近百年中国地表气温变化趋势的再分析

重新考虑了1950年前后器测资料的非均一性问题,统一采用最高温度和最低温度计算月平均温度,利用国际上通行的区域平均温度序列计算方法,建立了中国近100年的地表气温序列,并对气温变化趋势进行了再分析.结果表明,自1905年以来中国地表年平均气温明显增暖,升高幅度约为0.79℃,增温速率约为0.08℃/10 a,比同期全球或北半球平均略高.但是,20世纪80年代初以来的增温似乎不比30～40年代明显,而20世纪50～60年代地表气温的变冷却比全球或北半球显著得多.和全球平均温度变化一样,近100年来中国的增温也主要发生在冬季和春季,而夏季却有微弱变凉趋势.新的全国平均气温序列与以往的研究结果比较给出了更高的增温趋势估计值,这主要与采用新的月平均气温统计方法改善了原序列的均一性有关.另一方面,由于早期资料覆盖面积比例低和后期城市化影响等问题,这里给出的增温趋势估计仍然存在着较大的不确定性.     

兰州城市化发展对局地气候的影响

研究了兰州气候变化特征及其城市化发展对局地气候的影响，发现８０年代之后，兰州平均温度相对于６０－７０年代平均气温的上升幅度是全省平均气温上升幅度的近４倍，其他要素的年、季变化均表出明显的特征。     

近48年城市化发展对北京区域气候的影响分析

利用1961～2008年北京12个台站的气候观测资料, 研究分析了北京城区和郊区气温、降水、相对湿度、风速的年际和四季变化趋势及特点, 并探讨了城市化发展对北京区域气候的影响。结果表明: 近半个世纪以来, 平均气温上升明显, 其中尤以冬季最为突出, 而夏季最弱。通过气温变化的年代比较发现气温增加有加快的趋势, 尤其是城市地区, 导致热岛效应不断加强, 特别是1990年代以后增幅更加明显。最高和最低气温在近48年来也都呈上升趋势, 且城市化发展对最低气温的变化影响最大, 其次是平均气温, 对最高气温影响最弱。而降水有减弱的趋势, 尤其是夏季的降水减弱最为明显。城区的风速和湿度都呈减小的趋势, 这与城市化的加剧, 尤其是下垫面的变化有密切的关系。     

满洲里地区气候变暖及利弊分析

全球气候变暖已为众多学者所公认, 近100年来,全球平均气温上升了0．3～0．7℃,满洲里地区气温变化是否与此相符及其影响又是怎样？为此我们统计了满洲里近50年（1957-2006）的气温资料。统计表明满洲里地区近50年来的气温升高现象是明显的,并存在着显著的年际和季节性的变化。     

近47年哈密地区气候变化

利用新疆哈密地区5个气象台站1961~2007年气候资料,采用线性回归、Morlet小波和Mann-Kendall突变检测等方法,对哈密地区近47年的年平均气温、降水量、日照时数、年平均风速和相对湿度等气候要素以及年潜在蒸散量和地表干燥度的变化趋势和变化特征进行了研究。结果表明：①近47年哈密地区年平均气温、降水量和相对湿度呈升高趋势,日照时数和年平均风速呈减小趋势;②潜在蒸散量与年平均气温、日照时数和平均风速呈极显著的正相关关系,而与年降水量和相对湿度呈极显著的负相关关系。受上述各气候要素变化的综合影响,近47年,哈密地区潜在蒸散量和地表干燥度呈极显著的减小趋势;③突变检测表明,哈密地区年平均气温、降水量分别在1973年、1965年发生了突变性的升高,而风速、潜在蒸散量和地表干燥度分别于1980年、1980年和1975年发生了极显著的突变性减小,综合气温和地表干燥度的突变特征,可以认为,哈密地区气候在1973~1975年发生了＂暖湿化＂的突变;④各气候要素和潜在蒸散量、地表干燥度分别存在不同时间尺度的周期性变化。     

