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农业地理的一条重要的地理界线是秦岭—淮河一线。它是中国区分亚热带和暖温带的一条重要的南北地理分界线，也是中国重要的农业地带界线（张百平，2019）。南北地理分界线处于亚热带气候的显著特征隐退而出现暖温带显著特征的过渡地段，并把同一等级内划分出来的内部相对一致的地域单元彼此分隔开来，同时又表现出其外部的差异性（吴绍洪等，2002）。因此，该界线不是非此即彼的，而是通过一条宽窄不一的带来完成，且在气候变化下随时间而迁移变化。这个带就是中国气候南北过渡带。确定过渡带的位置、走向、范围及边界，需要选取科学的划界指标并采用科学的划界方法。不同划界指标在历史和未来情景下的迁移变化均会引起南北过渡带范围和边界的变动，对区域内农业生产影响极大。本节重点介绍中国气候南北过渡带主要分界指标的历史迁移和RCPs情景下的变化趋势及其引起的南北过渡带范围的动态变化。
相关研究结果表明，各气象要素的大致变动范围西南段较东北段更为稳定。日均温≥10摄氏度积温和干燥度指数的变化幅度大于800毫米等降水量线和1月0摄氏度均温。确定的中国南北过渡带的极端最北界自西向东依次穿过礼县、天水、宝鸡、耀州区、韩城、安泽、涉县、邢台、静海县；极端最南界自西向东依次穿过北川、宁强、西乡、房县、淅川、罗山、商城、定远、临安区（李亚男等，2021）。与历史时期相比，RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0的情景下，800毫米等降水量线过渡带和1月0摄氏度等温线的北界虽略向北推进，但变化不明显。RCP8.5情景下的800毫米等降水量线和1月0摄氏度等温线的北界已北移到黄河一带；800毫米等降水量线的南界变化不大，1月0摄氏度等温线的南界已到达秦岭—淮河一线以北。
本书采用1951～2018年2 400多个国家气象站点的逐日气温、降水、潜在蒸散量等气象数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn/data.aspx）。国家气象站点数量由1951年的182个增加到2018年的2 425个。不同年份气象要素的观测值存在缺失，为了保证数据的连续性和完整性，根据气候因子的计算对缺测的数据进行剔除和插补后再进行计算。
采用跨领域影响模式比较计划（Inter-sectoral Impact Model Inter- comparison Project, ISIMIP）提供的多模式数据集（秦大河等，2014；陈晓晨等，2014；Belda et al.，2015；胡芩等，2015；程志刚等，2015；刘彩红等，2015），模拟耦合模式比较计划第五阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5）试验中的五个全球气候模式（Global Climate Model, GCM）（表1–3）。在RCPs温室气体排放情景下的变化，经过插值降尺度计算将其统一到同一分辨率下，利用简单平均方法进行多模式集合（吴佳等，2015；马丹阳等，2019），分析了中国气候南北过渡带2019～2100年的变化预估结果。所有未来预估结果都是相对于1951～2018年的气候平均值。
表1–3 耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中五个全球气候模式基本信息
在基于气候要素的界定方面，学者们主要考虑从人力不能大规模改变的温度指标和水分指标中遴选划界指标（卞娟娟等，2013；郑景云等，2013）。温度指标中，0摄氏度和10摄氏度是重要的农业界限温度。0摄氏度标志着农事活动的开始或终止，最冷月（1月）平均气温与作物生长、产量、品质关系密切，因此1月0摄氏度均温常被作为划界指标。日均温≥10摄氏度是喜凉作物迅速生长和喜温作物开始播种的热量条件。日均温≥10摄氏度积温是生长期内总热量，为常见的划界指标（竺可桢，1958；黄秉维，1958）。