城市化对北京气象站极端气温指数趋势变化的影响

利用5个乡村气象站和北京气象站(简称北京站)1960~2008年日最高、最低气温资料,比较分析了北京地区城市和乡村极端气温指数年、季节的时间变化以及城市化对北京站各极端气温指数趋势变化的影响.结果表明:1960~2008年北京站霜冻日数、冷夜日数、冷昼日数和平均日较差均显著减少,暖夜日数、暖昼日数、平均最高气温和平均最低气温均显著上升,这些指数的趋势变化全部通过了0.01显著性水平检验,其中霜冻日数、冷夜日数、暖夜日数、平均最低气温、平均气温日较差等与最低气温有关的极端气温指数比冷昼日数、暖昼日数、平均最高气温等基于最高气温记录的极端气温指数变化趋势更明显;城市化因素已致使北京站1960~2008年期间霜冻日数、冷夜日数和平均气温日较差显著减少,暖夜日数和平均最低气温显著增加,这些与最低气温有关的极端气温指数序列,其城市化影响都通过了0.01显著性水平检验.在北京站的霜冻日数、冷夜日数和平均气温日较差长期减少趋势中,城市化影响分别达到-5.78 d/10a、-17.83 d/10a和-0.73 ℃/10a,而在北京站暖夜日数和平均最低气温增加趋势中,城市化影响分别为14.76 d/10a和0.70 ℃/10a.在所有与最低气温有关的年平均极端气温指数的趋势变化中,城市化影响贡献率均达到100%,即观测到的趋势变化完全是由城市化因素造成的.城市化致使四季北京站冷夜日数、平均气温日较差均显著减少,暖夜日数、平均最低气温均显著增加,其中平均最低气温和平均气温日较差序列中的城市化影响在冬季最大,暖夜日数序列中的城市化影响在夏季最显著.     

城市化对四川盆地夏季气温变化影响的观测和模拟研究

城市化引起的气温上升是土地覆盖变化影响区域气候的重要体现.本文采用"观测资料减去再分析"（Observation Minus Reanalysis,OMR）的方法估计四川盆地和周边地区下垫面城市化改变对夏季地面2 m气温变化趋势的影响.设计了不同城市化下垫面扩展变化的WRF模拟试验,对1998—2012年四川盆地及周边区域夏季逐日平均温度和日最高最低气温进行模拟.在检验模式模拟性能的基础上,利用OMR方法类似的思路定量探讨城市化下垫面对地面气温变化趋势的可能影响.结果显示,（1）基于站点观测资料的OMR分布表明成都、重庆地区的城市下垫面对夏季升温的影响可达0.1℃·a-1;（2）WRF试验模拟的结果与实际观测接近,能较合理刻画出该地区夏季温度的平均分布及时间变化特征,可以用于该地区城市化区域气候效应的研究;（3）不同城市化进程的模式模拟试验中气温变化趋势的差值与基于站点观测的OMR方法计算得到的结果类似,都证明了重庆和成都的城市下垫面对地面2 m温度的升高具有显著影响,其中在日内低温的表现尤为突出.     

上海近50年气温变化与城市化发展的关系

根据上海地区2个气象站近50年的年均气温数据,采用回归分析、滑动平均和Mann\|Kendall检验法研究上海地区气温的年代际变化与跃变,城郊温差的年际变化;采用趋势拟合与相关分析,研究城郊温差与城市人口、GDP、能源消耗量、建成区面积和住宅竣工面积等各项城市发展指标的关系.结果表明：（1）近50年来,上海地区年均气温缓慢上升,20世纪90年代后城郊温差呈锯齿状上升趋势,若以徐家汇代表城区,奉贤代表郊区,则近50年来,城郊温差增温率为0.23℃/10a.（2）1989~1990年为上海城区气温的跃变年份,而郊区的气温跃变出现在20世纪90年代中期.（3）各项城市发展指标均与上海城郊温差有着显著的相关性,表明它们与上海城市热岛的发展关系密切,其中,住宅建设是上海城市热岛最主要的驱动因素,城市人口和经济发展也具有重要影响.     

