气候突变现象的研究

本文分析了各种时间尺度的气候突变现象，特别是本世纪以来的三次主要气候突变（1900、1920和1960），讨论了十年尺度气候突变现象的几个主要特点:气候突变与全球温度变化的关系、突变的空间尺度以及季风系统 在气候突变中的敏感性等。     

云南高原昆明市旱涝急转特征及其城市化响应研究

基于昆明市1965-2016年逐日降水资料,计算昆明市汛期(5-10月)的长周期旱涝急转指数、短周期旱涝急转指数和旱涝急转强度,采用小波分析、M-K突变检验、灰色关联度等方法,分析了昆明市的旱涝急转特征及其与城市化的相关性.结果表明:在1965-2016年,昆明市长周期旱涝急转指数LD-FAI(Long-term dr...     

1981～2017年贵州省盛夏旱涝急转时空演变特征

为客观判定贵州省盛夏的旱涝急转事件,本文利用1981～2017年7～8月贵州省78站逐月降水资料,计算并分析了贵州省盛夏旱涝急转指数(I_DFA)的时空演变特征。结果表明:1981～2017年贵州省盛夏旱涝急转指数的变化趋势并不明显,但年代际变化特征明显。单独用I_DFA来判定旱涝急转典型年并不完全准确,典型旱涝急转年的定义标准为:I_DFA绝对值大于1,其7、8月降水距平百分率绝对值在15%以上,且7、8月百分率之差的绝对值在50%以上。贵州省涝转旱频次的大值区位于遵义市南部、黔东南州北部,表明该区域易发生涝转旱事件;旱转涝频次的大值区位于遵义市北部、安顺市东部至黔东南州北部一带,表明该区域易发生旱转涝事件。      

从地球系统的观点看气候突变

在地球的气候史中,经历了许多次气候突变事件。这些突变对地球表层系统的演变与进化产生了巨大影响。随着全球气候变暖的持续发展,人类赖以生存的气候环境正在经历重大变化。如何科学地理解和认识这些变化,尤其是气候突变。是人类寻求对策,应对气候变化,保护自己持续发展的科学基础。文中从地球系统的角度对气候突变的科学问题进行了探讨,认为对气候突变的研究不应仅局限于大气圈,而应该对地球系统的整体变化进行研究。     

A model for Dansgaard–Oeschger events and millennial-scale abrupt climate change without external forcing

Climate Dynamics - We propose a conceptual model which generates abrupt climate changes akin to Dansgaard–Oeschger events. In the model these abrupt climate changes are not triggered by...     

气候变暖的显著性检验以及温度场和降水场的时空分布特征

用近百年来全球温度和降水资料研究了20世纪20年代和80年代两次全球性气候突然变暖现象,并利用Mann-Kendall突变检验方法对其进行突变检验.分析表明,温度场和降水场的经验正交分解函数的主分量(EOF1),能够很好地表征相应变量年代际时间尺度上突变空间分布型的主要特征,因而用温度资料的EOF1讨论了两次突然变暖的全球空间和时间分布特点.在全球两次突然变暖的同时也发生了相应的降水空间分布型突变.对比分析表明,两次变暖事件的基本特征并不相同,说明引起两次突变的物理机制也不相同.     

Detecting abrupt climate changes on different time scales

Two concepts are introduced for detecting abrupt climate changes. In the first case, the sampling frequency of climate data is high as compared to the frequency of climate events examined. The method is based on a separation of trend and noise in the data and is applicable to any dataset that satisfies some mild smoothness and statistical dependence conditions for the trend and the noise, respectively. We say that an abrupt change occurs when the first derivative of the trend function has a discontinuity and the task is to identify such points. The technique is applied to Northern Hemisphere temperature data from 1850 to 2009, Northern Hemisphere temperature data from proxy data, a.d. 200?C1995 and Holocene ??¹⁸O values going back to 11,700 years BP. Several abrupt changes are detected that are, among other things, beneficial for determining the Medieval Warm Period, Little Ice Age and Holocene Climate Optimum. In the second case, the sampling frequency is low relative to the frequency of climate events studied. A typical example includes Dansgaard?COeschger events. The methodology used here is based on a refinement of autoregressive conditional heteroscedastic models. The key element of this approach is the volatility that characterises the time-varying variance, and abrupt changes are defined by high volatilities. The technique applied to ??¹⁸O values going back to 122,950 years BP is suitable for identifying DO events. These two approaches for the two cases are closely related despite the fact that at first glance, they seem quite different.     

