年均气温随时间影响的研究

王爱东 魏明亮 秦晓敏 姜艳丽

摘要：利用最新的近142a的全球年平均气温数据，通过回归、指数上升、阻力方程的研究，得出年均气温的极值点是35.8℃，气温变化总的趋势是上升的，在1821年气温平均上升速度最快，911年当年气温上升速度最快，试验精度达99.53%以上，并与历史记载进行了比较分析，吻合程度较高。

关健词：年均气温;回归;上升;阻力

中国物候学家竺可桢辩驳成从中国5000年来的气候记录来看，平均气温升降一度很正常。正是火山喷发携带出了大量的二氧化碳，地表温度才逐年上升，用了几万年的时间才溶解了地表冰川，结束了休冰期，生命重新活跃在地表。究竟现代气温随二氧化碳浓度变化如何，下面笔者先从气温随时间变化的影响入手进行研究，进而进行气温随二氧化碳浓度影响的研究。

1. 资料来源

主要通过网络搜索查找气温随二氧化碳浓度变化的历史资料及最新研究成果，通过绿色文库网获得1880至2021年各年度全球平均气温。

2. 研究方法

利用回归方程y=a+bx、y=exp（a+bx）与y=exp（a-b/x），参照巩延苹[1]、张德全[2]、张靖[3]等人的研究成果，将这三个方程分别命名为线性回归方程、成长指数方程和阻力指数方程，其中y为因变量，这里是指年均气温，x为自变量，是指时间。a、b为等求系数。时间单位为年，采取公元纪年。

3. 研究过程

3.1气温随时间变化差异性分析

先通过方差分析全球年平均气温（以下简称气温），前70年（1880-1949）与后72年（1950-2021）相比，方差值為10.32，以99.83%的可靠度说明前70年与后72年是有极显著性差别的，后者比前者的均值高2.88%。

3.2气温随时间变化分析

气温随时间变化，分别采用1880—2020和1880-2021各年度气温与时间作相关系分析，其中1880-2021年度的分析，试验精度相对较高，故采用之。均通过t检验和F检验试验精度达99.5%以上。试验表明，从线性方程表明，公元0年起始变化温度为0.98℃，比现在低13℃，上升方程的初始公元0年起始变化温度为5.49℃，比现在低9.513℃左右，成长指数方程试验精度较高，因此其实验结果更为可靠。据2019，9，19日搜狐网看鉴专栏报道，从大气候而言，地球存在大冰期与小冰期的间隔，而在小冰期之中，则存在与暖湿气候相间隔的冷期，自从公元0年开始，新千年的第一个冷期即将光临北亚大地，而他们即将摧毁的，是当时盘踞北亚高原的游牧部落：匈奴。在这场从公元0年开始预演的气候变化中，到了东汉末年，大规模的气候变化开始接踵而至，从公元181年开始至公元540年，中华帝国开始进入了新千年的第一个冷期，从而使得中国历史进入了长达三百多年的汉末魏晋南北朝乱世。有学者认为当时气温比现在低2-3℃左右。毕竟是用现在100多年的变化去推断2000多年前的事情。因此上升指数方程比线性方程的试验结果更为可靠。从试验精度最高的阻力方程，可以看出，气温在1821年，是公元0年至现在，气温随时间平均变化最大的年份，910年左右是当年气温随时间变化最大的年份。据中国天气网2015年3月17日报道，更高时间分辨率的资料做进一步的分析表明，在公元810、860和910年还发生了数个强旱灾年。据网络资料，公元4世纪到9世纪左右，欧洲夏季海平面的温度均低于9摄氏度，这种情况一直持续到公元800-900年。1821年正好处于第一次工业革命的中期，又是火山大爆发气温下降的第6年，因此该试验结果与现实情况相对应，说明试验结果是比较可靠的。但是毕竟是用了近184a的数据资料来推算2000多a的状况，与真值差距在所难免，因此必须采用更多年份的数据和更为先进的计算办法进一步进行科学研究。1816年用线性方程推算，当年的气温是13.18℃，1870年13.54℃，而1880年的平均气温为13.79℃，1816年分别比1870和1880年低0.36℃和0.61℃，与1816年因1915火山爆发的原因使平均气温下降0.4—0.7℃相吻合。以上研究表明，气温变化与二氧化碳浓度变化，存在相关关系，人为活动强度的增加，人口的增长，可引起二氧化碳浓度的增高，使气温同步升高，主要以海洋为主的水汽蒸发增多，可增加降水量，减少旱灾的发生，从而促进人们的安居乐业，社会的和谐稳定，下面再看看二氧化碳浓度随时间变化情况。

不难看出，阻力方程也有一定的局限性，当时间从负的方向无限趋近于0时，气温值变成+∞，从正的方向无限趋近于0，就变成-∞，试验证明对于这三个试验方程，如果自变量同时加上或减去某一数值，方程的系数斜率b值不变，系数截距a值有所变化，本研究采取公元纪年，公元0年并非真正意义的时间起点，如果从地球形成那时起算真正意义的时间起点的，表明那时气温表化是极其强烈而且是极高或极低的，这与现实倒是相符的。线性方程和成长指数方程表明，随着是时间的推移气温是无限增长的，这也是不符合现实的。线性方程往前推算，气温也是无限下降的也是不符合现实的。成长指数方程的最小值为0，当时间极为久远时将会达到，这倒是有可能的。阻力指数方程随着时间的无限推移和倒算，气温将会达到极值点35.8℃，从这个方程可以看出，气温并不是无限增长的，而且是有限度的。有过5亿年前气温比现在高10℃的报道，即达到25℃左右，离极值仍然是想差甚远。

4. 讨论

试验表明，近期气温总的趋势是上升的，气温上升的极限是35.8℃，气温变化总的趋势是上升的，在1821年气温平均上升速度最快，911年当年气温上升速度最快，试验精度达99.53%以上，并与历史记载进行了比较分析发现是十分吻合的。

参考文献：

[1]巩延苹，黑赤松生长与年降水量关系研究，防护林科技[J]，41-47，2017，6。

[2]张德全，王风臻，杨志军，用树木生长量与降雨量相关性预测气候干湿周期研究，林业建设[J]，47-54，2018，1。

[3]张靖，于凌飞，王一辰，赤松生长节律与降雨量关系研究，防护林科技[J]，9-13，16，2017，11。