1960-2017年渭河流域极端气温变化及其对区域增暖的响应

基于逐日最高和最低气温,计算1960-2017年渭河流域16项极端气温指数,发现近58 a 渭河流域极端冷指数（冰冻日数、霜冻日数、冷夜日数、冷昼日数和冷持续指数）呈下降趋势,极端暖指数（夏日日数、热夜日数、暖昼日数、暖夜日数、作物生长期和热持续指数）呈上升趋势,特别是20世纪80年代后上升速率明显加快。流域半干旱区对气候变暖的响应更敏感,主要体现在白天温度增高以及冰冻和霜冻日数减少,而半湿润区主要为夜间增暖。相比1960-2003年,2004-2017年流域平均温度升高1.75℃,暖夜/暖昼日数增加10.99/6.79 d,而霜冻/冷夜日数减少8.71/2.35 d。分析发现地形条件是影响流域极端气温空间差异的重要因素。在流域半干旱区,冷夜和冷昼日数的快速减少,有利于农作物的生长。而在相对湿度较大的半湿润区,随着夏季连续高温天气增多,高温热浪事件的危害更大。     

基于均一化资料的西安极端气温变化特征研究

基于1960~2015年西安气象站点逐日最高温、最低温数据,采用RHtest软件对非均一化气温序列进行订正,进而选取16项极端气温指数,对西安极端气温变化特征进行分析。结果表明：① 由于气象站点迁移,西安气温资料存在非均一性,导致极端气温变化趋势被低估;② 全球变暖背景下,西安极端气温变化表现出：“快速增温与平稳波动并存,冷暖变化趋势相反,夜晚增暖趋势比白天明显,白天波动变化明显于夜晚,持续性高温事件变化不大,持续性低温事件大幅下降”的变化特征;③ 通过不同区域趋势变化对比、冷暖、昼夜变化关系对比发现,受城市热岛影响,西安极端低温事件减少更为突出,远高于中国其他对比区域（秦岭南北、黄土高原、东北地区等）;④ 在昼夜变化上,西安极端气温变化与中国、全球变化具有一致性,但是通过冷暖指标对比发现,西安极端气温变化具有区域性,表现为冷昼日数下降高于暖昼日数上升,冷夜日数下降高于暖夜日数上升,冷持续日数和暖持续日数共同表现为下降趋势。     

中国极端通用热气候指数的时空变化

利用ERA-Interim再分析资料,分析了1979-2014年中国极端通用热气候指数(Universal Thermal Climate Index,UTCI)时空变化特征。结果表明:(1)从全国平均看,暖指数均显著上升,且暖夜日数升幅(1.50 d/10a)大于暖昼日数(1.32 d/10a),夏季最低UTCI升幅(0.63°C/10a)大于夏季最高UTCI(0.24°C/10a)。暖昼、暖夜日数自90年代初后迅速增多。冷指数中,冬季最高UTCI显著上升(0.42°C/10a),其他指数无显著趋势。冷昼、冷夜日数阶段性特征明显,20世纪80年代和2000年代中期之后均值、波动幅度均较大,其间均值、波动幅度均较小。最近10年,中国夏季极端热应力和冬季极端冷应力均较为显著。(2)从空间分布上看,暖指数在中国绝大多数区域上升。暖昼、暖夜日数的上升中心均位于新疆东部和内蒙古中部地区,升幅分别为3 d/10a~4.80 d/10a、4 d/10a~5.94 d/10a。冷指数中,冬季最高UTCI在82.04%的区域上升,内蒙古中部和西部及陕西北部地区升幅最大,达1.20°C/10a~2.18°C/10a;其他指数的变化趋势在绝大多数区域不显著,且变化幅度较小。(3)极端UTCI指数和极端气温指数均表明,中国多数地区夏季暖昼、暖夜日数上升,冬季冷昼、冷夜日数下降。但极端气温指数揭示的暖昼、暖夜日数升幅更大,且暖夜日数升幅大于暖昼日数的现象更显著,冷昼、冷夜日数下降趋势的范围和降幅也更大。     

