Statistical analysis on extreme wave height

The classical extreme value theory based on generalized extreme value (GEV) distribution and generalized Pareto distribution (GPD) is applied to the wave height estimate based on wave hindcast data covering a period of 31?years for a location in the eastern Arabian Sea. Practical concern such as the threshold selection and model validation is discussed. Estimates of wave height having different return periods are compared with estimates obtained from different distributions. On comparing the distributions fitted to the GEV with annual maximum approach and GPD with peaks over threshold approach have indicated that both GEV and GPD models gave similar or comparable wave height for the study area since there is no multiple storm event in a year. Influence of seasonality on wave height having different return period is also studied.     

东南极中山站-昆仑站断面最高和最低气温变化特征

利用中山站-昆仑站断面自动气象站2 m气温和同期再分析资料分析了南极沿海到内陆高原的最高和最低气温的变化特征, 并通过个例讨论了气温出现极端过程的天气背景. 结果表明: 南极中山站-昆仑站断面最高和最低气温季节变化趋势基本相似, 年际变化不明显. 最高气温标准偏差大于最低气温, 冬季气温标准偏差明显大于夏季, 且夏季气温变化幅度远小于冬季. 随海拔的增加, 最高气温年较差逐渐增大, 最低气温年变化的无芯率(气温没有明显的最小值程度)呈增大趋势, 夏季气温变化幅度逐渐增大, 冬季气温变化幅度的区域性差异不明显; 2005年7月25-31日的极端降温过程主要受到极涡、地面冷高压及下降风的共同影响.     

中国极端气温季节变化对全球变暖减缓的响应分析

利用经过质量控制和均一化处理的中国气象站点1979-2014年逐月最高气温和最低气温资料,对806个无缺测站的数据进行趋势分析和比较,并且计算了各季节对变暖减缓的贡献率,结果表明:中国区域极端气温(最高和最低气温)存在变暖减缓或变冷现象,而不同区域在不同季节对全球变暖减缓的响应程度不同.相比于1979-1999年,2000-2014年极端气温在全国大部分地区春、冬季有明显的变暖减缓或者变冷现象,在长江流域以北大部分地区极端气温在夏季变暖减缓或变冷现象明显,而秋季全国大部分地区最低气温有明显的增暖现象.全国许多地区春季是导致极端气温变暖减缓或变冷的最主要季节,而夏、秋、冬季则是导致部分地区变暖减缓或变冷的主要季节,此外秋季也是导致全国许多地区最低气温变暖的最主要季节.我国大部分地区2000-2014年的变暖减缓或变冷趋势可能受太平洋年代际振荡(PDO)冷位相的调控,而PDO冷位相对最低气温的影响范围更大一些.     

乌鞘岭是甘肃气候转型变化的分界线吗?

基于甘肃省及周边地区46个气象站点的气温和降水年值、月值数据,对数据进行均一化检验和订正后,采用气候倾向率法、Mann-Kendall 非参数检验法对甘肃近50a气候变化时空特征进行了分析。结果表明：甘肃省平均气温、平均最低气温、平均最高气温、极端最高气温、极端最低气温均升温明显,其中以最低气温升温最为显著。气温的季节变化空间差异较大,空间上四季最低气温和极端最低气温升温最显著,春、冬季平均最低气温升温最显著;夏、秋季极端最低气温升温最为显著。降水变化的区域差异大,降水气候倾向率最小值达-22.2mm·（10a）^-1,最大值14.1 mm·（10a）^-1,乌鞘岭以东表现为减少趋势,以西增加。河西地区气温突变时间为1986年,早于河东气温突变时间（1993年）。甘肃气候变化时空差异明显,乌鞘岭是近50a甘肃气候转型分异的一条重要分界线。     

Analysis of indices of extreme temperature events at Apizaco,Tlaxcala, Mexico: 1952-2003

In recent years in Mexico and around the world, the scientific community has shown great interest in acquiring knowledge regarding the behavior of extreme climate events due to their increasing number and intensity. The objective of this research was to analyze variations in extreme temperature events using extreme climate indices. We conducted a case study for the municipality of Apizaco, Tlaxcala, Mexico, using data sets of the daily maximum and minimum temperatures for the period from 1952 to 2003. Six indices related to maximum and minimum temperatures were calculated: frost days, summer days, warm days, cool days, warm nights and cool nights. All of the index results were evaluated annually and only four of the indices were analyzed according to the seasons. A trend based on a linear least squares regression model was fit to the indices to determine their behavior. The index results showed that extreme events related to maximum temperatures corresponded to greater changes and an increased number of summer days and decreased cool days. Additionally, there was an increase of frost days, associated with a greater number of days with minimum temperatures below 0 °C. In general, the results indicated that warmer and colder extreme temperatures are occurring. The detection of those trends in the extreme events can be seen as a first step in any study of the attribution of those observed changes (e.g., land use change, regional climate change, etc.). This attribution aspect will not be discussed in the present study.     

