全球变化对宁夏近40 a极端气温变化的影响

 对全球气候变暖背景下宁夏气候变化基本事实,利用近40多年来宁夏基本气象资料,对年平均气温、极端气温的变化进行了研究。结果表明,近40多年宁夏年平均气温呈连续上升趋势,1986年之后增温速率加快,增温幅度高于全国平均值;年极端最高气温、极端最低气温均在波动中持续上升,年极端最低气温上升幅度明显超过年极端最高气温;各季极端最高、极端最低气温呈非对称性变化,秋季各地极端最高气温增温幅度超过极端最低气温,但春夏冬三季极端最低气温增温远比极端最高气温明显,该特点在夏季表现得更突出;各月极端最高气温、极端最低气温均呈升温趋势。     

用NCEP／NCAR再分析辐射资料估算月平均地表反照率

本文利用１９７９年￣１９９５年１７年平均的ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ－ｔａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ／Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ,美国国家环境预报中心／美国国家大气研究中心）再分析辐射资料估算了全球月平均地表反照率．从所得结果的时空分布来看,用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ辐射资料得到的全球地表反照率基本     

北京地区气温多尺度分析和热岛效应

以北京地区20个气象观测站47年(1960-2006年)逐日的平均气温记录为基础,利用线性倾向估计、突变分析、小波分析等分析方法对北京地区气温的时空分布特征及其热岛状况进行了分析.研究表明:近47年来北京地区年平均气温变化呈上升趋势,7年滑动平均曲线表明这种上升趋势近年来稍有减弱.城市热岛效应明显,四季热岛效应的时间和空间均有差异.冬季热岛效应比夏季强,但夏季热岛效应呈现出多中心的现象.小波分析表明热岛强度存在3个周期变化.在25a左右的尺度上,进入21世纪春季和冬季相对较弱,夏季和秋季较强.     

四种再分析辐射资料在东南极高原适用性评价

利用东南极Panda-1站2011年2月至2012年1月期间的辐射观测资料,检验了四种再分析资料在该地区的适用性。结果表明:对各辐射分量ERA interim在Panda-1地区的适用性都明显好于其他三种再分析资料,这主要归因于其四维变分(4D-VAR)数据同化系统的应用、新的云预报方程和改进的参数化方案以及同化了更多的卫星资料雷达等非常规探测资料。对于向下短波辐射,NCEP-1与实测值之间偏差最大(18.7 W·m-2),可能原因是模式对大气透明度的高估和对云量的低估。对反射率模拟的偏差直接导致了各模式对净短波辐射模拟偏差。NCEP-1与JCDAS都低估了Panda-1地区的地表反射率,模式中,地表吸收了更多的向下短波辐射,最终导致对净短波辐射模拟偏高。对向下长波辐射,四种再分析资料都存在不同程度的低估,冬季偏差大于夏季,其中NCEP-1与NCEP-2偏差最大(分别为-62.6 W·m-2和-37.3 W·m-2)。四种再分析资料均不能很好地反映Panda-1地区净辐射的年变化情况,一般而言,夏季偏差小,冬季偏差大。虽然再分析资料存在明显的缺陷和不足,在广袤的东南极高原地区,观测站点稀少,实测资料无法满足需要,再分析资料仍不失为研究东南极地区气候的一种有效工具。     

不同时间尺度的MOS方法对宁夏气温预报的影响

掌握NMC和本地客观产品的气温预报能力,对提高宁夏城镇天气预报质量和全国排名有重要的意义。基于2009年1月～2014年12月T639和ECMWF两种模式产品及宁夏20个国家级观测站气温资料,采用资料按月和季划分的2种MOS方法,预报未来168 h最高、最低气温,运用宁夏现行的检验评估方法对2015年1月到2016年6月的预报效果进行检验,并与预报员（YBY）和中央气象台指导产品（NMC）对比,结果表明：MOS方法预报宁夏气温,整体预报效果优于NMC,资料按月划分的MOS预报效果优于资料按季划分,ECMOS月和T639MOS月是最高和最低气温的最优客观产品;最低气温预报中YBY优于T639MOS月,最高气温预报中ECMOS月优于YBY;两种最优客观预报产品一致的物理量为集中在中低层或地面的相当位温或假相当位温、温度、湿位涡、高度等,但各自还有一些起关键作用的入选因子影响最高、最低气温的预报。     

