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。     

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。     

开封市近55a气温变化特征分析

利用开封市1951-2005年气温资料,分析了开封市近55 a气温变化特征,结果表明:开封市总体气温变化呈上升趋势,与全球气候变化基本一致;年平均气温前期10 a较低,中期30 a保持稳定,后期15 a明显上升;夏季气温相对稳定,春、秋和冬季气温升高,冬季气温升高尤明显;1-4月及10-12月气温升高,5、8、9月气温相对稳定,6、7月气温略有下降。年极端最高气温明显下降,年平均最高气温保持稳定,年极端最低气温和年平均最低气温都明显升高。极端气温事件减少,发生程度降低。     

开封市近55a气温变化特征分析

利用开封市1951-2005年气温资料，分析了开封市近55a气温变化特征，结果表明：开封市总体气温变化呈上升趋势，与全球气候变化基本一致；年平均气温前期10a较低，中期30a保持稳定，后期15a明显上升；夏季气温相对稳定，春、秋和冬季气温升高，冬季气温升高尤明显；1-4月及10-12月气温升高，5、8、9月气温相对稳定，6、7月气温略有下降。年极端最高气温明显下降，年平均最高气温保持稳定，年极端最低气温和年平均最低气温都明显升高。极端气温事件减少，发生程度降低。     

伊犁河谷春夏季极端天气气候的变化分析

利用1961-2005年降水、气温、冰雹、大风资料,分析了伊犁河谷春夏季极端天气气候事件的长期变化趋势.结果发现暴雨(日降水>24mm)频次20世纪90年代以后明显增加,分析最大日降水量发现,降水强度也明显增大,这和伊犁河谷降水变化趋势是一致的;春夏季极端温度的变化不显著,夏季极端高温频次和强度有微弱的减小,春季极端低温频次和强度也有微弱的减小;春夏季伊犁河谷冰雹和大风极端天气显著减少.     

中国三大城市带城市化气候效应的检测与对比

利用国家基本、基准站1951—2009的逐日气候数据和1986—2008的城市人口资料,建立了一种新的城市化指标,分析了京津冀城市带、长江三角洲城市带和珠江三角洲城市带中典型城市及区域整体的城市化特征,对三个城市群区的城市气候特征和气候效应进行了比较。结果表明：城市化使典型城市的平均气温和最低气温显著升高,城市化气候效应特征可以分为“冷季型”、“暖季型”和“过渡季节型”三种类型。长三角地区的城市化气候效应最强,京津冀次之,珠三角最弱。长三角地区与京津冀地区城市化气候效应的共同点为平均气温和夜间气温升高,春、秋两季增温显著;不同点是长三角夏季强于冬季,最高气温明显升高,京津冀冬季强于夏季,最高气温无明显变化。城市化对降水的影响在三个城市群区有着不同的特点,主要体现在极端强降水事件上。     

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。     

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

山东省夏季高温气候变化特征分析

对比分析山东省夏季1961～1990年和1971～2000年前后30年极端最高气温和高温日数的分布和变化，得知山东省夏季高温的气候变化存在明显的地域性差异，东部地区高温有所增多，西部地区明显减少。利用统计方法分析山东省各地高温多年变化特征，发现夏季高温日数和极端最高气温均存在明显的年代际变化，且东西部变化不尽相同；在60年代末70年代初全省夏季极端最高气温发生了一次转折性变化。     

近五十年来广西海岛的气候变化与气象灾害特征分析

利用涠洲岛气象站自建站至2010年的气象观测资料,分析总结近五十年来广西海岛的气候特征、气候变化规律与气象灾害特征。分析结果表明,随着全球变暖广西海岛的气候发生了明显变化,气温显著升高,特别是90年代后期以来,升温更加显著,冬季对气候变暖的贡献最大;年降水量呈增多趋势,主要来自夏季降水量增多的贡献,从80年代开始降水量增加趋势明显;广西海岛主要的气象灾害发生的频率和强度出现明显变化,台风影响个数略有减少,大风日数呈减少趋势,暴雨、旱涝灾害有所增加,极端天气气候事件造成的灾害损失呈增大趋势。     

