近百年中国气候变暖趋势之再评估

基于均一化的气温观测序列集,1900年以来中国气温升高趋势1.3—1.7℃/（100 a）。这个已用于新近的中国国家气候变化评估报告的结果,远高于早期的评估结果（0.5—0.8℃/（100 a））。回顾了始于20世纪80年代的中国百年气温序列的研究,指出其中关键进展在于近年来研发了均一化的长期站点气温观测序列集。早年构建的中国气温序列中,20世纪40年代前异常偏高,除了战乱期间观测缺失严重及记录代表性问题外,主要是50年代前后很多台站迁址导致早期气温观测值系统性偏高所致,从而低估长期变暖趋势。40年代前后部分区域确实偏暖,但由于不同区域气温波动位相不一致,因而大范围平均序列中并不明显。这一事实可与近年发展的“北极暖-大陆冷”等气候变化动力学理论以及一些区域气温代用资料相印证。近几十年城市化对中国气温变化趋势之贡献大小尚存争议,但远非主导因素。      

多种均一性检验方法比较研究

气候资料的均一性检验对气候观测及变化研究有着重要作用。本文从四川省160个台站近50年气温资料中,选取具有连续观测记录的站点105个,综合SNHT(标准正态均一性检验)、Buishand检验、Pettitt检验、MASH(均一性序列多元分析)、TPR(二位相回归检验)和von Neumann比率法,对该省年平均气温进行均一性检验。结果表明有42个台站存在序列间断点,占40%;而不均一台站中,因迁站导致的有29个,更换仪器引起的有19个。对气温序列分年代统计发现不均一台站数目有增加的趋势,其中20世纪60—70和80—90年代不均一性均由台站迁移所致。评估不同检验方法的敏感度和适用性,发现SNHT法与Buishand法、Pettitt法检验结果相符率为48.6%,TPR法与其他方法相符率偏低,但该法不涉及邻近站是否均一,在分析中可做补充判断。参考四川省地形特征分析,SNHT法在盆地及山地台站的断点显露率最高,分别为67.6%和57.1%,漏检和误判较少;高原地区SNHT法和Buishand法显露率较高,其中Buishand法漏检和误判率最低。鉴于减小对元数据依赖度的均一化检验思路,应采用多种检验方法综合,有助于气候资料在区域气候变化研究中的有效利用。     

浙江省年平均气温百年序列的构建

长时间气温序列是气候变化研究的基础,早期气温观测台站的缺乏在某种程度上限制了区域性气温长序列的建立。将局部台站的气温观测值向代表全区水平的气温观测值转化,亦是一种有效利用早期少数气温站点构建区域性气温长序列的重要途径。基于浙江省气温观测台站资料的统计分析,提出了局部台站观测值全局修正（GAoSV）的气温长序列建立方式,并利用该方式构建了浙江省年平均气温百年序列。研究结果表明：省级区域内气温局部台站观测与全区台站观测,两者的气温年值变化具有高度的趋同相关性,所提出的GAoSV气温序列构建方式可在少数气温观测台站的情况下,有效保证全区气温序列的构建可信度,且随着观测台站数量增多,其构建可信度会进一步增大,该方式尤其适合早期气温观测台站稀缺（仅有1～2个）的省市级气温长序列的建立。以GAoSV方式建立的浙江省年平均气温百年序列显示,1905-2012年浙江省年平均气温总体在逐渐升高,增温速率约为0．11℃／10a,1980-2012年期间气温的上升趋势更为明显,增温速率约为0．51℃／10a。     

近50年中国降水序列均一性检验与订正研究

选取中国近50年(1951～2004年)月降水资料中具有连续观测20年以上记录的681个台站资料,通过对各站年代际分量的EOF分析及North判别检验,结合标准正态检验(SNHT)方法,发现所检站点中约有4%的台站降水序列存在非均一性.利用比值法对非均一降水序列进行了订正,结果表明对年降水序列的订正量在-3%～7%之间.必须注意的是,由于我国现有台站观测网的密度不够,影响了对非均一降水序列的订正精度.     

