黄土高原气候变化特征及原因分析

基于黄土高原111个气象站点1961—2018年逐日气温(最低气温、最高气温、平均气温)和降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、Sen's斜率估计和小波周期等方法分析了气温和降水的时空变化特征,并采用小波交叉功率谱分析方法对影响区域气候的环流因素进行了分析.研究结果显示:(1)黄土高原1961—2018年平均气温以0.35℃·(10a)?1速率呈显著增加趋势,进一步分析显示气温的上升主要来自于年均最低气温的显著上升(0.39℃·(10a)?1,P<0.01);在季节变化上,平均气温、平均最低气温、平均最高气温在冬季的上升速率最为显著;研究区降水的年际、季节上的变化均不明显.(2)年均气温的突变在1995年,年均最高气温和年均最低气温分别在1995年和1994年存在突变;年降水量不存在突变.年降水量变化的主周期2—3 a和4—6 a,气温变化的周期主要为2—4 a、6—8 a、12—16 a.(3)平均气温变化主要受北大西洋年代际涛动(AMO)影响、受北大西洋涛动指数(NAO)影响较小;年降水量主要受太平洋海温指数(Nino3.4)和北极涛动(AO)影响.     

黄河流域内蒙古段1951—2012年气温、降水变化及其关系

黄河流域内蒙古段是内蒙古自治区重要的经济发展区,研究其气候因子变化对流域水资源、区域经济社会发展及生态环境保护有重要意义。论文利用研究区及其周边地区52个气象站点1951—2012年气温与降水量资料,采用回归分析、年代均值比较、5 a滑动、气候倾向率和Mann-Kendall检验等方法,对气温与降水变化及其关系进行了分析。结果表明：近62 a来,研究区域平均气温、平均最高和最低气温均呈明显上升趋势（0.283 ℃/10 a、0.235 ℃/10 a、 0.590 ℃/10 a）,尤以20世纪90年代增温最为明显,冬季增长速率最快,对气温升高贡献最大。3类气温分别在1988、1989、1982年发生了突变,平均气温、平均最高气温突变时间均晚于平均最低气温。多年降水量年际变化较大,总体呈下降趋势（-1.48 mm/10 a）,但下降幅度不明显。年降水量与平均气温、平均最高气温、平均最低气温在20世纪80—90年代相关性较好,均呈上升趋势,而其他时期则呈阶段反对称变化。从季节上看,春季降水量与3类气温年值相关性最好;夏季降水量与3类气温的年际变化趋势类似;秋季降水量与3类气温呈阶段反对称性变化;冬季降水量与3类气温在20世纪90年代到21世纪呈反对称变化,其他年代则呈现一致的变化趋势。     

黄河流域内蒙古段1951—2012年气温、降水变化及其关系

黄河流域内蒙古段是内蒙古自治区重要的经济发展区,研究其气候因子变化对流域水资源、区域经济社会发展及生态环境保护有重要意义。论文利用研究区及其周边地区52个气象站点1951—2012年气温与降水量资料,采用回归分析、年代均值比较、5 a滑动、气候倾向率和Mann-Kendall检验等方法,对气温与降水变化及其关系进行了分析。结果表明:近62 a来,研究区域平均气温、平均最高和最低气温均呈明显上升趋势(0.283℃/10 a、0.235℃/10 a、0.590℃/10 a),尤以20世纪90年代增温最为明显,冬季增长速率最快,对气温升高贡献最大。3类气温分别在1988、1989、1982年发生了突变,平均气温、平均最高气温突变时间均晚于平均最低气温。多年降水量年际变化较大,总体呈下降趋势(-1.48 mm/10 a),但下降幅度不明显。年降水量与平均气温、平均最高气温、平均最低气温在20世纪80—90年代相关性较好,均呈上升趋势,而其他时期则呈阶段反对称变化。从季节上看,春季降水量与3类气温年值相关性最好;夏季降水量与3类气温的年际变化趋势类似;秋季降水量与3类气温呈阶段反对称性变化;冬季降水量与3类气温在20世纪90年代到21世纪呈反对称变化,其他年代则呈现一致的变化趋势。     

