区域优化平均法的改进及其在计算平均温度中的应用

气候重建研究中,重建数据有限的特点对研究造成很大影响。对于解决这个问题,区域优化平均法是一个很有效的重建方法。区域优化平均法可以通过最优权值和有限的温度数据计算目标区域平均温度的一种方法。应用区域优化平均法时,首先利用均方差最小化的优化加权机制和拉格朗日乘子法计算得到最优权值,然后最优权值结合温度数据计算得到区域平均温度。现阶段的区域优化平均在计算大范围区域的平均温度时有其自身弱点。为克服这一弱点,使其可以计算大范围区域的平均温度,例如北半球平均温度,本文对区域优化平均法做如下改进：不再使用网格划分求和的方式求解协方差模式,利用Haar小波函数和矩阵算子求得协方差模式;利用全选主元高斯消去法求解线性代数方程组得到最优权值。结果表明,Haar小波函数和矩阵算子用于计算中,使协方差模式的计算结果更精确。计算所用数据源于气候研究中心（CRU）,CRU被认为是最权威的数据来源之一。以计算北半球1961~1990年平均温度为例,发现改进后的区域优化平均法的计算所得结果与CRU已有结果的相关性较改进之前有所提高。因此,针对古气候重建过程中代用数据记录有限的问题,改进后的区域优化平均法提供了一个更为合理可行的计算方法。     

河西走廊东部低温事件变化特征

根据1960-2015年河西走廊东部5个气象站逐日最低、平均气温资料,通过固定阈值和百分位阈值法定义了低温事件,采用气候统计学方法,分析了该区域低温事件的强度、极值和日数的变化特征,统计结果显示,受海拔高度、地形地势和植被覆盖的影响,河西走廊东部低温事件的空间分布均存在明显地域差异,均为高寒山区天祝强度和极值最强,日数最多,绿洲平原区凉州强度和极值最弱,日数最少。河西走廊东部年代和年低温事件强度和极值呈减弱趋势,日数呈减少趋势,2010-2015年减弱和减少的趋势尤为明显。年低温事件强度、极值和日数的时间序列均存在着周期性变化,但都没有发生气候突变,只出现了转折年份。两种标准的低温事件均出现在1~3月和11~12月,强度、极值和日数高峰值均在1月或12月。年低温事件存在一定的异常性,正常低温事件强度、极值和日数的年份概率在64.3%～80.4%,对安全生产造成危害的低温事件强度、极值偏强和特强年份的概率在7.1%～16.1%,日数偏多和特多年份的概率共为16.1%。本研究可为低温的预报预警提供技术支持,同时可为地方政府提供准确的决策依据,对区域气候变化研究和经济发展有重要意义。     

秦岭南北1951-2009年的气温与热量资源变化

根据47 个地面气象站1951-2009 年日气温资料,对秦岭南北近60 年温度带划分指标(包括年平均气温、日平均气温稳定≥ 10 ℃的日数与积温、最冷月与最热月气温、极端最低气温等) 的变化特征进行了分析,结果发现：秦岭南北气候增暖主要出现在20 世纪90 年代初之后,年平均气温、日平均气温≥ 10 ℃的日数和积温的变化趋势基本一致,1951-1993 年在年代波动中略有下降,而1993 年之后则快速上升;但存在着季节和区域差异。在季节上,冷季(1 月) 平均气温与极端最低气温变化趋势一致,1951-1985 年均在波动中略有上升,1985 年之后出现微弱下降;而暖季(7 月) 温度总体变化趋势不明显。在区域上,1993 年之后,秦岭以北、秦岭南坡、汉水流域及巴巫谷地的日平均气温稳定≥ 10 ℃的日数分别较1993 年之前增加了10 天、10 天、8 天和5 天,相应时段的积温分别增加了278 ℃、251 ℃、235 ℃和207 ℃;即20 世纪90 年代初以来,秦岭以北气温与热量资源增加幅度要比秦岭以南稍大一些。     

