1955—2014年杭州极端气温和降水指数变化特征

根据杭州市1955—2014年降水量、气温逐日资料,采用国际通用的极端天气指数和线性倾向估计、M-K检验等方法,分析了杭州市近60 a极端气温和降水的变化特征。结果表明：1）杭州市近60 a的气温呈一致升高趋势,且变化显著,表现为极端高温阈值和极端低温阈值的升高及极端高温日数的增多;极端冷事件显著减少,暖事件显著增多。2）极端降水指数中只有强降水量的增加较明显,主要贡献为夏季和冬季强降水量的增强。3）冬季平均气温、极端低温阈值、霜冻日数等极端冷事件的突变发生于20世纪80年代初中期,夏季平均气温、极端高温阈值、高温日数等极端暖事件的突变发生于20世纪末21世纪初,与全国范围内的气候增暖进程基本一致。另外,降水强度、极端降水阈值等极端降水指数的突变时间在2008年左右,即2008年后气温升高和降水强度的增加突变期叠加,尤其在夏季和冬季表现更突出,可能诱发更多的异常天气。     

1961—2008年淮河流域气温和降水变化趋势

利用淮河流域170个地面气象观测站观测数据,统计分析了淮河流域1961—2008年间气温和降水的时空变化趋势。结果表明:48 a间淮河流域年平均气温呈显著上升趋势,冬季平均气温的增温幅度最大,春、秋次之;年极端最低气温亦呈显著上升趋势,年极端低温日数(满足该站极端低温阈值)则呈明显下降趋势;流域西北部年极端最高气温呈显著下降趋势,流域西部年极端高温日数(满足该站极端高温阈值)呈显著下降趋势;降水量总体变化趋势未通过统计检验,但1990s开始,秋季降水量呈下降趋势,2000年之后年降水量明显增加,夏季降水量亦增加;春季和秋季降水日数呈显著下降趋势,夏季和冬季无明显变化。     

喀什市极端气温指数长期变化及突变特征分析

利用喀什市1961—2012年逐日最高、最低、平均气温资料,采用回归分析、R/S分析、Morlet小波分析及Mann-kendall突变检验等方法,分析了喀什市极端气温长期变化趋势、持续性、周期变化及突变特征。结果表明:喀什市年平均气温呈显著上升趋势,升温率高于全球及全国水平且主要变暖从20世纪90年代开始,较全国同期增温时间滞后;极端高温、夏季日数呈显著增加趋势,极端低温、霜冻日数呈减少趋势,经R/S分析,极端气温指数及年平均气温序列具有较好的连续性,未来喀什市气温保持升高,极端高温、夏季日数增加,极端低温、霜冻日数减少;喀什市极端气温指数在时间域上包含了多个尺度的周期变化,各类极端气温指数具有不同强度的周期变化特征;近52a极端高温日数在1995年发生突变,夏季日数、极端低温、霜冻日数的突变均发生在2001年左右。     

基于均一化资料的中国极端地面气温变化分析

利用经过质量控制和均一化处理的中国693个气象站点1961-2014年逐日最高气温、最低气温和平均气温资料,对极端气温的空间变化进行了分区划分,并分析了11个极端气温指数的变化特征。结果表明:极端高温指数(极端最高气温、夏季日数、暖夜日数、暖昼日数、持续暖期和生长日)在各区呈增加趋势,而极端低温指数(极端最低气温、霜冻日数、冷夜日数、冷昼日数、持续冷期)在各区呈减小趋势(极端最低气温除外,呈增加趋势),其中夜间极端气温指数变化程度最大(暖夜日数增加和冷夜日数减小最显著);每个指数在大部分区域均有明显的趋势转折,极端高温指数的转折时间基本在1995-1998年之间,而极端低温指数的转折时间在1985-1986年和1995年前后。极端高温指数转折前/后有减小/增加趋势,而极端低温指数正好相反(但极端最低气温除外,转折前/后有减小/增加趋势)。几乎所有区域的极端气温指数均与平均气温呈显著的相关,其中阈值指数与平均气温的相关性最好。     

近57年来青海湖流域极端气候的变化特征

利用青海湖流域近57a逐日最高、最低气温和降水资料,采用国际通用的极端天气指数,分析极端气温和降水的变化特征。结果表明:1)青海湖流域暖昼日数显著增加,在1994—1995年间发生了突变;冷夜日数野牛沟、天峻显著增加,其余地区显著减少;霜冻日数显著下降,霜冻季节缩短。2)青海湖流域强降水量增加明显,在2004年前后发生突变;持续干燥指数趋于减小,但祁连地区趋于增加;持续湿润指数变化不明显,野牛沟、天峻、门源趋于减少,其余各站趋于上升。3)青海湖流域暖昼日数存在4a的准周期,冷夜日数有8a的明显周期,霜冻日数周期不明显,强降水量4a的周期较明显,持续干燥指数有15a周期,持续湿润指数6a的周期明显。     

