非平稳性条件下淮河流域极端气温时空演变特征及遥相关、环流特征分析

在全球升温的背景下,为掌握淮河流域极端气温的时空变化特征及其变化规律,以提高淮河流域对极端气温灾害的应对能力。以淮河流域1961～2016年149个气象站点、太平洋气候因子和NCEP/NCAR再分析数据为基础,利用优化的非平稳性(Transformed-Stationary)极值分析方法、空间Ward-like层次聚类分析方法、M-K趋势分析和经验正交函数分析方法(Empirical orthogonal function)对淮河流域极端气温进行分析。结果发现:(1)年最高气温在1960和2000s为增加趋势,2000s后增加趋势不显著;从1970～1980s,年最高气温呈减小趋势;年最低气温在1960s呈下降趋势,1970s以后年最低气温呈增加趋势;(2)年最高气温重现期对应的温度多数站点表现出非平稳态并显著上升,增幅达1.5℃。年最低气温均呈现上升趋势,在1978年前后出现上升的拐点,在2000年前后暖化现象有所减缓。年最高气温距离海洋越近,上升趋势越显著;年最低气温则相反。(3)不同重现期年最高气温显著增加趋势,主要分布在淮河的东北部和东南部地区,中西部地区呈显著减小趋势,年最低气温的空间分布恰好与其相反。(4)北太平洋海温异常显著的影响着淮河流域的7、8月极端气温的变化,淮河流域的极端气温的非平稳变化有着与西太平洋和北太平洋显著正相关关系,与东太平洋呈显著负相关关系。淮河流域12～1月气温异常与渤海海温异常同步、与厄尔尼诺或拉尼娜同步变化;7～8月温度异常与12～1月的温度异常结果相反。环流特征分析表明,淮河流域冬季暖化现象受到东北地区暖化的影响;7～8月温度的变化主要由青藏高原低压和蒙古低压在逐年减弱而改变环流特征造成,东南区域极端高温增加,西部区域降水增多、极端高温的降低。     

近60a长三角地区极端高温事件变化特征及其对城市化的响应

基于长三角地区1951~2014年56个国家级气象站点逐日气温记录资料,通过计算极端高温事件相关指标(极端最高温TXx,极端最低温TNn,高温日数Htd和低温日数Ltd),利用GIS空间分析技术和Mann-Kendall时间趋势分析方法分析了长三角地区近60 a极端高温事件的空间分异特征和时间变化趋势,并探讨了城市化发展对区域极端高温事件时空变异的影响。结果表明:(1)长三角地区极端高温事件指标均表现为一定的上升趋势,极端低温指标(TNn和Ltd)线性变化趋势比极端高温指标(TXx和Htd)更为显著,变化趋势最显著的地区集中在经济和城市化水平较高的城市及周边地区(如上海、杭州等)。(2)极端高温指标(TXx和Htd)多年平均总体表现为南高北低,西高东低的趋势,而极端低温指标中TNn多年平均为由中部向南北两侧降低,Ltd多年平均呈现自中部向南北南侧增多的趋势。(3)从1990~2000到2000~2010年,城市化对极端高温事件的影响增强,快速城市化对北部城市极端高温事件的影响高于南部城市。     

云南省1958～2013年极端气温时空变化特征分析

利用云南省1958～2013年28个气象站点逐日最高气温、最低气温数据,计算10个极端气温指数.基于Mann-Kendall(M-K)方法分析极端气温指数年代/际、季节变化趋势,并利用反距离权重法探讨极端气温空间分布特征.为进一步明确未来各极端气温指数年/季节可能存在的变化趋势,利用R/S分析方法,估算极端气温指数的Hurst指数.分析结果表明:(1)时间上,极端高温事件发生频率及持续时间均显著大于低温事件,而最低气温增温幅度高于最高气温.且年/季节最高气温与最低气温均在1980年代后呈现更为显著的增温趋势,四季中冬季最高、最低温度增温幅度均最大;(2)空间上,极端高温事件高发地区为滇西南与滇中地区,而极端低温事件高发地区为滇西北及滇东北地区;(3)全省未来最高气温(TMAX)与最低气温均呈增加趋势,且TMIN增加趋势持续性更为明显,增温趋势持续性最强的地区为:昆明、景洪、腾冲、香格里拉及昭通TMIN.     

