为什么把气温序列中的城市化影响看作偏差？

上一篇公众号文章，提到了气温数据的城市化偏差问题。不少人，包括一些从事气候变化研究的专业人士，不明白为什么一个区域、全球陆地气温趋势里包含的‌城市化影响，也就是数据序列中的城市热岛效应增温分量，被当成系统误差，即偏差。 

在一些人看来，城市化影响是真实存在的，不该从过去地表气温数据里去除。公众、学生、记者对此存在疑惑，是容易理解的；但不少专业人士，在不同场合也会频繁问起这个问题，说明其具有较高的普遍性。

所以有必要把这个问题讲清楚。但从事气候变化观测研究的学者，其实完全了解这个问题，下述解释对他们来说可能没必要；这里主要面向气候学、地球科学、环境科学领域的其他研究者；而普通公众可能不太容易理解，但希望这个解释能对所有人都有一点帮助。

简单来说，这其实是个混合的问题，涉及通常使用的区域平均气温序列的计算方法，当前研究中使用的大尺度观测网代表性，以及气候变化研究里需要考虑的空间尺度。

区域平均气温序列计算方法

在观测气温变化的研究里（包括监测、检测和归因），研究者会用大尺度观测网的历史数据，算出区域或全球的气温变化趋势。常规操作是把区域或全球划分成经纬度网格（比如常用的5°×5°网格），先算出每个网格的平均气温趋势，再用面积加权平均法算出区域或全球的平均气温趋势。

假设一个区域有两个5°×5°的网格，一个网格全是城区，另一个全是乡村，我们就能高精度算出这个区域的平均气温趋势。但现实里，包含城市的网格不可能全是城区。例如，在北纬30°—35°之间，一个5°×5°网格的面积约为26万平方公里，处于这个纬度带的郑州市，其中心城区建成区面积约770平方公里（2022年数据），占网格总面积的比例仅有0.3%。

这种情况下，如果用城市站点的数据代表整个网格的气温趋势，就会高估这个网格和整个区域的气温变化。在中国大陆乃至全球陆地上，所有城镇的建成区面积占陆地总面积的比例都不到1%。我们不能用占比不到1%的区域升温值，去代表整个网格（区域或全球）的升温趋势。因此，我们必须把城市站点（或所有站点）超出乡村/背景平均的那部分额外气温趋势，也就是城市化影响，当成偏差来处理。

大尺度气候观测网的代表性

就气候变化研究来说，我们的历史气候观测网，在空间和时间上的代表性都比较差。从空间代表性来看，这些历史观测网的站点太稀疏了。如果我们有高密度的历史观测网，比如每1公里就有一个站点，每个站点都有超过100年的观测数据，我们就能用比5°×5°精细得多的网格（比如0.01°×0.01°的网格）来计算区域平均值。

这种情况下，我们可以通过精细计算不同下垫面（尤其是城区和乡村）的不同升温趋势，得到精度很高的区域平均升温速率估值。可惜我们没有这么完善的历史气候观测网，目前只能把城市化影响当成偏差处理，才能得到相对可靠的宏观尺度气候变暖速率的认识。

现在研究者使用的历史气候观测网，不是为气候变化研究建立起来的；它们当初是为天气监测、预报设立的。天气预报不需要考虑半个世纪出现 0.5~1.0℃气温变化的问题。直到最近半个世纪，人们开始关注气候变化，才在原来天气观测网的基础上，“临时”拼凑出了历史气候观测网。

这是当前气候变化观测研究面临的根本问题，也是气候变化检测、归因、预估研究还存在较大不确定性的主要原因之一。

气候变化研究中的空间尺度

这个问题还和气候变化研究里对空间尺度的理解、处理方式有关。目前我们关注和研究的重点，是大尺度的气温变化，包括区域的和全球的气候变暖。如前所述，在这样的空间尺度下，城市化影响必须被当成偏差。

如果我们聚焦在小得多的范围，尤其是单座城市，城市站升温，也就是“背景（乡村）升温+城市化影响”，就可以被当成这个区域真实发生的气温变化；这种情况下城市化影响就不能被当成偏差了。在城市气候变化研究里，不能把城市化影响从历史数据序列里去除，它代表了城市化对站点附近升温趋势的一部分贡献。只有在这种场景下，它才不是观测数据偏差，而是真实存在的局地热力增强效应。

全球气候变化被简称为气候变化。现在看，这种简化并不适当；气候变化包括不同空间尺度上的气候要素长期演化，至少应该区分为全球变化，区域变化和局地变化。在中小规模城市的情况下，局地气候变化就是城市气候变化，它的主要驱动力是城市化。

结语

之所以要把地面气温数据中的城市化影响当作偏差，是因为我们没有一个好点的历史气候观测网；在这种情况下，为了弄清楚过去一百多年大尺度气候变化历史，研究者使用空间代表性较差的气象站数据和经纬度网格面积平均方法，估算全球陆地或区域整体气温趋势，就把城市站局地增暖的信号带进估算结果中了。

这种情况下，我们本来不应该把估算结果叫作全球变暖或区域变暖，而应称作全球气象站变暖或区域气象站变暖；但我们无法更换这些通用术语，而又非常需要了解全球变化和区域变化，就只能把城市气象站数据中额外的人为局地增温信号看作偏差了。

CCDAM

2026年10月18日

编写：任国玉

校对：张盼峰，何佳骏，周雅清 

审核：任国玉

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