1951～1990年中国极端气温变化分析

利用中国1951～1990年极端温度资料,在消除台站迁移和城市热岛效应的影响,并经过资料质量控制的基础上,对我国极端温度的变率和变化趋势的区域分布以及季节变化特征进行了分析研究。结果发现,近40年中国季极端最低温度的变率以春、秋两季为最大,大变率区域主要集中在北方;夏季是极端最低温度变率最小的季节。我国季极端温度的变化趋势存在较大的季节性差异;极端最低温度 在冬、秋季增温趋势分别具有99%、97%的显著水平;极端最高温度只有在秋季,其降温趋势具有90%的显著水平。极端温度的变化趋势还存在明显的地域性差异;东北、华北北部、内蒙古中东部和川藏交界等地极端最低温度在各季表现出明显的增温趋势;长江流域地区极端最高温度在秋、冬季具有较为明显的降温趋势,黄河下游地区则在春、夏季表现出降温趋势。     

青藏高原与中国其他地区气候突变时间的比较

基于1961～2006年中国地面观测气温和降水资料,对青藏高原地区以及中国其他6个地区地表气温、降水的变化趋势和突变时间进行了检测和比较。结果发现,(1)地表气温:1961～2006年青藏高原地区年和四季的地表气温都呈增加趋势。年平均地表气温在20世纪80年代中期开始变暖,但显著快速增暖的突变发生在90年代中期,该时间比东北、华北、西北和淮河地区晚,与长江中下游和华南地区接近,不同季节青藏高原地区与其他地区变暖突变时间的差别也各有不同,但所有季节快速变暖突变的时间都比东北地区晚,中国东部陆地地区年和冬季平均地表气温表现出北早南晚的经向差异;(2)降水:1961～2006年青藏高原地区年降水量没有检测到显著的变化趋势,冬春降水量显著增加,而夏季降水有微弱的减少,秋季降水显著减少。降水突变的信号明显比温度突变的信号弱,年降水量和春季降水都没有检测到突变的发生,降水突变方向(增或减)和突变时间在区域与区域之间以及不同季节之间都存在较大差异。由上可见,青藏高原气候的显著快速变化比中国东部长江以北地区有明显的滞后现象,尤其是冬春温度变化,这可能是由于青藏高原地区积雪增加导致的反照率增加和冰川融化吸热对青藏高原变暖的减弱作用所致。     

中国降水的季节性

本文使用一套基于中国气象局所属的2416个台站数据所得的高分辨降水资料,对1961~2013年中国降水季节性进行了研究。就全国平均而言,各季节降水占全年降水百分率最高的为夏季（56.5%）,春季（19.3%）和秋季（18.9%）次之,冬季（5.3%）最少;针对不同地区,各季节降水百分率存在很大差异,例如华南春季降水最多、东北至高原一线秋季降水大于春季降水。春、夏两季降水百分率高值（低值）区域略呈现出降水百分率减少（增多）趋势,秋季整体上略微减少,冬季则显著增加;季节降水百分率的变率整体表现为夏季大而冬季小,其西部的变率与地形为显著负相关,东部变率的大值区位置随季节变化;秋冬两季的降水百分率变率有显著增加,各季节不同地区变率的变化趋势存在明显差异。     

四十年来长江流域气温、降水与径流变化趋势

40 a来,长江流域大部分地区年平均温度呈现上升趋势,20世纪90年代增温幅度最大; 在季节变化上,除了夏季,其他季节都呈升高趋势;全流域夏季降水量显著增加,尤其表现在20世纪90年代,这主要由于长江流域大部分地区夏季暴雨日数显著增加的结果;夏季径流量和年最大洪峰流量在长江中下游地区均呈现显著增加趋势。长江流域夏季降水量的增加,尤其是暴雨日数的增多必然会增加长江流域中下游地区的洪水风险。20世纪90年代以来,长江洪水的频繁发生是对气候变暖的响应。     

沿120°E中纬度对流层—平流层下部气候变化及与臭氧变化的联系

利用1958~1995年海拉尔、沈阳、南京三地区地面至30 hPa标准层月平均气温资料,研究了近40年沿120°E、30°~50°N区域气候变率随高度、纬度和季节的分布特征,前、后两个20年气候变率的变动及其与亚欧不同地区臭氧变化的联系。结果指出:近20年来,该区域对流层中下部变暖速率随纬度显著增大,尤其在冬季;200 hPa以上变冷速率亦随高度及纬度显著增大,尤其在冬、春季。而前、后两个20年,高、低层气候变化趋势截然相反,这是一种年代际尺度气候变化。三地区各季节平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而加大与邻近同纬带地区臭氧减少率随纬度增高而加大的现象基本对应,表明平流层下部因臭氧减少引起的辐射加热减少,可能是支配我国东部平流层下部变冷率（对流层中下部变暖率）随纬度增高而显著加大的一个重要因子。     

