中国极端气候变化观测研究回顾与展望

评述、总结了近年有关中国极端气候变化的观测研究成果,讨论了尚未解决的科学问题和今后应重点加强的工作方向。已有研究表明,1951年以来中国大陆地区极端气候事件频率和强度发生了一定变化,但不同类型和不同区域极端气候变化存在明显差异。从全国范围看,与异常偏冷相关的极端事件如寒潮、冷夜和冷昼天数、霜冻日数等,显著减少减弱,偏冷的气候极值减轻;与异常偏暖相关的暖夜、暖昼日数明显增多,暖夜日数增多尤其明显,但高温事件频数和偏热的气候极值未见显著长期趋势;全国平均暴雨和极端强降水事件频率和强度有所增长,特别是长江中下游和东南地区、西部特别是西北地区有较明显增长,而华北、东北中南部和西南部分地区减少减弱;多数地区小雨频数明显下降,偏轻和偏强降水的强度似有增加;全国遭受气象干旱的范围呈较明显增加趋势,其中华北和东北地区增加更为显著;登陆和影响我国的热带气旋、台风频数有所下降,其造成的降水总量有较明显减少;北方地区的沙尘暴事件从总体上看有显著减少减弱趋势;我国东部部分地区夏季雷暴发生频率也存在较明显下降趋势。现有工作表明,在涉及极端气候变化研究的资料处理和分析方法方面还有改进余地。观测资料的非均一性,以及观测环境改变和城市化对地面气候要素变化趋势的影响偏差,需要进行深入评价和客观订正。此外,目前对于区域极端气候变化的综合分析还较薄弱,在极端气候变化机理的研究方面有待加强。     

近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因

利用1951～2004年中国740站逐日温度资料, 对中国寒潮频次的气候特征及其变化进行了分析, 并在此基础上对中国寒潮频次减少的可能原因进行了讨论: 冬季西伯利亚高压和东亚冬季风强度与中国寒潮频次呈显著的正相关.秋冬季节西伯利亚上空低层冷堆温度和中国寒潮频次呈显著的负相关.在气候变暖的大背景下, 西伯利亚高压和冬季风强度的减弱使得冬季中国地表温度持续升高, 而温度的这种变化与中国寒潮频次及其相伴随大风频次的减少均有密切的联系.西伯利亚高压和冬季风强度的减弱, 西伯利亚上空低层冷堆温度和中国地表温度的显著升高是中国寒潮及其相伴随大风频次减少的可能原因.     

Anthropogenic influence on the extreme drought in eastern China in 2022 and its future risk

2022年夏季中国东部地区遭遇了一次持续性极端高温干旱事件.本文利用CMIP6检测归因比较计划(DAMIP)数据,量化了人为强迫对类2022年极端干旱事件发生概率的影响,并基于未来不同增暖情景试验给出了此类极端干旱事件的未来变化预估.通过分析不同外强迫因子作用下此类极端干旱事件的发生概率变化,发现人为强迫使此类极端干旱事件的发生概率提高约56%,这主要与人为强迫下中国东部平均水汽减少和平均上升运动减弱有关.进一步通过分析此类极端干旱事件对不同温室气体排放情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP5-8.5)的响应,发现在低排放情景下类2022年极端干旱事件的发生概率较当今气候显著下降,这主要与中国东部平均水汽的增加和平均环流的变化有关,而在高排放情景(SSP5-8.5)下,此类极端干旱事件的发生概率较当今气候增加约79%,这主要与高排放情景下平均下沉运动增强有关.该研究表明,人为强迫通过调制气候平均背景场从而引起极端事件发生频次的变化是人类活动影响极端气候事件的重要途径之一,极端干旱事件对温室气体排放量的响应可能是非线性的.     

