近50年石家庄地-气温差变化特征

利用石家庄17个国家气象站1972—2021年逐日地面气温、0 cm地温资料,分析了石家庄地-气温差的变化特征,结果表明:(1)石家庄地-气温差从1月开始逐渐增加,5月达到最大值5.0℃,然后开始减小,12月达到最小值-0.8℃;地-气温差在11月到次年1月为负值;春、夏、秋季均为正值,夏季最大,春季大于秋季,冬季以负值为主;(2)石家庄多年平均地-气温差在1.6~2.6℃之间,平均为2.1℃;整体上东部大于西部。(3)近50年石家庄年平均地-气温差呈显著的减小趋势,变化速率为-0.14℃/10a;夏、秋、冬三季的减小趋势均非常显著,夏季的减小趋势最强;石家庄市区和近郊站点年和四季地-气温差的减少趋势更显著。本文结论对科学认识石家庄城市生态环境的变化具有参考意义。

北疆地区城市化对地面气温趋势的影响

基于前期研究发展的气温参考站数据和分析方法,对北疆地区国家基准气候站、国家基本气象站和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对比分析,探讨造成北疆地区城镇站气温序列中城市化影响特殊性的可能原因。研究表明:北疆地区城镇站和基准、基本站与全国其他地区相比,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℃/10 a,城市化贡献率为-14.1%,春、夏和秋季城市化影响均为显著的负趋势,秋季最明显,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4个城镇站年平均城市化影响为-0.19~-0.07℃/10 a,城市化贡献率为-100%~-23.3%。

我国西北干燥区地面气象站观测环境代表性思考

气候观测环境代表性和观测资料质量是开展大尺度气候变化监测和研究的前提。为了解我国干燥区气象观测环境变化和台站代表性,对河西走廊和北疆9个国家级气象站观测环境开展了调研。结合先前研究结果,从气候变化监测和研究的视角,提出了针对西北干燥区地面观测站代表性问题的几点思考。目前我国西北地区气象站地面观测,对于干燥区的城市和绿洲区域气候及其变化,具有较高的代表性,但对更广大的荒漠和半荒漠背景气候及其变化,代表性仍显不足。早期研究中指出的北疆等地区城镇站地面气温序列负向城市化影响,应与观测场周围局地甚至区域尺度绿洲扩大有直接联系,较难反映绿洲以外干燥区地带性气温变化。针对地面观测环境调研发现的问题及其思考,提出几点建议,希望对未来国家基准气候站网设计和建设提供一定参考。

石家庄城市热岛效应:从冠层、表层到土壤深层

利用石家庄城市气象站和附近2个乡村站2009~2012年的逐日地面气温、0~320 cm土壤温度资料,对比分析了石家庄站从冠层、表层到土壤深层的城市热岛(Urban Heat Island,UHI)效应及其差异,结果表明:1)2009~2012年年平均气温UHI强度为0.9℃,0~320 cm土壤温度UHI强度在-0.5~0.2℃之间,气温UHI强度明显强于土壤温度UHI。表层(0 cm)和浅层(5~40 cm)土壤温度基本表现为“热岛效应”,但深层(80~320 cm)土壤温度表现为“冷岛效应”,40~80 cm是二者的转换层位;深层土壤温度可能受局地气候影响呈现出局地性特点。2)春季、夏季、秋季、冬季气温UHI强度分别为1.1℃、0.6℃、0.7℃和1.3℃,夏季最弱,冬季最强。春季和夏季表层和40 cm以上土壤温度表现为热岛,80 cm以下表现为冷岛;秋季不同深度土壤温度均表现为冷岛,320 cm深度冷岛强度最强;冬季表层和80 cm以上土壤温度主要表现为热岛,320 cm深度表现为冷岛;土壤表层热岛强度季节性变化,与气温的基本一致,其物理机制相似。3)各月气温UHI强度在0.5~1.6℃之间,1月最强,7月和10月最弱。表层和40 cm以上土壤温度一般在1~7月和12月表现为热岛,UHI强度多为6月最强,8~11月表现为冷岛;80 cm以下土壤温度多数月份表现为冷岛。4)年和四季平均气温UHI强度具有明显的日变化特征,年和四季表层土壤温度UHI强度也有较为明显的日变化特征,但随土壤深度加大,土壤温度UHI强度的日变化逐渐减弱,并最终转化为冷岛效应。

