城市化对北京气象站极端气温指数趋势变化的影响

利用5个乡村气象站和北京气象站(简称北京站)1960～2008年日最高、最低气温资料,比较分析了北京地区城市和乡村极端气温指数年、季节的时间变化以及城市化对北京站各极端气温指数趋势变化的影响.结果表明:1960～2008年北京站霜冻日数、冷夜日数、冷昼日数和平均日较差均显著减少,暖夜日数、暖昼日数、平均最高气温和平均最...     

无参考序列条件下地面气温观测资料城市化偏差订正方法：以北京站为例

本文以北京气象站长期地面气温观测资料为例,发展了一种无早期参考序列条件下城镇站城市化偏差评价和订正方法.首先对北京站逐月平均最高、最低气温资料进行质量控制和均一化处理,并借助卫星遥感亮度温度资料遴选附近乡村站;然后利用最近3年逐时地面气温资料,计算观象台和5个乡村站各月平均地面气温的差值,把其作为北京站1915-2012年期间的城市化累积影响;最后假设城市化累积影响在整个研究时期呈匀速增长,采用线性订正法对地面月平均气温序列中的城市化偏差进行订正.分析表明：资料均一化处理后,北京站近百年最高、最低和平均气温多年平均值有所下降,气温日较差则有所提高,但三种年平均气温序列增温趋势和年平均气温日较差序列下降趋势有所增强.北京站年平均最低气温、平均气温和气温日较差序列中均存在较大的城市化累积影响,其中最低气温和平均气温四个季节均为正值,冬季最大,秋季次之,夏季最小,四季和年平均气温日较差均为较大的负值.订正城市化偏差后,最低气温和平均气温增加速率均明显下降,年平均气温日较差下降趋势则明显变弱.     

复杂地形下黄河流域月平均气温分布式模拟

通过对常规气象站月平均气温资料的分析,发现在影响气温的众多因素中,海拔高度、太阳总辐射、地表长波有效辐射对气温具有显著影响．建立了月平均气温的物理经验统计模型,结合复杂地形下太阳总辐射分布式模拟结果,提出了依托常规地面气象观测资料实现复杂地形下月平均气温分布式模拟的方法,生成了黄河流域1km×lkm分辨率月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温的空间分布图．分析表明,模拟结果能较好地反映气温的宏观分布趋势和局地分布特征．交叉验证结果表明,模型具有很好的稳定性,各月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温的模拟误差平均为0．19～0．35℃;加密站验证和个例年验证表明,模型具有良好的空间维和时间维模拟能力．提出的月平均气温分布式模型立足于常规地面气象观测资料,不依赖于山地野外考察资料,可以方便地在广大地区推广应用．     

复杂地形下黄河流域月平均气温分布式模拟

通过对常规气象站月平均气温资料的分析,发现在影响气温的众多因素中,海拔高度、太阳总辐射、地表长波有效辐射对气温具有显著影响.建立了月平均气温的物理经验统计模型,结合复杂地形下太阳总辐射分布式模拟结果,提出了依托常规地面气象观测资料实现复杂地形下月平均气温分布式模拟的方法,生成了黄河流域1km×1km分辨率月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温的空间分布图.分析表明,模拟结果能较好地反映气温的宏观分布趋势和局地分布特征.交叉验证结果表明,模型具有很好的稳定性,各月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温的模拟误差平均为0.19~0.35℃;加密站验证和个例年验证表明,模型具有良好的空间维和时间维模拟能力.提出的月平均气温分布式模型立足于常规地面气象观测资料,不依赖于山地野外考察资料,可以方便地在广大地区推广应用.     