地表利用城市化在一次极端高温过程数值模拟中的影响

地表种类的城市化对城市区域的热力结构和局地环流都会产生巨大的影响。利用地面、高空观测资料和MODIS地表覆盖资料,使用耦合城市冠层模式(UCM)的区域中尺度数值模式(WRF),对2013年8月8日福州地区的一次极端高温天气过程进行数值模拟,研究地表利用变化对福州城市热岛效应及其对福州城市区域局地环流的影响。结果表明:地表利用的城市化使得午后城市热岛现象更加明显而夜间热岛效应呈现出减小的趋势;地表利用城市化后,中心城区的近地面风速减小,但城区与山区以及城区与海洋之间的局地热力环流明显加强,促进了山谷风和海陆风环流的发展;同时地表加热效应增强,促进了垂直运动的发展。      

中国气温变化研究最新进展

总结了"十五"攻关课题有关中国温度变化研究的若干进展.在资料质量控制和序列非均一性检验及订正的基础上,更新了中国地面近50年、100年和1 000年气温序列.研究表明,不论是近54年还是近100年全国年平均地面气温升高趋势一般比原来分析结果表明的要强,分别达到0.25℃/10 a和0.08℃/10 a.中国现代增暖最明显的地区包括东北、华北、西北和青藏高原北部,最显著的季节在冬季和春季.近50多年中国近地面气候变暖主要是平均最低气温明显上升的结果,全国范围内极端最低气温也显著升高,而极端最高气温升高不多.中国与温度相关的极端气候事件强度和频率一般呈降低趋势或稳定态势.研究发现,城市化因素对中国地面平均气温记录具有显著影响,但在现有的全国和区域平均温度变化分析中一般没有考虑,因此需要在将来的研究中给予密切关注.在增温明显的华北地区,1961～2000年间城市化引起的年平均气温增加值达到0.44℃,占全部增温的38%,城市化引起的增温速率为0.11℃/10 a.中国其他地区的增温趋势中也或多或少反映出增强的城市热岛效应影响.20世纪60年代初以来中国对流层中下层温度变化趋势不明显,仅为0.05℃/10 a,比地面气温变化小一个量级;对流层上层和平流层底层年平均温度呈明显下降趋势,变化速率分别为-0.17℃/10 a和-0.22℃/10 a;整个对流层平均温度呈微弱下降趋势.中国对流层温度与地面气温变化趋势存在明显的差异,但这种差异在20世纪80年代初以后趋于减小.近千年来中国地面气温变化史上可能确存在"中世纪温暖期"和"小冰期"等特征性气候阶段,但"中世纪温暖期"的温暖程度似乎没有过去认为的那样明显.从全国范围看,11世纪末和13世纪中的温暖程度可能均超过了20世纪30～40年代暖期,表明20世纪的增暖可能并非史无前例.中国20世纪气候增暖的原因目前还不能给出明确回答.一些迹象表明,人类活动可能已经对中国的地面气温变化产生了影响,但太阳活动及气候系统内部的低频振动对现代气候变暖可能也具有重要影响.     

城市化对珠三角地区气温及日较差的可能影响

利用珠三角地区27个国家基本、基准气象站近50年(1963—2012年)的实际观测资料,结合地理信息系统数据分析了珠三角地区平均气温,平均最高和最低气温的年、季节及日较差的变化趋势以及城市化影响。分析表明:近50年珠三角地区年平均气温、平均最高和最低气温均呈现增加的趋势,日较差除从化、增城、珠海和上川岛呈现弱的正趋势外,其余地区呈现下降趋势。城市化对广州、佛山、惠州年平均气温和平均最低气温的影响均为正值,对日较差的贡献率均为负值,日较差的减小是由城市化造成的,就季节变化而言,城市化影响以秋季最大。改革开放后(1979—2012年)平均气温、平均最高和最低气温强增温区域比近50年范围扩大、强度增加,年平均最高气温增温明显,日较差的正值区域比近50年范围扩大、强度增加,主要出现在珠三角北部一带,高值中心达到0.25℃·(10 a)~(-1)。就城市化而言,广州平均气温、平均最高和最低气温的城市化影响比近50年都有所降低,而佛山、惠州的平均气温、平均最低气温城市化影响均增大。     

