近50a东北地区夏季气温异常的时空变化特征

利用国家气候中心整编的1951—2000年中国160个站月平均气温资料，选出东北地区20个代表站，在分析东北气温季节一年际变化特征的基础之上，着重分析了东北夏季气温的年际、年代际变化的时空特征。发现：夏季气温20世纪50年代中期之前略偏高，50年代中期以后至70年代最低，80年代开始缓慢回升，90年代增暖程度加大，50a来有增暖的趋势；气温异常存在3a、4a、7a的年际周期和16a的年代际周期；东北地区夏季升温趋势与中国黄河以北地区是一致的，而与黄河以南-江南地区是反位相的，东北地区是我国夏季升温最显著的地区之一。     

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。     

近139年中国东南部站点气温变化的多尺度特征

基于中国东南部5个百年站点年气温序列和3套全球表面温度资料(HadCRUT3、GISSTEMP、20CR再分析资料),采用处理非线性、非平稳时间序列的新方法—集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD),分析了以上海为代表的中国东南部5个站点1873-2011年气温演变的多时间尺度特征,并讨论了多时间尺度影响的全球一致性。结果表明,1873-2011年期间,中国东南部百年站点的年温度演变呈现年际、年代际、多年代际多个时间尺度的准周期变化和长期上升趋势。准64年周期的多年代际振荡和上升趋势分量对长期气温变化均有重要贡献。长期上升趋势分量在100年以上的观测温度变化趋势中占主要贡献,但准64年周期振荡对近50年观测温度变化趋势的贡献要大于上升趋势分量。百余年期间两个明显升温阶段(20世纪30-40年代和20世纪90年代至21世纪初)的形成与准64年周期的多年代际变化的相关关系最为显著,而长期趋势和6~16年的年际—年代际变化对高温期的形成也有一定贡献。准64年周期的多年代际振荡对百余年温度变化趋势的阶段性转变起重要作用。中国东南部百年站点温度演变的多时间尺度特征具有全球性。准64年周期振荡对北半球温度趋势演变也有重要贡献,且北半球温度准64年周期振荡与百年站点温度变化速率的关系也较其长期升温趋势更为密切。北大西洋多年代际振荡对百年站点温度准64年周期振荡及其全球一致性有调节作用。     

三穗县近60a气温年际变化的长期特征分析

利用1958—2013年年平均气温和逐月气温序列,计算其统计特征量,进行长期变化趋势、震荡周期和突变分析。分析表明,三穗气温具有明显的亚热带季风气候特征,且不具备完全的正态分布;近60a气温总体呈上升趋势,特别是近10多年最为明显,平均气温上升约2.3℃;小波分析三穗气温存在准27a、准8a和准4a的显著周期;滑动T检验和MK检验分析表明,20世纪90年代中期以来,三穗年平均气温具有明显增暖趋势。     

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。     

1951—2016年沈阳气温和降水的多尺度分析

应用集合经验模态分解(EEMD)方法,对1951—2016年沈阳年平均气温和年降水量序列进行多尺度分析,并结合功率谱分析了两要素主要本征模态函数(IMF)分量的周期变化特征。在此基础上,进行了序列重建与对比。结果表明:近66 a来,沈阳年平均气温的变化主要由第1、第2高频分量和趋势项的振荡造成,分别反映了准5 a和准7 a的周期变化以及长期的缓慢增温过程;准14 a的年代际振荡第3分量对沈阳年平均气温变化的作用也不可忽视,而反映更长时间尺度的第4和第5分量在1980年代后与趋势项的变化特征基本一致,表明1980年代后沈阳明显增暖。年降水量的变化主要由第1、第2分量的年际振荡造成,振荡周期分别为准3 a和准5 a,而趋势项则呈现出准64 a的周期变化,总体反映出年降水量在1980年代前后呈现先减后增的变化趋势。与年平均气温序列相比,年降水序列的年代际尺度变化和长期趋势变化的贡献明显偏小。     