西南地区极端降水变化趋势

利用西南地区90个气象台站1970-2010年逐日降水量资料,依据世界气象组织(WMO)定义的连续5d最大降水量、总降水量、强降水比等6种极端降水指数,采用F检验、11a滑动平均等统计方法,研究了西南地区极端强降水变化趋势的时空变化特征。在时间上,西南地区近41年来冬、春、夏季连续5d最大降水量缓慢波动上升,秋季连续5d最大降水量呈下降趋势;强降水、降水强度及强降水比呈上升趋势,但总降水量和最长持续无降水日数呈减少趋势;另外,各极端降水指数还存在明显的年际、年代际变化。在空间上,西南地区极端降水变化趋势具有显著的地域差异,呈东西或西北东南向梯度变化特征。其中冬季连续5d最大降水量、降水强度、强降水比及最长持续无降水日数,在西南大部分地区呈增加趋势。秋季连续5d最大降水量与总降水量在西南大部分地区呈减少趋势。而春、夏季连续5d最大降水量和强降水的增减区域大致相当。     

1955—2016年甘肃定西地区极端气温变化特征

利用甘肃省定西地区岷县、临洮和华家岭3个站点的气温数据,应用线性趋势拟合等方法,基于10个气温指数,研究了1955—2016年定西地区极端气温变化趋势和特征。结果表明,霜冻日数、结冰日数、冷日日数和冷夜日数4个指数呈下降趋势,而极端最高气温、极端最低气温、夏日日数、热夜日数、冷日日数和冷夜日数6个指数均呈上升趋势。气温变化的第一主周期为30 a,第二主周期为17 a。夏日日数、热夜日数、暖日日数和暖夜日数的变化在气温总体变化中起主要作用。极端最低气温与霜冻日数、冷日日数、冷夜日数显著相关,极端最高气温与夏日日数、暖日日数、暖夜日数显著相关,暖夜日数与霜冻日数也具有较高的相关性。气温指数突变大多发生在1993—1999年。     

1975—2016年秦巴山区极端气温事件的空间差异性分析

利用秦巴山区88个气象站1975—2016年的逐日气温数据,结合16个极端气温指数分析了秦巴山区极端气温阈值的空间分布及极端气温事件变化趋势的海拔依赖性。结果表明：极端气温阈值存在明显的空间分布差异,表现为极端低温阈值与极端高温阈值由西北向东南均有增温趋势;总体来看,极端气温暖事件（SU25、TR20、TX90P、TN90P、WSDI）增加幅度大于冷事件（FD0、ID0、TX10P、TN10P、CSDI）减少幅度,且变化趋势较冷事件更显著;全区霜冻日数、夏日日数、冷夜日数、暖昼日数及高温极值（TXx、TXn）变化均比较显著;区域作物生长期西部增长趋势较东部显著,多数站点变化幅度在3~6 d/10a之间;海拔越高发生极端低温事件的气温越低,极端低温阈值变化趋势为-0.36℃/100m;海拔越低发生极端高温事件的气温越高,极端高温变化趋势达0.5℃/100m,且均通过99%的信度检验;区域极端气温极值指数的变化趋势与海拔呈显著正相关,具有明显的海拔依赖性,表现为海拔越高,极值指数增加趋势越明显。     

1961—2005年江苏省降水变化趋势

以江苏省62个气象站1961-2005年降水资料为基础,系统分析了近45年来江苏省降水变化趋势.结果表明:1961-2005年江苏省年降水量无显著变化趋势,秋季降水量呈显著下降趋势,冬季降水量呈显著上升趋势.全省年降水日数呈略有下降趋势,以小于10mm的降水日数下降尤为明显.夏季极端强降水总量、极端强降水事件频率为增加趋势,秋季极端强降水事件强度为下降趋势.     