辽宁省气温变化趋势中的城市化影响研究

利用1961 - 2017年逐日平均、 最低、 最高气温资料、 DMSP/OLS卫星夜晚灯光数据, 定量分析了城市化对辽宁省平均气温和极端气温指数趋势变化的影响。研究表明： 辽宁省气温呈显著增加趋势, 城市站增温速率明显快于乡村站; 平均最低气温增温率最快, 平均气温次之, 平均最高气温相对较慢; 四季增温速率依次为： 冬季>春季>秋季>夏季; 最低气温的城市化影响贡献率最大, 平均气温次之, 最高气温相对较小; 城市站最低气温的明显升高和最高气温增幅较小, 必将导致日较差明显减小和日较差城市化影响贡献率的增大。城市化加剧了辽宁省极端低温事件的显著减少和极端高温事件的明显增加, 城市化对极端气温事件影响显著。与冷事件有关的极端气温指数的城市化影响均为负值, 与暖事件有关的均为正值; 相对指数的城市化影响贡献率较大, 持续时间指数次之, 除气温日较差以外的绝对指数相对较小。基于最低气温的极端气温指数比基于最高气温的极端气温指数受城市化影响更显著, 其原因可能是城市热岛强度的非对称性以及城市站和乡村站气溶胶浓度之间的差异, 导致最高气温的增加没有最低气温的增加显著。     

Temperature trend analysis in the glacier region of Naradu Valley,Himachal Himalaya,India

Two and a half decade (1985–2009) surface air temperature from Giovanni database available for the Naradu valley at High Himalaya Mountain range of Himachal Pradesh has been analysed to determine the changes in the maximum, minimum and mean air temperatures. The analysis was subjected for seasonal, annual and monthly basis and revealed a tendency towards warmer years all around, with significantly warmer winter and more significant increase in minimum temperatures. The annual maximum, minimum and mean temperatures have increase by 1,41 °C, 1,63 °C and 1,49 °C, respectively. The seasonal analysis indicates that the tendency is more pronounced in winter followed by post-monsoon, pre-monsoon and monsoon season. The trends were also examined on a maximum temperatures, and it showed a significant warning in all the months in annual mean, minimum and maximum temperatures, except February during the period of 1985–2009 in the valley. Different trend detection statistical tools have been exercised by using variety of non-parametric tests and all are in agreement.     

青海省极端气温事件的气候变化特征研究

选用青海省37个气象站点1961-2011年近51 a, 逐日气温(最高、 最低、 平均)资料, 采用国际通用的极端气温指数定义计算了9种极端气温指数, 并分析其主要气候特征.结果表明: 近51 a青海省极端气温呈明显上升趋势, 极端冷指标(霜冻、 结冰日数、 冷夜、 冷昼指数)呈下降趋势, 而极端暖指标(夏天日数、 暖夜、 暖昼指数)呈上升趋势, 且极端冷指标的减少幅度高于极端暖指标的增加幅度.空间分布上, 极端气温指数在全省呈一致的上升(下降)趋势分布.在近51 a的时间尺度上各种极端气温指数都存在多个较明显的周期, 如较短的3~8 a的准周期, 以及13 a、 17 a、 27 a的年代际周期特征.青海省年平均气温与极端气温指数有很高的相关性, 气候变暖突变前后极端气温指数表现出明显差异: 在变暖突变发生后, 霜冻日数、 冷夜指数、 冷昼指数、 结冰日数明显减少, 夏天日数、 暖夜指数及暖昼指数明显增加, 其中相对指数几乎呈倍数显著变化, 表明极端气温指数对气候变暖有很好的响应.     