华南汛期旱涝急转及其大气环流特征

利用国家气象信息中心提供的1960～2015年中国753站汛期(4～9月)逐日降水资料,对华南地区汛期旱涝急转现象进行了分析,定义了一个旱涝急转评价指标,分析了旱涝急转事件的特点及其大气环流特征。结果表明:华南在56年汛期中共发生了17次旱涝急转事件,发生频率由1960年代的3次下降到1970年代、1980年代的1次,后迅速增加到1990年代的4次、21世纪初的8次。将其按急转时间分为春末初夏旱转涝事件和盛夏涝转旱事件。春末初夏旱转涝事件,旱期西太平洋副热带高压主体偏南,中国东部主要受干冷高压脊控制,华南低层负涡度发展伴随着辐散、下沉运动的加强和水汽输送的减弱,降水偏少;涝期西太平洋副热带高压北抬,孟加拉湾南支槽异常偏强,华南位于副热带高压西侧和南亚高压东南侧,低层正涡度发展伴随着辐合、上升运动和水汽输送的加强,降水偏多。盛夏涝转旱事件,涝期西太平洋副热带高压主体偏西,华南处于副热带高压西北侧和南亚高压东南侧,低层水汽输送、辐合和上升运动均加强,正涡度发展,降水增多;旱期西太平洋副热带高压显著北跳,南亚高压向东向北扩展至长江中下游地区,华南为西太平洋副热带高压和高空东风急流所控制,低层水汽输送减弱,辐散和下沉运动加强,负涡度发展,干旱少雨。     

1961—2008年内蒙古降水极端事件分析

利用内蒙古自治区116个气象站1961—2008年逐日降水量资料,以年序列的第90和95个百分位,分别建立了单站日降水量极端气候事件的阈值,检测了近48年来内蒙古逐日降水量极端事件的出现频率,分析了极端事件阈值、频数及降水量的空间分布和年际、年代际及季节变化的差异,对比分析了1987年前后极端事件频次和降水量的变化。结果显示：1) 内蒙古日降水极端事件的阈值普遍较小,在2.1～23.8 mm之间;全年极端事件出现的频次在2.4～20.9 d之间;降水极端事件的阈值、频次、降水量等空间差异十分明显。2) 近48年来内蒙古区域平均的夏季和全年降水极端事件没有显著的增减变化趋势,但进入21世纪后,7—8月内蒙古极端降水事件和极端事件的降水量明显减少。3) 1987年气温显著升高以后,中部大部地区和东南部降水极端事件减少,东北部大部和西部增加。     

大西洋热盐环流与气候突变

未来是否会发生由大西洋热盐环流崩溃引起的气候突变是目前极富争议性的全球气候变化问题。首先回顾了过去发生的气候突变事件以及若干成因假说,介绍了McGill地球系统模拟组的有关研究成果,并探讨了过去气候突变事件中的南北半球遥相关,最后讨论了未来是否会发生大西洋热盐环流崩溃引起的气候突变。对过去发生的大西洋热盐环流突变的研究表明,它产生的气候背景与现代气候以及将来进一步变暖的气候截然不同,因此不能凭过去发生过的突变事件来推论将来会发生类似的气候突变。尽管有的气候模式预测全球变暖会导致大西洋热盐环流减弱甚至崩溃而引发气候突变,但是目前全球气候系统的观测有许多不足之处,并且现代气候模式也存在较大的不确定性,因此尚不能确信现在的全球变暖会导致这样的气候突变。     

山西近40年极端降水特征分析

利用山西108个国家级地面气象观测站1979—2018年日降水量资料,采用百分位法定义极端降水事件,应用气候趋势系数、Mann-Kendall (M-K)检验等方法,研究山西极端降水特征及其变化规律。结果表明:(1)山西极端降水出现在3—10月之间,发生频次呈现“山区多、盆地少”的特点,平均强度表现为“北中部小、南部大”的空间分布特征。(2)山西极端降水持续时间以1 d为主,局地性特征明显,发生大范围极端降水事件的概率较低。(3)近40年,山西极端降水事件呈明显增多趋势,影响范围不断扩大,强度略有增强,没有突变发生。各区域极端降水的长期变化差异较大;北部强度显著增强,范围明显扩大且在1986年发生突变;中部极端降水日数和强度显著增多增强,并分别在2001、1992年发生突变;南部极端降水变化趋势微弱。     

中国冬半年极端低温事件的时空特征及其与 东亚冬季风的关系

利用1961～2012年全国553站逐日最低气温资料,根据百分位值法,定义了不同台站的极端低温阈值,并统计分析了逐年逐站发生极端低温事件的频数,并且使用经验正交函数分解(EOF)的方法对其时空变化特征进行了研究.研究结果表明:近51年来,我国冬半年极端低温事件总体呈明显的减少趋势,但仍存在明显的时空差异.EOF分析结果...     