1960年以来藏东南地区气温和降水的变化特征

利用1960年以来藏东南地区27个气象站逐日的气温和降水数据,采用线性倾向率法、 Mann-Kendall检验、小波分析、极端气候指数等方法,研究藏东南地区气候变化特征。结果表明：(1)藏东南地区年平均气温、年最低气温和年最高气温均呈明显的增加趋势,升幅为0.29～0.43℃·(10a)^-1。季节尺度上冬季增温最为明显。年降水量整体上呈增加趋势,线性趋势为6.66 mm·(10a)^-1,其中夏、秋季呈减少态势,冬、春季呈增加态势。(2)气温和降水存在多个周期变化特征,在大时间尺度上均存在28年变化周期。(3)平均气温、最高气温和最低气温分别在1994年、 2001年和1992年发生突变,降水量在1979年发生突变。(4)表征极端气温增暖的指数(极端最高气温TXx、极端最低气温TNn、最高气温极小值TNx、最低气温极大值TXn)均呈增加趋势,高温事件频率指数(暖昼日数TX90p、暖夜日数TN90p)呈上升趋势,低温事件频率指数(冷昼日数TX10p、冷夜日数TN10p)呈减小趋势。高温事件持续性指数WSDI呈增大趋势,低温事件持续性指数CSDI呈...     

1951—2020年广州地区极端气温指数年月尺度变化研究

根据广州国家基本气象站1951—2020年的逐日气温资料,采用线性趋势法、距平及累积距平法和Mann-Kendall检验法,对WMO推荐的16种极端气温指数中的13种以及2种结合本地实际的新的极端气温指数共计15种指数进行计算,从月尺度和年尺度分析广州地区各极端气温指数随时间变化的趋势和突变年份,并对以往研究中较少探究的基期的选择对相对极端气温指数的结果影响进行了对比分析。(1) 从年尺度看,广州地区近70 a的夏日日数SU25、酷热日数SU35、热夜日数TR20、非常热夜日数TR26、最高气温TXx、最低气温TNn、最低气温最大值TNx、相对暖夜日数TN90p、暖昼日数TX90p、显著偏暖持续指数WSDI均呈现明显的上升趋势,相对冷夜日数TN10p、冷昼日数TX10p和偏冷持续指数CSDI呈现下降趋势,气温日较差DTR和最高气温最小值TXn变化趋势不明显;(2) 新的极端气温指数SU35和TR26的上升速率明显大于SU25和TR20的上升速率,能更好地反映近70 a昼夜体感炎热日数呈现极显著的上升趋势,更加符合评估气候变化对当地生产生活的影响;(3) 从月尺度来看近70 a广州地区的暖系列极值气温指数TXx和TNx在夏季出现了明显的上升;相对极端气温指数TX90p在广州地区气候学意义的夏季(4—10月)的上升趋势除了5月以外均达到极显著水平;广州地区夏季相对暖(热)昼的上升是导致全年相对暖(热)昼上升的主要因素, 这与国内大部分地区冬季升温较为明显的结论有所不同;(4) 以三个不同基期(1961—1990年/1971—2000年/1981—2010年)的选择对相对极端气温指数的计算结果影响发现,基期的不同选择对相对极端气温指数的计算结果有一定影响,但不影响其变化趋势;(5) 突变分析显示广州地区近70 a的SU25、SU35、TMAXmean(平均最高气温)、TXx和TX90p的突变发生在1997年前后;TR20、TR26、TMINmean(平均最低气温)、TNn、TNx、TN10p、TX10p和TN90p的突变发生在1985年前后;结果符合全球气候变化的大趋势,可以为广州地区应对气候变化和预防极端天气灾害提供科学的理论依据和参考。      

Trends in extreme temperature indices in Huang-Huai-Hai River Basin of China during 1961–2014

Spatial and temporal characteristics of temperature extremes have been investigated in Huang-Huai-Hai (HHH) region based on the daily series of temperature observations from 162 meteorological stations. A total of 11 indices were used to assess the changes of temperature pattern. Linear trend analyses revealed that the daily maximum temperature (TXx) increased at α = 0.05 level with a magnitude of 0.15 °C per decade on the regional scale during the period of 1961–2014. More pronounced warming trend of the daily minimum temperature (TNn) was detected at a rate of 0.49 °C per decade (α = 0.01 level). Consequently, a decreasing trend of the temperature range of TXx and TNn (extreme temperature range) was observed. The frequency of hot days (TXf90) and annual average of warm events (warm spell duration indicator, WSDI) showed significant increasing trends, while that of cold nights (TNf10) and cold events (cold spell duration indicator, CSDI) showed opposite behaviors. Both warm winter (W-W) and hot summer (H-S) series displayed significant increasing trends at α = 0.01 confidence level. The cold winter (C-W) series showed a decreasing trend at α = 0.01 confidence level, while the cool summer (C-S) series showed a nonsignificant decreasing trend that is not passing the 90% confidence level (α = 0.1). Abrupt increments of warm­related extremes (TXx, TXf90, WSDI) have been detected since 1990s, and a steadily decreasing trend of cold related extremes (TNf10, CSDI) was found since 1970s. Ten hot summers out of 11 and nine warm winters out of 10 occurred after 1990s. Altitude has a large impact on spatial pattern of extreme temperature indices, and the urban heat island effect also has an impact on amplitude of variation in extreme temperature. Trend magnitudes are significantly larger at sites with high altitudes for warm­related indices (TXx, TXf90, WSDI), while those involving cold-related indices (TNn, TNf10) are remarkably larger for stations with low altitudes.     