VARIABILITY IN HIGH TEMPERATURE EXTREMES IN THE SOUTHEASTERN UNITED STATES

Forty-one years of data from 13 first-order National Weather Service stations in the southeastern United States were analyzed to determine the spatial variability in the frequency and duration of hours and days when temperatures were ≥32° C (high-heat). Spatial analysis indicated that extreme high temperature characteristics from individual stations should not be combined into a regional or statewide average. For determining high-heat scenarios, May through September (summer) average maximum temperature (Tmax) was found to be a more appropriate indicator of high-heat conditions than the average temperature (Tmean). Comparing conditions in average warm and cool summer seasons indicated that: (1) increases in the frequency and duration of high-heat hours and days from cool to warm summer seasons range from 70 to 997%; (2) the number of high-heat hours per day increases significantly (27 to 118%) from cool to warm summer seasons; (3) increases in Tmax from cool to warm summer seasons are greater than increases for Tmean; (4) Tmean values underestimate the number and duration of high-heat events; and (5) the diurnal temperature range increases during warm summer seasons. These results show that great variability already exists in today's climate characteristics, and that any potential shift in average temperature will cause even greater changes in the frequency and duration of extreme high temperatures in this region. [Key words: climate variability, temperature extremes, southeast United States.]     

ECMWF高分辨率模式对陕西2017年7月高温预报的检验及订正

2017年7月陕西累计出现26 d日最高气温≥35℃的高温天气,其中14 d日最高气温突破40℃,7月7～14日和17～27日出现2次区域性持续高温天气。利用陕西99个国家站的最高气温逐时观测和ECMWF高分辨率模式的定时最高气温预报资料,检验ECMWF高分辨率模式对2017年7月陕西极端高温天气的预报能力和一元线性回归方法对气温预报的订正能力。结果表明:144 h之前模式较好地预报出了陕西2次区域性持续高温天气,但是高温日数的预报值在陕西大部分地区较观测值偏少,漏报了陕南大部分地区的高温日,与14:00～17:00时段最高气温的预报值在陕西大部分地区较观测值偏低,其中陕南地区的预报平均绝对误差明显大于其他地区有关。一元线性回归方法对168 h之前的最高气温预报为正订正效果,订正后陕西大部分地区最高气温的预报准确率上升,平均绝对误差减小,日最高气温≥35℃或≥40℃的高温预报较订正前更接近实况。     

2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征及成因北大核心CSCD

利用地面观测资料分析了2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征,同时基于气候动力因子、温度、降水和NDVI资料,研究西北地区区域性沙尘暴成因。结果表明:2000—2020年西北地区区域性沙尘暴年总日数呈波动下降趋势,且存在两个高(低)频期。春季是区域性沙尘暴高发季,其中4月总日数最高,达47 d;相较于上旬和中旬,春季各月下旬更易出现区域性沙尘暴。新疆南部的塔里木盆地、内蒙古中西部和甘肃河西是西北地区区域性沙尘暴高发区,总日数均在10 d以上,其余大部分地方总日数均小于8 d。北半球极涡面积指数、强度指数及亚洲区极涡强度指数均与区域性沙尘暴日数显著正相关,北半球极涡从扩张期到收缩期转变及其强度的减弱,是西北地区区域性沙尘暴减少的重要气候动力因素。西北地区年(春季)降水量和平均NDVI均与区域性沙尘暴日数显著负相关,近21年西北地区大部分地方气候趋于暖湿化,植被覆盖整体以改善为主要趋势,此种转变有利于沙化面积收缩,减少非输入性沙尘暴的发生。     

RCP4.5情景下淮河流域气候变化的高分辨率模拟

利用CCLM高分辨率区域气候模式RCP4.5情景预估数据与淮河流域1960-2005年日尺度气象观测资料,对比分析模式在试验期（1960-2005年）和预估期（2006-2040年）的模拟能力。结果表明：①试验期模式数据能较准确地模拟流域逐月平均温度时间变化特征,相关系数达0.99（通过95%置信度检验）;日均温空间分布特征相关系数达0.72;但在南部高海拔地区（安徽省霍山县和金寨县）精度不高;极端最高（低）气温的空间相关性达0.77（0.88）。②模式在试验期模拟的逐月平均降水量总体趋势与实测值变化一致,相关系数达0.63（通过95%置信度检验）;对干旱的模拟与观测数据存在一定误差,但整体趋势与其一致;年均降水量和极端强降水空间分布相关系数分别达0.90和0.93,模拟效果较好;整体上,模式对温度的模拟效果要好于降水模拟。③RCP4.5情景下,空间尺度上淮河流域未来温度和降水与观测期相比变幅小,时间尺度上年均降水量无显著变化,平均气温年际变化率约0.21℃/10a,极端高温持续增长,低温持续下降。     