近58a南岳高山站气候变化特征分析

采用1953—2010年南岳高山站逐日气象资料,运用线性回归、突变分析和小波分析方法,对该站平均风速、气温和降水的气候变化特征进行了分析,并对与平均风速变化密切相关的气温和降水进行了年际变化特征比较.结果表明:1)年和四季平均风速均呈明显减小趋势,在20世纪90年代前后风速有由大到小的突变,年平均风速存在显著的准2 a和准4 a周期;2)年平均气温、最低气温、最高气温均呈明显升高趋势,气温存在显著的准2 a和准4 a周期,且于20世纪90年代中期前后气温有由偏低向偏高的突变;3)年降水量呈下降趋势,存在显著的准2 a和准3 a周期;4)风速与平均气温、最高气温和最低气温呈负相关关系,均通过0.01显著性检验,风速与降水的相关性没有通过显著性检验,但风速与降水的变化趋势在20世纪60年代中后期、70年代中期到21世纪初有较好的反相位变化.     

近50年新疆温度降水配置演变及其尺度特征

用小波多分辨分析方法研究近20年新疆出现的高温多雨型气候的时间尺度特征及其演变趋势。新疆近55年温度和降水的小波功率谱分析显示,二者在年际尺度上都有2—4和6—8 a的显著周期分量,在年代际尺度上有准16 a周期;但它们的时间演变和时间平均谱都存在差异,导致温度和降水配置演变比较复杂,呈现非平稳性。正交小波分解证实,温度和降水年际变化的高频部分具有显著的负相关,除个别几年外几乎都是高温少雨或低温多雨配置;在年际变化的低频部分,即6—8 a尺度部分,高温少雨/低温多雨及高温多雨/低温少雨配置交替出现,55a平均而言二者相关性不显著。在年代际以上尺度,二者的能量主要集中在约50 a以上尺度部分,16—32 a尺度部分方差贡献很小。在降水和温度时间序列中去除趋势后发现,50 a以上尺度部分具有稳定的高温多雨/低温少雨配置。因此,近20年新疆高温多雨型气候的出现主要是二者50—60 a尺度成分的正位相和线性增加趋势部分叠加形成的,其中降水主要是年代际尺度成分的贡献,温度主要是线性增暖趋势即全球变暖的影响结果。     

中国近50年气温变化准3年周期的普遍性及气温未来的可能变化趋势

利用全国98个测站的年和冬季气温资料,采用Marr小波分析方法,分析了近50年(1961—2009年)中国8个气候区的年和冬季气温变化,研究了中国气温变化的周期性,并对未来20年(2010—2029年)气温的可能变化趋势进行了预测。结果表明,我国8个气候区气温的年际变化以高频变化为主,普遍存在着准3～4年周期变化,尤其是冬季气温的准3年周期变化显著,而且这种周期变化具有相对的稳定性。而年气温的周期特征存在显著的南北差异。周期叠加外推的结果表明,未来20年,中国将继续保持增暖趋势,北方地区和青藏高原的升温要大于除西南地区外的南方地区。如果按照线性趋势升温,2010-2029年气温上升幅度不会超过1℃。     

策勒绿洲区1960-2008年气温及降水变化特征分析

应用策勒绿洲区气象站1960-2008年逐月平均气温和降水量资料,采用线性倾向估计、Morlet连续小波、滑动t检验法分析了49 a来该绿洲区的气温、降水趋势变化、周期及突变特征.结果表明:年、四季及各月气温均呈明显的上升变化趋势,20世纪90年代开始的升温在2000-2008年达到最高,年气温线性增暖率迭O.34℃/10 a,表现出准31 a、5-8 a的振荡周期,并在1996年发生显著的暖突变;年、四季降水亦呈明显的增加趋势,增加在2000-2008年最明显,年降水量线性增加率为2.1 mm/10 a,准14 a、准8 a左右的周期十分明显,发生两次增加(1986、2001年)和两次减少(1966、1996年)突变.     