无参考序列条件下地面气温观测资料城市化偏差订正方法：以北京站为例

本文以北京气象站长期地面气温观测资料为例,发展了一种无早期参考序列条件下城镇站城市化偏差评价和订正方法.首先对北京站逐月平均最高、最低气温资料进行质量控制和均一化处理,并借助卫星遥感亮度温度资料遴选附近乡村站;然后利用最近3年逐时地面气温资料,计算观象台和5个乡村站各月平均地面气温的差值,把其作为北京站1915-2012年期间的城市化累积影响;最后假设城市化累积影响在整个研究时期呈匀速增长,采用线性订正法对地面月平均气温序列中的城市化偏差进行订正.分析表明：资料均一化处理后,北京站近百年最高、最低和平均气温多年平均值有所下降,气温日较差则有所提高,但三种年平均气温序列增温趋势和年平均气温日较差序列下降趋势有所增强.北京站年平均最低气温、平均气温和气温日较差序列中均存在较大的城市化累积影响,其中最低气温和平均气温四个季节均为正值,冬季最大,秋季次之,夏季最小,四季和年平均气温日较差均为较大的负值.订正城市化偏差后,最低气温和平均气温增加速率均明显下降,年平均气温日较差下降趋势则明显变弱.     

短中时间尺度上的气温变化和太阳辐射之间的关系研究

探讨气温变化的时空特征及其产生原因越来越成为当代大气科学关注的焦点.过去的大多研究揭示了长时间尺度上的气候变化受太阳辐射的影响情况.本文采用经验模态分解的方法,通过识别气温和太阳黑子变化中的特征时间尺度,分析了短中时间尺度上南京市与石家庄市气温和太阳辐射之间的关系,得到了吻合以前实证结果的太阳黑子11a的准周期成分等,在气温变化中也找到了相似于太阳黑子5.5和11a的准周期成分,但是相关性分析及检验某一模态信号是否为随机信号的验证分析同时说明相似周期成分之间并不相关.在95%的置信度下,南京市和石家庄市气温变化中确实存在不少短周期波动,它们和太阳辐射之间并不存在直接的相关关系,而且南京市气温3.1a的中周期波动也吻合前人的研究成果.     

近50年中国东南地区地面太阳辐射变化对气温变化的影响

太阳是地球表层的最终能量来源,地面太阳辐射的变化会深刻影响地球的气候变化.本文利用中国东南地区14个气象台站1961～2008年总辐射和气温的同步观测资料,分析了近50年该地区地面太阳辐射的变化对气温变化的可能影响.结果表明,1961～1989年期间,该地区的地面太阳辐射显著减弱,所引起的气温下降超过了其他因素的增温效...     

北京城市化对夏季大气边界层结构及 降水的月平均影响

为克服针对一次或几次天气过程研究城市化对边界层结构及降水影响的局限性,尝试研究北京城市化对夏季大气边界层结构及降水的月平均影响,本文首先总结了2006年8月份的主要天气过程,分析了气象站观测的10 m高度风速、2 m高度气温、2 m高度比湿和24 h降水的月平均分布特征,然后利用WRF/Noah/UCM模拟系统,进行了该月30个个例的高分辨率数值模拟及检验分析,并通过多组不同城市化情景的敏感性试验对比分析了城市化对夏季大气边界层结构及降水的月平均影响.研究表明:本文所用对高分辨率数值模拟结果进行月平均的方法可以较合理地模拟出城市化对大气边界层结构及降水的影响,并再现观测到的各站风频差异.8月份,北京城市化对气温的影响高度白天约为800 m,近地面气温升高1℃以上;夜间约为200 m,对近地面气温的影响达到最大(1.4℃以上).白天,城市化使城市及下风向的一些区域风速略有减小;夜间,城市及周边区域200 m以下风速明显减小,且在100 m左右高度处风速减小最明显,减小达0.8 m/s以上.城市化白天使700 m以下比湿减小,近地面处减小达1.2g/kg以上,夜间使近地面空气比湿略有减小.城市化对城市区域平均降水量的影响随城市发展的不同阶段而不同.初步模拟分析表明, 北京城市化已使上风向区域以及城区三环以内降水量减少,海淀和昌平降水明显增加.     