IPCCSRES情景下新疆未来气候变化格局分析

全球气候模型（GCM）提供了有效的方法来评估全球气候变化的过程,并可预估包括人类活动因素驱动在内的未来气候变化情景。然而其较低的分辨率并不能捕捉到那些地表特性复杂区域的气候变化特性。因此,使用包括区域气候模型（RcM）、偏差校正法和统计方法等方法在内的降尺度方法来处理GCM的原始数据以达到评估区域的气候变化的目的。本研究应用使用偏差校正法中的delta方法将24个GCM在IPCC三种气候变化情景下的月尺度数据水平分辨率降尺度到0．5℃,进而用于分析新疆未来气候变化格局。基于降尺度后的计算结果与GCM模型原始数据比较表明：降尺度方法可以改善复杂地表和地形的区域气候变化预估特征,并降低GCM生成的气候数据在新疆地区的不确定性。结果表明：AIB、A2和B1三种情景模式下年均气温和年降水量在21世纪早期具有相似的空间格局与变化趋势,到21世纪中期会产生波动变化。年平均气温在A1B,A2和B1三种情景下到21世纪末将分别达到10℃,11．1℃和8．5℃;与此同时,年降水量将会有波动性的增加趋势。在2020—2070年间,AIB情景下区域年平均气温大于其他两个情景。A1B情景下的年降水量在2020-2040年间也大于其他两个情景。然而,在不同的情境下年平均气温与年降水存在很大的不确定性。不同情景下年平均气温的差异达6℃,而年平均降水差异大约200mm。在区域气候变化格局方面,到21世纪末,在天山中部、伊犁河流域、天山南部和塔里木河下游的年平均气温的增长要比准噶尔盆地、帕米尔高原和昆仑上北坡的小。年降水量在南疆西部呈现出轻微的下降趋势,但是在昌吉,吐鲁番,哈密和阿尔金山北部呈现出增长趋势。     

福建主要城市周边平缓高地与避暑休闲气候关系分析

针对酷热夏季避暑休闲的需要,根据福建主要城市周边普遍存在的平缓高地地形,用地形分析法提取了城市周边53片海拔500—1100m的集中连片平缓高地,总面积达366．2km^2,分析其交通可达性,提出开发利用这些平缓高地作为避暑休闲用地的设想;根据气候要素特征空间变化的规律和地理相关法,从已有观测资料推测估算这些缺乏直接观测资料的平缓高地的多年平均月均温、月均高温、月均低温、日高温≥30℃和≥35℃的天数、月均降水量、月均相对湿度和日照时数等气候要素特征值,定性推测这些高地的风速,论证了这些高地具备良好的避暑休闲气候条件．     

南岭山地地域分界性的地理探测

利用地理探测器模型,选取气温、降水、植被及土壤类型指标,从空间分层异质性的角度对南岭山地的地域分界性进行定量探测识别。结果表明：1）南岭山地具有显著的地域分界性,q值最高达到0.99,岭南与岭北2个子区域的层内方差之和（SSW）远小于全区总方差（SST）,南岭山地两侧区域空间分异性显著。2）南岭山地地域分界性具体主要体现在气温方面,其中最冷月均温、最低多年平均日最低温、日均温≥10℃积温、日均温≥10℃天数、年均温5项指标对南岭山地地域分界性贡献度最大;植被类型、土壤类型及降水指标对南岭山地地域分界性的贡献度不及气温指标,且贡献度依次减小。3）南岭山地地域分界性具有明显的季节差异,在气温方面于春、秋、冬季显著,而夏季明显减弱;在降水方面季节波动明显,且于夏、秋2季显著,并在11月达到峰值。     