ERA-Interim气温数据在中国区域的适用性评估

运用中国756个观测站点的逐月平均气温数据,对比分析了ERA-Interim再分析资料的误差。结果发现:ERA-Interim再分析资料能够很好地反映观测值的年际变化,相关性达到0.955~0.995。ERA-Interim在580个站点的冷偏差或暖偏差小于1℃,占站点总数的76.7%,可信度较高。64个站点的冷偏差或暖偏差大于5℃,可信度较低。ERA-Interim在东部地区的暖偏差多于西部地区,冷偏差的高值主要集中在西部地区的高海拔站点。海拔低于200 m的站点偏差最小,适用性好,多数海拔3 000 m以上的站点呈现较大冷偏差,适用性较差。通过回归分析发现,观测站点与ERA-Interim格点的高度差是导致误差的主要原因,因此通过高程校正能够有效降低误差,提高ERA-Interim适用性。     

几种干旱评估指标在宁夏的应用对比分析

简要分析了几种干旱评估指标（Pa、K、SPI、PDSI和CI）与实况的等级差异;重点对比分析了Pa、K指数和SPI指数的干旱频率、干旱等级一致率、空漏评估率等与干旱实况的差异。结果表明,Pa、SPI指数和PDSI指数的评估效果接近;CI指数的评估效果与K指数接近。大部分年份Pa、K指数和SPI指数的等级较实况偏低,K指数更接近实际等级;大部分地区K指数较Pa和SPI指数反映的干旱频率高,K指数放大了干旱频率,尤其放大了中旱频率,Pa和SPI指数明显缩小了干旱频率;K指数的绝对一致率和相对一致率均高于Pa和SPI指数,大部分出现干旱的年份,Ｋ指数都能体现出来;Pa和SPI指数各等级的一致率差异不大。同时,K指数的空评估率较Pa和SPI指数高,漏评估率最低,其空、漏评估率之和最小,而且春旱小于其他3个季节的干旱。综合分析,K指数和CI综合干旱指数评估效果较好,但需进一步改进以适宜宁夏应用。     

透过一道高考试题对气温年变化问题的再思考

2008年全国文综卷第36题：阅读分析材料,回答下列问题 资料：D湖泊（图a）的湖面海拔约3800米,降水资料如图b所示。D湖沿岸地区地形平坦,发现有走量古代农耕遗迹,包括相互交织的人工堆土高台、人工水渠,以及人工运河和水塘。     

基于Modis地表温度的横断山区气温估算及其时空规律分析

横断山区气象观测站稀少且多分布在河谷之中,气温资料极度匮乏,严重影响山区地理与生态研究。随着遥感技术的发展,热红外遥感数据,结合地面观测数据,可以用来推测山区气温。本文通过对横断山区2001 年-2007 年间64 个气象台站的多年月平均气温数据(Ta) 与Modis地表温度多年月平均值(Ts) 进行了时序分析和回归分析,并取得如下研究结果：(1) Ts 与Ta 具有非常好的线性相关关系,89%的台站的决定系数高于0.5;95%的台站的标准误差都低于3 oC,84.4%的台站标准误差低于2.5 oC;12 个月份的Ts 与Ta 的决定系数R²在0.63~0.90 之间,标准误差在2.22~3.05 oC之间。(2) 研究区内月均气温的变化范围在-2.25~15.64 oC之间;生长季(5-9 月份) 的月均气温变化范围为：10.44~15.64 oC。(3) 等温线的海拔高度自山体外围向内部逐渐升高,与山体效应的增温效应相吻合;0 oC等温线自10 月份从海拔4700±500 m左右逐渐降低,至1月份降至最低点,约在3500±500 m左右,此后,逐渐回升,至次年5 月份再次达到4700±500 m左右,也就是说横断山区5200 m以下的广大山区全年至少有6~12 个月的气温在0 oC以上。研究表明：可以利用Modis月均地表温度结合地面观测台站的数据较精确的估算山区月均气温。     

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明：（1）利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R²均在0.8以上。（2）地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R²为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^-2。（3）地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征：早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。（4）地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。（5）沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。     

Implications of diurnal variations in land surface temperature to data assimilation using MODIS LST data