近60年黄河流域典型区域气温突变与变暖停滞研究

以黄河流域典型区域-黄河流域内蒙古段为研究区,采用1951~2012年62年气温区域平均数据,应用M-K检验等方法对研究区区域平均最高气温、平均气温、平均最低气温突变前后变化及气温突变后变暖停滞特征进行了分析.结果表明：年（季）平均最低气温首先发生突变（1977~1987年）,平均气温次之（1978~1993年）,平均最高气温最晚（1978~1994年）,平均最高气温与平均气温秋、冬季发生突变时间一样;年内突变早晚顺序为冬季最早（1977~1978）,夏季最晚（1987~1994）.冬季比夏季、平均最高气温比平均最低气温变化更剧烈.平均最低气温（0.231~0.604℃/10a）对升温贡献较大.各类气温年（季）突变后在1997~2007年间先后发生变暖停滞现象,春季和冬季首先发生变暖停滞,秋季较晚,夏季未停滞,年气温最晚（2007年）,大部分年（季）气温要素变暖停滞晚于全球变暖停滞时间（1998年）.年际气温突变后到停滞前平均最高气温的升温速率相对最慢,而其停滞后降温速率反而最快,平均最低气温与其相反,初步说明平均最低气温对升温反应较为明显,平均最高气温对降温反应较为明显.季节中,突变后到气温停滞前,春季平均最高气温增长速率最快;气温停滞后,春季最低气温下降速率最快（-0.324℃/a¹）.     

1951—2014年中国北方地区季节气温突变与变暖停滞年份的时空变异性

利用中国北方357个气象站1951—2014年的季（月）平均最低气温,平均气温和平均最高气温数据,应用Mann-Kendall检验等方法,分析了中国北方地区三类气温季节突变与变暖停滞年份时空变异性。结果表明：平均最低气温、平均气温和平均最高气温各季节整体随纬度降低突变和变暖停滞年份变晚,突变至变暖停滞周期缩短。东北春、冬季突变和变暖停滞整体最早（20世纪70年代至80年代、1993—2002年）,华北次之,西北最晚（20世纪80年代至21世纪前10 a、1996—2010年）;夏、秋季突变华北最早（20世纪70年代和90年代）,东北次之,西北最晚（20世纪90年代至21世纪前10 a）,变暖停滞年份地区差异较小。平均最高气温未突变和平均最低气温未停滞站点较多,均主要分布在山地、高纬度地区和华北平原南部,其周边区域突变及停滞年份相对偏晚。同类气温突变和变暖停滞年份整体上分别按冬（1981—1990年）、春、秋、夏季（1994—2008年）和冬（1995—2008年）、秋、夏、春季（1998—2010年）顺序依次变晚,冬→春→秋→夏季突变至变暖停滞周期依次缩短。春、夏和冬季均为平均最低气温整体突变最早（1972—1999、1987—1999、1971—2000年）,平均气温次之,平均最高气温最晚（1975—2008、1994—2008、1972—2006年）,秋季与之不同。春、夏季整体按平均最低气温（1994—2008、1997—2008年）、平均气温、平均最高气温（均为1997—2010年）停滞依次变晚,秋、冬季与之相反。各季节突变至变暖停滞周期整体按平均最低气温（9~18 a）、平均气温和平均最高气温（5~12 a）依次缩短。夏季三类气温均在华北南部（低纬度）突变最早,与研究区整体规律相悖,该地区大部分站点未停滞,亦与突变早停滞也早的整体规律不同。     

1951~2014年中国北方地区气温突变与变暖停滞的时空变异性

基于1951~2014年中国北方及周边地区357个气象站点平均最低气温、平均气温和平均最高气温年（月）数据,采用M~K检验等方法,分析了中国北方地区3类气温突变和变暖停滞特征的时空变异性.结果表明：研究区3类气温整体突变年（1978~1999年、1981~2002年、1981~2005年）、分布广泛的普遍突变年（1988年、1989年、1997年）及范围（3a）均依次变晚.整体上,突变年随纬度降低变晚,东北突变早于西北和华北地区.变暖停滞集中于1998和2007年及其前后,3类气温亦依次变晚（1994~2007年、1995~2009年、1998~2010年）,由黄河流域中段向其他方向越来越晚.突变至变暖停滞周期整体随纬度降低缩短（3~30a）,突变越早周期越长.西北地区突变与变暖停滞前后各时段均值温差最大（2.4℃）,温差在1℃左右站点分布最广泛.各时段升（降）温速率整体依次在0.01℃/10a、0.05℃/10a、-0.03℃/10a左右站点分布最广泛,突变后升温最快（0.02~0.16℃/10a）,且西北地区对升温贡献最大,变暖停滞后东北地区对降温贡献最大,2时段按平均最低气温、平均最高气温、平均气温顺序升（降）温速率递减.3类气温波动程度减弱,整体随纬度降低.高纬度、高海拔和山地地区突变和变暖停滞较周边地区偏早或偏晚,特征值较大.整个北方地区3类气温突变、变暖停滞、突变与变暖停滞时间及各时段特征值各自具有自身一致性的普遍规律.     