近50年新疆气温和降水量变化及其与NAO指数的交叉小波谱分析

利用1961—2008年的逐日降水和气温资料,采用线性趋势、小波功率谱和交叉小波谱等方法分析了新疆降水和气温的变化,以及与北大西洋涛动(NAO)变化之间的关系。结果表明,近50年新疆存在降水增多和气温上升的趋势,有暖湿化现象,这与西北地区由暖干趋于暖湿的结论相一致。同时,新疆平均年降水量与NAO存在准2年和准6年周期,夏季降水量与NAO存在准3年和准5年周期,冬季降水量与NAO存在准3年周期。新疆年均气温与NAO存在准3年周期,夏季气温与NAO存在准3年周期,冬季气温与NAO存在准3年和准8年周期。新疆全年、冬季和夏季的降水与NAO的周期中,通过显著性检验的高值正相关大多集中在20世纪80年代;而气温与NAO的周期中,通过显著性检验的高值正相关也大多集中在80年代。     

西藏近40年气温变化的气候特征分析

应用西藏1952~1995年温度序列资料, 对其基本气候特征、年代变化、气候突变、振荡周期、异常冷暖、变化趋势等进行了分析.结果表明:年与各季气温大都具有3个暖期和2个冷期, 60年代是最冷的10年, 以秋季降温最明显, 80年代中后期至90年代气温偏高. 22年、11年、3~4年是年与各季气温较为显著的周期.气候突变出现在60年代初和80年代初. 60年代、70年代多异常偏冷年, 80年代多异常偏暖年, 多发生在夏季和冬季, 90年代, 大多数年份发生气温异常. 40年来, 西藏年平均气温以0.065 ℃/10a的倾向率上升, 近10年春秋季增温率最大.     

1953～2017年黄河源区气温变化的多尺度特征

基于黄河源区8个站点的年平均气温序列,利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法,揭示了以玛多站为代表的黄河源区1953~2017年气温演变的多时间尺度特征,探讨不同时间尺度上的周期振荡对气温变化总体特征的影响程度,分析了黄河源区不同时间尺度的气温变化与海温指数,尤其是与北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）间的关系。结果表明:（1）1953年以来黄河源区玛多站年平均气温以0.31 ℃/10 a的变化率表现为明显的增暖趋势,20世纪80年代后期开始转暖,尤其是进入20世纪90年代后期变暖更加明显。（2）1953~2017年,黄河源区年平均气温呈现3 a、6 a、11 a、25 a、64 a及65 a以上时间尺度的准周期变化,其中以准3 a和65 a以上时间尺度的振荡最显著,准3 a的年际振荡在21世纪以前振幅较大,而进入21世纪后年际振荡振幅减弱,65 a以上时间尺度的年代际振荡振幅明显加大。（3）1998年气候显著变暖以前,以准3 a周期为代表的年际振荡在气温演变过程中占据主导地位,1998年气候显著变暖以后,65 a以上时间尺度周期振荡的贡献率增加近5倍,与准3 a周期振荡的贡献相当。（4）气温与Nino3.4指数和PDO（Pacific Decadal Oscillation）指数的同期相关均不显著,但当气温领先PDO指数22 a时正相关最大且显著,不同于PDO指数,气温原始序列及其3个年代际尺度分量滞后AMO指数3~7 a或二者同期时相关性最高,这就意味着AMO对黄河源区气温具有显著影响。（5）AMO的正暖位相对应着包括中国的整个东亚地区偏暖,黄河源区只是受影响区域的一部分,20世纪60年代至90年代初期AMO的负冷位相期、20世纪90年代中后期至今AMO的正暖位相与黄河源区气温距平序列的负距平、正距平相对应,气温在65 a以上时间尺度的变化与AMO指数相关性更高,可见,AMO是影响黄河源区气温变化的一个重要的气候振荡,这种影响主要表现在年代际时间尺度上。     

