全球陆地表面气温变化研究现状、问题和展望

气候变化模拟、预估、影响评价和适应行动,均需深入了解全球陆地及不同区域地面平均气温、极端气温变化的基本观测事实和精准时空规律。长期以来,近百年全球陆地表面气温序列的构建和分析主要由英国和美国少数几家研究机构垄断。这些机构研制的长序列全球陆地表面气温变化分析产品成为气候变化科学的基石。然而,现有全球陆地表面气温资料数据及分析结果还存在明显不足,其中突出的问题包括:1中国及周边国家、地区观测覆盖不充分,早期资料覆盖严重匮乏;2对城市化影响偏差重视不够,没有对其进行系统研究和订正。另一方面,我国气象部门目前已初步建立了全球陆地表面气温观测资料数据集,中国科学家也在城市化对地面气温趋势影响偏差评价和订正方面开展了系统研究。但迄今为止,我国还没有研制出高质量、覆盖全球各个大陆的地表气温资料数据集及其分析产品。如何完善业已建成的地表气温观测资料数据集,系统分析、评价全球陆地城镇观测站地面气温序列中的城市化影响性质和程度,发展客观的方法订正城市化影响偏差,建立中国自己的高质量全球陆地长序列地面气温资料数据集,构建和分析全球陆表平均和极端气温时间序列,监测和揭示全球陆地及不同区域地面气温变化的精细规律,已成为我国气候变化和全球变化科学的重要任务。     

我国过去千年地表温度序列的初步重建

通过对器测温度资料与代用温度资料的研究,对中国过去1 000年的地表温度序列进行了初步重建.重建主要以树轮年表资料为基础,采用不同方法分别合成具有年分辨率的400年与1 000年西部温度序列,以及具有10年分辨率的400年全国温度序列和具有30年分辨率的1 000年全国温度序列.全国温度重建结果表明,中国在1000～1310年间表现出了与欧洲中世纪暖期相对应的温暖阶段,但该暖期在中国西部地区反映得并不明显;而14到19世纪的小冰期则在所有序列中均有显著表现;19世纪中期至上世纪80年代升温显著,但并未超过中世纪暖期水平.作者也讨论了重建序列的不确定性,以及重建序列与前人研究结果的异同.     

国外对LGM以来深海岩心与冰岩心若干研究进展

介绍了近十年来国外LGM阶段以来深海岩心和冰岩心研究的主要成果，评述了这些工作对过去全球环境演变研究的重要意义。     

关于我国过去全球变化研究的几点设想

过去全球变化（ＰＡＧＥＳ）是ＩＧＢＰ的核心计划之一。在同国际ＰＡＧＥＳ计划研究内容对等的前提下，我国的过去全球变化研究既应发挥国内原有工作的传统优势，又应照顾到东亚古环境演变的独特性和填补全球资料空间缺口的需要。根据这一原则，本文对我国相应于ＰＡＧＥＳ计划的具体研究内容提出了若干建议。     

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.     

北疆地区城市化对地面气温趋势估算影响的特殊性

城市化对我国大部分气象站地面气温观测记录都造成了额外的增温,即引起气温观测趋势的正向偏差,但先前研究表明北疆地区城市化可能引起国家站和城市站地面气温出现变凉趋势。为了深入了解这个问题,本文利用前期研究发展的气温参考站数据集和相关分析方法,对北疆地区基准、基本站网和4个代表性城镇站记录的地面气温序列趋势变化特征进行了比较分析,探讨了造成这一特殊现象的可能原因。分析表明证实,北疆地区城镇站和基准、基本站与全国其他地区的相比,其城市化影响表现为明显的气温负趋势,基准、基本站年平均城市化影响达到-0.05℃/10a,城市化贡献为-14.1%,春、夏和秋季城市化影响均为显著的负趋势,秋季最为明显,冬季城市化影响表现出不显著的正趋势;乌苏、石河子、克拉玛依和乌鲁木齐四个城镇站年平均城市化影响介于-0.07~-0.19℃/10a,城市化贡献率介于23.3~100%。本文分析结果有助于深入理解干燥区城市化对地面气温观测序列影响的特殊性及其可能原因,对于区域气候变化检测和归因以及干燥区城市化和绿洲化气候效应研究有一定借鉴意义。     

地理因子在北疆极端气温趋势变化中的作用

论文利用1961-2017年北疆地区37个观测站的逐日气温资料以及高程数据,选取了3类(冷指数、暖指数和极值指数)15项极端气温指数,采用相关分析和灰色关联度统计分析方法,研究了地理因子在北疆极端气温趋势变化中的作用.结果 表明:①北疆地区气候变暖显著,极端气温冷指数呈非常显著的下降趋势,暖指数及极值指数呈显著或非常显...     