鄱阳湖流域1960～2018年极端气温变化及其与大气环流的关系

为进一步揭示鄱阳湖流域极端气温事件变化及其影响因素,基于鄱阳湖流域24个气象站点连续59年观测资料,选取8个极端气温指数,分析鄱阳湖流域极端气温动态变化,并探讨了大气环流与极端气温变化的联系.结果表明:(1)鄱阳湖流域极端气温暖指数(暖昼天数、暖夜天数和夏日天数)及极值指数(日最低气温最小值和日最高气温最大值)均呈增加趋势;冷指数(冷昼天数、冷夜天数和霜冻天数)均呈逐渐减少趋势.(2)从空间分布来看,极端气温空间变化趋势与年际变化一致,极端气温暖指数和极值指数呈增加趋势,冷指数均呈减少趋势,但在不同地区变化趋势存在差异.流域各站点霜冻天数和冷昼天数均呈显著下降趋势,但在赣北地区下降趋势最显著.大部分站点(23/24)暖夜天数、夏日天数和日最低气温最小值均呈显著增加趋势;(3)鄱阳湖流域极端气温指数的变化与大气环流的变化存在相关性,其中西太平洋副高强度指数、夏季东亚季风指数、亚洲区极涡强度指数和北极涛动指数对极端气温事件影响显著.研究结果可为极端气候风险评估、灾害预警提供参考.     

65年来济南冬季气温变化特征

利用济南市1951年12月-2016年2月逐日气温观测资料,分析讨论了济南65年冬季(12月和次年1、2月)平均气温、极端最低气温、冷积温(T-10℃)以及低温日数的变化趋势和特征,探讨了济南冬季气温的年代变化和冷冬、暖冬的分布。结果表明:65年来济南冬季平均气温是90年代以前是明显上升的,90年代最高,进入21世纪略有下降,极端低温和冷积温这种震荡更为显著。济南20世纪50年代和60年代为冬季低温期,冷冬皆分布在70年代以前,80年代以后没有冷冬,多为暖冬,80年代以来济南冬季明显升温,90年代偏暖异常。     

鄱阳湖生态经济区近60年极端温度事件变化特征研究

利用环鄱阳湖生态经济区6站逐日气象数据,建立了该区1952~2011年近60 a极端温度事件演化序列。研究表明：（1） 环鄱阳湖生态经济区极端高、低温事件线性趋势分别为04、-27 d/10 a;冷、热日持续指数线性趋势分别为-04、-24 d/10 a;（2）近60 a间,环鄱阳湖生态经济区内极端温度事件表现出两个明显的高频数（不稳定阶段）和低频数（稳定阶段）。其中极端高温事件和热日持续指数两个阶段分别为：1952~1979年和1980 ~2002年;极端低温事件和冷日持续指数两个阶段分别为：1952~1985年和1986~2007年;（3）近60 a以来,极端高温事件和热日持续指数在1970s晚期至1980s初期发生了较大变化,此前主要表现为叠加在弱准12~13 a周期下的强准7 a周期,之后主要表现为准9 a周期,并有不连续的4~5 a周期;极端低温日数和冷日持续指数周期性在1950s~1990s表现为弱11~12 a周期,1970s晚期至1990s则表现为弱准5 a周期;（4）环鄱阳湖生态经济区内极端低温事件是气候变暖背景下对冬季风强度的敏感响应,极端低温事件的高频数（强烈波动）主要发生在强冬季风背景下,弱冬季风条件下则出现相反情况。而极端高温事件与夏季风强度关系复杂的多,其原因尚待进一步研究     

岷江上游干暖河谷与元江干热河谷的气候特征比较研究

利用岷江上游和元江（红河上游）河谷区的多年气象观测资料,通过对两河谷区的光、热、水、风等气候因子的综合分析、比较,得出结论：两河谷区的日照时数均较多,日照充足,干热河谷的日照时数要比干暖河谷多。干热河谷的平均温度要比干暖河谷要高。两河谷均是气温的年较差较小,月较差较大;降水的地区差异大,有明显的干雨季之分,降水均集中在雨季,降水量干热河谷多于干暖河谷;两河谷均是山谷风大,定时风显著,风速均是干季大,雨季小。两河谷局地小气候均呈现复杂多样特征。在干热河谷中上段,光热资源较丰富,而水分资源不协调,导致水分构成了该地区发展的主要限制因子;而在干暖河谷中上段,光照可满足需要,热量和水分不足,构成了限制因子,特别在中段河谷的部分地区缺水更甚,干旱年份可影响到树木生长。对两河谷气候特征的对比、分析, 可为两流域在退耕还林、山地生态环境的治理和恢复提供科学依据。     