科尔沁地区本世纪温度变化

根据5个代表性台站的温度等级资料,得到了东北科尔沁地区1911－1988年区域平均的温度等级时间变化序列。这个地区冬季温度在年际、年代际和长期趋势上的变化与辽东半岛地区十分相似,但夏季温度的变化在各种时间尺度上同辽东半岛均存在较显著差异。本世纪科尔沁地区冬季温度和辽东半岛一样出现了明显增暖趋势,而夏季温度的变凉趋势却不如后者显著。     

中国降水的年代际变化及全球变暖、太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡对其的相对贡献

虽然中国降水以年际变化为主,但可利用奇异谱分析辨析出10—20 a、20—50 a 年代际变化的显著性区域以及>50 a 的长期趋势的显著性区域。本研究通过奇异值分解、多元线性回归等方法探究了1934—2018年不同海洋模态对6—8月（夏季）和12月—翌年2月（冬季）中国陆地降水趋势以及年代际振荡的相对贡献。通过对中国降水及中低纬度地区海温进行奇异值分解发现,不论冬夏,影响中国降水的主要模态是全球变暖,其次是太平洋年代际振荡。利用多元线性回归模型定量评估全球变暖、太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡对中国不同区域降水的方差贡献及各因子的相对贡献,结果表明:夏季,三者可以解释西北和华北大约30%的年代际降水,其中全球变暖的相对贡献最大、太平洋年代际振荡次之;冬季,三者可以解释东北42%、西北和华北30%左右的年代际降水,东北和西北以全球变暖的相对贡献为主、大西洋多年代际振荡为辅,华北仍以全球变暖的影响为主、太平洋年代际振荡为辅。      

东北北部冷暖旱涝趋势的初步研究

根据１９５１～１９９９年黑龙江省代表站的历年逐月的气温、降水量资料,用计算趋势系数的方法,研究了东北北部冷暖旱涝趋势的问题。结果指出：进入９０年代,东北北部夏季气温变暖现象更加显著;但过渡季节气温变暖的趋势已经结束;旱涝趋势的变化比冷暖趋势的变化更为复杂,具有不同的季节特征和地域特征。     

中国东部地区冬夏季相对湿度变化特征

利用中国东部315个台站近50a（1963-2012年）月平均地面相对湿度和降水量资料,对中国东部地区冬夏季相对湿度的变化特征进行了分析和比较,并讨论了相对湿度与降水的空间耦合关系。结果表明：1）冬季相对湿度的低值区集中在黄淮北部、华北和东北南部,高值区出现在35°N以南地区和东北北部,呈现出中部小、南北大的空间分布特征;夏季相对湿度较冬季明显增大,低值区主要集中在内蒙古中东部,表现出从东部沿海向内陆地区递减的特征。2）冬夏季相对湿度的高（低）值区,其相对变率偏小（大）,即湿润（干旱）区的相对湿度较为（不）稳定。3）近50a来,东部大部分地区冬夏季相对湿度普遍表现为下降趋势,其中冬季东北北部及夏季东南部沿海、内蒙古中东部及东北西部相对湿度的下降趋势最为显著。4）东部地区冬夏季相对湿度与同期降水存在很好的同位相对应关系：相对湿度高（低）湿区对应多（少）雨区。其中冬季显著耦合区位于40°N以南地区;夏季相对湿度与降水的关系较冬季复杂,显著耦合区首先位于35°N以北地区,其次位于35°N以南地区,但江淮和华南存在反向的空间变化。     

中国降水季节性的预估

本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中共46个全球气候模式的数值试验数据,通过评估择优选取了14个模式来预估21世纪中国各季节降水百分率及其变率。结果表明,模式集合平均能够较好地模拟各季节降水百分率及其变率,但模式与观测间、各模式间都存在一定不同,空间上西部差异较大,季节上夏季差异明显。21世纪中国降水百分率整体表现为夏季大冬季小,但存在区域性,如华南春季降水百分率大于夏季。与1986~2004年相比,中国降水百分率整体表现为在夏季显著减少,冬春季显著增加,但高原则与之相反。此外,模式对于长江中下游地区降水百分率的预估存在较大不确定性。RCP8.5情景下降水季节性变幅要大于RCP4.5情景。降水季节性的变率在四季均表现出一定的增加趋势,但21世纪早、中和末期与1986~2004年相比并无显著差异（置信水平为95%）。     

