增温中心，在莫斯科北部，正值最高达0.02℃，很大程度可能是因为人类活动造成的。

第三模态的方差贡献为0.8％，出现东西反向分布型式。

3.5.12000-2012年暖月平均气温eof分析

表8　2000-2012年暖月平均气温EOF分析的前3个模态的方差贡献率

方差模态

第一模态

第二模态

第三模态

模态n的方差贡献率/%

0.795271

0.075593

0.033105

前n个模态累积方差

贡献率/%

0.795271

0.870864

0.903969

图192000-2012年欧洲地表暖月平均气温填色图及时间系数图

图19是2000-2012年欧洲地表暖月地表月平均气温前三模态填色图及时间系数图，第一模态贡献占方差的79.5％，前3个模态的累积方差贡献可以达到近90.4%,这表明前3个主分量及其载荷向量就可以很好的反应欧洲暖月平均地表气温变化的主要特征。

由欧洲地表气温第一模态填色图可知，第一模态在整个研究区域为负相关，这表明暖季欧洲地表气温变化趋势在空间上具有很好的整体一致性。

再结合第一模态的时间变化系数图可得,时间系数总体来说变化不