中国近百年地面温度变化自然因子的因果链分析

采用格兰杰(Granger)因果检验法,从自然因素的角度,即从天文因子(太阳黑子数SSN)和地球运动因子(地极移动X方向和Y方向)的角度,对我国近百年地面温度(TC)的变化进行了归因分析。所得结果如下:滞后1~11年内,SSN都不是TC的Granger原因;对于TC和极移X方向,当滞后6年时信度最高,此时极移X方向是TC的Granger原因(87%信度)。研究结果可能暗示,极移X方向的变化可能会导致6年后中国地面气温的变化。     

气候检测与归因的格兰杰检验法

为揭示气候变化并探索其可能原因,引入了格兰杰因果检验法。在叙述其基本原理的基础上,对影响中国气温变化的若干因子进行了检验。论证了通过检验的因子与中国气温变化的可能物理联系,着重说明了二氧化碳增加对中国气温变化的影响,解释了我国增温滞后于全球气温变化的原因。由此证实格兰杰因果检验法是气候变化检测与归因的一种有用的新方法。通过计算和分析,证实了格兰杰检验法的可用性。     

气候检测与归因的格兰杰检验法

 为揭示气候变化并探索其可能原因,引入了格兰杰因果检验法。在叙述其基本原理的基础上,对影响中国气温变化的若干因子进行了检验。论证了通过检验的因子与中国气温变化的可能物理联系,着重说明了二氧化碳增加对中国气温变化的影响,解释了我国增温滞后于全球气温变化的原因。由此证实格兰杰因果检验法是气候变化检测与归因的一种有用的新方法。通过计算和分析,证实了格兰杰检验法的可用性。     

极冰对南方涛动的影响

分析南、北极冰量与南方涛动序列作月、季和年尺度的变化过程线性相关关系，发现北极冰量与南方涛动指数是反相关关系，而南极冰量与南方涛动是正相关。比较而言，南极冰量与南方涛动的关系在月和季尺度上似乎较北极与大气的关系密切些。在各时间尺度序列中以太平洋地区南极极冰的影响表现最明显。分析发现极冰与南方涛动之间存在较复杂的非线性关系。在前期极冰的强信号寻找中，发现极冰与南方涛动在月序列的相关关系上存在周期变化现象。进一步选择相关极值的对应步长建立前期极冰状态激发大气变化的预测统计动力模式，模式对大气序列的解释方差可达０．９０以上。文中还进一步探讨了月序列存在的周期变化的共同因素的影响     

陆面过程模式的改进及其检验

文中对陆面过程模式 (BATS)进行了改进 ,改进后的模式能较好地模拟地表物理量的年、季和日变化 ,它有两方面的特点 :采用热扩散方程模拟 7层土壤温度 ,模拟的温度可与实测值进行比较 ;在BATS的地表径流方案中 ,考虑了空间不均匀性的一般地表径流 (GVIC)过程 ,研究结果表明 :⑴模式能很好地模拟各层土壤温度的年、季和日变化。冬季土壤温度下层高于上层 ,而在夏季上层高于下层 ,这种上下层温度的转换时间大约在 4和 10月份 ,这与实测土壤温度的年变化非常一致。较为准确地模拟了各层土壤温度日变化的时滞效应。⑵用南京和武汉站的资料 ,将BATS地表径流方案模拟的地表水分分量与GVIC方案进行比较 ,BATS地表径流方案模拟的地表水分分量 ,与总水量的平衡相差较大 ,而GVIC模拟的效果相对较好 ,地表总水量基本上与降水总量达到了平衡     

全球1970—2007年碳排放与城市化关联机理分析

利用世界银行1970—2007年的112个国家（地区）的人均碳排放量和城市化率数据,基于SPSS与Eviews软件,分析城市化水平与人均碳排放量的关联机理。结果表明,随着城市化水平的上升,人均碳排放量逐步增加;40%的城市化率是人均碳排放变化的转折点;在相近城市化水平下,经济发展水平较高地区和化石能源主产区的人均碳排放高于其他地区。格兰杰因果检验表明,人均碳排放与城市化之间基本存在着格兰杰因果关系;地区之间的格兰杰因果检验结果既有共性,也有差异。     