黑龙江哈尔滨地区近60年极端气温变化研究

用1955~2013年哈尔滨市、尚志市(县)和通河县逐日气温资料,采用线性倾向法、距平及累积距平法、Morlet复数小波、主成分分析、相关性分析和Mann-Kendall检验法,对11个常用气候指标进行分析。结果表明,哈尔滨夏、秋、冬季气温呈上升趋势,冬季升温极为显著,春季气温以0.60℃/10a的速度显著下降;年均气温、年均最低温、年均最高温均有所增加,年均最低气温升幅最大。年极端最高气温、年极端最低气温、夏日日数、热夜日数、暖夜日数和暖日日数6个指标呈上升趋势变化;结冰日数、霜冻日数、冷夜日数、冷日日数及气温年较差5个指数呈下降趋势。年极端最高气温、年极端最低气温及变化率较大的暖夜日数,均有28~30 a的第一主周期和17~18 a的第二主周期,冷夜主要有3、6和8 a的短周期。主成分分析结果表明,高载荷的指数暖夜、冷夜和暖日这些相对指数的变化是哈尔滨极端气温变化的主要原因。相关关系矩阵表明,相对指数间的相关性极为显著;各暖指标、各冷指标间呈正相关,暖指标和冷指标间呈负相关。Mann-Kendall检验得知,冰日、冷夜和冷日三个冷指标的突变发生在20世纪70s、80s,其他指标的突变主要发生在1990~1999年间。总之,哈尔滨平均气温以0.32℃/10a的速率增加,升温幅度高于全国平均升温值0.26℃/10a,研究结果可为防灾减灾提供理论依据。     

1961—2010年广西气温变化对全球变暖的响应

利用广西88 个气象站1961—2010 年的年平均气温和年极端最高、最低气温数据,运用GIS 技术、气候倾向率以及Mann-Kendall 突变检验方法对广西近50 a 气温的时空变化特征及突变特征进行分析。结果表明:在全球变暖影响下, 近50 a 广西全区年平均气温和年极端最高、最低气温总体上均呈上升趋势,其中年平均气温和年极端最低气温的气候倾向率均达到了极显著水平;年平均气温和年极端最高气温的突变时间分别为2001 年和2003 年,均比极端最低气温(1984 年) 晚了近20 a 左右;年极端最高和最低气温存在非对称变化。时空分布图表明,区域平均值忽略了研究区域内的差异,尽管近50 a 来广西气温区域平均值的总体变化呈上升趋势,但不同时期各地区间气温变化的趋势和幅度各有差异。     

湖南省常德市近50年极端气温变化特征及周期

利用1963—2012年湖南省常德市逐日气温观测资料,运用线性拟合、主成分分析、Mann-Kendall突变检验和Morlet复数小波等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。结果表明常德地区近50年来,极端最高气温、极端最低气温都呈上升趋势,冰日、霜日、冷夜、冷日数量呈下降趋势,夏日、热夜、暖夜、暖日数量呈上升趋势。除冰日天数未出现突变外,各极端气温指标的突变基本发生在1980年代到1990年代末。极端最高气温、极端最低气温、夏日、热夜、霜目、暖夜、冷日、冷夜、暖日都存在27 a左右的周期,冰日存在29 a左右的周期。总体来说,近50年来,常德地区极端天气热指数呈上升趋势,极端天气冷指数呈下降趋势,发生极端天气现象的可能性增加。由此可能造成夏季高温干旱和暖冬等灾害,需要及时采取预防措施,防止高温干旱和暖冬等情况对工农业生产和居民生活带来负面影响。     

