近50年中国风速变化多气候模式模拟检验

近年来,随着气候模式研究的快速发展,全球气候模式在模拟20世纪气候和气候变化特征,尤其是在模拟温度、降水等要素特征和变化及其人类活动对这些要素的影响等方面取得了丰硕的成果.然而,全球气候模式对近地层风速的模拟情况如何,目前仍缺少分析和检验.本文利用中国区域近地层风速观测资料,检验评估了参与IPCC AR4"20世纪气候耦合模式模拟"(20C3M)的19个伞球气候模式和国家气候中心新一代伞球气候模式(BCC_CSM1.0.1)模拟的1956-1999年中国近地层(10m)风速及其变化的模拟能力.研究发现,20个伞球气候模式基本上都能模拟出中国多年年(或季)平均风速分布状况,但模式模拟的平均风速一般小于观测值,尤以观测风速较大的北部和西北部地区模拟值偏小显著.气候模式模拟秋冬季风速分布的能力强于模拟夏春季的能力.模式基本上能模拟出冬、春季平均风速大于夏、秋季平均风速,但是模拟不出春、冬、夏、秋季平均风速依次减小的季节变化特征.模式及模式集成难以模拟出观测到的近50年中国年(或季)平均风速明显减小的变化趋势,少数模式能模拟出年(或季)平均风速略呈减小的变化趋势,但与观测值比相差约一个量级.模式对北部和西南部地区平均风速的变化模拟效果较好,而模式难以模拟东南-南部地区风速变化特征.     

1961-2009年三江源地区气候变化特征分析

利用三江源地区18个气象台站1961—2009年气温、年最高气温、年最低气温、降水量、降水日数等资料,分析了该地区年最高气温、年最低气温、降水量、降水日数等气候要素的变化趋势。研究表明:近49年来三江源年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温均在升高,升高速率平均最低气温明显大于平均气温和平均最高气温,年平均气温的升高主要是由最低平均气温升高引起的;三江源年和四季降水量均呈增多趋势,冬、春季降水量增幅最明显,年降水量变化的空间分布北部增多而东南部减少,年降水量除20世纪70年代—21世纪初均呈增加趋势;年和冬、春季≥0.1mm降水日数增加,而夏秋季降水日数减少;年和冬、夏、秋季潜在蒸散量呈显著性增加趋势,春季变化则不明显;年和四季平均风速均呈显著下降趋势;年和四季日照时数变化不显著。     

我国中东部两个高山气象站风的气候特征及对夏季风的响应

利用1955—2010年的气象观测资料,对比分析我国中东部地区地理位置及海拔高度存在差异的两个高山站(南岳山和庐山)风的气候变化特征及其对夏季风的响应。分析表明:(1) 南岳山风速大于庐山,春、夏盛行西南风,秋、冬盛行北风,年内各月最大风速风向均为旺盛的西南偏南风(SSW);而庐山春、夏盛行南风,秋、冬盛行东北偏北风(NNE),年内除6、7月外最大风速的风向均为偏东北风;(2) 年及四季平均风速均呈显著减弱趋势,庐山风速减弱的趋势明显大于南岳山;(3) 两个站夏季风场的变化随夏季风季节内演变,西南风在6月初突然增强、在8月底—9月初突然减弱;(4) 两个站夏季西南风的风速与夏季风的强弱变化呈反相关关系,强夏季风年西南风偏弱,其风场特征表现为北及偏东北风频率偏多,对应风速偏强,而南及偏西南风频率明显偏少,对应风速偏弱;弱夏季风年西南风偏强,其风场特征表现为西南气流异常。      

共和盆地荒漠化扩张的气候成因研究

利用1961～2003年共和盆地(共和、贵南两站平均值)观测的年季气温、降水等资料,用气候诊断方法分析了该地区气候年代际变化特征以及荒漠化扩大的成因。结果表明共和盆地40a来年平均气温增温比较明显,上世纪90年代四季平均气温、平均最高和平均最低气温较90年代偏高0.8~2.6℃,年、夏、秋季降水量呈减少趋势,冬、春季降水呈增加趋势。年大风日数80~90年代较60~70年代大风、沙尘暴日数多。80年代温度升高、降水减少、大风日数增多的干暖化气候背景是荒漠化扩展的主要原因之一;90年代以来,干暖化的趋势继续加剧,并逐步扩展到冬、春季,使得该地区的草地资源明显退化,加剧了生态环境的进一步恶化。     