综合极端气候指数的定义和趋势分析

综合极端气候指数对于极端气候变化监测、整体认识区域极端气候变化趋势及其原因和影响,具有实际意义。根据中国常年极端气候特点和不同种类极端气候事件的经济社会影响,选取全国平均高温日数、低温日数、强降水日数、沙尘天气日数、大风日数、干旱面积百分率和登陆热带气旋频数等7种极端气候指标,定义两个综合极端气候指数,分别为7种极端气候指标简单(等值权重)合成的综合指数I和加权(差异权重)合成的综合指数II。综合指数II主要依据各种极端气候事件引发的灾害严重程度及其社会影响大小,分别确定其对应指标的相对重要性和权重系数。分析结果表明:1956～2008年,综合指数I序列表现出明显的下降趋势,说明中国地区常见的极端气候事件总体有不断减少、减弱的趋势;同期综合指数II序列没有表现出明显的升降趋势变化,说明对中国地区具有重大经济和社会影响的极端气候事件频率总体上没有发生明显变化。就各个单项极端气候指数变化来看,全国平均年高温日数、强降水日数和干旱面积百分率呈上升趋势,但除高温日数外,其他指数趋势变化均不显著;全国平均年低温日数、沙尘天气日数和大风日数呈下降趋势,且趋势性均很显著;登陆中国大陆的热带气旋频数有所减少,但趋势不很明显。因此,在全球气候显著变暖的半个多世纪内,中国地区多数常见的极端气候事件发生频率,或者显著减少,或者变化不明显;而对全国经济和社会具有重大影响的主要极端气候事件,其频率总体上未见明显趋势变化。     

漠河极端气温气候特征及其变化

采用相关系数法和对比分析法,分析了1963-2000年38年间中国最北部的漠河极端最低气温和极端最高气温的气候特征及其气候变化.结果表明:漠河是中国最冷的地方,不仅在中国气象史上创下了-52.3℃的极端最低气温最低极值,且每年极端最低气温都在-38℃以下;年极端最高气温为38.0℃;极端气温年较差很大,最小为73.1℃,最大为87.0℃,1980年代后明显变小;极端最低气温总体变化不明显,但1990年代上升显著,10年间平均升高1.6℃;极端最高气温总体变化显著,为升降交替变化,1970年代显著升高,10年问平均升高了1.6℃;1980年代明显下降,10年间平均下降了1.1℃;1990年代上升,10年间平均上升0.7℃;年极端最低气温出现在11月、12月、1月和2月,1月最多,占52%;年极端最高气温出现在5-9月,7月最多,占47%;日极端最低气温多出现在4-7时;日极端最高气温多出现在14-16时;特别值得一提的是:漠河1963-2000年间1-12月的月极端最低气温都曾经出现过零下的记录.     

青藏高原三江源地区近60a气候与极端气候变化特征分析

青藏高原三江源地区正在面临着以"变暖变湿"为主的气候变化，是气候变化的显著区与敏感区。基于中国气象局位于三江源地区20个地面台站的气温、降水数据以及HadCRUT4（Climatic Research Unit land-surface air temperature-4 dataset and the Hadley Centre sea-surface temperature dataset，Hadley Centre，UK）气温、PREC（Precipitation Reconstruction，National Oceanic and Atmospheric Administration，USA）降水资料，从气候要素空间格局、极端气候指标以及区域-全球平均多年变化对比等3个方面系统总结了三江源地区1961-2019年气候和极端气候变化的特征。结果显示，三江源区域在过去近60 a里平均增暖速率为0.37℃/（10 a），是全球平均水平（0.16℃/（10 a））的2倍以上，同时大幅高于全球同纬度（0.19℃/（10 a））及中国区域（0.28℃/（10 a））。在全球变暖背景下，三江源地区大部分极端气候指标上升，其中以夜间最低气温的上升（0.55℃/（10 a））最为显著，且极端高温事件的出现频率上升，区域日温差减小、气温变化极端性增强。三江源近60 a温湿气候态的空间格局为沿西北-东南方向的正温湿梯度，其变化趋势存在自西向东速率上升的暖湿化空间分异特征。本文的研究结论进一步揭示了三江源地区近60 a气候变化与极端气候的时空格局，为三江源地区气候系统和生态系统的脆弱性研究以及未来气候变化预估提供了科学依据，同时也为气候变化敏感的高寒地区对全球变暖的响应研究提供了对比案例。     