东北地区采暖气候条件变化特征及预测

东北地区是我国采暖期最长、采暖需求最高的地区。冬季供暖耗能的多少主要取决于室外温度。论文利用1957-2011 年东北地区88 个气象台站的逐日平均气温资料,采用趋势系数、变化速率、Mann-Kendall 突变分析、一元线性回归等方法,对东北全区、北区和南区的采暖气候条件进行了分析。得出：东北全区采暖期平均气温为-8.2℃,54 a 来的变化速率为0.17℃/10 a,升温趋势通过了0.05 显著性检验,在1982-1983 年发生了突变;采暖期天数平均为186 d,变化速率为-2.0 d/10 a,通过了0.001 显著性检验,在1990 年发生了突变;采暖强度平均为4 959℃·d,采暖耗能变化率为-17.7%/10 a,通过了0.001 显著性检验,在1980 年代中期发生了突变。东北地区采暖期平均气温升高1℃,采暖强度将减少210℃·d,采暖耗能将减少4.4%。另外,论文根据前期环流指数构建了采暖强度预测模型。     

近33 a西北太平洋极端海表温度事件的变化特征及与ENSO的关系

使用1982~2014年美国国家海洋和大气管理局（national oceanic and atmospheric administration,NOAA）最优插值1/4度逐日海温分析资料,分析西北太平洋极端海表温度（sea surface temperature,SST）事件的变化特征,探讨极端SST事件与ENSO（El Ni?o-southern oscillation,ENSO）之间的关系。结果表明:极端高温事件的频率明显增大,20世纪80年代为2~5 a一遇,20世纪90年代为1~4 a一遇,21世纪以来,除2004和2011年外,其余年份均有发生。极端高温发生天数呈线性增加趋势,增长速率为30 d/10 a。单次极端高温事件持续时间逐渐增长,增长速率为0.56 d/次,且平均温度和最高温度也呈上升趋势,上升速率分别为0.032℃/次和0.049℃/次。相反的是,极端低温事件的频率明显减小,1982~2000年为1~2 a一遇,21世纪以来,发生次数明显减少。极端低温发生天数和单次事件的持续时间均明显减少,减少速率分别为-27 d/10 a和-1.6 d/次。单次极端低温事件的平均温度和最低温度呈线性上升趋势,增长速率分别为0.0087℃/次和0.017℃/次。极端高温事件呈现1~4 a和4~7 a周期的高低频震荡,低温事件呈现多尺度周期变化,主周期尺度为3~4 a。Nino 3.4区下半年ENSO指数与西北太平洋极端高温呈显著负相关,与极端低温事件呈显著正相关。意味着在La Ni?a年份,极端高温事件更容易发生。反之,在El Ni?o年份,极端低温事件容易发生。     

城市化对长三角地区极端气温影响的时空分异研究

论文利用长三角地区65个气象站1960—2014年日最高、最低气温资料,分析并比较了大城市站、一般城市站和乡村站极端气温指数变化趋势以及城市化对大城市站和一般城市站各极端气温指数趋势变化的影响。结果表明：极端气温暖指日数明显增加,冷指日数明显减少,极值指数呈微弱上升趋势。暖指数城市站比乡村站增加趋势明显,冷指数城市站比乡村站减少趋势明显。除月最低气温极小值外,其他极值指数变化趋势在城市、乡村间差异较小。大城市站冰冻日数、霜冻日数、冷（暖）昼日数和月最低气温极小（大）值城市化影响显著,一般城市站冰冻日数、霜冻日数和月最低气温极小值城市化影响显著,城市化对极端气温影响明显的是长三角北部、江苏南部和浙东南的部分城市站点。冷昼日数城市化效应在冬季较明显,暖昼（夜）日数城市化效应在夏季较明显,春季、夏季、冬季城市化对极值指数的影响显著。     

西北地区近50a气温和降水极端事件的变化特征

采用1960-2009年西北地区124个气象站点的逐日最高气温、最低气温和日降水量资料,对该地区极端气候变化进行了研究探讨,并在此基础上尝试预测了未来该地区极端气候变化的情形。研究表明:近50 a以来,西北地区夏季天数、生物生长季、热夜天数、高温天数分别以2.31、2.98、1.07、0.45 d·(10 a)^-1的速度显著增加;结冰天数、最大连续霜冻天数、低温天数分别以-2.51、-1.79、-3.62 d·(10 a)^-1的趋势在显著减少;极端气温年较差也以-0.39℃·(10 a)^-1的速度在减少;除极端气温年较差外,极端温度指数和年平均气温有很好的相关性;最大的1和5天降水总量、逐年平均降水强度和持续干旱天数呈增加趋势,而中雨天数和持续降水天数呈减少趋势;除持续干旱天数外,年降水总量与其他极端降水指标有很好的相关;从空间分布和各气候区来看,极端气候增加或减少的趋势及其与年平均气温或年总降水量相关性不尽相同。     