1961-2015年山东省济宁市地温与气温变化的相关分析

土壤温度直接影响着作物的生长,在气候变暖的大背景下,研究地面浅层下温度的变化,对指导农业生产意义重大。利用1961-2015年济宁国家级气象站气温和0～20cm地温资料,采用气候倾向率、累积距平、信躁比、蒙特卡罗检验等统计方法,对气温和地温的年、季变化和气候突变及异常特征进行相关分析。结果表明：年、季平均气温和地温均呈极显著增温趋势,增幅为0.18～0.58℃·（10a）^-1,地温增幅小于气温,地温春季增幅最大,气温冬季增幅最大。年平均地温与气温呈极显著正相关,相关系数均在0.87以上,其中20cm地温与气温的相关系数最大为0.93,5cm最小为0.87,春季最大,冬季最小。气温极值的变化与地表温度极值的变化相关性极为显著,平均最低值的相关系数最高。年平均气温和15cm、20cm平均地温在1986年、0cm平均地温在1993年发生了突变,突变前为冷期,突变后为暖期,自20世纪80年代末以来,气温与20cm地温的变化规律最为接近。四季中,气温与0cm地温的异常年份具有较好的一致性;春、夏、秋三季地温和气温分别在2014年、2013年、1998年异常偏高,冬季地温异常年份受气温异常的影响最小。     

黄河源区气温变化特征及预估分析

利用黄河源区青海段9个代表性站点1961-2017年逐日气温资料和未来RCP4.5排放情景下的预估数据,分析和预估了黄河源区年平均、年平均最高、年平均最低和极端气温变化特征。结果表明：近57年来年平均最高、年平均、年平均最低气温均呈显著上升趋势且倾向率依次增大。年平均气温和年平均最高气温在1997年存在显著突变。通过分析1961-1997年、1998-2007年以及2008-2017年阶段性变化可知,年平均气温持续上升,年平均最高气温先上升后趋于稳定,而年平均最低气温升温速率在1998-2007年最大,2008-2017年升温速率较1998-2007年有所降低。暖昼日数持续增多,霜冻日数和冰封日数持续减少,冷夜日数在1998-2007年减少速率最低,近10年来减少速率增大。未来33年黄河源区年平均、年平均最高、年平均最低气温和极端暖事件均呈明显的增加趋势,极端冷事件呈减少趋势。对黄河源区过去和未来气温变化规律进行了探讨,将为该区域气温变化对策的制定与实施提供理论依据。     

Changes in annual and seasonal temperature extremes in the arid region of China, 1960–2010

Daily data of minimum and maximum temperature from 76 meteorological stations for 1960–2010 are used to detect the annual and seasonal variations of temperature extremes in the arid region, China. The Mann–Kendall test and Sen estimator are used to assess the significance of the trend and amount of change, respectively. Fifteen temperature indices are examined. The temperature extremes show patterns consistent with warming, with a large proportion of stations showing statistically significant trends. Warming trends in indices derived from daily minimum temperature are of greater magnitudes than those from maximum temperature, and stations along the Tianshan Mountains have larger trend magnitudes. The decreases in frequency for cold extremes mainly occur in summer and autumn, while warm extremes show significant increases in frequency in autumn and winter. For the arid region as a whole, the occurrence of cold nights and cold days has decreased by ?1.89 and ?0.89 days/decade, respectively, and warm nights and warm days has increased by 2.85 and 1.37 days/decade, respectively. The number of frost days and ice days exhibit significant decreasing trends at the rates of ?3.84 and ?2.07 days/decade. The threshold indices also show statistically significant increasing trends, with the extreme lowest temperatures faster than highest temperatures. The diurnal temperature range has decreased by 0.23 °C/decade, which is in accordance with the more rapid increases in minimum temperature than in maximum temperature. The results of this study will be useful for local human mitigation to alterations in water resources and ecological environment in the arid region of China due to the changes of temperature extremes.     

1961—2005年河西走廊东部极端气温事件变化

利用1961—2005年河西走廊东部五站的逐日气温资料,通过百分位法定义了不同台站的逐日极端高、低温阈值,研究了河西走廊东部近45a来极端气温事件变化的空间分布以及时间变化特征.结果表明:在空间分布上,河西走廊东部极端最高气温总阈值民勤出现了暖中心,乌鞘岭出现了冷中心;极端最低气温总阈值暖中心出现在武威,冷中心出现在乌鞘岭;极端最高、低气温空间分布与其对应阈值的空间分布类似;河西走廊东部极端低温频数南北部都呈现减少趋势,而极端高温频数在南部古浪和北部靠近沙漠区的民勤呈现减少趋势,其它地区为增加趋势.时间变化上,河西走廊东部极端最高、低气温总体都呈增温趋势,增温幅度极端最低气温比极端最高气温明显;极端最高气温频数总体呈略增加趋势,极端最低气温频数呈明显的减少趋势;极端最高、低气温和极端最高、低气温频数都是6～7a和9～10a周期反映明显;极端最高、低气温增温以及极端高温频数增加和极端低温频数减少都发生了突变现象.     