随着研究的深入，学者们发现在采用日平均气温稳定≥10摄氏度的日数替代10摄氏度以上积温4 500摄氏度等值线能更准确地刻画出中国温度条件的地域分异，因此主张以日均温≥10摄氏度的持续日数作为划界指标，以日均温≥10摄氏度积温为参考指标（吴绍洪等，2002；郑度，2008；戴声佩等，2014）。水分指标中，除800毫米等降水量线外（李雪萍等，2016），表征干湿状况的干燥度指数因更能体现水分的输入、分配、组合与转换规律而被纳入到划界指标中（吴绍洪等，2002；王利平等，2016；苑全治等，2017）。本节以日均温≥10摄氏度的持续日数和干燥度指数0.5作为南北过渡带划分的主要指标，并采用800毫米等降水量线和1月0摄氏度等温线为辅助指标，用以判断中国气候南北过渡带的动态变化。
首先通过ArcGIS栅格计算对中国气候南北过渡带进行可视化表达，然后借鉴统计学原理中的均值—标准差法，利用1951～2018年的逐年各气候指标等值线的均值和不同标准差倍数的组合来确定南北分界线，从而实现南北过渡带范围的有效界定。标准差反映了各气候因子相对于平均水平的偏离程度。各指标的均值和标准差能反映不同年份各气候因子的变异程度。
利用SQL Server数据库对过去68年（1951～2018年）每年的逐日观测数据进行处理，其中年降水量、1月平均气温、日均温≥10摄氏度日数通过统计计算直接得到。干燥度指数由年降水量和潜在蒸散量的比值表示（杨建平等，2002）。
充分考虑各气候指标的特征，采用普通克里金对各气候指标插值，在精度验证后得到各气候指标68年的空间分布图。利用栅格计算器将各气象要素逐年插值面
分别减去各气象要素的分界值（800毫米、0摄氏度、219天、0.5）得到各栅格面
，求68年均值
的绝对值
，并将五个气候指标的绝对值栅格面
可视化。
从68年来各气候指标的空间分布图中分别提取历年800毫米等降水量线、1月0摄氏度等温线、日均温≥10摄氏度219天等值线和干燥度指数0.5等值线。为了具有可比性，提取的等值线均删除较短的弧段，仅保留完全连接的最长弧段，然后分别提取了各气候指标68年的等值线。绘制5千米×5千米的渔网，删除水平渔网线，将垂直渔网线与各气候指标68年的等值线相交并求取交点（史文娇等，2017），然后提取同一条垂直渔网线上交点的经纬度，并求得纬度值的均值，最后将所有垂直渔网线上的经度和纬度的均值生成点，将点集转为线。该线即各气候指标68年变动的均值线μ。
根据各气候指标均值线μ，求μ的不同倍数标准差线μ+1std（标准差）、μ-1std（标准差）、μ+2std（标准差）、μ-2std（标准差）、μ+3std（标准差）、μ-3std（标准差）。以μ、μ±1std、μ±2std、μ±3std为分割线将四个气候指标的摆动范围划分为六个带状区域，并对每个区域进行赋值。将μ±1std（标准差）范围赋值为1，μ±2std（标准差）范围赋值为2，μ±3std（标准差）范围赋值为3。运用栅格计算器将赋值后的图层相加得到数值为4～12的南北过渡带范围，采用自然间断点分类得到南北过渡带稳定区、敏感区和异常区的范围。
1951年以来，中国气候南北过渡带的主要划界指标的等值线均在不同程度随年代迁移。其中，800毫米等降水量线在20世纪80年代、21世纪00年代北移，在20世纪70、90年代、21世纪10年代初南移，且纬度降低趋势较明显（李雪萍等，2016）。1月0摄氏度等温线从秦岭—淮河一带向北推进到黄河一线（宁晓菊等，2015）。就变化趋势而言，1951～1993年日均温≥10摄氏度的日数和积温在年代波动中略有下降，而1993年之后则快速上升；1月平均温度在1951～1985年间的波动中略有上升，1985年之后出现微弱下降。20世纪90年代初以来，秦岭以北的1月份平均温度、日平均气温≥10摄氏度的日数和积温的增加均比秦岭以南更大、更显著（周旗等，2011）。南北过渡带的位置北移，夏季降水减少，气候偏旱；南北过渡带的位置南移，则夏季降水增加，气候偏涝。就气候指标而言，800毫米等降水量线位置变动对区域旱涝格局影响尤为显著。800毫米等降水量线纬度位置越高其区域发生涝灾的可能性越大，越低则区域出现旱灾的可能性越大。