近46年来长江源区地面降水和高空水汽变化特征研究

利用长江源区5个气象站46a的地面降水和高空露点资料,分析了该地区降水和高空水汽含量的变化特征。结果表明:近46a来,长江源区不同雨量等级的雨日和雨日平均雨量在夏半年呈减少趋势,冬半年呈明显增多趋势,降水集中,降水强度增大;年际间降水量不稳定,年变化趋势不明显;夏、秋季降水量变化呈微弱减少趋势,而冬、春季降水量呈增加趋势,其中春季增幅较大,冬季增湿趋势明显,冬、春季降水量均在20世纪70年代和80年代出现了由少向多的突变;长江源区气候在波动性变暖变干过程中,自1986年起出现了气候转向暖湿的信号,其主要原因在于全球变暖并由此引起的海洋蒸发和陆地蒸散加强,地气水分循环加快,空中水汽输送加强。     

近45年拉萨深层地温变化趋势分析

利用1961—2005年拉萨0.8 m, 1.6 m和3.2 m逐月平均地温, 采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候诊断方法, 分析了近45年拉萨深层平均地温的变化趋势, 以及异常、突变等气候特征。结果表明:近45年拉萨0.8 m和1.6 m年平均地温呈极显著的增温趋势, 倾向率为 (0.58~0.69 ℃)/10a;0.8 m和1.6 m平均地温倾向率春季最大, 秋季最小; 3.2 m平均地温却以夏季升幅最大, 冬季最小; 与同时期平均气温的增温幅度比较, 地温增幅更大; 20世纪60—90年代0.8 m和1.6 m年平均地温呈明显的逐年代升高趋势; 季平均地温20世纪60—70年代均偏低, 80年代大部分季节仍略偏低, 90年代都表现为正距平; 0.8 m, 1.6 m和3.2 m年平均地温均在1999年出现了异常偏暖, 异常偏冷现象仅发生在1.6 m土层上, 时间为1963年; 夏季深层平均地温异常偏暖均发生在1999年; 冬季0.8 m和1.6 m平均地温多异常偏冷年份, 主要发生在20世纪60年代; 1999, 2002—2005年冬季3.2 m平均地温异常偏暖; 夏、秋季和年平均地温的气候突变都出现在1986年, 冬、春季发生在1983年。     

近45年拉萨浅层地温对气候变化的响应

利用1961-2005年拉萨0～40cm各层逐月平均地温,采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候统计方法,研究了近45年拉萨浅层平均地温的变化趋势、气候突变和异常年份等。结果表明:浅层各季节平均地温均呈现极显著的升高趋势,升温率为0.43～0.60℃/10a,春季最大,夏季最小。各层年平均地温以0.45～0.66℃/10a的升温率显著上升,40cm深度的升温率最大,与同时期平均气温的升温率比较,地温比气温对气候变暖的响应更强。20世纪60年代至90年代浅层年、季平均地温呈明显的逐年代升高趋势,以冬、春季最为明显。20世纪60年代到80年代中期为偏冷阶段,80年代后期至90年代地温为偏暖阶段。各浅层平均地温在1986年秋季均发生了突变,冬季突变时间都出现在1984年。年平均地温除在40cm处1999年异常偏高外,其它各层为异常偏低年份,且发生在20世纪60年代。气温升高是影响地温上升的主要原因。     