植被覆盖状况影响中国地表气温变化的观测事实

利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（NDVI）及观测气温与再分析地表气温的差值（Observation Minus Reanalysis, OMR）分析了植被覆盖状况对中国地表气温变化的影响.结果表明,地表气温OMR趋势值与NDVI在空间上呈现出显著的负相关关系,植被覆盖状况差（NDVI小于0.1）的区域地表升温较为显著,气温OMR趋势值超过0.2℃/10a,而植被覆盖度高（NDVI大于0.5）的区域气温OMR趋势值则变化不大,甚至出现降温.气温OMR趋势值对植被的季节变化还有着敏感的响应.不同区域植被覆盖状况的差异可能导致中国地表气温变化对全球变暖的响应不同,预测中国未来气候变化需要考虑植被覆盖状况及其动态变化的影响.     

气温增加对长江流域参照黑散发的影响研究

本文以联合国粮农组织推荐的改进彭曼-蒙特斯公式为基础,通过日气温计算年蒸发总量并验证,用典型年预测全流域年平均气温增加时,参照蒸散发的变化情况。研究表明:长江流域的年蒸发量将随年平均气温的上升而增加;上游增幅大于中下游,各月增幅相近;气温增幅的年内分布不容忽视,考虑到年内气温不等量增长后的计算结果相对更为合理。研究结果表明:当流域年平均气温升高1℃时,流域上、中下游参照蒸散发分别将增加5%和4%.研究中未考虑气温日较差的变化.     

城市化背景下年最大日径流演变及影响因素研究——以长江下游秦淮河流域为例

随着气候变化和人类活动的加剧,城市化地区水文过程受到较大影响,极端水文事件发生频率显著加大,探究城市化地区洪水演变和驱动机理对于防洪减灾具有重大意义。本文以长江下游快速城市化地区的秦淮河流域为例,分析了1987—2018年期间该流域年最大日径流的演变特征,构建多元线性回归模型和广义可加GAMLSS模型识别了关键驱动因子并量化其贡献作用。结果表明:(1)城市化背景下秦淮河流域年最大日径流呈现显著上升趋势,平均增长速率为14.77 m³/(s·a),并于2001年发生显著突变。(2)汛期降水量和不透水面率是年最大日径流变化的关键驱动因素,最优模型显示前者贡献率超过了70%,表明了降水改变的决定性作用,而不透水面率贡献率超过20%则表明了下垫面的改变对年最大日径流演变存在显著影响。(3)不透水面的增加对年最大日径流和汛期降水量响应关系的影响程度从突变前的6.7%增加到突变后的10.4%,快速城市化已显著改变了流域降水-径流响应过程。研究表明,随着城市发展秦淮河流域的年最大日径流受到人类活动显著影响,洪涝威胁日趋增大,研究结果可为城市化地区防洪减灾提供一定参考。     

Diurnal timing of warmer air under climate change affects magnitude,timing and duration of stream temperature change

Stream temperature will be subject to changes because of atmospheric warming in the future. We investigated the effects of the diurnal timing of air temperature changes – daytime warming versus nighttime warming – on stream temperature. Using the physically based model, Heat Source, we performed a sensitivity analysis of summer stream temperatures to three diurnal air temperature distributions of +4 °C mean air temperature: i) uniform increase over the whole day, ii) warmer daytime and iii) warmer nighttime. The stream temperature model was applied to a 37‐km section of the Middle Fork John Day River in northeastern Oregon, USA. The three diurnal air temperature distributions generated 7‐day average daily maximum stream temperatures increases of approximately +1.8 °C ± 0.1 °C at the downstream end of the study section. The three air temperature distributions, with the same daily mean, generated different ranges of stream temperatures, different 7‐day average daily maximum temperatures, different durations of stream temperature changes and different average daily temperatures in most parts of the reach. The stream temperature changes were out of phase with air temperature changes, and therefore in many places, the greatest daytime increase in stream temperature was caused by nighttime warming of air temperatures. Stream temperature changes tended to be more extreme and of longer duration when driven by air temperatures concentrated in either daytime or nighttime instead of uniformly distributed across the diurnal cycle. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