气候变化的归因与预估模拟研究

本文总结了近五年来中国科学院大气物理研究所在气候变暖的归因模拟与预估研究上的主要进展。研究表明,利用海温、太阳辐射和温室气体等实际强迫因子驱动大气环流模式,能够较为合理地模拟全球平均地表气温在20世纪的演变,但是难以模拟出包括北大西洋涛动／北极涛动和南极涛动在内的高纬度环流的长期变化趋势。利用温室气体和硫酸盐气溶胶等“历史资料”驱动气候系统模式,能够较好地模拟出20世纪后期的全球增暖,但如果要再现20世纪前期(1940年代)的变暖,还需同时考虑太阳辐射等自然外强迫因子。20世纪中国气温演变的耦合模式模拟技巧,较之全球平均情况要低;中国气候在1920年代的变暖机理目前尚不清楚。对于近50年中国东部地区“南冷北暖”、“南涝北旱”的气候变化,基于大气环流模式特别是区域气候模式的数值试验表明,夏季硫酸盐气溶胶的负辐射效应超过了温室气体的增暖效应,从而对变冷产生贡献。但现有的数值模拟证据,不足以说明气溶胶增加对“南涝北旱”型降水异常有贡献。20世纪中期以来,青藏高原主体存在明显增温趋势,温室气体浓度的增加对这种增暖有显著贡献。多模式集合预估的未来气候变化表明,21世纪全球平均温度将继续增暖,增温幅度因不同排放情景而异;中国大陆年均表面气温的增暖与全球同步,但增幅在东北、西部和华中地区较大,冬季升温幅度高于夏季、日最低温度升幅要强于日最高温度;全球增暖有可能对我国中东部植被的地理分布产生影响。伴随温室气体增加所导致的夏季平均温度升高,极端温度事件增多;在更暖的气候背景下,中国大部分地区总降水将增多,极端降水强度加大且更频繁发生,极端降水占总降水的比例也将增大。全球增暖有可能令大洋热盐环流减弱,但是减弱的幅度因模式而异。全球增暖可能不是导致北太平洋副热带－热带经圈环流自20世纪70年代以来变弱的原因。文章同时指出了模式预估结果中存在的不确定性。     

极端天气和气候事件的变化

自1950年以来的观测证据表明,有些极端天气和气候事件已经发生了变化。全球尺度上,人为影响可能已经导致极端日最低和最高温度升高;由于平均海平面上升,人类活动可能已对沿海极端高水位事件的增加产生了影响;具有中等信度的是,人为影响已导致全球强降水增加;由于热带气旋历史记录的不确定性、缺乏对热带气旋与气候变化之间关联的物理机制的完整认识及热带气旋自然变率的程度,将可检测到的热带气旋活动变化归因于人为影响仅具有低信度。将单一的极端事件变化归因于人为气候变化具有挑战性。对极端事件变化预估的信度取决于事件的类型、区域和季节、观测资料的数量和质量、基本物理过程的认知水平及模式对其模拟的可靠性。     

中国夏季极端气温与降水事件日数随平均气温变化的定量分析

极端高温、极端低温、极端降水事件日数对全球平均气温变化都有较强响应。本文利用全国1960-2005年549个站点逐日均一化温度资料以及559个站点逐日降水数据,定量分析了中国夏季极端气温与降水事件日数随气温变化的特征。结果表明:全球平均气温升高1℃,全国平均的极端高温、低温和降水日数的变化量分别为5.69,-5.3和0.69天;区域尺度上,全球平均气温升高1℃,东南沿岸和四川地区极端高温日数可增加8～10天,东北地区极端低温日数减少10天左右,西北地区极端降水日数可增加4～6天。基于以上结果,利用模式对未来全球平均气温的预估表明:2006-2099年我国平均的极端高温、低温、降水日数变化量在RCP8.5情景下最大,分别增加23天、减少22天和增加3天;区域尺度上,RCP8.5情景下2006-2099年我国东南以及西南地区极端高温日数可增加42天左右,我国北方大部分地区极端低温日数减少33天左右,而西北地区极端降水日数可增加16天左右。该研究结果表明一系列应对气候变化的措施势在必行。     