近45年深层地温变化趋势分析

利用1961-2005年拉萨0.8 m,1.6 m和3.2 m逐月平均地温,采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候诊断方法,分析了近45年深层平均地温的变化趋势,以及异常、突变等气候特征.结果表明:近45年拉萨0.8 m和1.6 m年平均地温呈极显著的增温趋势,倾向率为(0.58～0.69℃)/10a;0.8 m和1.6 m平均地温倾向率春季最大,秋季最小;3.2 m平均地温却以夏季升幅最大,冬季最小;与同时期平均气温的增温幅度比较,地温增幅更大;20世纪60-90年代0.8 m和1.6 m年平均地温呈明显的逐年代升高趋势;季平均地温20世纪60-70年代均偏低,80年代大部分季节仍略偏低,90年代都表现为正距平;0.8 m,1.6 m和3.2 m年平均地温均在1999年出现了异常偏暖,异常偏冷现象仅发生在1.6 m土层上,时间为1963年;夏季深层平均地温异常偏暖均发生在1999年;冬季0.8 m 和1.6 m平均地温多异常偏冷年份,主要发生在20世纪60年代;1999,2002－2005年冬季3.2 m平均地温异常偏暖;夏、秋季平均地温的气候突变出现在1986年,冬、春季发生在1983年.     

依安县近30 a风气候特征及开发利用初探

利用依安县国家一般气象站30a(1989-2018年)风速风向资料进行了统计分析。结果表明:依安县近30 a平均风速为2.8 m/s,年均最大风速为10.3 m/s,并且呈减小趋势。大风日数平均为9.3 d呈减少趋势,但极大风速值呈增大趋势。春季比夏、秋、冬季节平均风速大,4月、5月平均风速、最大风速、极大风速均大于其他各月,所以依安县春季是大风频发的季节。春季、秋冬季盛行西北风,夏季盛行东北风。     

达坂城1961—2008年来风的气候特征及风能现状分析

分析了达坂城气象站1961--2008年风的气候特征及48a来风速最小年2008年的风能参数。结果表明：达坂城一日之中17—18时风速最大,07-08时最小;一年之中4—5月风速最大,9—10月最小;风速变化分4个阶段,其中1986--2008年风速呈减小趋势,特别是2000年以来风速明显偏小,2008年出现了近48a来的最低值;一年之中以4-9月风速减小最为显著。2008年的风能参数达到了“风能较丰富”的指标,近期为风能资源偏少时期,特别是夏半年风能偏弱。     

1961~2010年黄河中下游地区24节气气候变化特征分析

24节气是我国古代劳动人民的独特创造。全面掌握"24节气"的气候变化规律,不但有利于指导农事生产,提高气象服务质量和水平,而且在为人类预防和治疗疾病方面也有重要意义。在全球变暖的气候背景下,统计分析了1961~2010年黄河中下游地区24节气的气温、湿度、风速等6个气象要素的变化特征,得到以下结论:黄河中下游地区随节气变换气候变化显著,大暑、小暑节气高温高湿,小寒、大寒节气寒冷干燥,清明节气寒温反复大风将至,霜降节气天气渐凉秋燥加剧等。50年内,春季型节气(平均、最高、最低)气温显著升高,冬季型节气最低气温升高显著。气压随节气变化特征与气温大致相反,夏、秋季节气有升压趋势。相对湿度与降水均呈减少趋势,以秋季型节气减小趋势最明显。春季风速最大,夏、秋季风速最小,所有节气风速均呈减小趋势,冬夏季节气日照时间呈缩短趋势。     

1961—2017年云南季节变化特征分析

参照《中华人民共和国气象行业标准-气候季节划分》（QX/T 152-2012）中关于气候季节的定义标准,利用1961-2017年云南122个气象站的气温资料,分析了云南的气候季节区域的空间分布和季节开始日期及长度的变化趋势。云南共有4种气候季节区域,分别是四季分明区、无夏区、无冬区和常春区。无夏区范围最广,无冬区其次。不同年代四种季节气候区域空间分布范围不尽相同,无夏区和无冬区空间范围变化最显著。2011年以后云南出现四季分明区范围明显增大的现象,这与近年来气候变暖背景下云南气温年较差增大的观测事实相一致。云南四季分明区春季和秋季较长,夏季和冬季较短。无夏区秋季最长、春季次之、冬季最短。无冬区夏季最长、春季和秋季长度接近。不同气候季节区域间春季和夏季开始日期的变化均呈提早趋势,秋季和冬季开始日期有推迟的趋势;在季节长度变化上,夏季增长,冬季变短,但春秋季长度的变化不尽相同。     