四川省平均气温序列的均一性检验及其分析

本文应用标准正态检验(SNHT)技术,对四川省161个台站自建站以来~2005年的长序列气温资料进行了一个普查性的检验,发现四川161个台站中有64.6%的台站存在气温资料的不均一现象,盆地内站点的不均一现象略高于高原三州台站,60年代以前和2000年以后不均一的台站比其他年代少;并且结合四川省台站历史沿革资料分析发现,有21.2%的台站的不均一问题是由迁站引起的。进一步以松潘和中江站为例,初步分析了不均一性产生的原因。      

气象台站历史沿革信息及其对观测资料序列均一性影响的初步分析

气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息, 是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。文章介绍了气象台站历史沿革信息的基本内容及我国气象台站变动的基本情况, 通过对气象观测资料比较分析, 说明台站迁移、环境变化、观测仪器类型以及观测时制改变, 直接影响到观测记录的比较性和连续性, 对长年代气候资料序列的均一性也有不同程度的影响。     

江西省地面气象台站沿革及其对观测资料序列均一性的影响

介绍了江西省地面气象台站沿革情况,通过资料对比,分析了观测仪器、仪器安装高度和观测方法等的变化对观测资料序列均一性的影响。结果表明,气象台站历史沿革,特别是台站迁移以及观测仪器类型、仪器安装高度、观测时制的改变,直接影响观测记录的连续性和气候资料序列的均一性。研究认为,气象台站历史沿革信息,在检验、订正、分析气候资料序列时不可忽略。在使用历史资料时,应分析和判断台站沿革对气候资料序列均一性的影响。     

四川省平均气温序列的均一性检验及其分析

本文应用标准正态检验（SNHT）技术,对四川省161个台站自建站以来～2005年的长序列气温资料进行了一个普查性的检验,发现四川161个台站中有64．6％的台站存在气温资料的不均一现象,盆地内站点的不均一现象略高于高原三州台站,60年代以前和2000年以后不均一的台站比其他年代少;并且结合四川省台站历史沿革资料分析发现,有21．2％的台站的不均一问题是由迁站引起的。进一步以松潘和中江站为例,初步分析了不均一性产生的原因。     

北京1841年以来均一化最高和最低气温日值序列的构建

长期连续的日值观测资料是研究百年来极端气候事件及其变化特征的重要基础支撑.目前中外由于缺乏可靠的逐日百年尺度气候资料,使得20世纪50年代以前的极端气候变化规律仍然没有得到很好的认识.基于国家气象信息中心收集整理的日最高和最低气温观测资料,构建北京1841—2019年气温日值序列.首先,通过数据质量控制剔除原始基础资料...     

近百年中国地表气温变化趋势的再分析

重新考虑了1950年前后器测资料的非均一性问题,统一采用最高温度和最低温度计算月平均温度,利用国际上通行的区域平均温度序列计算方法,建立了中国近100年的地表气温序列,并对气温变化趋势进行了再分析.结果表明,自1905年以来中国地表年平均气温明显增暖,升高幅度约为0.79℃,增温速率约为0.08℃/10 a,比同期全球或北半球平均略高.但是,20世纪80年代初以来的增温似乎不比30～40年代明显,而20世纪50～60年代地表气温的变冷却比全球或北半球显著得多.和全球平均温度变化一样,近100年来中国的增温也主要发生在冬季和春季,而夏季却有微弱变凉趋势.新的全国平均气温序列与以往的研究结果比较给出了更高的增温趋势估计值,这主要与采用新的月平均气温统计方法改善了原序列的均一性有关.另一方面,由于早期资料覆盖面积比例低和后期城市化影响等问题,这里给出的增温趋势估计仍然存在着较大的不确定性.     

资料均一化对气温变化趋势及其城市化偏差估计的影响：以北京地区为例

当前的地面气候观测资料普遍存在非气候性因素导致的非均一性,对气候变化监测和研究结论可靠性造成重要影响。结合观测台站的历史沿革数据,使用ACMANT和Pairwise Comparisons方法以及RHtest V4软件,对北京地区20个台站均一化前的月平均气温序列进行了非均一性检验和订正,最后评估了均一化对北京地区气温序列变化趋势及其城市化偏差估算的影响。结果表明：除元数据中记录的断点外,无元数据记录的断点也会对序列的趋势变化造成明显影响,其中乡村站最显著;经过订正,1958—2018年整个北京地区、乡村站以及城市站增温趋势分别为0.27℃/(10 a)、0.10℃/(10 a)和0.32℃/(10 a),较订正前分别上升了0.03℃/(10 a)、0.06℃/(10 a)和0.02℃/(10 a)。利用均一化资料估算,1958—2018年北京观象台的城市化影响为0.24℃/(10 a),城市化贡献率为70.2%,评估结果较前人结论有所降低。可见,在现有的北京地区气温资料序列中,仍可能存在较明显的非均一性和未被记录的断点,对区域平均气温趋势估算具有显著影响。     

