1976–2025年间全球陆地昼夜温度变化范围：十年间的演变趋势、月度变化贡献以及水分、云层、辐射与能量之间的相互作用

《Atmospheric Research》：Global land diurnal temperature range during 1976–2025: Decadal evolution, monthly contributions, and moisture–cloud–radiation–energy linkages

　　

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  ERA5和CRU-TS数据显示，全球陆地日温差（DTR）的趋势最近出现了向正值转变的倾向。
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  尽管存在较大的月度波动，但年DTR趋势仍然为正值。
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  DTR与环境的关联程度随着干旱状况和季节的不同而显著变化。

引言

全球变暖通常用平均温度的变化来描述，然而，即使平均温度相同，日夜温度的变化也可能有很大差异。日温差（DTR）是指每日最高温度（T_max）和最低温度（T_min）之间的差异，因此它提供了衡量日温变化不对称性的一个有用指标。由于T_max和T_min对辐射、云层、土壤湿度、边界层过程以及地表能量分配的反应不同，DTR反映了近地表能量平衡和陆地-大气耦合的变化，这与生态系统、农业和人类健康影响密切相关（Braganza等人，2004年；Huang等人，2023年）。建模研究进一步强调了DTR在气候模型中表示日温过程和外部强迫时的重要作用（Sun等人，2026年）。

在二十世纪中后期，许多陆地区的T_min上升速度比T_max快，导致整体DTR下降（Karl等人，1993年；Easterling等人，1997年）。然而，最近的观测表明这种下降趋势并未持续。Huang等人（2023年）报告称1980年至2021年间全球陆地DTR显著增加，而Zhong等人（2023年）将夜间温度上升的不对称性减弱归因于T_max相对于T_min的加速升温。后续研究指出DTR经历了从下降到上升的十年尺度转变，尽管其变化时间因数据集而异，并且受到空间覆盖范围和均质化处理方法的影响（Liu等人，2024年；Xu等人，2025年）。DTR的变化还表现出明显的季节性和区域性差异（Liu等人，2021年；Liu等人，2022年；Pithan和Schatt，2024年）。这些发现表明全球陆地DTR在时间上是非平稳的，在空间上是不均匀的。

DTR的变化受到辐射、水文和地表能量过程相互作用的控制。白天的云层会通过减少入射的短波辐射来抑制T_max，而夜间的云层则通过增强向下长波辐射和削弱夜间冷却来提高T_min（Wang等人，2022年）。湿度也会通过地表能量分配影响DTR：湿润条件会增强蒸散作用和潜热通量，限制白天的升温，而干燥条件则使能量更多地用于感热升温，从而导致更高的T_max和更大的DTR（Dai等人，1999年；Zaman等人，2015年；Daramola等人，2024年）。气溶胶和地表变化通过改变大气透明度、反照率、粗糙度、热量储存和蒸散作用产生额外影响（Nocco等人，2019年；Stamatis等人，2025年；Yun和Park，2025年）。由于这些因素之间的强耦合，单变量分析难以区分它们各自的独立影响和共同作用，因此需要采用多变量框架来评估它们与DTR变化的相对关联。

基于这些考虑，本研究使用多源验证、十年和月度分析以及多变量环境框架，对1976年至2025年的全球陆地DTR变化进行了研究，并对气溶胶和地表变化进行了额外的敏感性测试。我们探讨了四个问题：（1）ERA5、CRU-TS和GHCN-D之间的T_max、T_min和DTR趋势是否一致？（2）DTR是否存在十年尺度的转变，月度贡献、空间覆盖范围和趋势幅度如何影响年度趋势？（3）在不同月份和干旱条件下，湿度、云-辐射和地表能量交换变量与DTR、T_max和T_min之间的相对关联是什么？（4）气溶胶和地表变化与DTR、T_max和T_min有何关联，这些敏感性分析提供了哪些额外见解？

章节片段

数据集和预处理

本研究涵盖了1976年至2025年间除南极洲以外的全球陆地面积。通过将ERA5的每小时2米空气温度按当地太阳日处理，得出每日T_max、T_min和DTR，然后进行月度和年度汇总。分析了八个环境变量：绝对湿度（AH；g·m^?3）、土壤湿度（SM；m³·m^?3）、总降水量（TP；mm·month^?1）、总云量（TCC；0–1）、地表向下短波辐射（SWD；W·m^?2）、地表向下长波辐射（LWD；W·m^?2）等。

ERA5温度和DTR趋势的多源验证

经过质量控制后，保留了3456个长期GHCN-D站点。这些站点的密度在美国和欧洲最高，中国、俄罗斯和澳大利亚适中，而在非洲、南美洲和亚洲大部分地区较为稀少（图1）。因此，GHCN-D在覆盖范围充足的情况下提供了一个基于站点的参考，而CRU-TS则提供了全球陆地连续的空间网格化参考。

ERA5在T_max和T_min的趋势上与观测参考值更为吻合

近期全球陆地DTR增加的稳健性和解释

ERA5、CRU-TS和GHCN-D在T_max和T_min的长期趋势上更为一致，而在DTR上则不然。这种差异是预期的，因为DTR定义为T_max减去T_min：当两个组分的趋势幅度相似时，数据集中的小差异可能会导致DTR残差趋势的相对较大差异。因此，DTR对观测覆盖范围、网格化和插值、再分析表示等更为敏感

结论

本研究使用ERA5数据评估了1976年至2025年的全球陆地DTR变化，并与经过质量控制的CRU-TS和GHCN-D进行了比较，同时进行了干旱分层分析和涉及气溶胶和地表变化的敏感性分析。得出五个主要结论：

（1）全球陆地DTR在近几十年内明显从先前的下降或微弱变化转向了正值趋势。ERA5、CRU-TS和GHCN-D在T_max和T_min上的一致性更强，而在DTR上则不然。

CRediT作者贡献声明

李哲：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、项目管理、正式分析。张廷龙：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、监督、方法论、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念构思。杨毅：撰写——审稿与编辑、资源协调、项目管理、方法论、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念构思。熊亚军：监督

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本手稿中所报告的工作。

本声明代表所有作者发表。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（资助编号：42375079和42275162）、中国民用航空飞行大学人才支持计划（资助编号：XYKY2024064）以及中央政府基础科学研究专项基金（资助编号：TD2025CZ08）的支持。我们衷心感谢所有合作者的宝贵支持和讨论。

李哲|张廷龙|杨毅|熊亚军|刘云峰|文颖|王浩天