长江源区近44年气候变化的若干统计分析

利用长江源区5个气象站44年的气温、降水量资料以及其中2个探空站500hPa露点资料,分析了该地区气候变化趋势、突变等情况。结果表明：近44年来长江源区气温普遍升高,冬季升温幅度较大,夏季增温趋势明显,进入21世纪后,长江源区春季平均气温在降低,夏、秋季平均气温增高较趋缓,而冬季增温加剧的趋势十分明显;年、夏季降水量变化呈微弱减少趋势,而冬、春和秋季降水量呈现出增加趋势,其中春季增幅较大,冬季增湿趋势明显;长江源区年平均气温在20世纪60年代末70年代初就显现出波动回升的趋势,在1986年前后发生了由冷到暖的突变,冬、春季降水量均在20世纪70年代和80年代出现了由少向多的突变。长江源区气候在波动性变暖变干过程中,自1986年起出现了气候转向暖湿的信号,其主要原因在于全球变暖并由此引起的海洋蒸发和陆地蒸散加强,地气水分循环加快,空中水汽输送加强。     

ERA5再分析资料对甘肃省近地面风速气候特征及变化趋势再现能力的评估

为了探究ERA5再分析资料对甘肃省近地层风速的再现能力,利用甘肃省1981-2020年80个国家级气象台站的地面风速资料,分析了近40年间甘肃省风速变化情况,并比较了第五套欧洲中期天气预报中心再分析资料（ERA5）与观测资料变化趋势的异同,讨论了其对甘肃省地面风速的再现能力。结果表明,甘肃省四季平均地面风速自西向东逐渐减小,地面风速最大季节均为春季,不同地区风速偏小季节有所差异;近40年地面风速的变化整体上趋于平稳,但各站点春季风速以显著下降趋势为主,其余三个季节以上升趋势居多;在20世纪90年代初以前四季平均风速均呈现减小趋势,春季变化趋势最强,秋季变化趋势最弱,之后转为平稳变化或上升趋势,冬、夏两季风速上升趋势较强。ERA5再分析资料对甘肃省风速月际变化和主要季节特征的再现能力较好,但对各季节平均风速值和风速长期变化趋势的再现能力较差,仅在风速下降时期有较好的再现能力,并且ERA5风速资料也不具备再现甘肃省各季节风速长期趋势的能力;ERA5再分析资料不能直接用于估算甘肃省的风能密度,但对其进行线性偏差订正后,在风能密度的多年平均值方面有较好的再现能力。     

1961-2010 年东北地区降水事件时空均匀性研究

利用1961-2010年东北三省和内蒙古四盟90个气象站逐日降水资料,分析了中国东北地区降水事件的气候特征及时空分布均匀性变化。结果表明：近50 a来,东北地区年降水量略有减少,但冬、春季降水量显著增加;考虑降水日数,冬、春季降水量增加主要是由于降水强度的增加,夏、秋季降水量减少主要是由于降水频次的减少。气候变暖的大背景下,虽然年降水量线性变化趋势并不明显,但是降水量年际间分布不均匀性增加,降水有向极端化发展的趋势,夏、秋季表现更为明显,各等级降水事件尤其是降雪在近20 a时间分布明显不均匀。降水量空间均匀性在1993年发生转折突变,突变后空间不均匀性增加,降水日数空间均匀性在1986年发生变率突变,突变后振荡加剧。降水事件时空不均匀性的增加一定程度上造成了东北地区旱涝事件发生可能性增加,不同地域旱涝事件同发现象加剧。     

