北疆地区城市化对地面气温趋势估算影响的特殊性

城市化对我国大部分气象站地面气温观测记录都造成了额外的增温,即引起气温观测趋势的正向偏差,但先前研究表明北疆地区城市化可能引起国家站和城市站地面气温出现变凉趋势。为了深入了解这个问题,本文利用前期研究发展的气温参考站数据集和相关分析方法,对北疆地区基准、基本站网和4个代表性城镇站记录的地面气温序列趋势变化特征进行了比较分析,探讨了造成这一特殊现象的可能原因。分析表明证实,北疆地区城镇站和基准、基本站与全国其他地区的相比,其城市化影响表现为明显的气温负趋势,基准、基本站年平均城市化影响达到-0.05℃/10a,城市化贡献为-14.1%,春、夏和秋季城市化影响均为显著的负趋势,秋季最为明显,冬季城市化影响表现出不显著的正趋势;乌苏、石河子、克拉玛依和乌鲁木齐四个城镇站年平均城市化影响介于-0.07~-0.19℃/10a,城市化贡献率介于23.3~100%。本文分析结果有助于深入理解干燥区城市化对地面气温观测序列影响的特殊性及其可能原因,对于区域气候变化检测和归因以及干燥区城市化和绿洲化气候效应研究有一定借鉴意义。     

西北干旱区常规气象站与野外试验站观测的气象要素的对比分析

利用1982—2006年NOAA系列卫星观测的中国西北地区各气象站所在区域归一化植被指数(NDVI)多年平均最大值(IMAX),给出了判定气象站所代表区域下垫面类型的一个标准:0.45≤IMAX1为绿洲;0.20≤IMAX0.45为戈壁;0IMAX0.20为沙漠。根据这一标准选择张掖、阿拉善右旗和山丹常规气象站分别为绿洲、沙漠和戈壁代表站与HEIFE试验相同的3种下垫面观测的气象要素进行了对比分析,结果显示:(1)常规气象站与野外站观测的地—气温差的比较显示,两者在绿洲下垫面秋、冬、春三季的变化趋势一致,而夏季前者明显高于后者,且变化位相相反;沙漠下垫面的变化趋势基本一致,前者比后者略偏大;戈壁下垫面最为接近。夏季绿洲下垫面两者地—气温差不同,受下垫面状况和太阳直接辐射作用的共同影响,每日14时的地温有很大不同;两者气温的日变化形式相同,但前者全年都略高于后者。(2)气象站与野外站地面风速的比较发现,绿洲和沙漠下垫面上两者观测的10 m风速值全年均相近,戈壁下垫面前者的值要比后者小很多,气象站年平均风速只有2.3 m.s-1,而野外站达到4.9 m.s-1。本文主要对影响地面感热定量计算的几个气象要素进行讨论,以期能对气象站和野外站观测资料之间的异同以及气象站观测的气象要素对其所在区域的代表性等问题有一个基本了解,从而为气象站与野外站资料相结合的研究提供一个基本认识。     

青藏高原地区NCEP新再分析地面通量资料的检验

利用1979—1998年地面气象站温度观测资料和1982年8月-1983年7月高原热源观测资料,检验了NCEP／DOE新再分析地面气温和地面辐射收支在青藏高原地区的偏差。比较表明,气温和地面辐射量新再分析值能反映实际年变化特征,但其温度值系统性偏低,偏低幅度随地区和季节而变化。由于其气温和地表温度偏低造成地表长波辐射和大气逆辐射系统性偏低;冬季积雪地区的地表吸收太阳辐射和净辐射新再分析值偏小;地面净长波、净短波和总的净辐射与实测的偏差比较小。分析发现,同化模式地形高度与地面气象站海拔高度的差异是造成气温新再分析与实测偏差的主要原因,冬季积雪区地表反照率新再分析值偏大是造成冬季地面净辐射偏小的因素,并加剧了冬季气温新再分析的偏差。其研究对改进气候模拟结果分析有一定的启发。     

旺苍县核桃种植气候适宜性区划研究

利用旺苍县50个地面气象站的逐日观测资料,结合旺苍县核桃种植气候适宜性需求,选取年降水量、年平均气温、年日照时数和年≥10℃积温作为气候适宜性区划指标,建立气候因子空间模型,运用GIS技术开展旺苍县核桃种植气候适宜性区划研究.结果表明:旺苍县核桃种植气候适宜性可划分为3类,即最适宜区、适宜区和不适宜区;最适宜区主要分布...     