1961-2010 年东北地区降水事件时空均匀性研究

利用1961-2010年东北三省和内蒙古四盟90个气象站逐日降水资料,分析了中国东北地区降水事件的气候特征及时空分布均匀性变化。结果表明：近50 a来,东北地区年降水量略有减少,但冬、春季降水量显著增加;考虑降水日数,冬、春季降水量增加主要是由于降水强度的增加,夏、秋季降水量减少主要是由于降水频次的减少。气候变暖的大背景下,虽然年降水量线性变化趋势并不明显,但是降水量年际间分布不均匀性增加,降水有向极端化发展的趋势,夏、秋季表现更为明显,各等级降水事件尤其是降雪在近20 a时间分布明显不均匀。降水量空间均匀性在1993年发生转折突变,突变后空间不均匀性增加,降水日数空间均匀性在1986年发生变率突变,突变后振荡加剧。降水事件时空不均匀性的增加一定程度上造成了东北地区旱涝事件发生可能性增加,不同地域旱涝事件同发现象加剧。     

海洋和冰冻圈变化有关的极端事件、突变及其影响与风险

《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC）于2019年9月在IPCC第一工作组和第二工作组第二次联合大会上得到审议通过,并得到了IPCC第51届全会接受和批准。文中主要对该报告中海洋和冰冻圈变化有关的极端事件、突变及其影响与风险的有关评估内容进行了综合分析。SROCC评估得到的最新结果显示：气候变化背景下冰冻圈变化引起的山体滑坡、雪崩和冰川洪水事件频发。海洋有关的海洋热浪频发,极端El Niño事件加强,大西洋经向翻转环流减弱。同时,沿海地区极端海平面上升,极端海浪增高,极端热带气旋影响增加。这些变化,比如海洋热浪等,是可以归因于人为增暖的。预估结果表明,海洋和冰冻圈变化引起的极端事件未来会进一步加剧。而这些变化已经影响了高山、极地以及沿海地区人群的生产和生活,以及海洋和冰冻圈的生态系统服务功能。应对这一系列变化,需要更加精准的预测和预警,包括对极端事件和突变的季节预测和年际、年代际预测,以便做好充足的准备来降低极端事件风险。同时,加强应对极端事件的科普教育和提供因地制宜的灾害重建措施等也是风险管理的重要环节。     

1957~2000年沈阳地区气温和降水变化特征分析

利用1957～2000年沈阳地区逐日平均气温、降水量资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检测法和Morlet小波变换等方法,分析了近44a来沈阳地区气温和降水变化的总体特征及趋势,并利用极端气温和降水指数探讨了其变化特征。结果表明:近44 a来沈阳地区气温呈显著的上升趋势,气温变化有较明显的突变特征,突变时间出现在1981～1982年;降水呈波动下降趋势,自20世纪80年代以来,极端降水事件的强度和频率均呈上升趋势。     

1961～2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析

利用1961～2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2～4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2～4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2～4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。     

1961—2010年新丰县气候资源的变化特征

根据1961—2010年新丰气象站观测资料,采用线性趋势分析、滑动平均等方法,研究了近50年来新丰县气候资源的变化特征。结果表明,新丰气温呈变暖趋势,特别是21世纪以来升温明显,气温的变化不具有突变特征,冬季对气候变暖贡献最大;稳定≥10℃的活动积温呈增加趋势。降水为减少趋势且具有突变特征,突变点为1991年,降水减少明显;日照也呈减少趋势且在1989年存在突变。进一步分析,发现气候变暖导致春季和秋季干旱事件发生的频率增加;降水虽然呈减少趋势,但夏季的降水呈增加趋势,说明降水强度发生了变化,灾害造成的经济损失在增大。     

