近55 a秦岭山区极端气温变化及其对区域变暖的影响

分析极端气温变化对气候变化研究具有重要意义。本文基于秦岭地区31个站点1960—2013年的逐日最高气温、最低气温和平均气温资料,获得秦岭地区16种极端气温指数,采用线性倾向估计法、M-K检验和主成分分析法,研究各指数变化特征,以揭示极端气温变化规律及其对区域变暖的影响。结果表明:(1)近55 a秦岭地区极端气温呈上升趋势,且日最高气温的升幅大于日最低气温;极端气温暖指数升高,冷指数降低,且暖指数的变化幅度大于冷指数。(2)日最高(低)气温极高值、日最高(低)气温极低值和气温日较差的升幅分别为0.14(0.06)、0.38(0.11)、0.08℃/10 a,夏季日数、热夜日数、暖昼日数、暖夜日数、暖持续日数和生物生长季分别以3.91、1.89、2.59、2.24、1.29、3.15 d/10 a的趋势在增加,而冰冻日数、霜冻日数、冷昼日数、冷夜日数和冷持续日数以-0.7、-3.01、-1.79、-2.05、-0.45 d/10 a的趋势在减小。(3)近55 a秦岭地区极端气温指数变化趋势与全球及全国基本相同,但变化幅度相对偏小,突变时间主要集中在20世纪90年代。(4)近55 a秦岭地区气候变暖与极端气温指数的变化关系密切,其中夏季日数、热夜日数、暖昼日数、暖夜日数和冷昼日数是秦岭地区气候变暖的主要贡献者。     

1960-2017年渭河流域极端气温变化及其对区域增暖的响应

基于逐日最高和最低气温,计算1960-2017年渭河流域16项极端气温指数,发现近58 a渭河流域极端冷指数(冰冻日数、霜冻日数、冷夜日数、冷昼日数和冷持续指数)呈下降趋势,极端暖指数(夏日日数、热夜日数、暖昼日数、暖夜日数、作物生长期和热持续指数)呈上升趋势,特别是20世纪80年代后上升速率明显加快。流域半干旱区对气候变暖的响应更敏感,主要体现在白天温度增高以及冰冻和霜冻日数减少,而半湿润区主要为夜间增暖。相比1960-2003年,2004-2017年流域平均温度升高1.75℃,暖夜/暖昼日数增加10.99/6.79 d,而霜冻/冷夜日数减少8.71/2.35 d。分析发现地形条件是影响流域极端气温空间差异的重要因素。在流域半干旱区,冷夜和冷昼日数的快速减少,有利于农作物的生长。而在相对湿度较大的半湿润区,随着夏季连续高温天气增多,高温热浪事件的危害更大。     

1962-2011年长江流域极端气温事件分析

根据1962-2011 年长江流域115 个气象站点的逐日最高气温、日最低气温资料,利用线性倾向估计法、主成分分析及相关分析法,并根据选取的16 个极端气温指标,分析了该地区极端气温的时间变化趋势和空间分布规律。结果表明:(1) 冷昼日数、冷夜日数、冰冻日数、霜冻日数、冷持续日数分别以-0.84、-2.78、-0.48、-3.29、-0.67 d·(10a)^-1的趋势减小,而暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.24、2.86、2.93、1.80、0.83 、2.30 d·(10a)^-1的趋势增加,日最高(低) 气温的极低值、日最高(低) 气温的极高值和极端气温日较差的倾向率分别为0.33、0.47、0.16、0.19、-0.07 ℃·(10a)^-1;(2) 冷指数(冷夜日数、日最高气温的极低值、日最低气温的极低值)的变暖幅度明显大于暖指数(暖夜日数、日最高气温的极高值、日最低气温的极高值),夜指数(暖夜日数、冷夜日数) 的变暖幅度明显大于昼指数(暖昼日数、冷昼日数);(3) 空间分布上,长江上游区域冷指数的平均值大于其中下游区域,而暖指数和生物生长季则是中下游多年平均值大于上游区域(暖持续日数除外);(4) 因子分析的结果表明,除了极端气温日较差之外,各极端气温指数之间均呈现很好的相关性。     