中国气候南北过渡带划界气候指标800毫米等降水量线、1月0摄氏度等温线、日均温≥10摄氏度日数等值线和干燥度指数0.5等值线在1951～2018年间的地区，可以被认定为中国气候南北过渡带的范围。此范围往南或往北的区域则是超过或达不到各划界指标的区域，不属于中国气候南北过渡带的范围。由此可以证明南北过渡带不是一条非此即彼的线，而是通过一条宽窄不一的带来完成。过渡带中心的渐变区域即为中国南北气候的分界带。具体表现为：
1. 800毫米等降水量线变动范围的中心线自东向西大致穿过山东和江苏两省交界处、安徽北部、河南中南部、陕西南部、四川西北部和西藏西南部。1月0摄氏度等温线的中心线与800毫米等降水量线中心线的范围和走向大致相同，与秦岭—淮河一线基本一致。日均温≥10摄氏度219天过渡带中心线的东段和西段更偏南，中段与其基本一致。干燥度指数0.5的过渡带自东向西依次经过山东东南部、河南中部、陕西南部、四川北部，随后向南延伸至云南的东南部，最后又向西北延伸至西藏西南部。
2. 就过渡带范围的边界来看，过渡带北界的变动范围由北至南排序依次为日均温≥10摄氏度219天等值线、干燥度指数0.5等值线、800毫米等降水量线和1月0摄氏度等温线。其中日均温≥10摄氏度219天等值线过渡带东段最北已到达北京、天津，西段最北到达四川中部和云南北部。1月0摄氏度等温线过渡带东段最北到达河北南部，西段最北到达西藏南部。800毫米等降水量线和干燥度指数0.5等值线过渡带东段最北到达山东东北部，西段最北到达西藏东南部。过渡带南界的变动范围由南至北排序依次为1月0摄氏度等温线、日均温≥10摄氏度219天等值线、800毫米等降水量线和干燥度指数0.5等值线。1月0摄氏度等温线的变动范围东段最南已覆盖江苏全境，西段最南到达四川中部。日均温≥10摄氏度219天等值线东段最南端到达江苏南部，西段最南到达贵州西北部和四川南部。800毫米等降水量线和干燥度指数0.5等值线东段最南到达江苏和安徽北部，西段最南到达云南东北部。
3. 就气候变化的稳定性而言，各气象要素的大致变动范围西南段较东北段更为稳定，与秦岭在地形上形成的巨大屏障关系密切。1月0摄氏度等温线、800毫米等降水量线和干燥度指数0.5等值线较日均温≥10摄氏度219天等值线更为稳定。积温日数等值线的中心线的东段已越过秦岭—淮河一线，这是因为随着全球气候变暖，中国各地气温普遍上升且极端高温的异常天气频繁出现，造成年积温的大幅上升。此外，东段的淮河一线地势坦荡，冬夏气流畅通无阻，便形成了日均温≥10摄氏度219天等值线向北摆动幅度较大的特征（李亚男等，2021）。
运用ArcGIS从68年来各气候指标的空间分布图中分别提取历年800毫米等降水量线、1月0摄氏度等温线、日均温≥10摄氏度219天等值线和干燥度指数0.5等值线，并将同一气候要素68年的等值线叠加至同一图层进行对比。结果表明，800毫米等降水量线、1月0摄氏度等温线和干燥度指数0.5等值线的摆动范围比较大。其中，800毫米等降水量线和干燥度指数0.5等值线北移幅度最大的年份是1964年，极端最北界的位置已越过北京和天津。南移幅度最大的年份是1978年，极端最南界的位置自西向东依次穿过湖北东南部、安徽南部和江苏南部。1月0摄氏度等温线北移幅度最大的年份是2002年，极端最北界的位置到达河北中部。南移幅度最大的年份是2011年。极端最南界的位置到达安徽、江西两省的交界处。日均温≥10摄氏度219天等值线的摆动范围相对较小。等值线北移幅度最大的年份均为2014年。极端最北界的位置到达北京、天津。南移幅度最大的年份均为1976年。极端最南界的位置到达江苏北部和河南中部。其余大部分年份各气候要素的变动都较为集中（李亚男等，2021）。
根据各气象指标的均值线求取μ±1std（标准差）、μ±2std（标准差）、μ±3std（标准差）的范围，并分别将μ±1std、μ±2std、μ±3std的范围赋值为1、2、3。运用栅格计算器将赋值后的4个指标相加得到数值为4～12的南北过渡带范围，并采用自然间断点分类，将过渡带划分为3个等级。利用ArcGIS将栅格计算后的结果进行分区统计。此范围内共提取了637个县域，其中位于南北过渡带气候变化稳定区的县域256个，位于气候变化敏感区的县域187个（李亚男等，2021）。