气候变化对水文循环的影响

水文循环是地球上海洋、陆地和大气之间相互作用中最活跃且最重要的枢纽,受气候变化影响最为显著。本文回顾了气候变化对全球水文循环的影响,并对20世纪60年代以来中国降水、蒸散发、地表径流及大气水汽含量等陆地水文循环要素变化进行了评估。气候变暖使得全球水文循环加强,观测数据表明自1970年以来,全球对流层和地表水汽含量呈现增加趋势,但由于监测网络在空间覆盖和时间响应的限制,热带水汽增加与环流减弱之间相互影响,使得气候变化对区域水文循环的影响不确定性较大。在全球气候变化背景下,中国水文循环符合全球水循环变化的特征,又表现出更为复杂的区域特征,各个流域间空间差异增大。大气水汽含量在80年代后呈现上升的趋势;60年代以来,中国降水平均态虽然无明显变化但空间差异显著增加,实际蒸散发平均值微弱增加,空间差异增大,地表径流空间差异增大,某些流域呈现减少趋势。21世纪以来,由蒸散发再凝结形成的降水量增加,大气内循环活跃程度加大。     

气候变化国家评估报告（Ⅰ）：中国气候变化的历史和未来趋势

 中国的气候变化与全球变化有相当的一致性，但也存在明显差别。在全球变暖背景下，近100 a来中国年平均地表气温明显增加，升温幅度比同期全球平均值略高。近100 a和近50 a的降水量变化趋势不明显，但1956年以来出现了微弱增加的趋势。近50 a来中国主要极端天气气候事件的频率和强度也出现了明显的变化。研究表明，中国的CO2年排放量呈不断增加趋势，温室气体正辐射强迫的总和是造成气候变暖的主要原因。对21世纪气候变化趋势做出的预测表明：未来20～100 a，中国地表气温增加明显，降水量也呈增加趋势。     

An overview of mainland China temperature change research

There has been significant effort devoted to investigating long-term trends in land surface air temperature over mainland China by Chinese scientists over the past 50 years, and much progress has been made in understanding dynamics of the changes. This review highlights research conducted by early Chinese climatologists, and particularly Professor Shaowu Wang from Peking University, with special focus on systematic work that has been conducted since the mid to late 1970s. We also discuss major issues that remain unresolved in past and current studies. The most recent analyses indicate that the country-average annual mean surface air temperature rose by 1.12°C over the past 115 years (1901–2015), with a rate of increase of about 0.10°C decade^–1. Temperatures have risen more rapidly since the 1950s, with the rate of increase of more than 0.25°C decade^-1. However, the recent increase in temperatures is in large part due to contamination by systematically biased data. These data are influenced by unprecedented urbanization in China, with a contribution of urbanization to the overall increase of annual mean temperatures in mainland China of about one third over the past half a century. If the bias is corrected, the rate of increase for the country-average annual mean surface air temperature is 0.17°C decade–1 over the last 50–60 years, which is approximately the same as global and Northern Hemispheric averages in recent decades. Future efforts should be focused towards the recovery and digitization of early-year observational records, the homogenization of observational data, the evaluation and adjustment of urbanization bias in temperature data series from urban stations, the analysis of extreme temperatures over longer periods including the first half of the 20th century, and the investigation of the observed surface air temperature change mechanisms in mainland China.     