1962～2012年西南地区极端温度事件时空变化特征

基于西南地区88站1962~2012年日气温数据,采用百分位阈值法定义极端温度事件,结合线性倾向率、Mann-Kendall秩次相关法、反距离加权插值法对其时空变化进行了分析。结果表明:极端温度指数存在明显的空间分布差异,暖日指数、暖夜指数、冷夜指数和年内日最低气温整体上均由东南向西北逐渐降低;霜冻天指数则由东南向西北部逐渐升高,西北部梯度变化明显;冷日指数和年内日最高气温呈马鞍状分布,较高值均在西南和东北部;因多数地区高温天数极少,故没有明显的梯度变化。霜冻天指数、冷夜指数和冷日指数减少趋势明显,分别为2.7、4.6和3.5d/10a;暖日指数和暖夜指数、年内日最低气温和最高气温均呈增加趋势,分别为3.6、4.9、0.4和0.1℃/10a;高温天指数变化不显著。整体上来看,西南地区极端高温事件和极端低温事件分别呈上升和下降趋势,但有部分区域呈相反变化趋势,体现出西南地区气候变化的独特性。     

67年来济南农业气候资源变化分析

利用1951—2017年济南市逐日气温、降水、日照时数观测资料,分析讨论了济南67 a济南地区农业气候资源时间和空间的变化及差异。结果表明:67 a来济南平均气温是14.6℃,整体呈阶段性上升趋势,1986—2002年增温明显。≥0℃活动积温呈震荡性上升趋势,夏季作物旺长的≥10℃活动积温也呈上升趋势,对作物生长有利,67年来济南水资源变化总体来说不明显,平阴、济阳、商河三县有偏少趋势。总体来说,济南气温升高蒸发量会增大,降水量变化趋势不明显,尤其平阴、济阳、商河,会出现旱情。     

近50年来川渝地区夏季高温及严重干燥事件分析

利用川渝地区1961~2006年145个台站夏季的逐日降水和最高气温资料，分析了该地区夏季高温和严重干燥事件的时空演变特征，结果表明：川渝地区夏季高温日数与严重干燥事件的空间分布比较相似，除重庆东南部以外，基本呈自西向东阶梯状递增趋势，高值中心集中在重庆中部、西南部以及四川省东南部；从长期变化趋势来看，川渝地区大部夏季高温日数与严重干燥事件的发生频次以增长趋势为主，呈减少趋势的若干站点分布较零散，且减少趋势不显著；除小片区域以外，川渝地区大部夏季高温日数和严重干燥事件发生频次经历了“1960s〖FY（〗增〖FY）〗1970s〖FY（〗减〖FY）〗1980s〖FY（〗增〖FY）〗1990 s〖FY（〗增〖FY）〗2000～2006”的年代际变化过程；21世纪以来，在全球气候变暖的大背景下，川渝地区大部无论是夏季高温还是严重干燥事件都进入了近50年来最显著的高发期，气温和降水特征变化所造成的干旱压力大增，必然导致夏季旱灾发生几率的增大     

若尔盖近55年热量资源分析

利用1957～2011 年若尔盖气象观测站的逐日气温资料，分析了该地区日平均气温稳定通过0℃的初日、终日、持续日数、活动积温的年际变化, 对活动积温进行突变检验。研究表明：若尔盖≥0℃的初日提前的趋势并不明显；终日呈显著延后趋势；持续日数呈明显增加趋势。活动积温变化呈十分显著的增加趋势，1997年为积温增加的突变年，1998～2011年是热量和持续日数增加幅度最大的时期。1998～2011年若尔盖≥0℃的各不同保证率对应的持续日数均大于1957～1997年对应的持续日数，即初日提前，终日推迟，活动积温也明显增加     

三峡库区近50年来的气温变化趋势

利用三峡库区及周边32个气象站点1960～2006年的气温资料,运用线性趋势分析、累积距平分析和t检验等统计学方法研究了三峡库区近50a来的气温变化趋势。研究结果表明:(1)近50a来三峡库区气温变化总体上呈显著上升趋势,增温率为0.13℃/10a;其中1960’s～1980’s末存在一个缓慢降温过程,1980’s末后快速增温。(2)三峡库区各季节平均气温变化过程与年气温变化过程相似,总体上也呈上升趋势,春、夏、秋、冬四季平均气温增温率分别为0.10、0.005、0.19和0.21℃/10a,其中冬季气温上升对库区年平均气温上升的贡献率最大。(3)年均气温跃变出现在1996年,春、夏、秋、冬四季气温跃变点分别出现在1996、1993、1997、1996年,季节气温的跃变与年均气温跃变具有较好的同步性。(4)三峡库区偏暖和显著偏暖年份都发生在1996年以后,其中1998和2006年为异常偏暖年份;偏冷年份基本出现在1990’s以前,尤其集中在1980’s,但无显著偏冷和异常偏冷年份。     