上海气温变化及城市化影响初步分析

为研究在全球变化背景下上海市区气温变化规律和城市化进程对其影响,分析了上海市区气温对全球变暖的响应,对比了市区和郊区气温在不同气候背景下的变化趋势,采用与郊区台站对比法分析了上海市区气温城市化效应,研究了城市化进程与气温各分量长期变化趋势之间的关系,将高空与地面观测资料相结合,定量估算了城市化效应对平均气温的贡献,初步讨论了气温的城市化效应成因。研究结果表明：1873~2004年上海市区年平均气温的长期变化趋势为1.31 ℃/(100 a),在1921~1948年和1979~2004年两个时期增温明显,其中第二段增温强于第一段;与郊区站点相比,市区在降温期内降温最小,增温期内升温幅度最大;城市发展导致市区和郊区气温有显著差别且温差逐年加大,其中平均气温和最低气温在秋季的差别最大,最高气温市区和郊区之间差别在夏季最大;城市化进程加快了地面气温升高的速率,其中以最低气温最为明显;在1980年代城市化效应使上海市区年平均温度平均升高0.4 ℃,在1990年代平均升高1.1 ℃。     

重庆市气温变化趋势及其可能原因分析

通过对重庆市1924～2007年的平均气温、平均最高气温、平均最低气温、极端最高气温、极端最低气温随时间变化特征进行分析发现:近84年来重庆市平均气温微弱变冷,与全国平均温度相比线性变化趋势存在一定差异;平均最高和平均最低气温、极端最高和极端最低气温的非对称性变化显著,最高气温的下降对平均气温的影响很大,平均最低气温除春季外增暖都非常显著,最低温度的增高对气温日较差减小的影响更明显.夏季副热带高压位置偏南,使得我国西南地区东部夏季降水天气增多、云量增加、日照时数减少,加之轻雾日数增多,可能是重庆市夏季最高温度持续下降的主要原因.冬季最低气温的显著升高主要是由于降水天气减少、云量增加和城市热岛效应所致.     

广宁县近40年气温变化的特征分析

利用广宁县国家基本气象站1971-2010年气温资料,分析了广宁县近40年气温变化特征,结果表明：广宁县总体气温变化呈上升趋势,与全球气候变化基本一致;年平均气温前10年较低,中期20年保持稳定,后10年明显上升;春季气温相对稳定,夏、秋和冬季气温升高,夏季气温升高尤为明显;1-2、5-8及11-12月气温升高,9-10月气温相对稳定,3-4月气温略有下降.年极端最高气温和年极端最低气温都明显升高.     

气温对呼吸和循环系统疾病影响及未来变化预估研究综述

随着全球气候变化的加剧,极端天气气候事件对相关人群健康的影响越发凸显。气温是气候变化的主要指标之一,也是影响人体健康关键的气象因素,呼吸和循环系统疾病作为主要的气象敏感性疾病,受气温的影响显著。本文通过梳理国内外气温对呼吸、循环系统疾病影响及未来随气候变化的风险预估等相关研究,探明了气温对诱发呼吸、循环系统疾病乃至死亡的共性和差异;适宜温度有利于降低呼吸、循环系统疾病的发病率,这为气候趋利的候鸟式旅居康养提供了理论依据。未来中国高温天气发生频次增加和强度增强,对老年人群及呼吸、循环系统疾病患者将产生更大影响。因此,候鸟式夏季避暑康养、有效降低其发病风险就显得更为重要。     

环渤海地区城市化对夏季极端暖夜的影响

城市化对人类生活息息相关的一些指标(如夏季极端暖夜等)的影响研究尚少.取环渤海地区气象观测站的夏季(6-8月)逐日最低气温资料(1958-2009年),使用广义极值(GEV)分布拟合夏季极端暖夜气温分布,并对拟合函数的3个分布特征参数的年际变化进行分析,根据特征参数变化特征进行城市化对极端暖夜的影响程度的分离.研究结果表明,环渤海地区,在极端暖夜气温分布的3个参数的年际变化中,以位置参数的代表性最好.在城市快速发展时期,城市偏高气温出现的可能性大,但极端气温变化幅度也较大.城市化对环渤海不同类型城市夏季极端暖夜气温的贡献均为上升作用,增温速度最大约为0.3℃/(10a).     

天山天池近49年气候变化特征

基于天山天池气象站1959～2007年的逐日地面气候资料,应用线性倾向估计、功率谱分析、滑动t检验及距平标准差对比分析等方法对天山天池气候变化特征进行了分析。分析表明:天山天池气候变化具有明显的多尺度振荡特征,并且具有明显的年际变化,年平均气温在1996年附近发生突变,降水未出现气候突变现象。气温和降水的变化和天山山区"暖湿型"变化趋势一致,最低气温的升高对天山天池增温贡献最大,最显著增湿趋势出现在春季和冬季,夏季降水量持平而雨日却减少,夏季极端强降水天气增加。