区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟

采用高水平分辨率区域气候模式进行区域未来气候变化预估,对理解全球增暖对区域气候的潜在影响和科学评估区域气候变化有很好的参考价值.这里对国家气候中心使用25 km高水平分辨率区域气候模式RegCM3单向嵌套全球模式MIROC3.2_hires在观测温室气体(1951—2000)和IPCC A1B温室气体排放情景下(2001—2100)进行的共计150年长时间模拟结果,进行华北地区未来气温、降水和极端气候事件变化的分析.模式检验结果表明:模式对当代(1981—2000)气温以及和气温有关的极端气候事件(霜冻日数、生长季长度)的空间分布和数值模拟较好;对降水及和降水有关的极端气候事件(强降水日期、降水强度、五日最大降水量)能够模拟出它们各自的主要空间分布特征,但在模拟数值上存在偏大、偏强的误差.和全球模式驱动场相比,区域模式模拟的气温、降水和极端气候事件有明显的改进.2010—2100年华北地区随时间区域平均气温升高幅度逐渐增大,随之霜冻日数逐渐减少,生长季长度逐渐增多;同时随温室效应的不断加剧,未来降水呈增加的趋势,强降水日期和五日最大降水量逐渐增多、降水强度逐渐增大.从空间分布看,21世纪末期(2081—2100)气温、降水以及有关的极端气候事件变化比21世纪中期(2041—2060)更加明显.     

SRES B2情景下中国区域最高、最低气温及日较差变化分布特征初步分析

本文利用Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS进行中国区域气候基准时段(1961～1990年)和SRES B2情景下2071～2100年(2080s)最高、最低气温及日较差变化响应的分析.气候基准时段的模拟结果与观测资料的对比分析表明：PRECIS具有对中国区域最高、最低气温及日较差的模拟能力，能够模拟出中国区域最高、最低气温及日较差的局地分布特征.对SRES B2情景下相对于气候基准时段的最高、最低气温及日较差变化响应分析表明：中国区域2080s时段年、冬季和夏季平均最高、最低气温变化均呈一致增加的趋势，北方地区增温幅度普遍大于南方地区.夏季东北地区极端高温事件发生的频率将会增加，而冬季华北地区极端冷害事件发生频率将会减少.未来中国区域年平均日较差将出现北方地区减小而南方地区增加的趋势.冬季长江中下游以南地区日较差呈增加趋势，而夏季华东地区、西北地区及内蒙古中部日较差将呈减小趋势，其中在青藏高原北部地区存在一个较强的低值中心.     

城市化对四川盆地夏季气温变化影响的观测和模拟研究

城市化引起的气温上升是土地覆盖变化影响区域气候的重要体现.本文采用“观测资料减去再分析”(Observation Minus Reanalysis,OMR)的方法估计四川盆地和周边地区下垫面城市化改变对夏季地面2 m气温变化趋势的影响.设计了不同城市化下垫面扩展变化的WRF模拟试验,对1998—2012年四川盆地及周边区域夏季逐日平均温度和日最高最低气温进行模拟.在检验模式模拟性能的基础上,利用OMR方法类似的思路定量探讨城市化下垫面对地面气温变化趋势的可能影响.结果显示,(1)基于站点观测资料的OMR分布表明成都、重庆地区的城市下垫面对夏季升温的影响可达0.1℃·a^-1;(2)WRF试验模拟的结果与实际观测接近,能较合理刻画出该地区夏季温度的平均分布及时间变化特征,可以用于该地区城市化区域气候效应的研究;(3)不同城市化进程的模式模拟试验中气温变化趋势的差值与基于站点观测的OMR方法计算得到的结果类似,都证明了重庆和成都的城市下垫面对地面2 m温度的升高具有显著影响,其中在日内低温的表现尤为突出.     

MM5V3模式对IPCCA1B情景下中国地区极端事件的模拟和预估

利用MM5V3区域气候模式单向嵌套ECHAM5全球环流模式,对中国地区1978-2000年及IPCC A1B情景下2038-2070年气候分别进行了水平分辨率为50 km的模拟试验.文章首先检验了模式模拟的当代极端气候结果,在此基础上对6个极端温度指数和6个极端降水指数的未来变化进行了预估.检验结果表明:MM5V3模式对中国地区当代日最高、最低温度及强降水(大雨和暴雨)日数的空间分布和概率特征均具有一定的模拟能力,但模拟的日最高温度在大部分地区偏低,日最低温度在南方地区偏低、西北地区偏高.概率统计结果显示日最高温度向低值频段偏移,日最低温度在0℃的峰值附近明显偏高.模式对大雨和暴雨年平均日数的模拟在东部地区偏多,概率统计结果则为一致偏大.未来中国地区极端气候预估结果表明:极端高温、极端低温和相对高温在全国范围内都将升高,且线性趋势均为上升;霜日日数则为减少,并具有下降趋势;暖日日数和相对低温在青藏高原和新疆部分地区有所减少、其它地区均为增加,且线性趋势暖日日数为上升,相对低温不明显.极端降水指数的变化具有区域特征,其中单日最大降水、连续五日最大降水、最长无雨期、强降水日数、简单降水强度和极端降水总量均在江淮、华南及西南地区有所增多,而在东北及内蒙古地区有所减少,未来中国南方地区降水的极端化趋势将更加显著.极端降水指数的线性趋势除最长无雨期外其它均为上升.     