内蒙古气温序列均一性检验

通过构建参考序列、找出间断点、结果集成等步骤对内蒙古地区119个地面气象站逐日平均气温、逐日最高气温、逐日最低气温进行均一性检验。结果表明:内蒙古地区大部分地面气象站气温资料均一性状况良好;部分台站气温资料不均一的原因主要是受迁站影响,其次是观测站周围环境变化、观测仪器的更换以及观测标准的变更。不均一现象对最低气温影响较大,其次是平均气温,最高气温受影响相对最小。     

利用台站元数据及卫星遥感资料分析影响气温序列均一性的原因

为了减少均一性检测结果的不确定性,提高均一性检测结论的可信度,基于可靠证据探讨影响气温序列均一性的可能原因,用3种均一性检测方法对陕西77个台站月平均气温序列进行检测,同时引入台站元数据及卫星遥感影像数据对其结果进行判别,并分析影响气温序列均一性的原因。结果表明:2种及其以上方法检测出的非均一断点36个(占78%)有台站元数据支持,台站站址迁移、观测仪器变更和日平均计算方法改变造成气温序列非均一断点的百分率分别为66.7%、22.2%和11.1%。利用以气象站为中心的缓冲区内土地利用/覆盖变化(LUCC)的卫星遥感影像和台站元数据中的图像文件综合分析认为,台站探测环境的变化是影响潼关站气温序列均一性的重要原因。建议将卫星遥感影像作为台站元数据的补充,以便更加直观、客观地定量描述台站探测环境。     

中国历史探空资料部分等压面位势高度订正

对中国高空探测历史资料进行静力学检查发现,1963年前900,800,80 hPa和60 hPa位势高度记录错误率异常偏高,20世纪70年代中期个别站250 hPa和70 hPa位势高度记录错误率也异常偏高。通过对中国高空观测规范历史沿革的分析和资料验证,指出受当时计算条件所限,这些等压面上的位势高度是在其他规定等压面的位势高度查表计算完成后,利用时间高度曲线通过人工插值估算获得,主观因素影响较大,易产生较大误差,因而错误率异常偏高。该文提出依据静力学原理重新计算这些等压面位势高度记录的订正方案,并进行效果检验。结果表明:该方案能够比较精确地还原台站观测时对位势高度的正确计算,错误资料订正后,相关高度静力学余差序列趋向均一,订正方案合理、有效。     

温室气体、海表面温度、太阳常数及火山活动对中国地表气温影响之初探

利用全球大气环流模式CAM3.1,对近百年温室气体浓度、全球海表面温度、太阳常数的变化以及火山活动对我国地表气温所产生的影响进行了研究。全球海表面温度的升高及温室气体浓度的增加是导致中国年平均地表气温升高的部分因素。近百年我国年平均地表气温主要经历了两次年代际振荡并逐渐增温。第一次振荡的冷期为1910年代,随后变暖,1940年代达暖峰期。第二次振荡冷期发生于1950~1960年代,随后变暖,暖峰期发生在1990年代。太阳常数和全球海表面温度的两次振荡是造成这两次振荡主要因素,气温、太阳常数和全球海表面温度均发生了准60年周期的年代际振荡,气温振荡的位相落后于太阳常数和全球海表面温度的位相。20世纪20年代以前及60年代以后火山活动的活跃是导致1910年代和1960~1980年代出现冷期的原因之一。     