Assessing non-linear variation of temperature and precipitation for different growth periods of maize and their impacts on phenology in the Midwest of Jilin Province,China

In the past two decades, the regional climate in China has undergone significant change, resulting in crop yield reduction and complete failure. The goal of this study is to detect the variation of temperature and precipitation for different growth periods of maize and assess their impact on phenology. The daily meteorological data in the Midwest of Jilin Province during 1960–2014 were used in the study. The ensemble empirical mode decomposition method was adopted to analyze the non-linear trend and fluctuation in temperature and precipitation, and the sensitivity of the length of the maize growth period to temperature and precipitation was analyzed by the wavelet cross-transformation method. The results show that the trends of temperature and precipitation change are non-linear for different growth periods of maize, and the average temperature in the sowing-jointing stage was different from that in the other growth stages, showing a slight decrease trend, while the variation amplitude of maximum temperature is smaller than that of the minimum temperature. This indicates that the temperature difference between day and night shows a gradually decreasing trend. Precipitation in the growth period also showed a decreasing non-linear trend, while the inter-annual variability with period of quasi-3-year and quasi-6-year dominated the variation of temperature and precipitation. The whole growth period was shortened by 10.7 days, and the sowing date was advanced by approximately 11 days. We also found that there was a significant resonance period among temperature, precipitation, and phenology. Overall, a negative correlation between phenology and temperature is evident, while a positive correlation with precipitation is exhibited. The results illustrate that the climate suitability for maize has reduced over the past decades.     

1961—2020年辽宁省暖冬现象气候特征分析

利用1961—2020年辽宁省56个气象站冬季逐日气温数据,根据国家标准《暖冬等级》,以1990—2020年为气候值作为参考,综合采用气候倾向率、IDW、滑动t检验突变分析以及小波分析等方法,分析辽宁省近60 a冬季平均气温的时空变化趋势,单站暖冬及区域暖冬事件的气候变化特征。结果表明：近60 a来辽宁省冬季平均气温以0.3℃/10 a的速率升高,辽宁中部和东部地区变暖趋势最为显著;20世纪90年代前的30 a属于偏冷时段,但增温效应强于后30 a,冬季平均气温在1987年前后出现了明显的由冷转暖的突变,1971年出现了相对较弱的冷暖转变;1988年后逐年单站暖冬事件的发生整体比1961—1987年出现单站暖冬事件明显增多。发生频次较高的地区分布在辽宁中部和东南部地区,为16—20次;近60 a来共有16次区域暖冬事件,21世纪后的20 a内共出现9次区域暖冬事件,占总数的60%;区域暖冬事件以准22 a和2—3 a为振荡周期。     

北大西洋地区气候准20年周期的观测和模拟分析

北大西洋地区除了存在约70 a周期的AMO（Atlantic Multidecadal Oscillation,北大西洋年代际振荡）之外,历史长期气候记录中英格兰温度（Central England Temperature,CET）与格陵兰冰芯净雪累计率还存在显著的20 a周期波动。本研究利用CCSM4（Community Climate System Model version 4）耦合模式工业革命前控制试验（piControl）结果中的海表面温度（Sea Surface Temperature,SST）,通过10～50 a带通滤波与扩展经验正交函数（Extended Empirical Orthogonal Function,EEOF）分解,得到在北大西洋副极地海区存在准20 a振荡的逆时针旋转模态。此周期与其临近地区的CET、格陵兰冰芯净雪累计率的准20 a振荡周期相吻合,说明这种北大西洋副极地海区准20 a振荡的海洋模态与其临近地区的大气准20 a振荡之间可能存在相应的联系。进一步利用CAM4（the Community Atmosphere Model version4）大气模式,以北大西洋副极地海区准20 a振荡SST旋转模态为强迫场进行敏感性试验,进一步验证了这种联系。     