天山中东段中强地震与地面气温的关系研究

通过对中国国家级地面气象站的每日最低地面气温数据进行预处理,应用K值偏移指数方法对去除研究区域多年背景信息及历史地震影响的地面气温数据进行异常特征提取,获得天山中东段每日地面气温特征变化信息,构建该区域2015-2017年的每日地面气温特征信息库,研究其时空变化规律,并进行回溯性地震检验,得到地面气温高值异常时段的有震对应概率,以及中强以上地震前后的地面气温变化规律.本研究对新疆地区的地震预测具有一定的参考意义.     

夏季日最低温度升高对芬兰皮海湖浮游植物群落的影响

为讨论日最低气温变化对浮游植物群落结构的影响,以位于芬兰的皮海湖为研究对象,选取1987—2013年夏季的监测数据,采用非度量多维尺度法分析浮游植物群落结构与气象要素和理化因子之间的关系.结果表明:皮海湖地区夏季增温趋势明显,尤其是日最低气温增加显著;皮海湖夏季浮游植物群落结构主要受气象要素影响,其中又以日最低气温的影响最显著.这可能是因为浮游植物的许多生理过程存在明显的昼夜节律,日最低气温升高能加强浮游植物的夜间呼吸作用和对营养物质的吸收等,从而影响浮游植物的生长和增殖速率等指标.由于不同物种对温度的适应范围不一致,因此日最低气温升高同样可能影响浮游植物的群落结构.     

运用尾波干涉技术监测瑞昌—阳新MS4.6地震后地壳介质变化

基于2011年瑞昌—阳新M_S4.6地震序列事件波形及其观测报告,采用双差重定位法、波形互相关法和尾波干涉法,筛选出了同时被黄梅台和九江台记录且波形互相关系数≥0.920的两组重复地震对:D₁（2011-09-11 05:44 M_L2.3和2011-10-24 08:06 M_L2.2）和D₂（2011-09-18 07:06 M_L2.8和2011-10-2408:06 M_L2.2）,发现瑞昌—阳新M_S4.6地震后1.5个月内（2011-09-11—10-24）震源区S波早期尾波波速增加。      

城镇化对极端降水的影响及其贡献率研究——以太湖平原地区为例

城镇化背景下极端降水事件频发,洪涝灾害问题日益突出,探讨城镇化对极端降水的影响已成为热点与难点问题.本文以长江下游太湖平原地区为例,基于区内40个雨量站长序列的逐日资料(1976-2015年),结合城镇化下土地利用/覆被和社会经济等数据,对比分析了不同城镇化阶段极端降水相关指标的时空变化规律,并定量评估不同城镇化水平对...     

Input data resolution‐induced uncertainty in watershed modelling

The temporal‐spatial resolution of input data‐induced uncertainty in a watershed‐based water quality model, Hydrologic Simulation Program‐FORTRAN (HSPF), is investigated in this study. The temporal resolution‐induced uncertainty is described using the coefficient of variation (CV). The CV is found to decrease with decreasing temporal resolution and follow a log‐normal relation with time interval for temperature data while it exhibits a power‐law relation for rainfall data. The temporal‐scale uncertainties in the temperature and rainfall data follow a general extreme value distribution and a Weibull distribution, respectively. The Nash‐Sutcliffe coefficient (NSC) is employed to represent the spatial resolution induced uncertainty. The spatial resolution uncertainty in the dissolved oxygen and nitrate‐nitrogen concentrations simulated using HSPF is observed to follow a general extreme value distribution and a log‐normal distribution, respectively. The probability density functions (PDF) provide new insights into the effect of temporal‐scale and spatial resolution of input data on uncertainties involved in watershed modelling and total maximum daily load calculations. This study exhibits non‐symmetric distributions of uncertainty in water quality modelling, which simplify weather and water quality monitoring and reducing the cost involved in flow and water quality monitoring. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Comparative streamflow characteristics in urbanizing basins in the Portland Metropolitan Area,Oregon, USA