风速分辨率对土壤风蚀模数计算结果的影响

风是土壤风蚀的驱动力,风力直接影响土壤风蚀的强度。风速是土壤风蚀预报模型的主要输入参数,高时间分辨率和高空间分辨率的风速数据能提高模型模拟效果。为对比风速处理方法及风速数据时空分辨率对模型模拟结果的影响,基于修正风蚀模型（RWEQ）评估该模型对于各输入参数的敏感性,分别选取中国北方农牧交错带内130个气象站（基准气候站和基本气象站）中不同类型及不同数量的气象站数据,利用线性插值法和风蚀预报系统（WEPS）的WINDGEN风速生成法将1日4次风速数据和1日2类风速数据生成24 h风速数据输入模型,结合1日4次风速数据直接输入模型构建了不同气象站数量及不同风速数据类型的6种模拟情景,计算了研究区在不同模拟情景下的潜在风蚀模数。结果表明：RWEQ模型估算的区域潜在风蚀模数会随气象站点的数量和风速时间分辨率的提升而增加;风速数据的线性插值方法在RWEQ模型中应用效果不理想,与WEPS模型的WINDGEN风速生成方法相比,线性插值法使地面2 m处大于临界起沙风速（5 m·s^-1）的风速频率降低,过低估计潜在风蚀模数和区域土壤风蚀状况。     

中国降水未来情景的降尺度模拟

基于长时间序列(1964～2007年)的全国降水观测数据, 结合经纬度数据以及DEM、 坡向、坡度等系列地形特征数据, 利用空间统计方法, 在构建年平均降水降尺度模型的基础 上, 运用高精度曲面建模(HASM)方法对经过降尺度分析的HadCM3的A1Fi、A2a和B2a 三种情景T1～T4时段的全国未来平均降水进行高精度曲面模拟。模拟结果显示, 在T1～T4 时段内, A1Fi、A2a和B2a三种情景的全国平均降水均呈持续增加趋势。其中, 平均降水在 A1Fi情景中增加速度最快, B2a情景中增加速度最慢;A1Fi和A2a两种情景的平均降水均呈 加速增加趋势, 而B2a情景的平均降水则呈减速增加趋势。模拟结果表明, 本文构建的降尺 度模拟方法可以有效地实现IPCC GCM 的低分辨率的降水情景数据降尺度转换成高分辨率的 降水数据。     

冬小麦水分耗散特性与农业节水

本文根据中国科学院禹城综合试验站１９８６年－１９９６年蒸渗仪农田水分模拟试验资料统计；冬小麦全生育期耗水量可达４８２．５ｍｍ，缺水率可达６９．３％；冬小麦全生育不分耗散过程有两个明显的需水峰区和３个关键需水期，为实施节水灌溉提供了实验依据；冬小麦耗水量与环境因子有明显的相关关系，其统计规律可供地下水浅埋区区域灌溉预测参照应用。     

全球平均气温未来情景的降尺度分析

如何提高全球气候模拟数据的分辨率,以满足全球、区域乃至局地陆地生态系统全球变化响应的定量分析,是当今全球气候变化研究的核心内容之一。在全球尺度上,本文利用全球气象观测站点的气候数据和DEM 数据,对全球年平均气温与纬度和海拔高程之间相关性进行回归分析,建立全球气候降尺度空间模拟的统计转移函数,并与高精度曲面建模(HASM)方法进行集成,从而实现IPCC GCM HadCM3 的模拟数据从3.75° × 2.5°到 0.125° × 0.125°的降尺度处理。研究结果表明,在3 种气候情景的T1-T4 时段内,格陵兰岛平均气温在0℃以下的区域和南极洲平均气温在-35℃以下的区域均呈逐渐缩减趋势,赤道至南北回归线之间的平均气温大于40℃以上的区域呈逐渐增加趋势。其中,A1Fi 情景的平均气温上升速度最快,A2 情景次之,B2 情景的平均气温上升速度最慢。构建降尺度方法有效地将IPCC GCMs的粗分辨率的气候情景数据降尺度转换成高分辨率的气候数据,并克服和弥补了目前IPCC GCMs的模拟数据因分辨率低而不能对区域乃至局地气候变化的细节及趋势进行刻画的缺陷。     