1958-2008年山西气温变化的特征及趋势研究

With the original meteorological record, monthly report and informationized manufacture data of 109 stations during 1958-2008 archived by Shanxi Meteorological Information Center, the authors studied the variation trend and characteristics of average air temperature, average maximum and minimum air temperature, and average daily range of air temperature in Shanxi, the results show that: during the resent 51a, the warming trend of average air temperature, average maximum and minimum air temperature separately was 0.306℃/10a,0.337℃/10a and 0.363℃/10a in Shanxi, which was much higher than that of the corresponding period of the whole nation; the warming trend in winter, spring and autumn separately was 0.46℃/10a、0.35℃/10a和0.26 ℃/10a, the warming range was obviously higher than that of the whole nation, though, the warming range in summer was lower than that of the whole nation; the average daily range: was on descending trend in winter, summer and the whole year without exception, while in spring and autumn it was on weak upward trend. North Shanxi is not only the area where the seasonal and annual warming is the most obvious, but also is the area where the decreasing scope and extent of average daily range are maximum, Southwest Shanxi is the area where the increasing scope and extent of average daily range are maximum all the year round, in summer the air temperature appeared obvious dropping trend in the southeast of Shanxi; The contribution that the enhancing factor of urban heat island effect made to the seasonal average air temperature rising of moderate cities and above, is the highest in summer, and the lowest in winter.     

2001-2015年天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系

采用2001-2015年MODIS积雪和陆表温度数据、中国高时空分辨率降水数据,基于趋势分析和相关分析方法,分析了天山山区积雪时空变化及其与温度和降水的关系。结果表明：（1）年内积雪面积变化受海拔影响,海拔≤4 000 m,呈单峰型分布,积雪面积冬季大,夏季小;海拔介于4 000~≤5 000 m,积雪面积分别在春季和秋季出现两次峰值;海拔>5 000 m,积雪面积变化与低海拔相反,在夏季达到最大,冬季最小。就年际变化而言,全区积雪面积呈略微减少趋势,其中秋季略微增加,春季变化不大,冬季和夏季明显减少。（2）积雪覆盖频率受水汽来向和地形影响,呈西高东低、北高南低分布格局,与海拔呈正相关。山区大部分区域积雪覆盖频率呈减少趋势,其中海拔介于3 600~≤4 600 m的积雪覆盖频率减少最为显著。（3）在春、夏季,温度是决定积雪面积变化的主要因素,与积雪面积呈负相关;在秋、冬季,降水对积雪面积变化的贡献大于温度,与积雪面积呈正相关。（4）积雪覆盖频率整体上与年均温度呈负相关,与降水呈低度正相关,相关程度及显著性水平在空间分布上存在差异,温度对积雪覆盖频率变化的贡献大于降水。     

我国新疆北部地区夏季极端降水事件的特征分析

基于1961 - 2017年6 - 8月新疆北部47个观测站点的逐日降水资料, 根据百分位法定义不同站点的夏季极端降水阈值, 分析了新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水的时空分布特征、 贡献率及其与海拔的关系。结果表明： 新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水量的各个特征量分布存在明显的时空差异, 空间上夏季极端降水事件、 最大日降水量表现为山区高、 盆地低的特点,在海拔2 000 m左右存在一个最大降水带; 夏季极端降水事件和最大日降水量呈增多、 增强的趋势, 并从20世纪90年代前后开始有明显的增加。夏季极端降水事件主要以单日为主, 夏季极端降水贡献随时间呈缓慢增加的趋势, 而夏季极端降水过程贡献和最大日降水贡献随时间变化呈下降趋势。     

Local climate change induced by groundwater overexploitation in a high Andean arid watershed,Laguna Lagunillas basin,northern Chile

The Laguna Lagunillas basin in the arid Andes of northern Chile exhibits a shallow aquifer and is exposed to extreme air temperature variations from 20 to ?25 °C. Between 1991 and 2012, groundwater levels in the Pampa Lagunillas aquifer fell from near-surface to ~15 m below ground level (bgl) due to severe overexploitation. In the same period, local mean monthly minimum temperatures started a declining trend, dropping by 3–8 °C relative to a nearby reference station. Meanwhile, mean monthly maximum summer temperatures shifted abruptly upwards by 2.7 °C on average in around 1996. The observed air temperature downturns and upturns are in accordance with detected anomalies in land-surface temperature imagery. Two major factors may be causing the local climate change. One is related to a water-table decline below the evaporative energy potential extinction depth of ~2 m bgl, which causes an up-heating of the bare soil surface and, in turn, influences the lower atmosphere. At the same time, the removal of near-surface groundwater reduces the thermal conductivity of the upper sedimentary layer, which consequently diminishes the heat exchange between the aquifer (constant heat source of ~10 °C) and the lower atmosphere during nights, leading to a severe dropping of minimum air temperatures. The observed critical water-level drawdown was 2–3 m bgl. Future and existing water-production projects in arid high Andean basins with shallow groundwater should avoid a decline of near-surface groundwater below 2 m bgl and take groundwater-climate interactions into account when identifying and monitoring potential environmental impacts.     