三江源地区1961~2005年气温极端事件变化

利用三江源地区11个气象台站1961~2005年逐日最高气温和最低气温资料，分析了三江源地区极端高温和极端低温的变化趋势。研究表明：近45年来，白天和夜间温度极端偏高的日数明显增多，分别以26 d/10 a和44 d/10 a速度在增加;白天和夜间温度极端偏低的日数显著减缓，分别以41 d/10 a和85 d/10 a的速度显著减少;年极端低温和极端高温分别以042℃/10 a和029℃/10 a的速度增加;白天和夜间温度极端偏高的日数增加主要发生在冬季和夏季，而白天和夜间温度极端偏低的日数减少主要发生在春季和秋季，夜间温度极端偏低的日数减少趋势最为明显;长江源地区极端气温变化对区域增温的响应更为敏感。     

秦岭南北地区农业气候资源时空变化特征

利用秦岭南北地区1960~2016年47个气象站点的观测资料，运用气候倾向率、Mann-Kendall趋势检验、相关分析与反距离加权插值等方法分析了秦岭南北地区光、热、水等农业气候资源的时空变化特征。结果表明：1960年以来，秦岭南北地区气温、≥10℃活动积温呈显著增加趋势，1995年后气温快速上升，并在2002年增温达到显著水平。春、冬、秋季增温明显，空间上秦岭以北增温倾向率大于秦岭以南。 1960~2016年，秦岭南北地区降水量总体呈微弱下降趋势，从时间上看，1995年前降水量以下降为主，1995年后降水量转为上升趋势；从空间上看，1960~2016年，下降较明显地区为秦岭以北、嘉陵江沿线，其次为汉水流域丹江口水库区域；部分地区呈现微弱上升趋势，主要分布在巴巫谷地、汉水流域大巴山等山地段和秦岭南坡东部。相对湿度呈微弱下降趋势；日照时数呈显著下降趋势，四季下降程度为夏>冬>秋>春，下降显著地区为研究区东部平原、汉中盆地、关中盆地及巴巫谷地。 关键词： 农业气候资源，时空变化，秦岭南北地区     

荆州主要界限温度初终日、持续天数和积温的变化

根据荆州1954～2008年逐日气温资料，运用线性倾向估计、M K突变检验等方法计算分析了≥10℃积温和≥20℃积温的时间变化特征。结果表明：（1）55 a来年平均气温呈增加趋势，线性增温率为0.26℃/10 a,突变点为1986年，1988年后气温显著增加。（2）≥10℃和≥20℃初始日期呈显著提前趋势，终止日期呈延迟趋势,持续天数显著增加。（3）≥10℃积温呈显著增加趋势，增温率为85.9℃/10 a，突变点为1990年，1994年后积温显著增加；≥20℃积温呈显著增加趋势，增温率为75.6℃/10 a,突变点为1995年，2004年后积温显著增加。（4）≥10℃、≥20℃初始日期提前程度大于终止日期延迟程度，≥10℃积温增加幅度大于≥20℃积温增加幅度，≥10℃积温突变点和显著增加点出现年份均早于≥20℃积温。〖     

三峡水库对区域气候影响的数值模拟分析

利用中尺度数值模式MM5V3模拟了三峡水库建成后,由于下垫面变化对区域气候的影响,并探讨了三峡水库的建成是否为引发社会广泛关注的高温干旱和低温雨雪冰冻灾害等极端天气的主要因素。研究表明:三峡水库的建成对当地气温具有海洋性效应,库区附近春季温度变低,夏季在水库下游气温升高、上游则气温降低,而冬季则以升温为主;春季降水变化主要位于库区沿线的南部山区,增雨带和减雨带相间分布,夏季降水量在三峡库区中上游地区和附近的山区呈增加趋势,在库区下游及附近地区降水呈减少趋势,冬季降水量减少,主要集中在大坝附近地区到三峡(巫山)段;春季库区的相对湿度增加,幅度多在0.5%～1.0%,夏季相对湿度的影响也存在正负两种效应,大坝上游库区附近相对湿度增加,大坝下游地区相对湿度降低,冬季变幅不大;三峡水利工程不是干旱、低温雨雪冰冻等极端天气出现的主因,它对极端天气事件的影响并不明显。     