ANALYSIS OF SUMMERTIME DAILY PRECIPITATION FOR THE OKEFENOKEE SWAMP REGION

An assessment of the summertime precipitation climate for the Okefenokee Swamp region was undertaken utilizing daily precipitation data from meteorological sites near the swamp for the period 1955-1980. “Runs of dry days” were investigated in relation to total seasonal precipitation and with regard to the distribution of runs by length. Utilizing Markov chain analysis and regression techniques, relationships between the length of runs of dry days and total seasonal precipitation as well as cumulative number of runs of dry days and total seasonal precipitation were established. However, further analysis of the intensty distribution of daily precipitation suggested that the summertime precipitation climate could best be described utilizing an assessment of days with a significant amount of precipitation rather than by studying runs of dry days. An analytical definition of a “significant rain day” was attempted utilizing the correlation of the number of rain days exceeding a given daily precipitation threshold value versus total seasonal precipitation. The most appropriate threshold value was found to be about 0.6 inches, suggesting that days with greater than this amount of precipitation can be defined as significant rain days.     

基于情景的中国1951-2010年极端高温灾害的危险性分析(英文)

China is physically and socio-economically susceptible to global warming-derived high temperature extremes because of its vast area and high urban population density. This article presents a scenario-based analysis method for high temperature extremes aimed at illustrating the latter’s hazardous potential and exposure across China. Based on probability analysis, high temperature extreme scenarios with return periods of 5, 10, 20, and 50 years were designed, with a high temperature hazard index calculated by integrating two differentially-weighted extreme temperature indices (maximum temperature and high temperature days). To perform the exposure analysis, a land use map was employed to determine the spatial distribution of susceptible human activities under the different scenarios. The results indicate that there are two heat-prone regions and a sub-hotspot occupying a relatively small land area. However, the societal and economic consequences of such an environmental impact upon the North China Plain and middle/lower Yangtze River Basin would be substantial due to the concentration of human activities in these areas.     

气候变化影响下北海公园冰上运动季的特征与情景模拟

北海公园冰上运动是北京传统体育文化遗产的重要组成内容以及冬季休闲旅游的代表性符号,强化其气候变化影响与适应研究,对于应对全球变化的挑战、践行“大力发展冰雪经济”的指示具有重要意义。本文从多源文献中提取分析了其冰场多年启闭日期（间接指示冰层厚15 cm）的变化特征,并结合气温器测数据以及4种气候情景数据（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5）,利用留一交叉验证法探讨了不同温度指标和拟合方程的预测效果差异,进而对未来冰上运动季的变化、潜在影响与适应对策进行分析。结果表明：① 1989—2018年冰上运动季始日、末日和持续长度的均值分别为1月1日、2月5日和36 d,对应的趋势表现为不显著的推迟（1.00 d/10a）、提前（-0.77 d/10a）和延长（1.11 d/10a）,时序变化可区分为1989—2000年、2001—2013年和2014—2018年3个阶段。② 冰上运动季始、末日分别对其日期前59 d的日最低温和前94 d的日最高温有较好响应,利用这两个指标和玻尔兹曼函数可更好预测冰上运动季变化。③ 2021—2099年冰上运动季始日、末日和持续长度的均值分别较1989—2018年晚1 d、早1 d和缩短2 d,3个指标变幅一致缩小,对应的0.14 d/10a、-0.21 d/10a和-0.34 d/10a的趋势均达到0.01的显著性水平。④ 未来79 a内冬季两大节庆中元旦冰上运动的适宜性要大于春节,其中春节的适宜性在4种气候情景下相差不大,而元旦的适宜性则在4种情景下有一定差别。⑤ 在相关预估结果上,BCC-CSM2-MR、CanESM-5和UKESM这3种区域气候模式并没有太大差异,而热岛效应影响尚待深入研究。⑥ 为了在气候变暖背景下促进体旅融合消费、保障冰上运动产业高质量发展,运营企业应采取强化游客安全保障、扩展旅游产品谱系、购买冰量保险等全方位主动适应措施,研究者应加强研究气候变化影响的复杂性、改进旅游流的预测效果,而管理部门应大力推动产业风险管理报告的编制,充分重视气候变化风险的动态评估。     