1960~2014年河南极端气温事件时空演变分析

基于河南1960~2014年18个气象台站逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采用线性趋势、相关分析等方法,根据选取的16个极端气温指数,分析了河南省极端气温变化趋势和空间差异,探讨了极端气温指数的影响因素以及与该区气候变化的关系。结果表明：① 河南近55 a来日最高气温的极小值、最低气温的极大/小值、暖昼/夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季呈现增大/加趋势;日最高气温的极大值、冷昼/夜日数、冰/霜冻日数、冷持续日数和气温日较差呈现减小/少趋势。② 极端最低气温的变暖主要发生在黄淮海平原区、豫西南南阳盆地以及豫南桐柏山-大别山山地丘陵区;而极端最高气温的变暖则主要发生在豫西山地丘陵区。③ 与中国其他地区相比,河南极端气温近55 a的变化速率较慢,低温出现的日数显著减少;但近20 a来大部分极端气温指数的变化速率均提高了2倍多,表明该区极端气温进入了加速变化阶段。④ 相关分析表明河南极端气温指数变化可以指示该区气候变化,且地形条件是该区极端气温空间变化的控制因素。     

1960~2013年中国沿海极端气温事件变化特征

基于1960~2013年中国沿海110个地面气象站资料,分析了中国沿海极端气温事件的变化特征。结果表明：中国近54 a来月最高气温极小值（TXn）、极端最高温（TXx）、极端最低温（TNn）和月最低气温极大值（TNx）都呈上升趋势,其中极端最低气温上升幅度最大,升幅为0.40 ℃/10a。日较差（DTR）、冷昼日数（TX10p）和冷夜日数（TN10p）呈下降趋势,降幅分别为-0.12℃/10a、-0.7 d/10a和-2.19 d/10a,暖昼日数（TX90p）和暖夜日数（TN90p）呈显著上升趋势,升幅分别为1.31 d/10a和2.24 d/10a。SU25和TR20近30 a上升幅度分别为6.35 d/10a和5.28 d/10a。从空间变化来看TXn、TXx、TNn和TNx分别有97%、71%、97%和97%气象站呈上升趋势,大部分都通过了0.01水平的显著性检验。TX10p、TN10p和DTR分别有90%、99%和81%的气象站呈下降趋势。大部分极端气温指数变化趋势与纬度、经度和海拔有显著的相关性。极端气温指数在气候变暖突变前后也存在明显差异,TX10p、TN10p和DTR在气候变暖后明显减少,而其他指数则明显上升。     

中国极端通用热气候指数的时空变化

利用ERA-Interim再分析资料,分析了1979-2014年中国极端通用热气候指数(Universal Thermal Climate Index,UTCI)时空变化特征。结果表明:(1)从全国平均看,暖指数均显著上升,且暖夜日数升幅(1.50 d/10a)大于暖昼日数(1.32 d/10a),夏季最低UTCI升幅(0.63°C/10a)大于夏季最高UTCI(0.24°C/10a)。暖昼、暖夜日数自90年代初后迅速增多。冷指数中,冬季最高UTCI显著上升(0.42°C/10a),其他指数无显著趋势。冷昼、冷夜日数阶段性特征明显,20世纪80年代和2000年代中期之后均值、波动幅度均较大,其间均值、波动幅度均较小。最近10年,中国夏季极端热应力和冬季极端冷应力均较为显著。(2)从空间分布上看,暖指数在中国绝大多数区域上升。暖昼、暖夜日数的上升中心均位于新疆东部和内蒙古中部地区,升幅分别为3 d/10a~4.80 d/10a、4 d/10a~5.94 d/10a。冷指数中,冬季最高UTCI在82.04%的区域上升,内蒙古中部和西部及陕西北部地区升幅最大,达1.20°C/10a~2.18°C/10a;其他指数的变化趋势在绝大多数区域不显著,且变化幅度较小。(3)极端UTCI指数和极端气温指数均表明,中国多数地区夏季暖昼、暖夜日数上升,冬季冷昼、冷夜日数下降。但极端气温指数揭示的暖昼、暖夜日数升幅更大,且暖夜日数升幅大于暖昼日数的现象更显著,冷昼、冷夜日数下降趋势的范围和降幅也更大。     

1961-2010 年西藏极端气温事件的时空变化

利用18 个气象站点1961-2010 年逐日最高、最低气温和平均气温资料,分析了西藏极端气温事件的变化规律。结果表明:近50a 西藏霜冻日数和结冰日数明显减少,结冰日数减少显著的区域集中在藏北,霜冻日数则在整个区域都显著减少;生长季长度以4.71 d/10a 的速度明显延长,以拉萨、泽当最显著。极端最低气温在全区范围均呈显著升高,尤其是近30a 升幅更大,达1.06 oC/10a;最高气温的极大值在沿雅鲁藏布江一线东段和那曲地区上升较明显,而在南部边缘地区有下降的趋势。冷夜(昼) 日数普遍明显减少,减幅为9.38 d/10a (4.96 d/10a);暖夜(昼) 日数显著增加,增幅为10.99 d/10a (6.72 d/10a)。大部分极端气温指数的变化趋势与海拔高度有较高的相关性,其中极端最低气温与海拔高度呈正相关,极端最高气温、结冰日数、暖昼(夜) 日数和生长季长度呈负相关。极端最高、最低气温和气温暖指数呈逐年代增加趋势,极端气温冷指数和生长季长度表现为下降的年代际变化特征。在时间转折上,极端最低气温、冷(暖) 夜指数和生长季长度的突变点发生在20 世纪90 年代中期前,霜冻、结冰日数和冷(暖) 昼指数的突变点则推迟到21 世纪初期。多数情况下,西藏极端气温指数的变幅比全国、青藏高原及其周边地区偏大,说明西藏极端气温变化对区域增温的响应更为敏感。     