最低气温对兰州市呼吸系统疾病就诊人次的影响研究

通过2013年1月1日~2017年7月31日兰州市呼吸系统疾病逐日就诊资料和气象资料,采用分布滞后非线性模型（DLNM）方法,分析0~30d滞后影响,研究极端低温对不同年龄（<15岁、16~45岁、46~60岁、>60岁）和性别人群呼吸系统疾病就诊人次的影响.结果发现：日均最低温度对相对危险度（RR）的最大RR变化范围为0.89~1.41,变化趋势整体呈现出V字型,在低温附近,温度越低,RR越高;滞后0~4d,极端低温代表的冷效应影响最为显著;滞后5~19d,在日均最低温度0℃附近,出现新的峰值,冷效应对RR的贡献有所下降,热效应对RR的贡献完全消失;滞后20~30d,日均最低温度为-10℃时,出现RR最小值,0℃温度点附近维持RR峰值;滞后22d时,滞后影响完全消失.在极端低温条件下,呼吸系统疾病对低龄人群表现出长期滞后性和高发性,对高龄人群表现出短期滞后性.男性比女性患病的滞后效应更长,患病风险更大.     

河南信阳市近62年来极端气温变化特征及周期分析

通过对河南省信阳市每日气温资料的搜集和整理,运用线性拟合及累积距平、Morlet复数小波等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。研究了信阳地区近62年来极端气温变化特征及周期性。结果表明,近62年来信阳地区的极端最高气温几乎没有变化,极端最低气温在波动变化中有小幅上升趋势,夏日、热夜、暖夜天数呈现波动上升,冰日、霜日、冷夜、冷日天数呈下降趋势。极端最高气温、极端最低气温、冷夜、暖夜、冷日、暖日都存在35 a左右的周期。夏日、冰日、热夜、霜日存在37 a左右周期。冰日的变化存在着5个左右的周期,极端最低气温、冷日与冷夜的变化存在4个左右的周期。其中极端最低气温、霜日、冰日、冷夜、冷日、暖夜都有5 a以下的周期。冷夜和暖夜、冷日和暖日、夏日和冰日以及热夜和霜夜存在负相关的关系,其中冷夜和暖夜以及热夜和霜日的变化幅度较大,它们之间有负相关关系。冷日和暖日以及夏日和冰日的变化较小,负相关的关系不太明显。总体来说,近60年来,信阳地区极端天气热指数呈上升趋势,极端天气冷指数呈下降趋势,整体气温呈现上升的趋势,其中近二十年气温上升更明显。     

1961—2017年青藏高原极端降水特征分析

基于青藏高原78个气象站点的逐日降水数据,采用百分位阈值法确定极端降水阈值,计算极端降水指数并分析其时空分布特征,以期为区域气候变化预测及防灾减灾对策的制定提供参考。结果表明：（1）1961—2017年青藏高原年降水量表现出上升趋势,上升速率为8.06 mm/10 a,多年平均降水量达472.36 mm。78个站点的年降水量倾向率最小值为-25.46 mm/10 a,最大值为43.02 mm/10 a,有15.38%的站点降水在下降,较为集中地分布在高原的东部和南部,其余84.62%的站点降水量在上升。（2）青藏高原各站点极端降水阈值的平均值为23.11 mm,取值范围为7.84~51.90 mm。高值中心出现在横断山区的贡山和木里,低值中心出现在柴达木盆地及昆仑山北翼区。（3）青藏高原各站点的极端降水量、极端降水日数和极端降水贡献率均表现出了明显的上升趋势,极端降水强度虽然也在上升但趋势并不明显,表明青藏高原极端降水量的上升并非是极端降水的强度引起的,而是由极端降水频次的上升引起的。柴达木盆地的极端降水量和极端降水日数虽然并没有表现出高值水平,但该地区的极端降水贡献率却表现出较高水平,表明该区域虽然降水量较少,但是降水往往以极端降水的形式产生。