西南地区城市热岛强度变化对地面气温序列影响

利用1961—2004年我国西南地区322个站的气温观测资料, 分析了乡村站、小城市站、大中城市站和国家基准/基本站气温变化趋势特点, 着重研究了城市化对城镇站和国家站地面气温记录的影响程度和相对贡献比例。结果显示:区域平均的各类台站年平均气温呈现不同程度的上升趋势, 城市站、国家站的增温速率均高于乡村站。大中城市站和国家站的年平均热岛增温率分别为0.086 ℃/ 10a和0.052 ℃/10a, 其增温贡献率分别达57.6%和45.3%。与大多数地区不同, 西南地区的增温速率明显偏小。因此, 尽管平均热岛强度变化比许多地区弱, 但其相对贡献明显, 表明城市化对该区域气温趋势的绝对影响较弱, 但相对影响较强。另外, 城市热岛增温有明显的季节变化, 表现为秋季最强, 春季或冬季次之, 夏季最弱。热岛增温贡献率则为春季最大 (100%), 夏季次之 (73%以上), 秋季和冬季相对较小。这主要是因为春、夏两季背景气候变凉或趋势微弱, 热岛增温在实际增温中占有更高的比例。     

黑河流域植被覆盖度计算及其影响的中尺度模拟

运用基于遥感的中国西北土地覆盖动态监测系统(NOAA AVHRR Processing Chain,NOAA-Chain)预处理系统对改进的甚高分辨率扫描辐射仪(AVHRR)影像资料进行处理得到的归一化植被指数(NDVI),基于像元二分原理得到2002年黑河流域植被覆盖度分布,将其与Gutman 1998年所作全球植被覆盖度数据在黑河流域范围进行了对比分析,发现2002年黑河流域中上游植被整体呈退化趋势,主要绿洲区植被覆盖度增大。分别将这两套植被覆盖度数据引入中尺度大气模式MM5中进行黑河流域中上游气候模拟。通过与气温观测值的比较,发现用黑河流域植被覆盖度数据模拟的气温偏差小于用全球植被覆盖度的模拟结果;植被分布与潜热通量分布的空间相关性最好;植被覆盖度变化对局地温度场变化影响很大。     

Modeling the climatic effects of urbanization in the Beijing–Tianjin–Hebei metropolitan area

In this analysis, the weather research and forecasting model coupled with a single-layer urban canopy model is used to simulate the climatic impacts of urbanization in the Beijing–Tianjin–Hebei metropolitan area, which has experienced significant expansion in its urban areas. Two cases examining current landscapes and the sensitivity test of urban areas replaced by cropland have been carried out to explore the changes in the surface air and atmospheric boundary structure. The impact of urbanization on annual mean surface air temperature has been found to be more than 1 °C in urban areas, and the maximum difference is almost 2 °C. The change in near-surface level temperature is most pronounced in winter, but the area influenced by urbanization is slightly larger in summer. The annual mean water vapor mixing ratio and wind speed are both reduced in the urban area. The effect of urbanization can only heat the temperature inside the urban boundary layer, below 850 hPa. The modeling results also indicate that the underlying surface thermal forces induced by the “urban heat island” effect enhance vertical air movement and engenders a convergence zone over urban areas. The convergence at low level together with the moisture increases in the layer between 850 and 700 hPa triggered the increase of convective precipitation.     

Evaluation of Surface Air Temperature Change over China and the Globe during the Twentieth Century in IAP AGCM4.0

Based on time series and linear trend analysis, the authors evaluated the performance of the fourth generation atmospheric general circulation model developed at the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences (IAP AGCM4.0), in simulating surface air temperature (SAT) during the twentieth century over China and the globe. The numerical experiment is conducted by driving the model with the observed sea surface temperature and sea ice. It is shown that IAP AGCM4.0 can simulate the warming trend of the global SAT, with the major warming regions in the high latitudes of the Northern Hemisphere and the mid-latitudes of the Southern Hemisphere. While the simulated trend over the whole globe is close to the observation, the model under-estimates the observed trend over the continents. More-over, the model simulates the spatial distribution of SAT in China, with a bias of approximately-2°C in eastern China, but with a more serious bias in western China. Compared with the global mean, however, the correlation coefficient between the simulation and observation in China is significantly lower, indicating that there is large uncertainty in simulating regional climate change.     