A Simulation Study on the Extreme Temperature Events of the 20th Century by Using the BCC_AGCM

Extreme temperature events are simulated by using the Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model (BCC AGCM) in this paper. The model has been run for 136 yr with the observed external forcing data including solar insolation, greenhouse gases, and monthly sea surface temperature (SST). The daily maximum and minimum temperatures are simulated by the model, and 16 indices representing various extreme temperature events are calculated based on these two variables. The results show that the maximum of daily maximum temperature (TXX), maximum of daily minimum (TNX), minimum of daily maximum (TXN), minimum of daily minimum (TNN), warm days (TX90p), warm nights (TN90p), summer days (SU25), tropical nights (TR20), and warm spell duration index (WSDI) have increasing trends during the 20th century in most regions of the world, while the cold days (TX10p), cold nights (TN10p), and cold spell duration index (CSDI) have decreasing trends. The probability density function (PDF) of warm/cold days/nights for three periods of 1881-1950, 1951- 1978, and 1979-2003 is examined. It is found that before 1950, the cold day/night has the largest probability, while for the period of 1979-2003, it has the smallest probability. In contrast to the decreasing trend of cold days/nights, the PDF of warm days/nights exhibits an opposite trend. In addition, the frost days (FD) and ice days (ID) have decreasing trends, the growing season has lengthened, and the diurnal temperature range is getting smaller during the 20th century. A comparison of the above extreme temperature indices between the model output and NCEP data (taken as observation) for 1948-2000 indicates that the mean values and the trends of the simulated indices are close to the observations, and overall there is a high correlation between the simulated indices and the observations. But the simulated trends of FD, ID, growing season length, and diurnal temperature range are not consistent with the observations and their correlations are low or even negative. This indicates that the model is incapable to simulate these four indices although it has captured most indices of the extreme temperature events.     

城市化对安徽省极端气温事件的影响

利用卫星遥感资料对安徽省46个台站进行分类,统计分析了城市站、郊区站和乡村站1961-2010年的极端气温指数的年和季节的变化趋势及其受城市化的影响和贡献。结果表明：1) 近50年来,除最高气温年极大值外,其他气温年极值都有明显上升趋势,以最低温度极小值最显著;暖日、暖夜天数呈增加趋势,而冷日、冷夜天数呈减少趋势,其中暖夜和冷夜变化趋势更明显;各极端指数的变化趋势总体均表现为城市站较乡村站更显著,郊区站介于两者之间。2) 城市站最高气温极大值、最低气温极大值和最低气温极小值因城市化造成的增温分别为0.144、0.184和0.161℃/10a,增温贡献率分别达100.0%、58.8%和21.6%,但城市化对最高气温极小值影响较弱;季节尺度的城市化影响基本都造成增温,春、秋季更明显,而增温贡献率以春、夏季更明显,冬季最小或不显著。3) 城市化效应使暖日和暖夜天数增加、冷夜天数减少的趋势更加显著,城市化影响贡献率都在40%以上;暖日、暖夜和冷夜天数的城市化影响贡献率都在冬季最小或不显著。     

Trends in warm days and cold nights over the Iberian Peninsula: relationships to large-scale variables

The aims of this study are to identify the trend of warm days and cold nights over the Iberian Peninsula and to connect the variations with large-scale variables. The reasons for performing this analysis are the effects that extremes events have on different ecosystems. Here, we present the results on spatial and temporal variability of warm days (TX90), or those exceeding the 90th percentile of maximum temperature, and cold nights (TN10), or those falling below the 10th percentile of minimum temperature. The extreme indices were derived from daily observations at stations and gridded data over land area for the period 1950 to 2006. Significant trends of more warm days and fewer cold nights were found. The trend to fewer cold nights is within the interval of global results given by the IPCC AR4 report; however, the trend to warm days is greater than the corresponding global trend. The influence of large-scale variables on these extreme indices was examined by means of the Empirical Orthogonal Function, correlation, composite maps and multiple regression analyses. Changes in TX90 are connected with the Scandinavian teleconnection index and a preferred mode of geopotential height at 500 hPa over the North Atlantic. Changes in TN10 are connected with the East Atlantic teleconnection index and the leading mode of Sea Surface Temperature (SST) variability over the North Atlantic area. Based on the links between the extreme indices and the large-scale variables we derived statistical models to describe the response of TX90 and TN10 to atmospheric circulation and SST variations. The models characterized the observed variations of TX90 and TN10 reasonably well. The results of this study encourage us to analyze, in further work, how temperature extremes might change over the Iberian Peninsula under warmer climate conditions.     