1965-2013年黄土高原地区极端气温趋势变化及空间差异

基于黄土高原地区52个气象站点逐日平均气温、最高和最低气温数据,采用一元线性趋势分析、相关分析等方法,分析该地区极端气温趋势变化及空间差异。结果表明：① 日最高（低）气温极低值、日最高（低）气温极高值、热夜日数、暖昼（夜）日数、热持续日数、夏季日数和生物生长季日数呈增加的趋势,其余极端气温指数呈减小的趋势。② 空间分布上,表征低温事件的冰冻日数、霜冻日数、冷昼（夜）日数和冷持续日数下降最显著的区域位于黄土高原北部;表征高温事件的热夜日数、夏季日数、暖昼（夜）日数和热持续日数上升最显著的区域主要位于黄土高原西北部;生物生长季日数上升最显著的区域主要位于黄土高原中部地区。③ 相关分析表明除了极值指数和气温日较差与其余极端气温指数相关性较差外,其余各极端气温指数之间均具有较好的相关性。④ 多数极端气温指数的变化趋势与平均气温关系密切,平均气温突变前后极端气温指数存在明显差异。⑤ Hurst指数结果表明黄土高原地区极端气温变化均呈同向变化特征。     

1960-2016年秦岭—淮河地区热浪时空变化特征及其影响因素

基于134个气象站点1960-2016年逐日最高温和相对湿度数据,辅以趋势分析、空间分析和相关分析等方法,对秦岭—淮河地区热浪时空变化特征进行分析,探讨了赤道东太平洋海温异常与热浪变化的相关关系。结果表明：①近57年秦岭—淮河地区热浪呈现“非线性、非平稳和阶段性”的变化过程,年代变化可分为3个阶段：1960-1972年热浪呈现东西分异,分界线大致位于112°E,以东地区热浪异常偏多,以西地区则“高低交替”波动;1973-1993年热浪维持“低位波动”,并在20世纪80年代中期呈现快速增加;1994-2016年,关中平原、秦巴山区、巫山山区和四川盆地热浪维持“高位波动”,黄河下游、淮河平原和长江下游热浪则经历从“相对偏多”向“相对偏少”的转变;②在影响因素方面,最高温波动变化是秦岭—淮河地区热浪频次年代变化的主导因素,相对湿度变化的影响相对较弱;③近57年来关中平原热浪年代变化与赤道太平洋西部海温异常关系更为密切,长江流域与东部海温异常关系更为密切;对于黄河下游和秦巴山区的热浪变化与不同分区赤道太平洋海温异常关系均较弱。     

新疆塔城地区极端气温变化特征及其影响因子分析

利用塔城地区7个国家气象观测站1961—2018年逐日气温资料,选用国际通用的10个极端气温指数,分析塔城地区极端气温的时空变化特征及其影响因子。结果表明:(1)塔城地区极端气温指数暖化趋势明显,最低气温极低值以0.97℃·(10a)^-1的倾向率显著升高,最高气温极高值以0.09℃·(10a)^-1的倾向率不显著升高;冷昼、冷夜、霜冻、冰冻日数分别以1.75、5.24、4.07、1.84 d·(10a)^-1的趋势减少,暖昼、暖夜、夏季、热夜日数分别以1.79、5.89、2.18、2.08 d·(10a)^-1的趋势显著增加;选取的10个极端气温指数未来变化趋势均与过去58 a趋势相同,且持续性较强。(2)冷指数与暖指数变幅表现出明显的不对称性,最低气温极低值变幅大于最高气温极高值,夜指数的变幅大于昼指数;大部分极端气温指数表现为地区北部的变暖幅度大于地区南部。(3)最低气温极低值、冷昼、冷夜在20世纪80年代初期发生暖突变;暖昼、暖夜、夏季、热夜、霜冻在90年代中期发生暖突变。(4)整体上来看,大气环流变化对冷指数的影响高于暖指数,其中冷昼、冷夜、霜冻、冰冻日数与冬季北半球、亚洲极涡面积指数正相关,与太平洋、北美、大西洋欧洲区极涡面积及欧亚、亚洲经向环流指数正相关,与欧亚、亚洲纬向环流、西藏高原指数负相关;暖昼、暖夜、夏季、热夜日数与夏季北半球、西太平洋副热带高压面积及西藏高原指数正相关。(5)冷、暖指数受大西洋、热带太平洋地区海表温度变化的影响存在差异;夜指数比昼指数对海表温度的响应更明显。     