1953-2010年浙西南山区降水与旱涝变化特征

根据1953-2010年浙西南山区逐月降水资料,在对不同时间尺度降水进行气候分析的基础上,利用降水距平百分率研究年、季和月尺度上旱涝分布特征,并通过Morlet连续小波变化探讨旱涝演变趋势。结果表明：近58 a来,浙西南山区降水量和雨日均呈下降趋势,且雨日减少幅度较明显,约每10 a减少3.39 d。其中降水量以8月增多最显著,5月下降最明显;雨日则以5月和12月的减少最为突出。用Morlet小波分析得出旱涝存在不同尺度的周期分量,并且各周期强度有所不同,其中以4-8 a周期和16-20 a周期最为强烈,2010年后浙西南山区旱涝将向偏涝方向发展。年际尺度上,浙西南山区旱涝主要表现为轻旱和轻涝;季和月尺度上,以8-12月旱涝发生最为频繁,其中干旱概率多于洪涝,但洪涝强度大于干旱。     

世界排放大国CO2排放和GDP的格兰杰因果分析及其对国际气候治理的影响和意义

基于1990—2015年世界前20个排放大国碳排放量和国内生产总值（GDP）的时间序列数据,采用协整分析、格兰杰因果检验,对主要排放大国碳排放与经济增长之间的关系进行了实证分析。通过协整分析得出大多数国家的碳排放量与经济增长之间存在长期均衡关系;碳排放量和GDP的格兰杰检验结果显示,大多数世界排放大国碳排放与经济增长之间存在单向因果关系。发达国家主要表现为经济增长是碳排放的格兰杰原因,发展中国家则主要表现为碳排放是经济增长的格兰杰原因。研究结果反映了发达国家和发展中国家在碳减排问题上的阶段性特征,碳减排对发展中国家经济发展的负面影响明显大于发达国家。基于格兰杰因果分析结果,国际气候治理进程中关于要求发展中国家现阶段提出大幅减排目标的诉求不符合发展中国家发展阶段特征,可能影响发展中国家经济发展的正常秩序和规律。发达国家基于历史排放责任、发展阶段和能力,都应该带头开展减排行动,并帮助发展中国家实现转型、升级发展,降低经济发展对碳排放的依赖。国际气候治理需要根据并考虑不同国家的发展需求和特征,形成国际合作制度安排,实现社会经济发展与全球气候治理的协同。     

江淮流域夏季降水的准两年振荡特征及其关联因子分析

利用1951—2010年我国江淮流域11个测站夏季(6—8月)降水资料和NCAR提供的北半球月平均海平面气压场资料以及相关的西太平洋副高指数资料,采用Morlet小波变换、交叉小波变换及相关分析等方法讨论了降水准两年振荡现象的年际变化规律及其与东亚夏季风、副高的关系。结果表明,准两年振荡分量在江淮地区夏季降水场的年际振荡中十分重要,且经历了由强到弱再到强的变化过程;同时降水与夏季风强度及副高脊线位置的准两年变化均存在较好的同期相关,彼此间的相互影响还体现在年际尺度上,并分别在4 a和1 a时间尺度上有明显的滞后、超前关系。     

青藏高原低频振荡对2013年夏季长江流域高温热浪的影响

利用1971~2013年台站逐日最高气温、平均气温站点资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料，通过小波分析、Butterworth带通滤波、相关分析、合成分析等方法，分析了青藏高原的低频振荡特征及其对长江流域高温热浪的影响。结果表明:2013年夏季，长江中下游地区最高气温、平均气温均存在40~70d和10~20d的两个振荡周期，并且，高原季风变化存在显著的40~70d振荡周期， 200hPa上空南亚高压也以40~70d周期变化为主；在40~70d的低频振荡尺度上，高原季风偏强对应600hPa从伊朗高原到青藏高原再到长江中下游地区均为低频气旋环流系统，南亚高压偏强对应200hPa高原主体为低频反气旋系统；长江中下游地区受到高原和东海地区低频系统的影响，近地面气压升高，可能导致温度上升；高原季风的低频分量增大（减小）可能导致滞后其20d的长江中下游地区温度升高（降低），而南亚高压的低频分量增加（减少）可能导致滞后其13d的长江中下游地区温度升高（降低）。      

重庆合川近28a蒸发特征分析

利用合川区1980-2007年小型蒸发皿蒸发量资料,分析了合川区蒸发量的变化特征及其影响变化的原因.结果表明:合川年、季和月蒸发量均存在明显的上升趋势,影响蒸发量变化的因子有风速、日照、相对湿度、温度、气压、水汽压、降水等,并对影响因子与蒸发的关系进行相关分析.     