环洱海地区气候变化特征研究

环洱海地区是云南省具有高原湖泊生态脆弱区、民族文化多元融合区和乡村经济发展活跃区等多重叠合特征的典型区域,是全球气候变化影响的敏感区和脆弱区。以环洱海地区1951~2014年6个基本站点的逐年平均气温、极端最高气温、极端最低气温、降水量、最大日降水量和日降水量≥0.1 mm日数资料为基础。采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析和R/S分析等方法,研究了环洱海地区气候变化规律。结果发现:自1951年以来,环洱海地区年均气温和极端最低气温呈现出升高的趋势,而极端最高气温则呈现降低的趋势,变化速率分别为0.07℃/10 a、0.03℃/10 a和–0.14℃/10 a,对于年降水量、最大日降水量和降水日数而言,三者均为减少趋势,速率分别为–12.85 mm/10 a、–1.09mm/10 a和–1.73 d/10 a;环洱海地区年均气温、极端最高和极端最低气温均没有发生突变,年降水量和降水日数在2010年发生了一次减少突变,而最大日降水量则没有检测到突变的年份;环洱海地区年平均气温和年降水量在长时间尺度上的周期性变化最为显著,分别存在30 a和33 a左右的周期变化,并贯穿整个研究时段,而短时间尺度上的周期变化局域性特征突出;从未来演变趋势来看,年平均气温和极端最低气温将维持升温趋势,而极端最高气温则将持续降低趋势,年降水量继续减少的趋势未来将会逆转,但最大日降水量和降水日数两者将持续减少的概率更大。     

西南5省市极端气候指数时空分布规律研究

利用西南5省市的33个气象站,采用M-K检验和滑动t检验等方法对极端气候指数的时空分布规律进行分析。结果表明:在时间尺度上,西南5省市60a来极端降水指数除PRCPTOT和CDD外均呈现出较弱的上升趋势,表明虽然该地区降水总量略有减少,但最大日降水量和降水强度却有所增加;极端气温指数中TN10、TX10和DTR呈现出明显的下降趋势,其他7指数均呈上升趋势,表明西南5省市有变暖的趋势,且昼夜温差变小;极端降水指数多在20世纪90年代以后发生突变。在空间尺度上,西南5省市与降水量相关的极端降水指数呈现出西北到东南递增的分布规律,四川和云南部分地区处于低值区,而其连续干旱日数(CDD)却处于高值区,因此这两省的干旱风险较高;极端气温指数分布规律不明显,冷、暖系列指数表明云南省气温最高,贵州省最低,结合气温日较差(DTR)和暖期持续天数(WSDI)分析发现云南省发生极端气候事件的风险较大。     

三峡库区近50年来的气温变化趋势

利用三峡库区及周边32个气象站点1960~2006年的气温资料，运用线性趋势分析、累积距平分析和〖WTBX〗t〖WTBZ〗检验等统计学方法研究了三峡库区近50 a来的气温变化趋势。研究结果表明：（1）近50 a来三峡库区气温变化总体上呈显著上升趋势，增温率为013℃/10 a；其中1960’s~1980’s末存在一个缓慢降温过程，1980’s末后快速增温。（2）三峡库区各季节平均气温变化过程与年气温变化过程相似，总体上也呈上升趋势，春、夏、秋、冬四季平均气温增温率分别为010、0005、019和021℃/10 a，其中冬季气温上升对库区年平均气温上升的贡献率最大。（3）年均气温跃变出现在1996年，春、夏、秋、冬四季气温跃变点分别出现在1996、1993、1997、1996年，季节气温的跃变与年均气温跃变具有较好的同步性。（4）三峡库区偏暖和显著偏暖年份都发生在1996年以后，其中1998〖JP2〗和2006年为异常偏暖年份；偏冷年份基本出现在1990’s以前，尤其集中在1980’s，但无显著偏冷和异常偏冷年份。〖     

近48年来湘江流域极端降水事件特征分析

基于湘江流域44个气象站1960~2007年的逐日降水资料，将第95个百分位值定义为各台站极端降水事件的阈值。同时，采用线性回归、突变分析和相似系数等方法，分析了该流域极端降水事件的变化特征，研究了不同强度降水事件的时空分布特征。结果表明：湘江流域近48 a来极端降水事件的各指标（降水量、降水日、降水强度、降水指数、日最大降水量）均呈增加趋势。但在不同时期，极端降水事件表现了不同的变化趋势。1970s以前多大雨事件，1970s~1980s各类极端降水事件相对偏少，进入1990s开始明显增加，尤其是暴雨和大暴雨事件显著增多。此外，极端降水事件的分布还表现出明显的区域性特点：湘江上游多暴雨事件，中游多大雨事件，下游多大暴雨事件。