Based on the Beijing Climate Center's land surface model BCC_AVIM(Beijing Climate Center Atmosphere-Vegetation Interaction Model), the ensemble Kalman filter(En KF) algorithm has been used to perform an assimilation experiment on the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) land surface temperature(LST) product to study the influence of satellite LST data frequencies on surface temperature data assimilations. The assimilation results have been independently tested and evaluated by Global Land Data Assimilation System(GLDAS) LST products. The results show that the assimilation scheme can effectively reduce the BCC_AVIM model simulation bias and the assimilation results reflect more reasonable spatial and temporal distributions. Diurnal variation information in the observation data has a significant effect on the assimilation results. Assimilating LST data that contain diurnal variation information can further improve the accuracy of the assimilation analysis. Overall, when assimilation is performed using observation data at 6-hour intervals, a relatively good assimilation result can be obtained, indicated by smaller bias(2.2 K) and root-mean-square-error(RMSE)(3.7 K) and correlation coefficients larger than 0.60. Conversely, the assimilation using 24-hour data generally showed larger bias(2.2 K) and RMSE(4 K). Further analysis showed that the sensitivity of assimilation effect to diurnal variations in LST varies with time and space. The assimilation using observations with a time interval of 3 hours has the smallest bias in Oceania and Africa(both1 K); the use of 24-hour interval observation data for assimilation produces the smallest bias(2.2 K) in March, April and July.     

中国城市扩展对气温观测的影响及其高估程度(英文)

Since the implementation of the reform and opening up policy in China in the late 1970s, some meteorological stations ’entered’ cities passively due to urban expansion. Changes in the surface and built environment around the stations have influenced observations of air temperature. When the observational data from urban stations are applied in the interpolation of national or regional scale air temperature dataset, they could lead to overestimation of regional air temperature and inaccurate assessment of warming. In this study, the underlying surface surrounding 756 meteorological stations across China was identified based on remote sensing images over a number of time intervals to distinguish the rural stations that ’entered’ into cities. Then, after removing the observational data from these stations which have been influenced by urban expansion, a dataset of background air temperatures was generated by interpolating the observational data from the remaining rural stations. The mean urban heat island effect intensity since 1970 was estimated by comparing the original observational records from urban stations with the background air temperature interpolated. The result shows that urban heat island effect does occur due to urban expansion, with a higher intensity in winter than in other seasons. Then the overestimation of regional air temperature is evaluated by comparing the two kinds of grid datasets of air temperature which are respectively interpolated by all stations’ and rural stations’ observational data. Spatially, the overestimation is relatively higher in eastern China than in the central part of China; however, both areas exhibit a much higher effect than is observed in western China. We concluded that in the last 40 years the mean temperature in China increased by about 1.58℃, of which about 0.01℃ was attributed to urban expansion, with a contribution of up to 0.09℃ in the core areas from the overestimation of air temperature.     

宁南地区地表特征参数及辐射平衡区域分布

本文利用2001年6月30日LANDSAT-7 ETM+卫星遥感资料和宁夏南部及周边区域22个气象站气象观测资料,求得地表特征参数中NDVI、地表反射率、地表温度和地表辐射平衡各量中地表短波吸收辐射、地表长波辐射区域、大气逆辐射、净辐射的区域分布和分布直方图,将地表分成5类,分类别讨论了其各量分布特征。主要研究结果表明:地表特征参数及地表辐射平衡各量的分布均呈现明显的地带性,各区域分布图上山体、水体的轮廓很显著,主要原因是山上及河流附近生长着茂密的植被,说明植被的分布在相当程度上影响了辐射平衡各量和地表特征参数的分布。     

宁夏冬季气温的变化及同期500hPa环流特征量的变化特征

通过近40多年来宁夏冬季气温的变化进行了研究,结果表明:宁夏冬季气温总趋势是变暖的,冬季平均气温在1985年前后发生突变,突变后升温最明显的是中部干旱带;宁夏冬季气候变暖与大区域有不同之处,1967-1990年宁夏冬季升温过程,最低气温是主要的,但1990年以后宁夏冬季的变暖,并不完全是由于最低气温的变暖而形成,最高气温的变暖也是20世纪90年代以来宁夏冬季气候变暖的重要特征;宁夏极端气温变化具有明显阶段性特征,80年代末期以后极端最低气温的变率明显增大;冬季北半球500 hpa极涡面积、亚洲西风环流指数、东亚大槽位置、西太平洋副热带高压强度与宁夏冬季平均气温有较为一致的年代际气候特征;小波分析发现,以上环流特征量与宁夏冬季平均气温存在相同的4年左右的主周期变化,且在时、频域上有较为一致的对应关系。     