1980—2018年中国极端高温事件时空格局演变特征

基于全国2 419个气象站1980—2018年逐日气象观测资料,利用Mann-Kendall突变检验、滑动t检验、空间自相关及标准差椭圆等方法,选取4个典型的极端高温指数,分析了中国极端高温事件时空格局演变特征。结果表明：① 中国近40 a来夏天日数、热夜日数、暖夜日数和暖昼日数均呈显著的上升趋势,4个指数均在20世纪80、90年代偏少,2000年以后逐渐增加,4个极端高温指数均在2000年左右发生显著变化。② 4种极端高温指数的空间自相关主要是以高?高和低?低2种空间聚集形态为主,夏天日数和热夜日数的聚集性较强,近40 a来暖夜日数和暖昼日数的空间聚集性先增强后减弱,且空间聚集性分布格局由高?高包围低?低转变为低?低包围高?高。③ 4个指数变化率最大的站点均位于南方地区,其中夏天日数变化率最大的站点呈东西向分布格局,其余3个指数变化率最大的站点呈南北向分布格局,西南、西北地区交界地带夏天日数和暖昼日数在近40 a来变化率均显著高于全国其他地区,华东沿海地区暖夜日数的变化趋势方向性分布最明显,且变化趋势高于全国其他地区。     

中国夏季高温日数时空变化及其环流背景

本研究利用1955~2005年全国193个气象站点夏季(5~9月)逐日最高气温资料,分析了我国东部地区夏季高温日数变化的空间分布特征和时间变化规律。经验正交函数分析结果显示高温日数的变化有明显的区域特征,第一模态表现为区域整体一致的异常,中心区位于长江中下游地区,第二模态表现为江淮流域与华南反向变化的特点,第三模态表现为东南部地区与西南、华北的反向变化。这些模态与高层大气环流的变化有关。分析表明ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)、赤道印度洋和西太平洋暖池海温,可以通过影响西太平洋和东亚地区大气环流而影响我国夏季高温日数频次,其中ENSO和西太平洋暖池区海温对高温日数变化第一模态的相关比较明显;而热带印度洋海温对第二模态有显著影响。与前期海温的关系分析可知,第一模态与前期夏季的西太平洋暖池和前期冬季赤道东太平洋海温相关关系最好,第二模态则受热带印度洋前期冬季海温影响最大,这对高温预测具有指示意义。     

1984—2020年辽宁省极端气温时空变化及粮食产量响应研究

通过选取极端气温指数对1984—2020年辽宁省极端气温时空变化进行分析,结果表明：① 近37 a极端气温指数的时间变化具有一致性,表现为暖指数（年极端高温、暖昼日数、暖夜日数）上升和冷指数（年极端低温、冷昼日数、冷夜日数）下降。受城市化进程影响,突变主要集中在1995—2005年。② 极端气温指数具有空间差异性,具体表现在城镇化水平高的城市极端气温差值变化较小,沿海地区相对指数变化幅度相对较小。③ 结合辽宁省粮食与气象灾害数据,得出1984—2020年粮食实际产量与趋势产量呈波动上升变化。相对产量与气象产量波动趋势一致,近37 a气候丰年10个、气候歉年7个,其他为正常年份。气象产量受极端高温、极端低温的影响较大,风雹、冷冻成为影响粮食产量的关键气象灾害。     