珠峰地区浅层地温的变化特征—以定日县为例

基于西藏定日气象站1980~2019年逐月平均气温、0~20cm浅层地温资料，应用气候统计方法，分析了近40a定日浅层地温的变化特征。结果表明:40年来，定日各层（除5cm外）年平均地温均呈升温趋势，升温幅度为0.03~0.187℃/10a，0cm升温率最大，15cm升温率最小，5cm地温呈不明显的下降趋势，春、冬季各层地温升温最显著，除了0cm层外各层地温夏、秋季呈降温趋势；各层（除5cm外）年平均地温从2000s后均陆续发生突变现象，各层地温突变时间点不一致，但均是从相对偏冷期跃变为相对偏暖期，0cm和20cm在2000s前后明显发生了由冷变暖的转折；定日年平均气温升温率比各层地温都大，通过了0.01水平的显著性检验，其距平变化趋势和时段与各层地温相似，年平均气温与20cm层地温的相关性最显著；5cm地温与其他层次变化规律存在明显的差异。      

1921～2010年天津气温和降水量序列的多尺度分析

基于集成经验模态分解(EEMD)方法,对1921~2010年天津年平均气温和降水量序列进行了多尺度分析。并结合功率谱对年平均气温和年降水量及其本征模态函数(IMF)分量进行周期分析。结果表明:天津年平均气温的变化主要是由第1、第2本征模态分量和趋势项构成,即准5 a和2~3 a的振荡与"先降后升"的长期趋势变化起主要作用。而第4、第5本征模态分量则反映出天津近90年来气温年代际尺度的冷暖变化,它们对1920年代至1940年代的暖期以及1950年代至1970年代的冷期有重要贡献。降水量的变化主要由第1、第2本征模态分量构成,即4.5 a、准9 a和2~3 a的振荡起主要作用。与气温序列相比,降水序列中年代际尺度的变化和长期趋势的贡献明显要小得多,但也反映了1980年代以后降水减少的趋势。     

20世纪80～90年代我国气候增暖进程的统计事实

运用统计诊断方法分析了近50年来我国年平均及四季的气温变化特征，重点研究了20世纪90年代和80年代气温变化的主要差异及其增暖进程。结果表明，我国年平均气温是呈上升趋势的，但80年代以前年代际变化并不明显, 升温幅度不大。我国气候增暖始于20世纪80年代后期，90年代增暖加速，急剧增暖的主要原因是长江流域以南地区经历了由偏冷向偏暖的趋势转变。我国四季气温变化趋势在80～90年代增暖的进程中存在明显差异:其中冬季增暖开始时间最早、幅度最大、持续时间最长；90年代我国气候增暖急剧加速，其原因除了冬季气温持续攀升作用外，春、夏、秋季气温上升, 特别是春、夏季增暖幅度的加大增暖区域的显著扩展也起到很重要的作用。     

集合经验模态分解下中国新疆降水变化趋势的区域特征

降水是中国西北干旱区水资源的重要组成部分,利用合理方法有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要。基于新疆16个国际交换站1961-2012年降水距平时间序列,利用集合经验模态分解(EEMD)方法,分析了新疆降水变化趋势的多尺度特征,并对其空间差异进行了初步探讨。近50多年来,新疆降水量整体上呈现出非线性的显著增多趋势,且其变化存在明显的年际尺度(3年和6年准周期)和年代际尺度(10年和31年准周期);各周期分量方差贡献率显示年际变化在新疆降水变化中占据主导地位,重构的降水年际变化趋势能精细刻画原始降水序列在研究时期内的波动状况;降水年代际变化揭示了新疆降水在1985年前后气候模态有了显著转换,由原来降水以负相位为主的气候模态转向正相位显著的气候模态;此外,降水变化趋势和转折时间均具有明显的区域差异。EEMD方法有助于加深人们对新疆降水多尺度变化特征的认识,是一种适用于非线性、非平稳信号分析的有效方法。