浙江丽水高温的多时间尺度气候变化特征及趋势演变

利用1953~2013年丽水市逐日最高气温资料,通过多尺度趋势分析方法研究丽水高温的初、终日期,以及高温在年、月尺度上的变化趋势,并采用Morlet小波分析和多窗口谱分析对丽水高温的周期特征进行研究和检验。结果表明:丽水高温初日提前,终日延后,高温持续时间显著拉长;高温日数增多,强度加大,两者呈显著正相关关系,且以21世纪初的高温最为显著;高温主要分布在3~10月,集中于6~9月,且7月高温日数和强度都达到顶峰,8月次之。高温在年际和年代际尺度上都有周期分量,且不同的周期尺度高温的强度有所差异。高温在年代际尺度上以12 a的周期最为显著,在年际尺度上2~6 a周期相对明显。     

影响山西省气温变化的可能原因分析与检验

选取大气环流指数、太阳黑子、CO2浓度、能源消费等可能影响气温变化的因子,采用1960—2009年资料序列,运用计量经济学方法,对山西省年平均气温与相关因子的格兰杰因果关系进行了检验,结果显示:1)从20世纪60年代开始,亚洲极涡强度指数、亚洲纬向环流指数及全球CO2浓度均是山西年平均气温变化的格兰杰原因,而太阳黑子从20世纪70年代开始才明显影响到山西省平均气温的变化,且影响的隔年效应显著。2)因果关系检验的统计量对比表明,在影响因子中,亚洲纬向环流指数对山西平均气温的影响最为显著,持续时间也最长,影响山西年气温变化的根本原因是大气环流自身的变化规律,即自然因素是影响气温变化的主要原因。3)全球CO2浓度变化是人类活动的直接结果,也是山西平均气温变化的人为因素。节能减排,控制CO2浓度的快速增加,是保护气候资源的唯一可行的途径。     

寒潮冷锋过境期间湍流特征量及其谱分析

利用两台超声风速温度仪于1992年12月至1993年1月间,在中国科学院大气物理研究所气象观测塔47 m和120 m两个高度观测到的风速三个正交分量以及温度的湍流脉动资料,计算分析寒潮冷锋过境时局地湍流特征量的日变化以及风速分量和温度的归一化湍流能谱。它们都在不同程度上反应出较大尺度湍流的特征。     

地极移动与气候的几个问题

本文推导了包含地球转动瞬时极坐标和地理经纬度的极移变形力位势和该力在东西、南北、垂直三个方向上的分量的表达式,它与国外同类工作的推导途径不同,经度取向不同,便于利用我国天文资料进行计算。文中讨论了极移变形力位势和该力三个分量的时空变化规律及其量级估计。 作者揭示了我国气候某些演变特点、北半球若干大气环流指标与地极移动之间的规律性联系。 并对地极移动可能影响气候的原因提出了看法,讨论了前者可能影响后者的时间尺度和空间效应问题。     

基于时间尺度分离的中国东部夏季降水预测

基于时间尺度分离,利用NCEP第2代气候预测系统 (CFSv2) 每年4月起报的夏季月平均预测资料, 结合实际观测资料和再分析资料,对江淮流域及华北地区夏季降水距平百分率进行降尺度预测。将预测量和预测因子分为年际分量和年代际分量,在两个时间尺度上分别建立降尺度模型,两个预测分量之和为总预测量。对1982—2008年拟合时段的夏季降水距平百分率的回报结果表明:降尺度预测结果相对于原始模式结果预测技巧显著提高。降尺度预测与实况降水在江淮流域和华北地区的空间相关系数最大值超过0.8,多年平均值也分别提高到0.53和0.51;时间相关在每个站点也显著增强,相关系数为0.38~0.65。对2009—2013年进行独立样本检验,结果表明:降尺度模型能较好地预测出该时段的降水异常空间型态。同时,该模型对2014年夏季降水长江以南偏多、黄淮地区偏少的分布形势也有一定预测能力。     