全球地面气温和降水定时值数据整合与初步质量控制

全球地面气温和降水数据是开展气候变化研究的基础,定时值观测数据是气候监测的重要依据。本文基于美国国家气候数据中心的全球陆地小时数据集(Integrated Surface Hourly Database,ISD)和国际通讯系统数据(Global Transmission System,GTS)两种全球地面数据产品,对气温和降水要素定时值数据进行了实时整合,并采用空间一致性检查、内部一致性检查、气候界限值检查及台站极值检查等方法对整合后的数据进行了初步质量控制,最终形成了实时更新的全球地面气温和降水定时值数据产品。结果表明:2015年整合后的地面气温和降水数据共包含全球11 990个气象站点的定时值数据,气象站点分布基本覆盖全球各地区,与整合前相比,整合后各区域气象站点密度和气象要素数据量均明显增加,特别在亚洲、欧洲和北美洲地区数据量增加显著;整合后数据的准确率和疑误率分别为94.4%和5.6%,疑误数据主要分布在欧洲东北、亚洲及中国地区,造成数据可疑和错误的主要原因包括内部一致性矛盾、超过气候界限值等。     

中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所

2001年11月,新疆气象科学研究所被科技部确定为非营利性科研机构,更名为中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所。作为社会公益类国家级研究所,根据国家及地方社会经济发展的战略需求和世界科技发展的趋势,沙漠气象研究所围绕沙漠气象、气候变化与绿洲冰雪环境和资源与信息应用技术三大特色研究领域,开展沙漠天气气候预测技术、沙漠大气边界层及陆面过程、荒漠、绿洲、冰雪环境对气候变化的响应与反馈、气候变化与人类活动对环境的影响评价、气候资源开发与信息应用技术以及沙漠及周边地区气象灾害监测、预测及评估等方面的研究。     

近40年来西宁地区的气候变化研究

采用西宁地区4个有代表性的气象站1961—2000年的气温与降水资料，对西宁地区40a来的气候变化进行了统计分析。结果表明：近40a来该区气候变化表现出向暖湿变化的趋势特征，气温呈上升趋势，气候倾向率达0．34℃／10a，特别是90年代增温十分明显；降水量呈增加趋势，气候倾向率为25．24mm／10a。     

我国地面气温参考站点遴选的依据、原则和方法

由于城市化和观测环境变化的影响,我国现有国家级气象台站网观测的地面气温资料许多已不能满足气候变化检测研究的要求。利用我国全部气象观测站网的台站信息,对地面气温资料序列质量进行了系统评价,遴选出可用于气温变化研究的参考站点。这项工作建立了地面气温参考站点遴选的原则、方法和步骤,并据此确定了138个地面气温参考站。这些台站可代表背景地面气温场,其长期气温观测资料可用作城市台站或国家级台站城市化增温评价的参考,也可直接用于我国地面气温变化的检测分析。     

锡林郭勒草原不同生态地理区气候干燥度周期变化的小波分析

以锡林郭勒盟及其周边地区17个气象站点1960年以来的月气温和降水量数据为基础,利用气象学与生态学知识,按照荒漠草原区、典型草原区、草甸草原区和农牧交错区4个生态地理区对锡林郭勒盟及其周边地区的气象站点进行分区归并,统计各区的De Martonne干燥度指数,在Matlab等软件的支持下,用小波分析的方法,研究各区年平均气温的周期性变化规律及各区之间的异同点。研究结果表明,在25-32a时间尺度上,随着时间的推移,锡林郭勒盟4个生态地理区年干燥度均呈现明显的周期变化,形成正负相间的震荡中心;草甸草原区和农牧交错区表现出干燥程度增加的趋势。总体上推测,2007年以后的15a左右时间,锡林郭勒盟的4个生态地理区的气候均将呈现比较干燥的状态。     

观测环境对气温变化的影响

引言 地面观测环境的代表性和稳定性是获取代表性气象资料,做好业务服务工作的基础。随着经济振兴和城镇发展,使气象台站地面观测环境发生改变,对观测环境资料的代表性产生影响。观测环境的改变可对气温、降水量、空气湿度、蒸发量、日照时数,甚至风向风速等气象要素产生影响。本文以盐城市不同县站气温变化差异为例,分析观测环境变化对气象要素产生的影响,说明加强观测环境维护的重要性。     

气象探测环境等级评估方法及应用

利用1990,1994,2000,2005,2011,2013年夏季北京地区Landsat卫星资料、2009年数字高程资料计算气象站周边景观指标参数,结果表明:土地利用类型、气象站周边景观指数、建筑物高度及天空可视因子等参数能对气象探测环境的结构配置信息以数字化方式呈现。此外,景观指标参数和气象要素相关分析表明:对气温变化影响较大的景观指标参数主要有城镇面积、水体面积、最大斑块指数、最大斑块占城镇面积比例、蔓延度指数、平均分维数和天空可视因子。对绝对湿度影响较大的景观指标参数为城镇面积、水体面积、最大斑块指数、最大斑块占城镇面积比例、蔓延度指数、聚集度指数和天空可视因子。对小风占比影响较大的景观指标参数仅为水体面积、最大斑块指数和最大斑块占城镇面积比例。基于以上统计结果,提出了一套对探测环境进行评估的方法——景观指标评估法。利用该方法对北京市15个国家级地面气象观测站进行评估,结果表明:周围环境对观测资料影响程度最小的站为怀柔站;环境影响最大的站为丰台站、朝阳站。     