城市热岛效应对天津市居住建筑供暖和制冷负荷的影响

城市热岛效应已对建筑能源需求产生了重要影响,评估城市热岛效应影响下建筑的真实能耗需求及城乡差异对既有建筑的节能调控和未来建筑的方案设计都具有重要意义。论文以天津自动气象站2009—2017年逐时观测数据为基础,应用卫星遥感选站方法,选取天津市区周围4个有代表性的乡村参考气象站,对典型居住建筑全年逐时负荷进行了动态模拟,定量评估了城市热岛强度对不同时间尺度(年、日和小时)建筑负荷的影响。结果表明：① 随着城市热岛强度(I_UHI)的增强,城市居住建筑供暖负荷减少、制冷负荷增加,且年平均供暖负荷的减小幅度大于年平均制冷负荷的增加幅度。I_UHI每上升1 ℃,城市年平均供暖负荷较乡村减少4.01 kWh/m²、年平均制冷负荷增加1.05 kWh/m²。② 冬季供暖期和夏季制冷期逐日负荷变化表现为：供暖期的高负荷时段主要集中在12月下旬至翌年1月下旬、制冷期为7月下旬至8月上旬,高负荷时段城市日平均供暖和制冷负荷分别较乡村约减少10%、增加6%。③ 日内供暖负荷和制冷负荷小时变化均表现为夜间强于白天。在供暖期和制冷期,北京时间18:00至次日07:00时段无论在城市或是乡村都是高负荷时段;11:00至15:00时段在供暖期是低负荷时段,而在制冷期是高负荷时段,这可能与气温和供暖制冷需求有关。研究表明,应充分考虑小时、日尺度热岛强度对用能的影响,提高供暖和空调运行调控的精细化水平,以期达到降低供暖和制冷能耗的目的。     

近56年我国暖冬气候事件变化

对冬季平均气温序列采用三分位方法确定单站暖冬阈值, 并将单站暖冬分为弱和强两个等级。以此为基础, 确定区域暖冬和全国暖冬的界定方法和等级划分标准。区域暖冬采用站点相对比例确定, 全国暖冬采用暖冬面积相对比例界定。对我国1952— 2007年的暖冬事件变化特征的分析结果表明:南方暖冬频率高于北方, 强暖冬多发区出现在我国中西部地区; 北方单站暖冬指数上升幅度大于南方, 表明北方暖冬事件上升趋势更加明显; 以1986年为界, 前期 (1952— 1985年) 南、北方各区域均很少出现暖冬, 南方各区暖冬频率略高于北方各区, 后期 (1986—2007年) 各区暖冬年大为增加, 北方各区增加最明显且超过了南方; 56年中, 全国性暖冬共发生15次 (年), 其中强暖冬共有5次 (年); 全国暖冬指数呈显著上升趋势, 在有效面积不变的情况下, 暖冬面积每10年增加10%。     

风场变形误差对北京降水记录及变化趋势的影响

风场变形误差是降水观测误差最主要的来源之一,其不仅影响观测值的准确性,也可能导致长期降水变化趋势中隐含虚假成分。结合北京地区20个气象站点1976-2015年逐日观测资料及前人研究成果,评估了风场变形误差对降水记录及其长期变化趋势的影响,结果表明:①近40年来北京地区平均降水捕获率为90%~95%,上升趋势较明显,但空间分布不均匀。城市化进程导致的风速减小是近10年来北京城、乡降水捕获率差异加大的主要原因。②北京地区风场变形误差存在明显的年际及季节差异。近40年来年均降水量订正值为23.1 mm,观测值较实际降水量年均低估了4.0%。订正后年均降水强度从实测的7.9 mm/d增加到8.3 mm/d,年降水量的下降速率从34.4 mm/10 a变为37.0 mm/10 a,观测值将降水强度低估了约4.8%,且将降水量的下降趋势低估了约7.0%。③对于强度越大的降水过程,风场变形引起的观测误差也越明显。对比发现,城市站点的风场变形误差年际振幅要大于乡村站点,弱降水过程中乡村站点的低估比城市站点明显,对大雨及以上强降水过程则相反,城市站点的低估比乡村站更显著。