气候情景预估显示未来百年气候变暖仍将持续。20世纪末至21世纪末的升温幅度可能达到0.3～4.8摄氏度（IPCC, 2013）。温度持续升高和降水的波动变化将对中国南北过渡带产生一定影响，甚至可能使之发生重要转变（杨强等，2017；张扬等，2018；李依婵等，2018；齐贵增等，2019）。预估未来中国气候南北过渡带的动态变化，可揭示中国南北过渡带对气候变化的敏感性和敏感区，科学地制定气候变化适应策略，具有重要意义。利用耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）全球气候模式在特定预设情景下对未来气候进行预估，是研究未来气候变化趋势的主要途径（Meehl et al.，2014；刘珂等，2015；Little et al.，2016；梁玉莲等，2016）。杨强等（2017）采用HadCM3模式模拟了1950～2059年中国的温度、降水量和相对湿度，发现亚热带北部边界已越过秦岭—淮河一线，且其东段北移幅度较明显，亚热带的南部边界北移趋势小于北界北移趋势。张学珍等（2017）运用CMIP5涵盖的30个气候系统模式下的2006～2100年未来气候变化情景预估数据模拟了RCP 4.5和RCP 8.5情景下中国温度和降水的变化。研究发现RCP 8.5情景下的升温速率高于RCP 4.5情景。江淮地区夏半年升温速率最小，冬半年升温速率较大。RCP 4.5情景下，多雨区（年降水量超过800毫米）和少雨区（年降水量低于800毫米）的降水年代际变化均呈现21世纪20年代和60年代相对偏少，40年代相对偏多的特征。RCP 8.5情景下，多雨区的降水在21世纪20～50年代维持较低水平，此后呈现明显上升趋势，并在70年代达到峰值，而后呈现下降趋势。少雨区的降水则是在21世纪10～40年代持续上升，40～60年代趋于下降，并在60年代达到谷底，而后再次呈现上升趋势。
与历史时期相比，RCPs情景下800毫米等降水量线的均值线东段由山东、江苏交界处北移至山东中部，中段在河南、陕西境内较为稳定，西段在四川、西藏境内再次北移，四种情景间的北移幅度差异不明显。RCPs情景下的1月0摄氏度等温线东段北移的幅度最大，中段北移的幅度较大，西段北移的幅度不明显。RCPs不同情景的等值线变化幅度由大到小依次为RCP8.5、RCP6.0、RCP4.5和RCP2.6。RCPs不同情景下干燥度指数0.5等值线之间的变化虽不明显，但与历史时期相比差异巨大。RCPs情景下，干燥度指数0.5等值线的东段从河南中部、山东中部南移到河南、山东边缘，西段的等值线发生大幅度北移，由四川中部向西北移动至青海、甘肃。
将历史时期的800毫米等降水量线、1月0摄氏度等温线、日均温≥10摄氏度日数219天等值线和干燥度指数0.5等值线的过渡带分别与RCPs情景下相同指标过渡带叠置，可以发现RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0情景下，800毫米等降水量线过渡带和1月0摄氏度等温线的北界虽略向北推进，但变化不明显。RCP8.5情景下的800毫米等降水量线和1月0摄氏度等温线的北界已北移到黄河一带。800毫米等降水量线的南界变化不大。1月0摄氏度等温线的南界已到达秦岭—淮河一线以北。RCPs情景下日均温≥10摄氏度日数219天等值线的过渡带北界的东段和西段较为稳定，中段边界不断向西北部推进。过渡带南界在RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0情景下均变化不大，但在RCP8.5情景下呈现出明显的北移趋势。RCPs情景下干燥度指数0.5等值线的过渡带南北界的东段和中段均发生南移，极端最北界已退至历史时期的极端最南界的位置。RCPs情景下中国气候南北过渡带主要划界指标的变化将带来南北过渡带边界和范围随之发生变化。历史情景下南北过渡带的气候变化稳定区和敏感区，在RCPs情景下会发生转移，区域内气候变化的风险也将大大增加。明确南北过渡带气候变化风险的来源、程度及主要特征（吴绍洪等，2016，2017），客观认识区域内及区域之间气候变化风险分布的相似性和差异性，能够为有针对性地确定适应技术奠定基础。