黄淮海平原地区中尺度环境对气温观测的影响

随着城市化的迅猛发展,气象台站观测环境受到不同程度影响,有些台站甚至已经处于城市中心,影响了台站观测资料的代表性和准确性。本文利用2007年黄淮海渭河区199个气象台站20 km环境调查资料以及2005—2007年气温观测资料,对比分析了居民区台站和农田区台站气温观测值的差异。结果表明:居民区台站气温平均高于农田区台站0.662℃;台站周围建筑物对最低气温观测影响最大,对最高气温观测影响最小;不同季节的影响程度从大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季;观测场周围建筑物对不同时刻气温观测的影响程度从大到小依次为02:00,20:00,08:00,14:00;随着下垫面比例的增大,两类台站的气温差不断加大。     

利用MODIS/LST产品分析基准气候站环境代表性

该文基于2001—2007年地表温度遥感反演产品 (MOD11A2),以基准气候站对其周围不同大小窗口内地表温度距平序列的解释方差作为度量,评估了我国142个基准气候站的环境代表性,并将代表性与土地覆盖和高程状况进行相关研究。结果显示:以解释方差大于0.75作为区分是否具有代表性的阈值,约41%的站点代表性较好,代表区域范围可超过51×51 km2,多分布于北方地区;约21%的站点代表性较差,代表区域范围不足7×7 km2,多分布于南方地区;其他代表区域范围居中的站点在南、北方均有分布;站点周围的土地覆盖多样性和地形起伏度与站点代表性存在负相关,且相关性随窗口的增大而加强。文中还评估了基准气候站对所属气候区的代表性,发现在气候特征复杂的西南地区和新疆部分地区,站点对气候区的代表性较差。     

极地大气科学与全球变化研究进展

南极和北极是地球上的气候敏感地区, 也是多个国际科学计划研究全球气候变化的关键地区。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。中国气象科学研究院的极地大气科学考察与研究始于20世纪80年代, 25年来有较大进展。中国气象科学研究院参加了我国组织的23次南极考察、2次北冰洋考察和3次北极考察; 承担了南极长城站和中山站、北极黄河站气象业务建设和维持, 以及中-澳合作南极冰盖3个无人自动气象站工作; 进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、冰雪和大气化学等观测, 获得了较为系统的极地大气环境资料。开展了有关极地大气科学与全球变化的研究, 在极地天气气候特征及气候变化时空多样性、极地海冰变化和南极海冰涛动、极地近地面物理特征和海-冰-气相互作用、中山站臭氧变化特征及南极臭氧洞和大气化学、气候代用资料获取和古气候环境以及极地大气环境变化对东亚环流和中国天气气候影响等方面的研究取得了新进展。中国极地大气科学正积极通过多学科交叉、走国际合作道路, 努力提高对极地在全球变化中作用的认识水平, 并积极探索极地变化对我国气候、环境的影响。     

Advances in Urban Meteorological Research in China

Over the past decades, a large number of studies have been carried out in the field of urban meteorology in China. This paper summarizes the main progress in urban meteorology research from four aspects: urban meteorological observation network and field campaign, multi-scale model of urban meteorology, interaction between urban meteorology and atmospheric environment, and the impacts of urbanization on weather and climate. Major advances are as follows. China’s major cities have established or are improving comprehensive urban meteorological observation networks characterized by multi-platform, multi-variable, multi-scale, multi-link, and multi-function. Beijing, Nanjing, Shanghai, and other cities carried out urban meteorological field campaigns, which were included in the WMO research demonstration project. Wind tunnel experiments and scale-model outdoor experiments were successfully conducted. Multi-scale urban meteorological and air quality prediction numerical model systems have been developed and put into operational use. The urban heat island effect; urban impacts on precipitation, regional climate, and air quality; urban planning; and interaction between urban meteorology and atmospheric environment are extensively investigated. Finally, efforts to improve observational technology, data assimilation, and urban system modeling, to explore the impacts of urbanization on environment and human health, and to provide integrated urban hydro-meteorological climate and environmental services are planned ahead.     