京津冀区域协同治理与国外大都市区比较研究

随着区域一体化发展不断成熟,良好的区域治理机制愈发重要。京津冀区域协同治理具有重要的战略意义,积累了良好的基础,也面临许多挑战。为了更好地认识京津冀区域协同治理模式的特征,提出优化建议支撑区域规划落实。论文立足比较研究的视角,以治理机制为核心,围绕参与主体、治理手段、协调机制3个维度建立起比较研究框架,概括总结了京津冀地区、德国柏林—勃兰登堡地区、日本东京首都圈、法国巴黎大都市区等首都所在区域的治理模式特征,并开展横向比较。结果表明：①多元主体参与是良好区域治理的基本特征,关键在于建立明晰的主体间权责关系;京津冀相比国外实践,虽主体多元,但权责关系有待进一步厘清;以设立承上启下的区域机构为契机,应加快梳理相关关系。②行政手段、市场手段与法律手段相辅相成,是保障区域治理效率的基础;京津冀相比之下更侧重行政手段,市场手段有限,法律手段相对薄弱;应优先增强立法建设,进而促使市场手段与行政手段相互平衡、良性互动。③多边协商机制是区域治理有序运行的保障;京津冀在决策中已有较好的协调机制,但矛盾仲裁与动态监管方面仍显不足;应加快健全整体协调机制,贯穿治理实践的各个环节。     

区域协同创新对创新绩效的影响机制研究

区域协同创新有利于促进区域间创新要素流动,优化科技资源的合理配置,提升区域创新绩效。采用改进的DEA模型,在测度中国62个城市2003~2016年创新绩效的基础上,运用门槛回归模型分析在不同经济发展水平条件下区域协同创新对创新绩效的影响机制。结果表明：① 研究期内62个城市的创新绩效整体上在波动中稳步提升,区域创新绩效存在较大的空间非均衡性。② 区域协同创新对于区域创新绩效的提升具有促进作用,区域创新绩效与区域协同创新核心解释变量之间存在着非线性关系,专利合作数对区域创新绩效的影响呈现正向双门槛特征,科技论文合作数对区域创新绩效的影响呈现正向单门槛特征,两者对区域创新绩效的影响都随着经济发展水平的提升呈现出不同程度的下降趋势。③ 科技人员流动量在跨过经济发展水平第一门槛10.088而低于第二门槛10.255时,对创新绩效的促进作用最明显;科技资金流动量在经济发展水平第一门槛9.427以下时对创新绩效的影响最显著。     

前期土壤湿度和降雨对小流域山洪预警指标的影响评估

山洪灾害临界雨量预警指标受多种因素影响,尤其是前期土壤湿度状况和降雨变化。基于分布式水文模型和情景分析法确定安徽省岳西流域的山洪灾害临界雨量集合,评估前期土壤湿度状况、雨型和预警时段对临界雨量变化的影响。研究表明：① 中国山洪水文模拟系统在研究区内具有较好的适用性,率定期和验证期的平均径流深和洪峰流量相对误差均在15%以内,平均峰现时间误差在1h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.79和0.77;② 60种情景模式下,池墩组村的临界雨量集合为141~528 mm;③ 前期土湿状况和雨型均显著影响临界雨量变化,随着土壤饱和率从0.20分别增加到0.50和0.80,临界雨量分别减少13.7%~16.2%和26.8%~31.8%;短历时预警时,临界雨量由大到小的相应雨型分别为减弱雨型、中间雨型和增强雨型。研究可为山洪灾害预报和早期预警提供理论支持,也为中国山洪灾害防治提供参考和借鉴。