20世纪温度变化中自然变率和人为因素的影响:基于耦合气候模式的归因模拟

本文基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室(LASG/IAP)发展的气候系统模式FGOALS_gl对近百年气温变化的模拟,讨论了自然变率和人为因素对20世纪全球变暖的相对贡献.数值试验结果表明,在自然和人为因子的共同强迫作用下,耦合模式能够合理再现20世纪全球平均气温随时间的演变;仅在自然因子作用下,模式不能再现1970年以后的全球变暖.自然因素对20世纪第一次变暖的作用是显著的,但温室气体是20世纪后期变暖的主要原因.在这一定性结论基础上,进一步对近百年变化中自然和人为因素的相对贡献做定量的归因分析,结果表明,除赤道中东太平洋和北大西洋外,人为因素对近百年的增暖起决定性作用.对全球、半球及大陆尺度而言,外强迫可以解释平均气温变化的70%以上,而内部变率贡献较小;但对于区域尺度而言,多数地区内部变率的贡献大于外强迫,区域尺度气温变化的机制较全球、半球尺度要复杂.对中国地区而言,20世纪早期的气温变化受自然变率影响,但20世纪后期的变暖主要是温室气体增加的结果.中国东部气温变化的空间分布表明,自然因素对近50年及近百年中国地区的变暖趋势贡献较小.在自然和人为因子共同作用下,模式能够再现近50年中国东部气温变化冬春两季增暖的特征、但没有模拟出夏季长江中下游地区及淮河流域的降温趋势;自然因子试验的结果表明,太阳活动对该区域的变冷有贡献,但模式无法再现该地区气温的季节变化特征.     

Regionalization of Europe based on a K-Means Cluster Analysis of the climate change of temperatures and precipitation

In order to study climate change on a regional scale using Earth System Models, it is useful to partition the spatial domain into regions according to their climate changes. The aim of this work is to divide the European domain into regions of similar projected climate changes using a simulation of daily total precipitation, minimum and maximum temperatures for the recent-past (1986–2005) and long-term future (2081–2100) provided by the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5). The difference between the long-term future and recent-past daily climatologies of these three variables is determined. Aiming to objectively identify the grid points with coherent climate changes, a K-Mean Cluster Analysis is applied to these differences. This method is performed for each variable independently (univariate version) and for the aggregation of the three variables (multivariate version). A mathematical approach to determine the optimal number of clusters is pursued. However, due to the method characteristics, a sensitivity test to the number of clusters is performed by analysing the consistency of the results. This is a novel method, allowing for the determination of regions based on the climate change of multiple variables. Results from the univariate application of this method are in accordance with results found in the literature, showing overall similar regions of changes. The regions obtained for the multivariate version are mainly defined by latitude over European land, with some features of land-sea interaction. Furthermore, all regions have statistically different distributions of at least one of the variables, providing confidence to the regions obtained.     

宁波地震台ZK03井水温平行观测资料的对比分析

2000年12月21日,宁波地震台ZK03井增加水温测项(“九五”水温),2010年4月2日,在同一井孔内同一深度又增加水温仪器(“十五”水温)进行平行观测.结果发现,2套仪器初装时的水温绝对精度测值基本相同,说明该井水温10年来的趋势性上升不是井孔内水温度的变化,可能是仪器的系统性变化引起的,即仪器的漂移现象所致,但对地震前兆观测是没有明显影响的.通过近9个月的平行观测,发现2套仪器测值的趋势性变化基本一致.在受到雷电和交流电脉冲干扰时,2套仪器水温测值出现了不同的变化形态,可能与每套观测仪器的系统特性有关.由于安装“十五”水温仪而对“九五”水温测值的干扰表明,“九五”水温仪虽然经过10余年的连续运行,但传感器的灵敏度还是很高的,可以继续使用.     

Influence of forest fires on climate change studies in the central boreal forest of Canada

This brief paper indicates that forest fires may have short and longer term effects on runoff and thus, can influence trend studies on the response of watersheds to climate change. Twenty-two watersheds at the Experimental Lakes Area in northwestern Ontario were studied to view the impacts of climatic variability and forest fires on runoff. A roughly 30 year database demonstrated few trends in climatological variables and even fewer trends in runoff data at the 5% significance level. Daily maximum temperature increased by 0.053 °C per year, while precipitation in the months of February and March showed significant decreases. Total snow showed a significant decrease over a 30 year period at the 8% significance level. The Mann Kendall test for trend was applied to the runoff indices of 19 watersheds and it was revealed that only six exhibited trends. Of these, five had been burned during the test period. Virtually all burned watersheds showed initial increases in runoff, however, long term runoff trended lower in the burned watersheds, while the one watershed that was not burned showed an increasing trend. Forest fires alter the age distribution of trees with subsequent impacts on water yields in the short and longer term.