露、霜、结冰天气现象综合判别

通过自动气象站的连续观测资料,结合人工观测的天气现象,根据露、霜、结冰的成因筛选出符合条件的基本指标作为综合判据。选取气温、相对湿度、地面温度、草面温度和近地面温度作为主要因子,综合考虑降水和天气状况对这些天气现象形成的影响。采用两个气象观测站的分钟观测资料以及人工观测天气现象记录进行统计分析。经过初选因子和精选指标,利用多要素的组合方法,提炼出自然状态下出现露、霜、结冰现象的综合判别指标,获得了较好效果,拟合率在80%以上。为进一步认识这些天气现象的发生和变化规律提供参考,也能为天气现象观测自动化提供依据。     

卫星遥感结合气象资料计算的西北干旱区地面感热特征分析

选取1981年7月-2006年12月美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的归一化植被指数(NDVI)资料和Ch-INDV参数化关系式,计算了我国西北干旱区84个测站历年各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,得到如下主要结论:(1)西北干旱区地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在数值大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,感热实际计算值的空间分布更明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)西北干旱区地面感热输送呈单峰型年变化特征,春、夏季非常强,秋、冬季较弱;大部分区域全年均为正值,地表为感热源。(3)以97.5°E为界,西北干旱区东、西部具有不同的年际变化趋势,东部的地面感热四季均有逐年增加的趋势,而西部秋、冬季逐年略有增加,春、夏季逐年减弱明显,气候倾向率分别为-1.15 W.m-2.(10a)-1和-2.08W.m-2.(10a)-1。(4)西北干旱区地面感热输送具有明显的年代际变化特征,1980年代总体偏强,1990年代总体偏弱,2000年以来,西北地区中部的感热输送偏弱,东、西部除个别测站外均偏强。(5)西北干旱区的感热变化并不只由地气温差的变化来决定,它与地面风速和地表状况的变化也有较强的依赖关系。在冬季,主要响应地气温差的变化,春季地面风速和地气温差的影响作用同等重要,夏季以地面风速的影响为主,地气温差的影响次之,秋季与夏季相反。另外,夏季地表状况对感热的影响作用也不容忽视。     

2010年辽宁一次沙尘天气过程的气象因素及污染特征

利用常规气象观测资料以及环保监测数据,对2010年4月8日辽宁沙尘天气过程的高低空天气形势和主要气象要素进行了探讨,并对沈阳地区的空气污染状况进行了分析。结果表明：沙尘天气过程主要是受贝加尔湖地区东移的冷空气和蒙古低压的共同影响,强大的蒙古气旋造成的地面强变压导致地面风速加大,是形成沙尘天气的动力因子;沙尘天气来临前后,风速、能见度、湿度等发生急剧变化;在沙尘天气影响下,沈阳地区的PM₁₀浓度迅速上升,而大风等有利的扩散条件,造成黑碳、气态污染物SO₂和NO₂浓度出现不同程度的下降。     

极端异常气象资料的综合性质量控制与分析

在传统的气象资料质量控制技术中,通常利用统计方法设置控制界限,对于界限以外的资料作为可疑值被标注或作为错误值而被剔除。文中以中国1971~2000年700多基准基本站中,气温极端事件———青海托托河站1985年10月~1986年3月的极端异常月平均气温为例,介绍了极端异常气象资料的综合性质量控制方法。通过综合性质量控制与分析,即参考Metadata、邻近站检验、不同观测项目间的一致性检查,均证明托托河站1985年10月~1986年3月极端异常月平均气温资料是正确的。从而说明,利用界限控制检查出的所谓错误资料,虽然在统计学意义上很难出现,但是它有可能反映了异常极端的天气气候事件,是正确的。因此,对于极端异常的气象资料,应进一步通过综合性质量控制,分析该资料正确与否,从而保留极端天气气候事件的事实。文中最后介绍了中国1971~2000年700多基准基本站极端异常月平均气温资料的综合性质量检查结果。     

Detecting urban warming signals in climate records

Determining whether air temperatures recorded at meteorological stations have been contaminated by the urbanization process is still a controversial issue at the global scale. With support of historical remote sensing data, this study examined the impacts of urban expansion on the trends of air temperature at 69 meteorological stations in Beijing, Tianjin, and Hebei Province over the last three decades. There were significant positive relations between the two factors at all stations. Stronger warming was detected at the meteorological stations that experienced greater urbanization, i.e., those with a higher urbanization rate. While the total urban area affects the absolute temperature values, the change of the urban area (urbanization rate) likely affects the temperature trend. Increases of approximately 10% in urban area around the meteorological stations likely contributed to the 0.13℃ rise in air temperature records in addition to regional climate warming. This study also provides a new approach to selecting reference stations based on remotely sensed urban fractions. Generally, the urbanization-induced warming contributed to approximately 44.1% of the overall warming trends in the plain region of study area during the past 30 years, and the regional climate warming was 0.30℃ (10 yr)-1 in the last three decades.