陕北地区1960-2013年极端气温指数

以陕北地区1960-2013年的逐日气温数据为基础,运用Mann-Kendall非参数检验法,分析了该区极端气温指数及其变化趋势。结果表明：（1）陕北地区年平均气温、最高和最低气温分别以0.27、0.24、0.28℃/10a的速率显著增加（P<0.05）,各站点气温指标均上升,且冬季变暖幅度最大,春季次之。（2）最低气温极高值、暖夜、暖日分别以0.054℃/10a、1.83d/10a、1.4d/10a显著增大;年日最高气温极高值与生长日长度增幅分别为0.092℃/10a、2.4d/10a;暖日、暖夜各季节亦显著上升;气温日较差以-0.036℃/10a的速率减小。除气温日较差外,其余指数均有50%以上的站点呈上升趋势。（3）最高气温极低值增幅为0.217℃/10a;最低气温极低值、冷日减幅分别为-0.015℃/10a、-0.48d/10a;冷夜以-0.98d/10a的速率显著减小;霜日及冰日分别以2.2/10a、2.4d/10a的速率显著减小。除最低气温极低值及最高气温极低值外,其余指数均有100%的站点呈下降趋势。4）暖指数的增大幅度大于冷指数的减小幅度,夜指数的减小幅度大于昼指数增大幅度。极端气温的两极化分布趋势导致研究区域高温、旱灾及冰冻等灾害的频发。     

1960~2015年中国天山南、北坡与山区极端气温时空变化特征

基于中国天山地区35个气象站点1960~2015年逐日最高、最低气温实测资料,应用Mann-Kendall趋势检验分析法, 空间分析法等研究了极端气温的时空变化特征,并探讨了气温指数的环流背景因素。结果表明：① 近56 a来,年平均最高、最低气温均呈上升趋势,而日较差呈下降趋势; 暖指数和日最低(高)气温极小值均呈上升趋势,而其他冷指数呈减小趋势;从季节变化看,除暖昼、暖夜之外,大部分气温指数的冬季变暖幅度均明显高于夏季。② 空间分布上,天山山区年平均最低气温和日较差以及大部分冷指数的变暖幅度大于南北坡,而暖指数则表现为南坡大于北坡和山区。③ 高温和低温指数变化幅度表现出明显不对称性变化,年平均最低温的变暖幅度明显大于年平均最高温,冷指数变暖幅度大于暖指数,夜指数变暖幅度显著大于昼指数。④ 天山地区年平均最高(低)气温和极端气温冷指数受环流指数北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响较大,而北太平洋涛动(NPO)、东亚夏季风(EASMI)、南亚夏季风(SASMI)和南海夏季风(SCSMI)是暖指数变化的重要因素。     

基于均一化资料的西安极端气温变化特征研究

基于1960~2015年西安气象站点逐日最高温、最低温数据,采用RHtest软件对非均一化气温序列进行订正,进而选取16项极端气温指数,对西安极端气温变化特征进行分析。结果表明：① 由于气象站点迁移,西安气温资料存在非均一性,导致极端气温变化趋势被低估;② 全球变暖背景下,西安极端气温变化表现出：“快速增温与平稳波动并存,冷暖变化趋势相反,夜晚增暖趋势比白天明显,白天波动变化明显于夜晚,持续性高温事件变化不大,持续性低温事件大幅下降”的变化特征;③ 通过不同区域趋势变化对比、冷暖、昼夜变化关系对比发现,受城市热岛影响,西安极端低温事件减少更为突出,远高于中国其他对比区域（秦岭南北、黄土高原、东北地区等）;④ 在昼夜变化上,西安极端气温变化与中国、全球变化具有一致性,但是通过冷暖指标对比发现,西安极端气温变化具有区域性,表现为冷昼日数下降高于暖昼日数上升,冷夜日数下降高于暖夜日数上升,冷持续日数和暖持续日数共同表现为下降趋势。