1960～2014年北京极端气温事件变化特征

基于北京1960~2014年逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采取RHtest方法对气温序列进行均一性检验和修订。在此基础上选取16个极端气温指标,分析了北京市极端气温变化趋势和突变特征,探讨了冷暖极端气温指数对北京气候暖化的贡献。结果表明:1 1960~2014年北京气温暖化趋势明显,最低温增温速率远快于最高温,修订后增长速率为:最高温(0.17℃/10a)平均温(0.30℃/10a)最低温(0.51℃/10a);2冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数、冰冻日数、冷持续日数分别以-1.43 d/10a、-6.56 d/10a、-3.95 d/10a、-1.18 d/10a、-4.83 d/10a的趋势减小;3暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.12 d/10a、5.27 d/10a、1.22 d/10a、5.43 d/10a、0.84 d/10a、1.96 d/10a的趋势增加;4日最高(低)气温极高值、日最高(低)气温极低值和气温日较差的倾向率分别为0.21℃/10a、0.34℃/10a、0.31℃/10a、0.73℃/10a、-0.33℃/10a;5极端最低气温的变暖幅度大于极端最高气温,夜指数的变暖幅度大于昼指数,冷指数的变幅大于暖指数。极端气温冷指数、夜指数、低温指数的快速变化是近年来北京市气候暖化的最直接体现。     

1960~2014年河南极端气温事件时空演变分析

基于河南1960~2014年18个气象台站逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采用线性趋势、相关分析等方法,根据选取的16个极端气温指数,分析了河南省极端气温变化趋势和空间差异,探讨了极端气温指数的影响因素以及与该区气候变化的关系。结果表明：① 河南近55 a来日最高气温的极小值、最低气温的极大/小值、暖昼/夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季呈现增大/加趋势;日最高气温的极大值、冷昼/夜日数、冰/霜冻日数、冷持续日数和气温日较差呈现减小/少趋势。② 极端最低气温的变暖主要发生在黄淮海平原区、豫西南南阳盆地以及豫南桐柏山-大别山山地丘陵区;而极端最高气温的变暖则主要发生在豫西山地丘陵区。③ 与中国其他地区相比,河南极端气温近55 a的变化速率较慢,低温出现的日数显著减少;但近20 a来大部分极端气温指数的变化速率均提高了2倍多,表明该区极端气温进入了加速变化阶段。④ 相关分析表明河南极端气温指数变化可以指示该区气候变化,且地形条件是该区极端气温空间变化的控制因素。     

Changes in temperature extremes in the Yangtze River Basin, 1962-2011

Based on daily maximum and minimum temperature observed by the China Meteorological Administration at 115 meteorological stations in the Yangtze River Basin from 1962 to 2011, the methods of linear regression, principal component analysis and correlation analysis are employed to investigate the temporal variability and spatial distribution of temperature extremes. Sixteen indices of extreme temperature are selected. The results are as follows: (1) The occurrence of cold days, cold nights, ice days, frost days and cold spell duration indicator has significantly decreased by -0.84, -2.78, -0.48, -3.29 and -0.67 days per decade, respectively. While the occurrence of warm days, warm nights, summer days, tropical nights, warm spell duration indicator and growing season length shows statistically significant increasing trends at rates of 2.24, 2.86, 2.93, 1.80, 0.83 and 2.30 days per decade, respectively. The tendency rate of the coldest day, coldest night, warmest day, warmest night and diurnal temperature range is 0.33, 0.47, 0.16, 0.19 and -0.07℃ per decade, respectively. (2) The magnitudes of changes in cold indices (cold nights, coldest day and coldest night) are obviously greater than those of warm indices (warm nights, warmest day and warmest night). The change ranges of night indices (warm nights and cold nights) are larger than those of day indices (warm days and cold days), which indicates that the change of day and night temperature is asymmetrical. (3) Spatially, the regionally averaged values of cold indices in the upper reaches of the Yangtze River Basin are larger than those in the middle and lower reaches. However, the regionally averaged values of most warm indices (except warm spell duration indicator) and growing season length in the middle and lower reaches are larger than those in the upper reaches. (4) The extreme temperature indices are well correlated with each other except diurnal temperature range.     