近50年中国地面气候变化基本特征

采用国家基准气候站和基本气象站的地面资料,系统地分析了中国大陆地区1951年以来近地表主要气候要素演化的时间和空间特征。结果表明,中国近50 a来年平均地表气温变暖幅度约为1.1℃,增温速率接近0.22℃/(10 a),比全球或半球同期平均增温速率明显偏高。地表气温增暖主要发生在最近的20余年,其季节和空间特征与前人分析结论基本一致。降水量变化趋势对所取时间段和区域范围敏感。1951年以来全国平均降水量变化趋势不明显,但1956年以来略有增加。降水变化的空间特征明显而相对稳定,东北北部、包括长江中下游的东南部地区和西部广大地区降水增加,而华北地区以及东北东南部和西北东部地区降水明显减少。分析还发现,近50a来全国平均的日照时数、平均风速、水面蒸发等气候要素均呈显著下降趋势,但积雪地带的最大积雪深度却有所增加。中国日照时间和水面蒸发量变化的空间特征很相似,减少最明显的地区均发生在华北和华东,新疆次之。影响中国年代以上尺度气候变化的因子错综复杂,人类活动引起的大气中温室气体浓度增高可能在一定程度上影响了中国近50 a来的气候,但考虑到尚存的不确定性,目前仍不能给出明确结论。中国东部大部分地区日照时间和水面蒸发量减少可能均起源于人为排放的气溶胶影响,平均风速减弱也有利于水面蒸发量下降,而在西部地区云量和降水量的变化可能更重要。

气候变化对中国水资源情势影响综合分析

介绍了近年在气候变化对中国水资源影响研究方面的若干进展。研究表明,中国水资源问题的产生不仅与人口和社会经济快速发展有联系,更与气候环境的显著变化密切相关;未来的气候变化将会导致一些流域水资源更加短缺和洪涝灾害更加频繁,对流域水资源和可持续发展产生重要影响;在流域水资源综合规划与管理中,应十分重视气候变化的影响问题。

中国大陆降水时空变异规律——Ⅱ.现代变化趋势

为改进、完善对中国现代降水长期变化规律的理解,利用2 300个国家级气象站网观测资料,更新分析了全国1956—2013年基本降水指标的趋势变化特征。主要结果:1全国平均年和季节降水量、降水量距平百分率未表现出显著趋势变化,但秋、冬季降水量距平百分率分别表现出较明显的下降和上升;2年和夏季降水减少主要发生在东北中南部、华北、华中和西南地区,而东南沿海、长江下游、青藏高原和西北等地区年降水增加较明显;3降水趋势变化的空间结构相对稳定,北方降水减少范围有由黄土高原、华北平原向东北和西南扩散趋向,东北北部和长江中下游的降水增加范围变小,总体看东部降水减少和增加的区域均在萎缩,"南涝北旱"现象趋向缓解;4全国年平均暴雨量、日数呈现出较显著的增加,但暴雨强度没有明显变化,暴雨量和日数增加主要发生在珠江和东南诸河流域,而海河和西南诸河流域暴雨量、日数和强度呈较明显减少趋势;5东部季风区1日、连续3日和连续5日最大降水量均有一定程度增加,1日最大降水量增加最明显,连续5日最大降水量增加最弱,极端强降水事件持续时间呈现出短历时性倾向。

中国大陆降水时空变异规律——Ⅲ.趋势变化原因

中国大陆现代降水表现出若干长期变化特征,对现代降水趋势性变化的原因,目前还没有很好了解。结合多种资料分析以及前人研究成果,对中国大陆近几十年降水变化趋势的原因进行了探讨,得到以下初步认识:1现代降水量变化趋势具有明显的地域性差异,全国平均没有表现出显著增加或减少的长期变化,但强降水事件频率和降水量出现明显增多,而小雨事件特别是痕量降水事件显著减少。2再分析资料表明,最近几十年全国水汽净收支量在一定程度上增加了,实际观测资料显示近地面和对流层中下层空气比湿或大气可降水量出现较明显上升趋势。3代用资料序列分析显示,全国大部地区近几十年降水变化仍处于晚近历史时期正常自然波动范围内;近百年观测的降水量序列也表明,黄淮海地区降水具有多重时间尺度相互叠加作用特点,低频自然气候变异的影响信号有清晰表现。4人类活动引起的大气中温室气体浓度增加对全国或东部季风区现代降水变化影响的信号,目前仍难以识别;区域性近地面风速减弱导致的雨量观测系统偏差以及大范围气溶胶浓度增加,可能是东部季风区大多数台站观测到的强降水事件频率增加和小雨频率显著减少的两个重要原因。5主要与城市化影响相关的地面观测资料系统偏差,可以部分解释现有分析表明的短历时强降水事件频率和累计降水量增加现象,同时也很可能是城市台站小雨和痕量降水事件频率明显下降的另一重要原因。

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1000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℃/10a和0·08℃/10a。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℃/10a。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℃/10a,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℃/10a和-0·22℃/10a;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。