朔州市近50a蒸发量变化特征及影响因子分析

利用朔州市气象观测站1956～2005年小型蒸发皿蒸发量及温度、日照、风速、湿度等资料,初步分析了朔州市蒸发量的年、月、季的变化特征,趋势及引起蒸发量变化的因子.结果表明:朔州市年、季和月蒸发量均存在明显的下降趋势,偏少趋势主要表现在春、夏2季,其中5月偏少趋势最明显;影响蒸发量变化的因子主要是温度日较差、日照、风速、湿度等,蒸发量与日照时数、平均风速、气温日较差呈显著正相关,与相对湿度、水汽压呈显著负相关,说明它们是造成蒸发量减少的重要因子.     

热带和中纬太平洋海温异常对东北夏季低温冷害影响的诊断分析研究

利用1995~1997年东北地区23个测站的地面气温资料、1950~1996年太平洋地区月平均海温资料以及1980~1994年全球月平均风场资料,分析了东北夏季低温冷害的时空特征和变化规律,探讨了太平洋各区域的海温异常与低温冷害之间的可能联系及其影响机理。结果表明,用EOF分解得到的前三个特征向量（占总方差的84.28%）基本表示了东北夏季气温的变化,用这三个特征向量重建的气温距平场,存在着3~4年、6~8年和准16年的主周期,其中6~8年的主分量信号最强。在年代际尺度上,在1979年前后发生了由气温偏冷向偏暖的突变。热带西太平洋暖池（140°E~180°,10°S~10°N）是影响东北夏季气温的关键海域,那里前期冬季海表温度变化是预测东北夏季低温冷害的强信号。另一个关键海域是中纬西太平洋（130°E~180°,10~30°N）,前期春季的海温变化也与东北夏季低温有较密切的联系。     

月平均位势高度场异常持续性初步分析

使用NCEP/NCAR的500hPa月平均位势高度场球函数展开系统资料，分析了北、南半球1、7月具有较大年际异常方差贡献的5种低阶球函数（全波数n=0-4)分量振幅异常的持续性，以及它们与热带太平洋海表温度年际异常的关系。结果表明：振幅异常的持续性随n增大迅速减小，明显的持续性只存在于少数低n值超长波分量；均匀球函数分量振幅异常的持续性显著，且存在季节、半球际差异；北、南半球均匀球函数分量（n=0)振幅异常呈准同步变化，它们与热带太平洋SSTA在ENSO尺度上准同步；南半球n=2的带型球函数分量振幅异常也具有较强的持续性，且其变化与热带太平洋SSTA在年代际尺度上准同步。     

探讨1886-2012年期间全球二氧化碳浓度及城市化效应对于香港温度趋势变化的格兰杰因果关系（英文）

因果关系在许多科学领域中是一个重要课题。在气候变化研究中,一个关键的问题是天气和极端事件的变化是否或在何种程度上可以归因于全球变暖的人为因素。归因分析主要依赖于气候模型,但其在描述非线性系统中存在一定的局限性。本文应用长期观测数据并使用统计方法来探讨此问题。更具体地,本文应用格兰杰因果关系检验方法分析全球二氧化碳浓度与城市化效应对香港气温演变的影响。基于香港1886年至2012年的温度数据,我们发现其夏季平均、最高和最低气温以及酷热天气、热夜日数皆增加趋势。同时可以发现日温度的统计分布变化。格兰杰因果关系分析的结果表明,全球二氧化碳浓度的变化和城市化效应皆对香港气温的演变有所贡献,对于不同的时间滞后性这种效应同样存在。通过与非城市地区的比较,我们发现城市化效应对于夏季气温的升高大概贡献40%。根据初步的结果,文本所引入的方法可以作为一种新的角度来评估局部地区温度升高的原因。分析方法可以扩展至研究其他温室气体对极端天气事件的影响,以及气候变化和社会影响之间的联系。