ENSO对青藏铁路沿线气温和地温的影响及其预测

研究了天文因素对近500 a来厄尔尼诺事件的影响, 分析了近50 a来ENSO事件与青藏铁路沿线气温地温的关系. 结果表明: 年平均气温和年平均最高气温, 春季平均最高气温、夏季平均最低气温和秋季平均最低气温, 在El Nio年偏低; 而在La Nia年则偏高. 0 cm年平均最低地温、秋季平均最低地温和冬季平均最低地温, 在El Nio年偏低; 而在La Nia年则偏高. ENSO事件对从5 cm及其以下的地温没有明显影响. 厄尔尼诺事件有准60 a和准19 a周期, 其可能是对天体运动的响应.     

天山南坡黄水沟与清水河寒区流域极端水文事件对气候变化的响应

冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响,近几十年来新疆区域洪水呈显著加重趋势,尤其是南疆区域洪水明显加剧. 以天山南坡黄水沟与清水河寒区流域为研究区域,通过分析水文站极端水文事件,结合流域上游山区巴伦台气象站资料,研究了高寒山地流域在气候变化背景下极端水文过程出现时间、年最大和最小径流的响应特征. 结果表明：1986年是水文过程的突变点,从1986年开始随着降水、气温的增加,河流径流量呈增加趋势;最大年径流出现时间从6月中下旬推迟到7月下旬;最大径流和最小径流与年径流量呈正相关关系,最大径流与夏季降水关系密切,而最小年径流与冬春季的气温关系密切. 随着1986年以来的气温升高,冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显,也使年最小径流明显增大;1986年以来降水变化决定着年径流量增加,使年最大径流集中出现在夏季且量级增大. 总体来讲,20世纪80年代中期以后山区河流年极端洪峰量增大,洪水量增多,年际间变化幅度明显增大,从而对下游造成更严重的灾害. 因此,加强气候变化对寒区流域水资源和洪水灾害的影响评估,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.     

1961-2012年辽宁省极端气温事件气候变化特征

利用辽宁省52个气象台站逐日平均气温、 最高气温和最低气温数据, 使用国际通用的10种极端气候指数, 研究了1961-2012年辽宁省极端气温事件的气候变化特征. 结果表明: 年平均极端气温事件空间分布存在明显的地区差异. 时间尺度上, 1961-2012年辽宁省年及四季极端暖事件(暖昼日数、 暖夜日数、 夏季日数、 热带夜数和热浪持续指数)呈增加趋势, 极端冷事件(冷昼日数、 冷夜日数、 结冰日数、 霜冻日数和寒潮持续指数)呈减少趋势; 极端暖事件在20世纪90年代中期开始明显增加, 极端冷事件在20世纪80年代末期开始显著减少; 极端暖事件的变化速率要小于极端冷事件. 辽宁省气温日较差有增大的趋势, 极端暖(冷)事件的增加(减少)在秋季(冬季)最为显著. 空间变化上, 极端气温事件在全省基本都呈一致的增加或减少的分布. 多数极端气温事件均存在8 a左右的周期, 检测到的突变的时间大致在20世纪80年代中期到90年代末期. 20世纪80年代末期辽宁省气候变暖后, 极端暖事件和冷事件均有明显的增加和减少.     

南极半岛近百年气温的年代际振荡

利用南极半岛及邻近地区(30°～70°W,50°S以南)气象观测资料较好的12个站,建立了该地区近百年的气温距平序列.结果表明:1)近百年南极半岛气温有3个跃变点,分别在1919-1923年1947-1953年和1976-1982年之间,两个跃变点之间的稳定气候阶段的平均长度约30a左右;2)各阶段平均气温成阶梯式的上升,近百年年气温增加了0.730℃,但增温幅度各季不同:冬季最大,夏季最小;3)南极半岛年冰密集度指数倾向率为-0.2053·(10a)^-1,而且夏半年(12～翌年5月)比冬半年(6～11月)大;4)南极半岛温度与它的冰密集度指数呈反相关,夏季、秋季和年的相关系数都超过了5%信度.