中国大陆降水时空变异规律——I.气候学特征

为系统了解大尺度降水气候特征,利用2 300多个国家级气象站逐日观测资料,分析了中国大陆1956—2013年多年平均降水的空间分布和季节性变化规律。主要新认识有:1暴雨量、暴雨日数和暴雨强度最高的站点在华南沿海,而小雨量、小雨日数最多的站点主要在江南内陆山区、丘陵;东部季风区山地、丘陵多出现低强度降水,平原和沿海易出现高强度降水;2四季降水量均由西北内陆向东南沿海递增,南方秋季降水量明显小于春季,但华西和江南沿海秋季降水量较多,冬季降水在东南丘陵出现高值中心;3珠江和东南诸河流域降水量年内存在2个峰值,其中珠江流域有6月主峰值和8月次峰值,东南诸河流域主峰在6月中下旬,次峰在8月末,长江流域总体表现为单峰型,出现在6月下旬和7月初,西南诸河流域和北方所有流域降水均表现为夏季单峰型;4南方各大河流域从2月末到6月中下旬陆续进入雨季,北方各大河流域进入雨季时间集中在6月末、7月初;南、北方雨季结束时间比雨季开始时间集中,从南到北进入雨季时间持续120 d以上,而从北到南退出雨季时间则仅持续不到45 d;5丰雨期的持续时间,珠江流域从5月初到9月上旬后期,东南诸河从5月上旬到7月上旬,8月末到9月初再度短暂出现,长江流域从6月中下旬到7月中旬,西南诸河从7月中旬到8月下旬,淮河流域从7月上旬至7月底、8月初,辽河流域在8月初出现极短丰雨期;6降水年际变异性最高的站点在青藏高原西南、塔里木盆地、阿拉善高原、华北平原北部和汾河谷地,海河流域年降水具有最大的变异系数。

近54年中国地面气温变化

采用国家基准气候站和基本气象站地面月平均气温资料,在严格质量控制和非均一性订正的基础上,分析了1951年以来中国大陆地区近地表年和季节平均气温演化的时间与空间特征。结果表明,我国近54年来年平均地表气温变暖幅度约为1.3℃,增温速率接近0.25℃/10a,比全球或半球同期平均增温速率高得多。全国大范围增暖主要发生在近20余年。气温变化的季节差异和空间特征与前人分析结论基本一致,冬季增温速率高达0.39℃/10a,春季为0.28℃/10a,秋季0.20℃/10a,夏季增温速率最小,但也达到0.15℃/10a。我国20世纪80年代初期开始的明显增暖主要表现在冷季,但进入90年代以来夏季增暖也日趋明显。从区域上看,中国大陆地区最明显的增温发生在北方和青藏高原地区,而西南的四川盆地和云贵高原北部仍维持弱的降温趋势。值得提出的是,作者给出的结果尚未考虑城镇化对地面气温观测记录的影响。

城市化对石家庄站日气温变化的影响

利用1962—2011年逐日平均、最低和最高气温资料,对比分析了石家庄站和藁城站平均、最低和最高气温的概率分布特征.石家庄站是我国少有的自建站以来从未迁址的城市气象站,而附近的藁城站可近似看作乡村气象站.结果表明:城市化致使石家庄站1962—2011年平均、最低和最高气温的概率密度分布向高温方向偏移,其中对最低气温分布的影响尤其明显,对最高气温分布的影响很小;受城市化影响,石家庄站最低气温概率密度分布的高温部分增温比低温部分增温更加明显,最低气温分布形状更加扁平;相对于1962—1986年,1987—2011年石家庄站平均、最低和最高气温概率密度分布均向高温方向偏移,其中最低气温偏移最为明显,并导致1962—2011年整个分析时期最低气温分布出现非正态性;城市化对石家庄站气温分布的影响在冬、春季比夏、秋季更显著,最显著的城市化影响出现在冬季最低气温上;石家庄站基于最低气温的极端气温指数趋势受城市化影响严重,冷夜日数和暖夜日数的城市化影响分别为-1.13d/10a、1.48d/10a,但基于最高气温的冷昼和暖昼日数等极端气温指数变化趋势受城市化影响不明显.出现这种现象的主要原因是城市化对最低、最高气温分布的影响存在差异.