甘肃省新旧气象站址观测资料对比及均一性分析

天气预报及气候预测需要准确、连续的气象观测资料,气候变化研究需要均一化的长序列数据,为了让气象科研业务人员对新旧站址气象观测资料的连续性状况以及站址变化对长时间序列中的影响进行了解,本文对甘肃15个发生迁移的台站的1年对比观测记录进行差值和差值标准差比较分析,研究台站迁移对气象要素的影响;通过SNHT方法对迁移距离最大的张掖站和海拔高差最大的宁县站进行均一化检验,研究台站迁移对长序列数据的影响。结果显示：从差值和差值标准差情况看,新站址气温偏低,风速偏高,相对湿度大部分新站偏大,台站迁移对平均气温和最低气温的影响大于对最高气温的影响,平均气温、最低气温单站差值大的站迁移的距离和高差相对也大;从差值绝对值和标准差与台站迁移距离及海拔高差的相关性看,海拔高差对最高气温和平均风速影响较大,而迁移距离对平均气温、最低气温、相对湿度影响较大;从选择的代表台站序列均一性检验结果看,显示迁移直线距离大或者海拔高差大会对气温序列造成非均一性影响,但是否在某阈值范围会有影响以及对其他要素的影响还需要深入研究。希望科研业务人员在使用气温资料的时候要注意到台站迁移可能带来的影响。     

安顺站气温资料的均一性检验

以安顺地面观测站为例,利用1961-2006年年平均气温观测资料,从与该站年平均气温要素序列相关性较好、海拔高度相近、水平距离较近的台站中选取5个站点作为待检台站的参考台站,建立了均一性检验的原始序列,采用国际上应用较为广泛的标准正态检验(SNHT)方法对气温要素进行了统计学检验.结果表明,台站迁移对于温度观测序列的均一性带来的影响非常明显,在此结论上,对该站迁移后的月平均气温资料进行订正处理,使得能够更好的反映气候的真实变化.     

过去2000a中国东部冬半年温度变幅与周期

根据以历史物候等文献记载为基础重建的过去2000 a中国东部地区温度变化序列,结合ECHO-G模式所模拟的中国东部过去1000 a温度变化结果,对中国东部年代际和百年际时间尺度的温度变幅进行了分析,并利用小波分析方法对温度百年至千年尺度的准周期波动特征进行了探讨。主要结果有： 1）在年代和百年际尺度上,中国东部的冬半年温度变幅分别达2.0℃以上和0.5～1.0℃之间。其中重建结果显示,在年代和百年际尺度上,20世纪的增暖幅度与20世纪以前曾经出现的最大幅度一致;但模拟结果显示,20世纪的增暖幅度已经超出了20世纪以前曾经出现的最大幅度;2）在百年至千年尺度间,中国东部的温度变化存在准100 a、250 a、400 a、600 a和1000 a等时间尺度的准周期波动。20世纪不但与1-3世纪、9-13世纪一样,同属千年尺度的暖峰,而且在其他百年际时间尺度的波动上也属于暖峰。这说明,20世纪的增暖不能仅归因于人类活动而致的"温室效应"增强,同时它也是气候自然波动的产物。     

河北保定气象站长序列气温资料缺测记录插补和非均一性订正

基于多源的气温月值资料,在数据整合和初步质量控制基础上,同时采用标准化序列法和多元线性回归法对河北保定气象站1913-2014 年月平均气温、最高气温和最低气温资料进行了插补。通过交叉检验法分析发现,标准化序列法插补得到的气温序列效果较好,并且气候统计特征与同区域周边站的研究结果更具一致性。利用惩罚最大F 检验（PMF）对插补后序列的均一性进行了检验,结果表明：通过插补得到的保定站百年气温月值序列的均一性相对较好,仅月平均最低气温序列存在2 个显著间断点,分别由同类型仪器的更换和台站迁移导致,研究中采用分位数匹配（QM）对其进行了订正,建立了保定站百年气温月值序列。通过与邻近单站及我国中东部区域均一化百年气温序列的综合对比显示,本文建立的保定站百年气温月值序列与邻近单站的相关性基本达到0.8 以上;从增暖趋势来看,保定站与中东部区域平均序列分别达0.121 ℃/10a、0.204 ℃/10a,基本在同一量级内：这一定程度上说明建立的保定站百年气温序列相对合理。     

青海省历史气候资料迁站资料的均一化处理

针对青海省气象台站迁移引起的历史气候资料序列不均一问题,通过建立参考序列的方法,对1961年以来有过迁站记录台站迁站年份以前月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温以及月降水量历史序列作了订正处理,并将全省2003年以前人工观测资料与2004年以后自动粘资料的上述要素做了衔接,以使气候资料序列能够真实反映气候变化的客观事实,为气候业务和科研工作提供基础依据。