我国近46年来的寒潮时空变化与冬季增暖

使用中国气象局资料中心整编的572个站点1960年1月1日到2005年12月31日日最低温度、日平均气压、日平均风速和北极涛动(AO) 指数等气象要素，从一个新的角度分析了我国寒潮时空变化与冬季增暖的联系。寒潮爆发以降温、升压和大风天气为主要特征。定义1日和2日降温达到10℃以上的降温事件为寒潮，大于20℃为极端寒潮。发生在我国的寒潮以北方(35°N以北)最多，其次是中国东部的江南地区。东北的寒潮始于10月，而河套和江南的寒潮在4月份比较频繁。把10月到次年4月寒潮频繁活动的时段确定为冬季风时期。在所有的降温事件中，只有不到1/3的事件伴随有升压和大风天气。过去的45个冬季风期间，寒潮和极端寒潮事件普遍减少，我国新疆、华北、东北和华东减少最为显著，减少的最大幅度达到1～2次/10 a。降温事件、升压频次和大风频次也都在减少。AO指数升高表征了西风带上天气尺度斜压波动的减少和减弱，从而导致我国中高纬度寒潮事件的减少。降温频次的减少在一定程度上导致了冬季最低温度平均值的升高，形成了持续的暖冬。     

近50α齐齐哈尔市极端气候事件特征分析

利用目前国际上较流行的极端气候指数方法对1951～2006年齐齐哈尔市24种极端气候指数进行计算和分析,得到了齐齐哈尔市极端气候事件的事实和变化特征.结果表明:齐齐哈尔市的年最低气温、暖夜、热夜日数和生长季长度呈显著上升趋势;冷夜、冷日、霜日、冰日和日平均温差均呈最著下降趋势.各种降水指数的变化趋势都不显著;极端气温和降水指数均存在阶段性特征和突变特征:最低气温的增暖主要发生在20世纪80年代中期以后,而最高气温则在90年代以后变暖明显,夜间气温的上升对增暖进程的贡献更大;极端降水事件的强度和频率呈增加趋势,2000年以后增加趋势尤为明显.     

极端气候对平均气候变化的非线性响应及其敏感性试验

平均气候与极端气候两者发生的概率具有密切联系.从理论和观测事实两方面证明一地平均气候与其极端气候的对应概率存在着明显的非线性关系.假定气候变量有对称概率分布和非对称概率分布两种状况,从理论上证明,平均气候变化前后所对应的极端气候概率具有非线性变化;通过对若干个代表站及气候场资料的平均值与所对应极值概率计算结果,证明理论符合观测事实.进一步借助于数值试验考察了概率分布模式的各个参数之变化对极端气候概率的影响.根据观测事实的举例,也表明了不同概率分布条件下,基本上都有如此变化规律.     

全球气候变化对我国气候安全影响的思考

依据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第5次评估报告以及国内相关科学研究成果,使用最新的观测资料凝练了对全球气候变化的有关认识;从极端天气气候事件和气候承载力角度,分析了气候变化给我国带来的气候风险。研究发现:1961—2015年我国平均高温日数增加了28.4%,暴雨日数增加了8.2%。21世纪以来,登陆我国热带气旋的强度明显增加。在全球气候变暖的背景下,我国气候承载力将发生明显变化,未来面临的气候风险将加大。因此,保障我国气候安全,需要科学认识气候,提高气候风险意识; 主动适应气候,提高应对极端事件能力;努力保护气候,减缓气候变化的影响。     

1980～2017年四川盆地寒潮及其气温变化特征

利用“中国地面气候资料日值数据集(V3.0)”1980～2017年的地面日平均气温、最高气温和最低气温资料,按照四川盆地寒潮业务标准统计分析了38年四川盆地出现的77次区域寒潮特征及其日平均气温、最高气温和最低气温的变化特征,结果发现:近38年四川盆地区域寒潮频次呈不显著的增加趋势,增速为0.18次/10a,而强度呈显著增强趋势,增速为1.14℃/10a;平均最高气温和最低气温均表现为弱的升高趋势,且冬季比春、秋季升温趋势显著。寒潮天气过程中24h内主要表现为最高气温的下降,最低气温普遍下降不明显且近50%的站点趋于上升;最高气温累计降幅,春、秋季明显大于冬季,而最低气温累计降幅季节差异不大。给出72h气温累计变化趋势,类同24h。      

7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

利用中国区域550个站点1961～2000年日降水量资料, 考察参与政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下(20C3M)5个极端降水指数的模拟能力, 同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估, 结果表明: 最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势, 且模式集合模拟能力优于大部分单个模式, 但在青藏高原东侧、 高原南部存在虚假的极端降水高值区, 模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低, 区域平均序列年际变率的模拟能力也较低。中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势, 极端降水强度可能增强, 干旱也将加重, 且变化幅度与排放强度成正比。     