基于自动站资料的近15年北京地区舒适度变化特征

利用44个自动站的小时观测资料,详细分析了北京地区近15年来气温、风速、相对湿度和有效温度的分布和变化情况,结果表明:1）北京地区年平均气温、风速和有效温度都显著地受到了地形分布的影响,相对湿度没有表现出明显的地形差异。研究时段内,北京整体呈变干变暖。区域上,气温与有效温度增幅最大的区域集中在平原中心城区,西北和东北部的远郊山区增幅最小,相对湿度降低的程度在区域上较为平均;2）按有效温度的热感受等级划分,北京地区冬季平均热感受属于“寒冷”,年、春季和秋季平均热感受属于“冷”,夏季平均热感受属于“温暖”。春季、夏季和冬季变干变暖明显,秋季则存在明显的区域差异;3）北京地区年平均气候适宜日数在全年中占比41.3%。气候适宜日数变化在区域间差异较大,超过半数站点表现出“气候适宜日数”的减少。由于整体上的变干变暖趋势,导致春季“气候适宜日数”整体在增加,夏季“气候适宜日数”整体在减少。秋季的“气候适宜日数”没有表现出统一的趋势。冬季的热感受主要集中于寒冷日和冷日,“气候适宜日数”很少。     

近40年南澳县大风特征分析

利用1970—2009年南澳县气象局地面气象观测站风向、风速记录资料进行统计分析。结果表明：近40 a南澳县年平均风速为3.7m/s,秋季最大,冬季次之,夏季最小;年平均最大风速为13.8m/s,春季最大,冬季次之,夏季最小;年平均大风日数为68 d,冬季最多,春季次之,夏季最少;近40 a来的年平均风速、平均最大风速和年大风日数均呈减少趋势;大风日数年内变化呈一峰一谷型;最多风向为ENE风向,NNE和NE风向位居第二,偏西风最少。     

近46年洛阳地区气候变化特征分析

根据洛阳地区9个气象观测站1961-2006年的气象资料,统计并分析了气温、降水等主要气候要素近46年来的年变化、四季变化及年代际变化趋势特征,结果表明:年平均气温呈较强增暖趋势,其中冬、春季增温最为明显,秋季气温变化平缓,而夏季气温则呈下降趋势,年极端最高气温下降,年极端最低气温上升,气候由"冬冷夏热"逐渐向"冬暖夏凉"转变;年降水量各年代均有不同,四季旱涝特征是春季干旱加剧,夏季干旱、洪涝均有加强趋势,秋季洪涝减少、旱灾增加,冬季降水变化最不明显.     

53年来共和盆地气候变化特征及其突变研究

利用共和盆地地区2个气象台站1960—2012年气温、降水量资料,分析了该地区气温、降水量和蒸发量等气候要素的变化特征及其突变情况。结果表明:近53年来共和盆地四季及年平均气温普遍升高,年、秋、冬季平均气温增温更为显著,年平均气温的升高主要是由于夏、秋季平均气温的升高引起的;年和春、夏、冬季降水量呈增加趋势,而秋季则呈减少趋势,降水量呈增加趋势南部大于北部,但整个盆地降水增加或减少的变化趋势不十分突出,仍维持暖干状态;共和盆地地表蒸散量除秋季以微弱趋势增加外,年和其余季节均以微弱减少趋势为主,年和四季共和盆地地表蒸散量变化不突出。盆地北部仍以暖干化趋势为主,南部气候向暖湿化转变的趋势。共和盆地年平均气温均在1987年出现了突变,但较北半球的突变早;冬降水量20世纪70年代初期出现了由少向多的突变;年、春季、冬季蒸散量分别在1961—1983年、1962—1983年、1962—1984年间发生突变。     

西安近57年降水量变化分析

利用1951—2007年西安国家气象观测站二级站的月降水量资料,分析西安年代际、季和月降水量演变趋势。结果表明：西安年降水量总体呈下降趋势,20世纪90年代降水递减趋势明显。1991—2007年17a平均比历年（1951—2007年）平均减少28．7mm,比前40a（1951—1990年）平均减少40．9mm;季节降水量秋季、冬季为递增趋势,其中秋季递增率较大;春季、夏季为递减趋势。其中春季递减率较大,年代际平均递减率为9．7mm／10a。月降水量递减率较大的有：3,4,5,7,8月和11月,月降水年代际平均递减率分别为2,4,2,7,3,4mm／10a;6月,9月和10月降水量递增率较大,月降水年代际平均增长率分别为3,4,4mm／10a;其他月份随年代际变化不明显。