区域气候模式REMO对中国气温和降水模拟能力的评估

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式（REMO）对中国1989-2008年气温和降水的模拟能力。结果表明：REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低（0.42）,气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上看,在中国大部分地区,REMO模拟的气温高于观测值,偏差在±4℃以内,青藏高原整体有明显的-4～-2℃的冷偏差;模拟的降水值则高于观测值,空间偏差分布较均匀,中国大部分地区偏差在±300 mm之内;除青藏高原、华南和西南地区外,REMO能较准确地反映出中国气温和降水的空间分布特征,其中华北和东北地区模拟效果最好;REMO对夏季气温和冬季降水的模拟能力相对较好;REMO在地形起伏较大地区的模拟能力有待提高。     

Estimation of sampling error uncertainties in observed surface air temperature change in China

This study examines the sampling error uncertainties in the monthly surface air temperature (SAT) change in China over recent decades, focusing on the uncertainties of gridded data, national averages, and linear trends. Results indicate that large sampling error variances appear at the station-sparse area of northern and western China with the maximum value exceeding 2.0 K² while small sampling error variances are found at the station-dense area of southern and eastern China with most grid values being less than 0.05 K². In general, the negative temperature existed in each month prior to the 1980s, and a warming in temperature began thereafter, which accelerated in the early and mid-1990s. The increasing trend in the SAT series was observed for each month of the year with the largest temperature increase and highest uncertainty of 0.51 ± 0.29 K (10 year)⁻¹ occurring in February and the weakest trend and smallest uncertainty of 0.13 ± 0.07 K (10 year)⁻¹ in August. The sampling error uncertainties in the national average annual mean SAT series are not sufficiently large to alter the conclusion of the persistent warming in China. In addition, the sampling error uncertainties in the SAT series show a clear variation compared with other uncertainty estimation methods, which is a plausible reason for the inconsistent variations between our estimate and other studies during this period.

     

Statistical estimation of high-resolution surface air temperature from MODIS over the Yangtze River Delta,China

High-resolution surface air temperature data are critical to regional climate modeling in terms of energy balance, urban climate change, and so on. This study demonstrates the feasibility of using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) land surface temperature (LST) to estimate air temperature at a high resolution over the Yangtze River Delta region, China. It is found that daytime LST is highly correlated with maximum air temperature, and the linear regression coefficients vary with the type of land surface. The air temperature at a resolution of 1 km is estimated from the MODIS LST with linear regression models. The estimated air temperature shows a clear spatial structure of urban heat islands. Spatial patterns of LST and air temperature differences are detected, indicating maximum differences over urban and forest regions during summer. Validations are performed with independent data samples, demonstrating that the mean absolute error of the estimated air temperature is approximately 2.5°C, and the uncertainty is about 3.1°C, if using all valid LST data. The error is reduced by 0.4°C (15%) if using best-quality LST with errors of less than 1 K. The estimated high-resolution air temperature data have great potential to be used in validating high-resolution climate models and other regional applications.     

1951—2009年中国不同区域气温和降水量变化特征

为了研究中国不同区域气候变化特征,将全国按照气候区域划分为11个气候区,并利用1951—2009年中国194个国家基本/基准站月、年气温和降水观测资料,对全国及每个气候区平均温度及降水量的年和季节变化特征进行分析。结果表明：中国及各地区增温趋势均为极显著增加,尤其近20 a增温速度更快;而2007年成为有记录以来最暖的...     

短时间序列气温要素空间插值方法精度的比较研究

利用中国气象局国家气象中心的全国1956年和1998年1月和7月平均气温数据,对综合法与ANUSPLIN软件插值精度进行了比较。结果表明:在具有30 a的月平均气温栅格数据库作为背景的前提下,采用综合法对短时间序列平均气温数据进行空间化处理,其方法简单、方便,误差相对较小,是一种较适合的方法。