对喜马拉雅山脉中段6个台站的气候变化分析

利用喜马拉雅山脉中段南、北两侧6个气象站1971-2007年逐月气温、降水资料,分析了该地区气候变化趋势、异常及突变特征。结果表明：喜马拉雅山脉中段南、北两侧年、季平均气温均呈明显上升趋势,冬半年升温幅度大于夏半年。年及夏半年平均气温均为随年代升高趋势,而冬半年气温在20世纪80年代较70年代略偏低,90年代后又逐渐升高。21世纪前7 a升温最为显著,较20世纪70年代升高0.6～1.1℃。1997年该地区南侧年平均气温发生突变,突变后增温趋势更加明显。20世纪90年代末以来,异常偏暖年份出现的几率明显增加,且南侧多于北侧。喜马拉雅山脉中段北侧年及冬夏半年降水均呈增多趋势。南侧年和夏半年降水呈减少趋势,冬半年为增多趋势。降水异常出现在20世纪80、90年代,21世纪后降水出现异常的概率明显减少。近40 a,北侧气候具有暖湿化趋势;南侧冬半年与之类似,但夏半年及全年呈暖干化趋势。     

中国台站冬夏季气温、降水的气候变化特征及其显著性检验

利用1951—2010年中国160站气温、降水资料,分析中国代表性台站冬季和夏季气温、降水的气候值及气候变率在前后30 a的差异,并对结果使用不同方法进行显著性检验。结果表明,季气温气候平均值的变化总体与全球增暖一致,以升温为主,但夏季在秦岭以南及长江中游地区出现显著局部变冷现象;季气温气候变率的变化相对较小,冬季总体不显著,夏季仅有少数台站显著。降水的气候变化总体不明显,季降水气候值变化的空间分布复杂,冬季南方地区、夏季东部地区总体增加,冬、夏季降水气候变率的变化均不显著。理论检验方法（t检验、F检验）与随机模拟方法（EMC法）的显著性检验结果,对气温的差别较小、对降水的差别较大,这与样本距平序列是否服从正态分布有关。EMC法可在确保样本统计特征不变的情况下,通过多次随机模拟,无需考虑其理论统计分布特征,使检验结果更为可靠。     

1951—2009年中国不同区域气温和降水量变化特征

为了研究中国不同区域气候变化特征,将全国按照气候区域划分为11个气候区,并利用1951—2009年中国194个国家基本/基准站月、年气温和降水观测资料,对全国及每个气候区平均温度及降水量的年和季节变化特征进行分析。结果表明：中国及各地区增温趋势均为极显著增加,尤其近20 a增温速度更快;而2007年成为有记录以来最暖的一年;中国冬季平均温度上升趋势最明显,春季次之,夏季几乎没有变化。中国平均年总降水量20世纪50年代最多,2000年代最少;而华北地区的年降水量减少最快;在四季降水中,中国只有夏季降水量波动略有增加,且各区域降水分布具有明显的南北差异特征。     

我国季平均气温和降水局地同时相关的时空特征

将1955—1998年我国160站冬、夏季平均气温和总降水量序列分解为年代际和年际变化两个部分，用方差分析、相关分析和奇异值分解方法，分析了两种要素序列的方差构成及要素间局地相关关系的性质、季节变化和地理分布。结果表明:我国冬夏季气温、降水异常序列中，总方差年际变化大于年代际变化，但按自由度均分的方差，年代际变化较年际变化大，尤以气温为甚；单站气温、降水同时相关图上，夏季表现为显著的负相关，显著区主要分布在35°N以南、105°E以东的地区；夏季局地温度、降水也呈显著负相关关系，进一步分析表明，干热、湿凉型异常夏季多发生在江淮和华南两区，但同一年中两区夏季异常型常相反，它由年代际和年际变化中的负相关共同构成。     

近15年我国气温的变化趋势

利用1998-2012年635个气象站点的观察数据,对我国气温的时空变化趋势及其区域差异进行了分析和突变检验,结果表明：近15年来我国年平均气温呈现波动式下降的特点,但下降趋势不显著;全国绝大部分地区年均和四季气温在0.05显著水平未检测出显著的变化趋势,但Z值显示,气温存在不显著的变化倾向：青藏高原区年均气温存在上升倾向,而其他地区多呈下降倾向;春季气温呈上升和下降倾向的区域约各占一半,夏季绝大部分地区气温有上升倾向,而秋季和冬季大部分地区气温则呈现不显著下降趋势。典型站点的分析发现,显著变暖的站点气温基本都存在暖突变,而显著变冷的站点只有约27%的站气温存在冷突变。暖突变年份主要分布在于2005-2006年,冷突变年份多在2009-2011年。     