近50 a齐齐哈尔市极端气候事件特征分析

利用目前国际上较流行的极端气候指数方法对1951～2006年齐齐哈尔市24种极端气候指数进行计算和分析,得到了齐齐哈尔市极端气候事件的事实和变化特征。结果表明:齐齐哈尔市的年最低气温、暖夜、热夜日数和生长季长度呈显著上升趋势;冷夜、冷日、霜日、冰日和日平均温差均呈显著下降趋势。各种降水指数的变化趋势都不显著;极端气温和降水指数均存在阶段性特征和突变特征;最低气温的增暖主要发生在20世纪80年代中期以后,而最高气温则在90年代以后变暖明显,夜间气温的上升对增暖进程的贡献更大;极端降水事件的强度和频率呈增加趋势,2000年以后增加趋势尤为明显。     

1961-2010年环渤海地区寒潮时空分布及变化特征

利用1961-2010年环渤海地区58个站的逐日平均气温、日最低气温资料,按照寒潮国家标准统计寒潮次数和寒潮强度,分析环渤海地区单站寒潮和区域寒潮的气候变化特征。结果表明：环渤海地区单站寒潮出现频次的地域差异很大,大体上呈现自北至南递减态势,年平均次数最多的为张北21次,最少的京津地区不足2次。近50 a来环渤海地区共有233次区域性寒潮,出现在当年9月至次年4月,其中11月最多。区域寒潮呈显著减少趋势。20世纪60-70年代区域性寒潮事件频发,80年代开始明显减少并在1983年出现了突变。区域特强寒潮不多,20世纪60年代出现了2次,自70年开始特强寒潮平均每个年代出现1次。在气候变暖背景下,环渤海地区区域寒潮次数明显减少,但特强寒潮亦极端寒潮事件并未减少。     

中国气候变化的检测及预估

对近5a来中国科学家在气候变化的检测及预估等方面的研究工作及主要成果进行了总结:采用最新的器测时期资料和代用温度资料对中国地区近50a、100a的温度和降水变化规律进行再分析,初步重建了中国过去1000a的地表温度序列;对20世纪中国气候变化进行了检测,分析了中国气候变化的原因;预估了中国21世纪气候变化。结果表明:近百年中国气候变化的主要特征与全球气候变化的趋势一致。中国近百年增暖的幅度为0.5～0.8℃,比全球同期增温略高。近50a中国平均气温升高以北方为主,升温速率达0.8℃/10a,远大于北半球平均的升温速率。中国雨型的年代际变化明显,西北西部从20世纪80年代中降水明显增多,以新疆最为显著。中国东部则由70年代末以前的北涝南旱型转为以后的南涝北旱型。气候变暖后,中国的极端天气和气候事件的发生频率和强度也出现了变化。     

茂名市气候变化及其对农业的影响

利用茂名1971~2004年的气候资料,分析了其降水、气温的年、季变化特征,探讨了气候变化对极端天气气候事件、农业生产以及农业生态环境的影响。近30多年来,茂名的年降水以年际波动为主,线性变化趋势不明显,不同季节的降水量变化有升有降,可能是其原因所在。年气温在波动中上升的趋势十分明显,年气温每年上升0.03℃,春、夏、秋、冬季气温的普遍上升,导致了全年气温的明显上升。气候变化导致了台风连续登陆茂名,高温天气连连刷新纪录等极端天气气候事件频繁出现,严重影响茂名水果生产及农业生态环境。     