This study investigates changes in streamflow characteristics for urbanizing watersheds in the Portland Metropolitan Area of Oregon for the period from 1951 to 2000. The objective of this study was to assess how mean annual runoff ratio, mean seasonal runoff ratio, annual peak runoff ratio, changes in streamflow in response to storm amount, the fraction of time that the daily mean flow exceeds the annual mean flow, 3‐day recession constants, and dry/wet flow ratio vary among watersheds with different degrees of urban development. There were no statistically significant changes in annual runoff ratio and annual peak runoff ratio for the mixed land‐use watershed (Tualatin River watershed) and the urban watershed (Johnson Creek watershed) during the entire study period. The Tualatin River watershed, where most of the urban development occurred in a lower part of the watershed, showed a statistically significant increase in annual peak runoff ratio during the 1976 and 2000 period. The Upper Tualatin River watershed illustrated a significant decrease in annual peak runoff ratio for the entire study period. With significant differences in seasonal runoff ratio, only Johnson Creek exhibited a significant increase in both wet and dry season runoff ratios. Streamflow during storm events declined rapidly in the urban watershed, with a high 3‐day recession constant. At an event storm scale, streamflow in Fanno Creek, which is the most urbanized watershed, responded quickly to precipitation input. The fraction of time that the daily mean flow exceeded the annual mean flow and dry/wet flow ratio are all lower in Johnson Creek. This suggests a shorter duration of storm runoff and lower baseflow in the urbanized watershed when compared to the mixed land use watershed. The findings of this study demonstrate the importance of spatial and temporal scale, climate variability, and basin physiographic characteristics in detecting the hydrologic effects of urbanization in the Pacific Northwest of the USA. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

川滇地区地震活动与地球自转速率变化之间的关系

利用川滇地区1962—2016年间发生的MS≥6.0地震资料,在去除余震的情况下,分析了其发生与地球自转速率变化极值点之间的关系。得到以下结果:川滇地区MS≥6.0地震的发生与地球自转速率变化极值点具有显著关系,对于不同震级范围的地震,其与不同周期的地球自转速率变化有关。对于MS≥7.0的地震,有90%发生在地球自转速率季节性变化极值点前14天至后37天时间段内;对于6.0≤MS≤6.4的地震,有80%发生在地球自转速率短周期变化极值点前68小时至后30小时的时间段内;对于6.5≤MS≤6.9的地震,有87.5%发生在地球自转速率短周期变化极值点前36小时至后64小时的时间段内。地震发生在特定时间段的显著性检验结果表明,川滇地区MS≥6.0地震与地球自转速率变化极值点的关系都可以在α=0.05的显著性水平下通过显著性检验。这个结果表明,在地球自转速率发生转折的期间容易触发地震,对川滇地区地震发生时间预测具有参考意义。     

The role of urban growth,climate change,and their interplay in altering runoff extremes

Changes in climate and urban growth are the most influential factors affecting hydrological characteristics in urban and extra‐urban contexts. The assessment of the impacts of these changes on the extreme rainfall–runoff events may have important implications on urban and extra‐urban management policies against severe events, such as floods, and on the design of hydraulic infrastructures. Understanding the effects of the interaction between climate change and urban growth on the generation of runoff extremes is the main aim of this paper. We carried out a synthetic experiment on a river catchment of 64 km² to generate hourly runoff time series under different hypothetical scenarios. We imposed a growth of the percentage of urban coverage within the basin (from 1.5% to 25%), a rise in mean temperature of 2.6 °C, and an alternatively increase/decrease in mean annual precipitation of 25%; changes in mean annual precipitation were imposed following different schemes, either changing rainstorm frequency or rainstorm intensity. The modelling framework consists of a physically based distributed hydrological model, which simulates fast and slow mechanisms of runoff generation directly connected with the impervious areas, a land‐use change model, and a weather generator. The results indicate that the peaks over threshold and the hourly annual peaks, used as hydrological indicators, are very sensitive to the rainstorm intensity. Moreover, the effects of climate changes dominate on those of urban growth determining an exacerbation of the fast runoff component in extreme events and a reduction of the slow and deep runoff component, thus limiting changes in the overall runoff.