中国气温与全球气温变化的关系

利用１９５１～１９８９年全球格点及中国１６０站逐月气温资料,分析了中国气温场与全球温度场变化的关系及其相应的环流异常,指出：年平均气温显著增暖的中国东北,新疆北部,属中心位于欧亚大陆中北部增暖区的一部分,而中国西南地区的变冷局地现象。年平均气温变化的时空特征主要由冬季气温贡献所致,与中国冬季气温的增暖相对应,欧亚大陆北美大陆地也增暖,北太平洋和北大西洋地区则变冷,这种变化可从欧亚大陆纬向型流加强和     

1960-2009年咸宁市气候变化特征分析

利用1960-2009年咸宁市3个地面气象站气象资料,统计分析近50 a来该区域气温、降水等主要气候要素的年变化、四季变化及年代际变化的趋势特征。结果表明：近50 a研究区气温有上升趋势,气候倾向率为0.23℃/10a,年平均气温在20世纪90年代末发生突变。春秋季平均气温分别在2002年和1999年发生突变,夏季平均气温在2006年发生突变,冬季平均气温早在1990年发生突变。春季与秋季平均气温的变化比较一致,冬季平均气温对全球变暖响应最敏感,春秋与秋季对气候变暖的响应是比较敏感,而夏季对气候变暖的响应最为迟缓。近50 a年降水量呈波动但无明显增降的趋势,其中春夏两季变化趋势较为一致并有下降的趋势,且春夏降水量的变化主导着年降水量的变化;而冬季降水量有上升的趋势。通过对气温与降水变化趋势的比较,发现冬季对气候变化的响应最显著、其余季节无明显相关性。     

1960—2009年咸宁市气候变化特征

利用1960—2009年咸宁市3个地面气象站气象资料,统计分析近50 a来该区域气温、降水等主要气候要素的年变化、四季变化及年代际变化的趋势特征。结果表明：近50 a研究区气温有上升趋势,气候倾向率为0.23℃/10 a,年平均气温在20世纪90年代末发生突变。春秋季平均气温分别在2002年和1999年发生突变,夏季平均气温在2006年发生突变,冬季平均气温在1990年发生突变。春季与秋季平均气温的变化较一致,冬季平均气温对全球变暖响应最敏感,春季与秋季对气候变暖的响应较敏感,而夏季对气候变暖的响应最为迟缓。近50 a咸宁市年降水量呈波动但无明显增降的趋势,其中春夏两季变化趋势较为一致并有下降的趋势,且春夏降水量的变化主导着年降水量的变化;而冬季降水量有上升的趋势。通过对气温与降水变化趋势的比较,发现冬季对气候变化的响应最显著,其余季节无明显相关性。     

中国东北地区气温变化的模拟评估与未来情景预估

基于RegCM4区域气候模式、CMIP5全球气候模式数据集和中国东北地区162个气象站气温观测资料,采用偏差分析和相关分析评估了RegCM4和CMIP5对东北地区气温的模拟能力,预估了RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下东北地区未来气温的变化。结果表明：区域模式和全球模式均能较好地再现气温时空变化特征,模式对冬季和夏季的模拟效果优于秋季和春季;在区域尺度信息上,区域模式和全球模式的模拟值均较观测值偏小,RegCM4模式的模拟结果明显优于CMIP5模式,且对模拟的冷偏差有改善。未来东北地区年及四季气温均呈升高趋势,RCP2.6情景下增温相对较小,RCP4.5次之,RCP8.5情景下增温最显著;冬季和秋季气温增幅较大,夏季气温增幅最小;与CMIP5模式相比,RegCM4模式的增温幅度更大,且年际振荡特征更加明显。空间上,区域模式和全球模式预估的近期、中期、末期增温分布格局比较一致,均呈自北向南逐渐减小的纬向分布特征,辽宁地区增温幅度最小,增幅高值区位于黑龙江省大兴安岭地区,虽然北部升温幅度较南部明显,但是升温后未来东北地区的气温分布特征仍是南部气温高于北部。     

西南地区不同地形台阶气温时空变化特征

利用西南地区135个站1961—2005年的年、月气温资料,按海拔高差及地形气候特征划分成不同的三级地形台阶及4个分区,分析了不同分区的气温时空变化特征。结果表明：西南地区大部年平均气温表现出明显的增温趋势,上升趋势最显著的地区在西藏高原等高海拔地区,而在四川的东北部及云南北部存在降温中心。各分区四季的增温速率排序与全国平均情况有所不同,依次为冬季、秋季、夏季或春季,且均表现出冬季增温趋势明显大于其他季节的特性。各分区年平均气温20世纪60年代至80年代中期基本表现为明显的下降趋势或无明显的增减趋势,但自1997年以来,均表现出显著的增温趋势。突变检测的结果也表明,各分区年平均气温突变的区域或突变点大部分发生在90年代后期以后,且高海拔地区增温突变启动时间早于其他低海拔地区。