区域气候模式CWRF对我国极端温度时空变化的模拟评估

基于中国均一化气温数据集CN05.1的观测数据,结合暖昼指数（TX90）、冷昼指数（TX10）、暖夜指数（TN90）、冷夜指数（TN10）、暖日持续指数（WSDI）和冷日持续指数（CSDI）6个极端温度指数,从气候平均、概率分布、年际变率和年际趋势方面,系统评估区域气候模式（Climate–Weather Research and Forecasting model, CWRF）对1980～2015年间我国极端温度指数区域分布和年际变化的模拟能力,为改进并利用模式研究我国未来区域极端温度的预测提供科学依据。结果显示:观测的冷暖指数在北方的年际变率幅度高于南方,其中暖指数在我国大部分地区为增暖趋势,冷指数在北方地区的变冷趋势显著,尤其暖夜增暖、冷夜变冷,极端暖事件（WSDI）的持续性比冷事件（CSDI）显著。CWRF模式较好再现了极端温度指数的年均分布和年际变化趋势特征,尤其对暖日和冷日持续指数的模拟优势显著,但仍存在系统性的区域偏差,如低估暖昼和冷夜的极值强度;对华东地区暖（冷）指数变暖（冷）的趋势存在低（高）估;尤其是低估青藏高原地区暖、冷指数的强度,并且高估其暖昼变冷、暖夜变暖的年际变化趋势。因此,该模式对华东及高原地区极端温度的强度和年际变率的模拟仍亟需改善。     

高分辨率统计降尺度数据集NEX-GDDP对中国极端温度指数模拟能力的评估

利用1986—2005年中国地面气象台站观测的格点化逐日气温资料（CN05.1）评估了高分辨率统计降尺度数据集NASA Earth Exchange/Global Daily Downscaled Projections（NEX-GDDP）中21个全球气候模式对中国极端温度指数的模拟能力。在选用了日最低温度最大值（TNx）、日最高温度最大值（TXx）、暖夜指数（TN90p）和暖昼指数（TX90p）来研究极端温度事件的变化。结果显示:（1）除MRI-CGCM3模拟的日最高温度最大值外,其余模式对4个指数的模拟结果均表现出与观测一致的上升趋势,但模拟结果的平均值相对观测平均低0.26℃/（10 a）（日最低温度最大值）、0.19℃/（10 a）（日最高温度最大值）、2.21%/（10 a）（暖夜指数）、1.04%/（10 a）（暖昼指数）。（2）不同模式对各指数变化趋势空间分布特征的模拟存在较大差别,对日最低温度最大值、日最高温度最大值、暖夜指数和暖昼指数模拟能力最优模式分别为CCSM4、CESM1-BGC、MIROC-ESM-CHEM和bcc-csm1-1。模式模拟的日最低温度最大值和日最高温度最大值气候态平均值与观测值的相关系数在0.97以上。暖夜指数和暖昼指数模拟结果与观测值的标准差比值为0.34—1.58,均方根误差变化为1.6%—3.47%,对这两个指数模拟能力较优的模式分别为MIROC-ESM-CHEM（暖夜指数）和CESM1-BGC（暖昼指数）。（3）综合模式对4个指数在气候态平均值和变化趋势模拟能力的评估结果来看,CanESM2、CESM1-BGC和MIROC-ESM-CHEM显示了相对较高的模拟能力。因此,在利用GDDP-NEX研究未来极端温度事件时,建议将它们作为优选模式。      

Weather categorization — a useful tool for assessing climatic trends

Summary A computer-assisted weather categorization was applied to meteorological time series measured at the Mileovka Observatory (a mountain station) and Prague-Klementinum (an inner city site). Groups of winter days (December, January and February) with extreme mean temperatures were examined with respect to their frequency of occurrence and presence of any trends in the period 1941–1988. In general, frequencies of cold categories exhibited a decreasing trend, and frequencies of warm categories tended to increase. In both series a prominent negative trend in temperature amplitude was detected within warm clusters, related to a statistically insignificant decline in the maximum temperature and an increase in the minimum temperature. Additional analysis indicates that changes in circulation patterns occurred over the region during the period investigated, namely strengthening of zonal circulation in winter.With 6 Figures