年均氣溫隨時間影響的研究

王愛東 魏明亮 秦曉敏 姜艷麗

摘要：利用最新的近142a的全球年平均氣溫數據，通過回歸、指數上升、阻力方程的研究，得出年均氣溫的極值點是35.8℃，氣溫變化總的趨勢是上升的，在1821年氣溫平均上升速度最快，911年當年氣溫上升速度最快，試驗精度達99.53%以上，并與歷史記載進行了比較分析，吻合程度較高。

關健詞：年均氣溫;回歸;上升;阻力

中國物候學家竺可楨辯駁成從中國5000年來的氣候記錄來看，平均氣溫升降一度很正常。正是火山噴發攜帶出了大量的二氧化碳，地表溫度才逐年上升，用了幾萬年的時間才溶解了地表冰川，結束了休冰期，生命重新活躍在地表。究竟現代氣溫隨二氧化碳濃度變化如何，下面筆者先從氣溫隨時間變化的影響入手進行研究，進而進行氣溫隨二氧化碳濃度影響的研究。

1. 資料來源

主要通過網絡搜索查找氣溫隨二氧化碳濃度變化的歷史資料及最新研究成果，通過綠色文庫網獲得1880至2021年各年度全球平均氣溫。

2. 研究方法

利用回歸方程y=a+bx、y=exp（a+bx）與y=exp（a-b/x），參照鞏延蘋[1]、張德全[2]、張靖[3]等人的研究成果，將這三個方程分別命名為線性回歸方程、成長指數方程和阻力指數方程，其中y為因變量，這里是指年均氣溫，x為自變量，是指時間。a、b為等求系數。時間單位為年，采取公元紀年。

3. 研究過程

3.1氣溫隨時間變化差異性分析

先通過方差分析全球年平均氣溫（以下簡稱氣溫），前70年（1880-1949）與后72年（1950-2021）相比，方差值為10.32，以99.83%的可靠度說明前70年與后72年是有極顯著性差別的，后者比前者的均值高2.88%。

3.2氣溫隨時間變化分析

氣溫隨時間變化，分別采用1880—2020和1880-2021各年度氣溫與時間作相關系分析，其中1880-2021年度的分析，試驗精度相對較高，故采用之。均通過t檢驗和F檢驗試驗精度達99.5%以上。試驗表明，從線性方程表明，公元0年起始變化溫度為0.98℃，比現在低13℃，上升方程的初始公元0年起始變化溫度為5.49℃，比現在低9.513℃左右，成長指數方程試驗精度較高，因此其實驗結果更為可靠。據2019，9，19日搜狐網看鑒專欄報道，從大氣候而言，地球存在大冰期與小冰期的間隔，而在小冰期之中，則存在與暖濕氣候相間隔的冷期，自從公元0年開始，新千年的第一個冷期即將光臨北亞大地，而他們即將摧毀的，是當時盤踞北亞高原的游牧部落：匈奴。在這場從公元0年開始預演的氣候變化中，到了東漢末年，大規模的氣候變化開始接踵而至，從公元181年開始至公元540年，中華帝國開始進入了新千年的第一個冷期，從而使得中國歷史進入了長達三百多年的漢末魏晉南北朝亂世。有學者認為當時氣溫比現在低2-3℃左右。畢竟是用現在100多年的變化去推斷2000多年前的事情。因此上升指數方程比線性方程的試驗結果更為可靠。從試驗精度最高的阻力方程，可以看出，氣溫在1821年，是公元0年至現在，氣溫隨時間平均變化最大的年份，910年左右是當年氣溫隨時間變化最大的年份。據中國天氣網2015年3月17日報道，更高時間分辨率的資料做進一步的分析表明，在公元810、860和910年還發生了數個強旱災年。據網絡資料，公元4世紀到9世紀左右，歐洲夏季海平面的溫度均低于9攝氏度，這種情況一直持續到公元800-900年。1821年正好處于第一次工業革命的中期，又是火山大爆發氣溫下降的第6年，因此該試驗結果與現實情況相對應，說明試驗結果是比較可靠的。但是畢竟是用了近184a的數據資料來推算2000多a的狀況，與真值差距在所難免，因此必須采用更多年份的數據和更為先進的計算辦法進一步進行科學研究。1816年用線性方程推算，當年的氣溫是13.18℃，1870年13.54℃，而1880年的平均氣溫為13.79℃，1816年分別比1870和1880年低0.36℃和0.61℃，與1816年因1915火山爆發的原因使平均氣溫下降0.4—0.7℃相吻合。以上研究表明，氣溫變化與二氧化碳濃度變化，存在相關關系，人為活動強度的增加，人口的增長，可引起二氧化碳濃度的增高，使氣溫同步升高，主要以海洋為主的水汽蒸發增多，可增加降水量，減少旱災的發生，從而促進人們的安居樂業，社會的和諧穩定，下面再看看二氧化碳濃度隨時間變化情況。

不難看出，阻力方程也有一定的局限性，當時間從負的方向無限趨近于0時，氣溫值變成+∞，從正的方向無限趨近于0，就變成-∞，試驗證明對于這三個試驗方程，如果自變量同時加上或減去某一數值，方程的系數斜率b值不變，系數截距a值有所變化，本研究采取公元紀年，公元0年并非真正意義的時間起點，如果從地球形成那時起算真正意義的時間起點的，表明那時氣溫表化是極其強烈而且是極高或極低的，這與現實倒是相符的。線性方程和成長指數方程表明，隨著是時間的推移氣溫是無限增長的，這也是不符合現實的。線性方程往前推算，氣溫也是無限下降的也是不符合現實的。成長指數方程的最小值為0，當時間極為久遠時將會達到，這倒是有可能的。阻力指數方程隨著時間的無限推移和倒算，氣溫將會達到極值點35.8℃，從這個方程可以看出，氣溫并不是無限增長的，而且是有限度的。有過5億年前氣溫比現在高10℃的報道，即達到25℃左右，離極值仍然是想差甚遠。

4. 討論

試驗表明，近期氣溫總的趨勢是上升的，氣溫上升的極限是35.8℃，氣溫變化總的趨勢是上升的，在1821年氣溫平均上升速度最快，911年當年氣溫上升速度最快，試驗精度達99.53%以上，并與歷史記載進行了比較分析發現是十分吻合的。

參考文獻：

[1]鞏延蘋，黑赤松生長與年降水量關系研究，防護林科技[J]，41-47，2017，6。

[2]張德全，王風臻，楊志軍，用樹木生長量與降雨量相關性預測氣候干濕周期研究，林業建設[J]，47-54，2018，1。

[3]張靖，于凌飛，王一辰，赤松生長節律與降雨量關系研究，防護林科技[J]，9-13，16，2017，11。