宁夏夏季极端降水日数的变化规律及其成因

利用1961—2015年宁夏逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了宁夏夏季极端降水的变化规律及其成因。结果表明:1)55年来宁夏夏季极端降水日数呈微弱减少趋势,但变率在1994年发生了由大到小的气候突变。各月极端降水的变化存在差异:6月极端降水日数在1982年发生突变,突变后日数显著增多;7月极端降水日数呈微弱减少趋势;8月极端降水日数在1995年发生突变,突变后日数显著减少。2)500 h Pa高度场上6月中国华北—东北与西太平洋上的偶极型异常分布、8月西西伯利亚—蒙古—副热带地区的遥相关波列和EAP异常分布型以及700h Pa上宁夏6月偏东风增强和8月偏北风增强,是导致极端降水事件变化的直接原因。3)6月菲律宾附近海温偏高,有利于500 h Pa高度距平场形成华北—东北与西太平洋的"+-"偶极型异常分布;8月拉尼娜事件的发生,有利于我国呈现西低东高分布型,激发EAP遥相关波列,冷空气与水汽条件相配合,从而导致宁夏极端降水事件频发。     

The southwest Indian Monsoon over the last 18 000 years

Previously published results suggest that the strength of the SW Indian Monsoon can vary significantly on century- to millenium time scales, an observation that has important implications for assessments of future climate and hydrologic change over densely populated portions of Asia. We present new, well-dated, multi-proxy records of past monsoon variation from three separate Arabian Sea sediment cores that span the last glacial maximum to late-Holocene. To a large extent, these records confirm earlier published suggestions that the monsoon strengthened in a series of abrupt events over the last deglaciation. However, our data provide a somewhat refined picture of when these events took place, and suggest the primacy of two abrupt increases in monsoon intensity, one between 13 and 12.5 ka, and the other between 10 and 9.5 ka. This conclusion is supported by the comparisons between our new marine data and published paleoclimatic records throughout the African-Asian monsoon region. The comparison of data sets further supports the assertion that maximum monsoon intensity lagged peak insolation forcing by about 3000 years, and extended from about 9.5 to 5.5 ka. The episodes of rapid monsoon intensification coincided with major shifts in North Atlantic-European surface temperatures and ice-sheet extent. This coincidence, coupled with new climate model experiments, suggests that the large land-sea thermal gradient needed to drive strong monsoons developed only after glacial conditions upstream of, and on, the Tibetan Plateau receded (cold North Atlantic sea-surface temperatures, European ice-sheets, and extensive Asian snow cover). It is likely that abrupt changes in seasonal soil hydrology were as important to past monsoon forcing as were abrupt snow-related changes in regional albedo. Our analysis suggests that the monsoon responded more linearly to insolation forcing after the disappearance of glacial boundary conditions, decreasing gradually after about 6 ka. Our data also support the possibility that significant century-scale decreases in monsoon intensity took place during the early to mid-Holocene period of enhanced monsoon strength, further highlighting the need to understand paleomonsoon dynamics before accurate assessments of future monsoon strength can be made.     

INVESTIGATION OF THE SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF EXTREME HIGH TEMPERATURE IN CHINA WITH DETRENDED FLUCTUATION AND PERMUTATION ENTROPY

With temperatures increasing as a result of global warming,extreme high temperatures are becoming more intense and more frequent on larger scale during summer in China.In recent years,a variety of researches have examined the high temperature distribution in China.However,it hardly considers the variation of temperature data and systems when defining the threshold of extreme high temperature.In order to discern the spatio-temporal distribution of extreme heat in China,we examined the daily maximum temperature data of 83 observation stations in China from 1950 to 2008.The objective of this study was to understand the distribution characteristics of extreme high temperature events defined by Detrended Fluctuation Analysis(DFA).The statistical methods of Permutation Entropy(PE)were also used in this study to analyze the temporal distribution.The results showed that the frequency of extreme high temperature events in China presented 3 periods of 7,10—13 and 16—20 years,respectively.The abrupt changes generally happened in the 1960s,the end of 1970s and early 1980s.It was also found that the maximum frequency occurred in the early 1950s,and the frequency decreased sharply until the late 1980s when an evidently increasing trend emerged.Furthermore,the annual averaged frequency of extreme high temperature events reveals a decreasing-increasing-decreasing trend from southwest to northeast China,but an increasing-decreasing trend from southeast to northwest China.And the frequency was higher in southern region than that in northern region.Besides,the maximum and minimum of frequencies were relatively concentrated spatially.Our results also shed light on the reasons for the periods and abrupt changes of the frequency of extreme high temperature events in China.