普里兹湾区域风和温度资料对比分析: 以2007 年为例

通过分析再分析资料与站点观测资料的差异评估了普里兹湾区域5 套再分析资料的风速、风向以及 温度产品。这5 套再分析资料包括欧洲中心再分析资料(ERA-I)、日本25 年再分析资料(JRA-25)、日本55 年再分析资料(JRA-55)、美国国家环境预报中心再分析资料(CFSR)和美国国家航空航天局再分析资料 (MERRA)。采用的观测资料来自两个人工观测站和三个自动气象站。月平均和季节差异分析结果表明, Mawson 站点再分析资料的风速一般小于站点风速, 其他站点再分析资料一般风速过大, 所有的站点风向与 再分析资料风向差异不大, 再分析资料的2 m 温度总体低于人工观测站的温度, 自动站和再分析资料的差 异则没有一致的差异特征。通过6 h 风速资料对比, 发现当Mawson 站点风速低于5 m·s^–1 时, 再分析资料偏 高, 当站点风速高于15 m·s^–1 时, 再分析资料偏低, 且该站点记录的极端强风次数远多于再分析资料。     

宁夏高温气候特征及其大气环流异常分析

利用宁夏24个气象观测站1960-2009年逐日最高气温观测资料和NCEP／NCAR再分析高度场资料,分析了宁夏高温日数的空间分布及年际、年代际变化趋势,并对高温异常对应的大气环流背景进行了分析。结果表明,宁夏中北部地区高温相对多发,大武口和同心为两个高发中心;7月高温出现频率最大;1971、2000、2001年和2005年为高温日数最多的4个年份,而1962、1979年和1989年没有高温日出现;宁夏高温日数在20世纪90年代中期发生了年代际突变,1997年以来宁夏平均高温日数较1996年以前增加了3.4倍。高温日数的年际、年代际异常对应中高纬度大范围大气环流异常,即从西欧到白令海峡的大范围地区中高层高度异常场波列分布。亚洲中高纬度经向环流弱,高纬度冷空气不易南下,宁夏高温日数偏多。高温日数偏少年经向环流强,有利于北方冷空气南下。     

近32 a中亚地区气温时空格局分析

中亚地区生态环境脆弱,生态系统对于气候变化的响应非常敏感,但其气候变化的时空格局并不清楚。该区域气象站点分布稀疏、高精度气象数据缺乏,利用单一数据源研究气候变化具有极大的不确定性。因此,结合站点数据和再分析数据探索中亚五国气候变化时空格局具有重要的研究价值。选取31个气象站点数据（OBS）、CRU气象插值数据和CFSR、ERA-Interim和MERRA三套高精度的再分析数据,对中亚地区1980-2011年的年、四季气温的时空格局变化进行分析。研究结果表明：（1） 近32 a中亚年均气温显著升高,增温速率为0.36～0.47 ℃·（10 a）^-1,即过去的近32 a中亚地区平均气温升高1.15～1.50 ℃。（2）四季气温变化中春季的增温速率最快（0.71～0.93 ℃·（10 a）^-1）,而冬季气温无显著性的变化。（3）中亚中部、南部、西南部、西部地区显著增温,尤其是在1990s后期至2000s前期经历了显著性地增温过程,而中亚其它地区气温无显著变化。     

宁夏降水变化及其与ENSO事件的关系

分析1959~2001年的月降水数据发现:20世纪60~80年代宁夏降水有较明显的干旱趋势,但90年代降水较80年代有所增加。功率谱分析表明,ENSO和宁夏降水具有一致的变化周期,即14年、3.75年、准2年和1.5年。宁夏降水对EL Nino事件达到最显著响应需要滞后2~4个月,而对LA Nina事件的响应比对EL Nina迅速,只需滞后1~2个月便达到最显著响应。ENSO对宁夏不同季节降水的影响差异很大。EL Nino发生4个月后,春、夏、秋三个季节降水都偏少,但冬季降水却是增加了。LA Nina发生1个月后,夏、秋、冬三个季节降水都偏多,但春季降水减少了。EL Nino事件发生期间,宁夏年降水偏少28 mm,占常年降水量的10%,而LA Nina发生期间,年降水偏多24 mm,占年降水量9%。