基于CMIP5模式对四川盆地湿季降水与极端降水的研究

四川盆地是中国重要的农业和经济中心,湿季降水尤其极端降水情况显得尤为重要。基于"国际耦合模式比较计划第五阶段"(CMIP5)的多个模式结果评估未来湿季降水和极端降水的可能变化。首先,利用CRU数据检验了模式对1971-2000年5-9月四川盆地降水的模拟能力。结果显示,31个模式中有17个模式的模拟能力较好,通过99%的空间相关性信度检验,重现了"东多西少"的空间形态。有21个模式与观测值的标准差之比小于2. 5,所有模式的平均偏差率都小于50%。在此基础上,选取表现最好的3个模式,在订正后做模式集合平均(MME),展示在RCP2. 6、RCP4. 5、RCP8. 5的情形下,21世纪初期(2010-2039年)、中期(2040-2069年)、末期(2070-2099年)四川盆地湿季平均降水和湿季极端降水阈值的空间分布特征。结果显示,在RCP2. 6的情形下,相对于1971-2000年的气候平均态,四川盆地湿季降水自东向西呈现"减-增-减"的形势,并且随着时间变化并无明显变化。在RCP4. 5与RCP8. 5的情形下,特征与RCP2. 6不同,自东向西呈现"增-减-增"的形势。盆地东部湿季平均降水普遍增多,部分区域的变率达到了20%。对于极端降水阈值空间分布,特征与平均降水类似,三种情形下高值区均为在盆地中部偏东的一条南北走向的狭长带状区域。该区域内包括了成都、雅安、眉山、乐山等四川主要城市,并且随时间变化,该区域还有扩大的趋势,而RCP8. 5模拟的降水要显著多于另两种情形。此外研究还发现,在全球变暖的背景下,四川盆地某一区域湿季平均降水减少的情况下,其极端降水阈值一定降低,反之不一定成立。只有当平均降水增幅超过10%时,该地区极端降水阈值才会增加。     

气候变化对长江上游径流影响预估

利用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中5个气候模式在3种典型浓度路径(RCPs)下的预估结果驱动SWAT水文模型,预估了21世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。结果表明：预估的长江上游平均气温呈显著上升趋势,21世纪末较当前(1986—2005年)升高1.5~5.5℃,降水总体呈增加趋势,在21世纪30年代后高于当前气候平均值,21世纪末相对于当前增加5%~15%。流域内气候变化存在明显空间差异,金沙江和岷沱江流域气温升高和降水增加幅度均大于流域平均值。预估的长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势,在21世纪30年代后高于当前多年平均值,21世纪中期增加4%~8%,21世纪末增加10%~15%。预估的径流年内分布的均匀性有所增加,但年际变化明显增大,极端旱涝事件的频率和强度明显增加。预估的各子流域径流变化对气候变化的响应也存在差异,金沙江和岷沱江流域年径流量、年际变化和年内分布变化小,对气候变化的响应表现为低敏感;嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流径流增加幅度大,同时极端丰枯出现的频率和程度增加显著,是气候变化响应的敏感区域。     

1961—2008年华南区域寒潮变化的气候特征

利用华南三省(广东、广西、海南)192个台站1961年1月1日至2008年12月31日的逐日平均气温、日最低气温资料,分析了华南寒潮频次的气候特征及其变化;定义了一个表征华南寒潮强度的指数,由此分析了华南寒潮活动的强度变化。气候分析结果表明:华南在近48年中出现了221次寒潮过程,主要分布在10月至次年4月,以12月、1月、2月、3月为主,占88.7%;华南区域单站寒潮的年均发生频次和平均降温持续天数从内陆向沿海递减,平均最低气温从内陆到沿海逐渐增加,单站寒潮过程平均最大降温幅度在11.5～16.0℃。近48年来,华南寒潮活动在减少的趋势上还具有频数和强度上的月际、年际和年代际变化。发生特强寒潮和中等寒潮的比率从20世纪80年代以来逐渐减少,而发生弱寒潮比率显著增加,但2008年出现了近48年华南最强的寒潮。     

德令哈市近38年浅层地温的变化特征分析

利用1981-2018年德令哈市国家基本气象站浅层地温、0cm地温和气温数据资料,分析了浅层地温的年、季、月气候变化特征。结果表明:近38a德令哈市年5～20cm平均地温呈显著上升的气候趋势;春季5～20cm平均地温上升趋势最快,秋季5cm、10cm平均地温上升趋势最慢,冬季15cm、20cm平均地温上升趋势最慢;全月5cm平均地温呈上升的气候趋势,1-11月份10cm、15cm、20cm平均地温呈上升的气候趋势,12月份呈下降的气候趋势。Mann-Kendall检验法分析发现年5cm、10cm平均地温在1993年发生突变,年15cm、20cm平均地温在1994年发生突变。年、季5～20cm平均地温与0cm平均地温和平均气温呈显著的正相关性。年、季5～20cm平均地温异常偏冷年份均出现在20世纪80年代,异常偏热年份多出现在21世纪10年代。