毛乌素沙地1960-2013年极端气温变化

毛乌素沙地处于多层次生态地理景观过渡带,拥有丰富的自然及人文资源.研究该生态脆弱区极端气温变化,有利于揭示全球气温变化与局地气温响应之间的复杂关系,为当地的可持续发展和气象灾害预防提供参考。通过线性趋势分析、累计距平、Mann-Kendall法、因子分析、R/S分析等方法,分析了该地极端气温指数的变化特征\,突变特点、相互关系,探讨了该地区气温变化的空间差异和极端气温未来的变化趋势。结果表明:(1)极端最低气温、极端最高气温、夏日日数、热夜日数、暖夜日数、暖日日数分别以不同的速率上升;冰日日数、霜冻日数、冷夜日数、冷日日数分别以不同的速率下降。(2)除极端最高气温、极端最低气温外,其余8项极端气温指数均发生突变,突变年份集中在20世纪90年代。(3)冷指数大幅下降是毛乌素沙地极端气温变化的主要特点,并且各冷指数间、各暖指数间相关关系显著。(4)毛乌素沙地极端气温在空间上表现出不同的变化特点,东北方向(榆林及鄂托克旗)冷指数呈现大幅减少,西南方向(横山及盐池)暖指数呈现大幅增加。(5)ENSO事件具有使毛乌素沙地极端最高气温降低的作用以及使极端最低气温升高的作用。(6)10项极端气温指数的Hurst指数均大于0.5,表明未来毛乌素沙地极端气温仍将呈现冷指数下降、暖指数上升的变化趋势。     

1962-2011年长江流域极端气温事件分析

根据1962-2011 年长江流域115 个气象站点的逐日最高气温、日最低气温资料,利用线性倾向估计法、主成分分析及相关分析法,并根据选取的16 个极端气温指标,分析了该地区极端气温的时间变化趋势和空间分布规律。结果表明:(1) 冷昼日数、冷夜日数、冰冻日数、霜冻日数、冷持续日数分别以-0.84、-2.78、-0.48、-3.29、-0.67 d·(10a)^-1的趋势减小,而暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.24、2.86、2.93、1.80、0.83 、2.30 d·(10a)^-1的趋势增加,日最高(低) 气温的极低值、日最高(低) 气温的极高值和极端气温日较差的倾向率分别为0.33、0.47、0.16、0.19、-0.07 ℃·(10a)^-1;(2) 冷指数(冷夜日数、日最高气温的极低值、日最低气温的极低值)的变暖幅度明显大于暖指数(暖夜日数、日最高气温的极高值、日最低气温的极高值),夜指数(暖夜日数、冷夜日数) 的变暖幅度明显大于昼指数(暖昼日数、冷昼日数);(3) 空间分布上,长江上游区域冷指数的平均值大于其中下游区域,而暖指数和生物生长季则是中下游多年平均值大于上游区域(暖持续日数除外);(4) 因子分析的结果表明,除了极端气温日较差之外,各极端气温指数之间均呈现很好的相关性。     

1960~2015年中国天山南、北坡与山区极端气温时空变化特征

基于中国天山地区35个气象站点1960~2015年逐日最高、最低气温实测资料,应用Mann-Kendall趋势检验分析法, 空间分析法等研究了极端气温的时空变化特征,并探讨了气温指数的环流背景因素。结果表明：① 近56 a来,年平均最高、最低气温均呈上升趋势,而日较差呈下降趋势; 暖指数和日最低(高)气温极小值均呈上升趋势,而其他冷指数呈减小趋势;从季节变化看,除暖昼、暖夜之外,大部分气温指数的冬季变暖幅度均明显高于夏季。② 空间分布上,天山山区年平均最低气温和日较差以及大部分冷指数的变暖幅度大于南北坡,而暖指数则表现为南坡大于北坡和山区。③ 高温和低温指数变化幅度表现出明显不对称性变化,年平均最低温的变暖幅度明显大于年平均最高温,冷指数变暖幅度大于暖指数,夜指数变暖幅度显著大于昼指数。④ 天山地区年平均最高(低)气温和极端气温冷指数受环流指数北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响较大,而北太平洋涛动(NPO)、东亚夏季风(EASMI)、南亚夏季风(SASMI)和南海夏季风(SCSMI)是暖指数变化的重要因素。