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現在，気象庁は全国153か所の気象観測所で気温や降水量などの観測を行っています。これら観測所のうち，1901年以降，移転などに伴う統計の切断が無く，均質な観測を継続している地点が36地点あります（表1.2.2.1参照）。
これらの36地点について100年当たりの年平均気温の上昇率を計算し，その大きさで色分けをしたのが図1.2.2.1です。
| 地域 | 地点名 |
|---|---|
| 北日本 | 旭川，網走，札幌，根室，寿都，山形，石巻，福島 |
| 東日本 | 伏木，長野，高山，前橋，熊谷，水戸，敦賀，岐阜，飯田，銚子，津，浜松，東京，横浜 |
| 西日本 | 境，浜田，彦根，下関，神戸，和歌山，福岡，宮崎，松山，多度津，高知，徳島 |
| 南西諸島 | 名瀬，石垣島 |
図1.2.2.1：36地点の100年当たりの年平均気温の上昇率（単位：℃／100年）
大きい丸の地点は，日本の年平均気温の平年差を調査する際に採用されている17地点です。
これら17地点は地理的な分布も考慮して選ばれています。
この図を見ると，気温の上昇率は，各観測地点において異なっており，札幌，東京，福岡といった大都市で大きくなっていることが分かります｡このように，大都市で大きくなっているのは地球全体の自然変動や地球温暖化の影響とは別に，都市化が進行したことによる昇温が原因であると考えられます（1.2.7節参照）。そのため，地球温暖化などの地球全体の気候変動が日本にどのように現れているかを調べるためには，できるだけ都市化の影響の小さい都市をまず選定しなければなりません。そこで，地理的な分布も考慮して，日本の年平均気温の算出に用いられるのが表1.2.2.1の赤字で示した17地点です（図1.2.2.1では大きな丸で示しています）。
気象庁では，世界の年平均気温と同様に，日本の年平均気温の平年差の各年の値は，
という手順で求めています。図1.2.2.2は，20世紀の日本の年平均地上気温の経年変化を示しています。
図1.2.2.2：日本の年平均地上気温の経年変化（1901〜2000年）
棒グラフ（青）は各年の平均気温の平年差，折れ線（赤）は年々の変動を取り除くため5年間の移動平均を示しています。また，直線（緑）は長期的傾向を示したものです。
平年値とは，1971〜2000年の30年間平均した値です。
この図から，日本の気温は1940年代半ばまでは比較的低温の期間が続いていましたが，その後は上昇に転じ，1960年頃を中心とした高温，1970年頃を中心とするやや低温の期間を経て，1980年代後半から急速に気温が上昇していることが分かります。特に，1990年代以降は過去100年間のどの期間と比べても気温が高くなっています。長期的な傾向としては，100年当たり1.0℃と，世界全体のものより大きい上昇となっています。
日本を含む北半球中・高緯度域では，地球温暖化の影響で大陸上の積雪や海氷が減少することにより，さらに温暖化が加速されるために，地球全体の中でも特に昇温の激しい地域であることが指摘されています。