综合极端气候指数的定义和趋势分析

综合极端气候指数对于极端气候变化监测、整体认识区域极端气候变化趋势及其原因和影响,具有实际意义。根据中国常年极端气候特点和不同种类极端气候事件的经济社会影响,选取全国平均高温日数、低温日数、强降水日数、沙尘天气日数、大风日数、干旱面积百分率和登陆热带气旋频数等7种极端气候指标,定义两个综合极端气候指数,分别为7种极端气候指标简单(等值权重)合成的综合指数I和加权(差异权重)合成的综合指数II。综合指数II主要依据各种极端气候事件引发的灾害严重程度及其社会影响大小,分别确定其对应指标的相对重要性和权重系数。分析结果表明:1956～2008年,综合指数I序列表现出明显的下降趋势,说明中国地区常见的极端气候事件总体有不断减少、减弱的趋势;同期综合指数II序列没有表现出明显的升降趋势变化,说明对中国地区具有重大经济和社会影响的极端气候事件频率总体上没有发生明显变化。就各个单项极端气候指数变化来看,全国平均年高温日数、强降水日数和干旱面积百分率呈上升趋势,但除高温日数外,其他指数趋势变化均不显著;全国平均年低温日数、沙尘天气日数和大风日数呈下降趋势,且趋势性均很显著;登陆中国大陆的热带气旋频数有所减少,但趋势不很明显。因此,在全球气候显著变暖的半个多世纪内,中国地区多数常见的极端气候事件发生频率,或者显著减少,或者变化不明显;而对全国经济和社会具有重大影响的主要极端气候事件,其频率总体上未见明显趋势变化。

我国降水变化趋势的空间特征

利用 1 951年至 1 996年地面气象记录资料 ,计算了我国全年和季节降水量长期变化趋势特征指数 .结果表明 ,我国长江中下游地区年和夏季降水量呈现明显增加趋势 ;北方的黄河流域降水表现出微弱减少趋势 ,山东和辽宁省夏季雨量减少显著 ;但偏高纬度地区的新疆、东北北部、华北北部和内蒙古降水量或者增加 ,或者变化趋势不明显 .因此 ,1 997年黄河史无前例的断流和 1 998年长江特大洪水的发生 ,均有其相应的区域长期降水气候趋势作为背景条件 .研究还表明 ,我国一些地区降水的季节性也发生了变化 ,其中黄河中上游地区和长江中游地区春、秋季雨量占全年比例均有显著减少 ,而河北东部、辽宁西部和东北科尔沁沙地春季降水相对增加 .

中国极端气候变化观测研究回顾与展望

评述、总结了近年有关中国极端气候变化的观测研究成果,讨论了尚未解决的科学问题和今后应重点加强的工作方向。已有研究表明,1951年以来中国大陆地区极端气候事件频率和强度发生了一定变化,但不同类型和不同区域极端气候变化存在明显差异。从全国范围看,与异常偏冷相关的极端事件如寒潮、冷夜和冷昼天数、霜冻日数等,显著减少减弱,偏冷的气候极值减轻;与异常偏暖相关的暖夜、暖昼日数明显增多,暖夜日数增多尤其明显,但高温事件频数和偏热的气候极值未见显著长期趋势;全国平均暴雨和极端强降水事件频率和强度有所增长,特别是长江中下游和东南地区、西部特别是西北地区有较明显增长,而华北、东北中南部和西南部分地区减少减弱;多数地区小雨频数明显下降,偏轻和偏强降水的强度似有增加;全国遭受气象干旱的范围呈较明显增加趋势,其中华北和东北地区增加更为显著;登陆和影响我国的热带气旋、台风频数有所下降,其造成的降水总量有较明显减少;北方地区的沙尘暴事件从总体上看有显著减少减弱趋势;我国东部部分地区夏季雷暴发生频率也存在较明显下降趋势。现有工作表明,在涉及极端气候变化研究的资料处理和分析方法方面还有改进余地。观测资料的非均一性,以及观测环境改变和城市化对地面气候要素变化趋势的影响偏差,需要进行深入评价和客观订正。此外,目前对于区域极端气候变化的综合分析还较薄弱,在极端气候变化机理的研究方面有待加强。

海河流域近现代降水量变化若干特征

根据器测资料、代用资料和文献资料,综合分析海河流域1956 年以来、1880 年以来和1736年以来降水量变化的主要特征,探讨影响降水多年代尺度变化的可能机制.结果表明：淤海河流域平均年降水量距平百分率在1956-2013 年表现出较明显下降趋势,每10 a 下降速率为2郾6%,但在1880-2012 年期间下降趋势很弱;于1736-2012 年,海河流域平均年降水量距平百分率未表现出任何长期趋势变化,1956 年以来和1880 年以来的趋势性减少现象也不再显得异常,但存在-系列年代到多年代尺度振动;盂20 世纪40 年代后期到60 年代早期是1736 年以来最湿润阶段,但20世纪初以来几次持续性干旱,包括1997-2003 年的严重干旱,在1736 年以来历史上并非罕见,1826-1843 年曾出现持续时间最长的严重干旱;榆海河流域平均年降水量具有准周期性振动特点,较明显的准周期包括2 -7 a、11 a、22 -23 a、33 a 和63-65 a;虞20 世纪60 年代后期以来海河流域降水的趋势性减少,是区域气候63 -65a 自然低频周期性振动的组成部分,预计未来几十年整个流域降水量总体上将呈增多趋势,并可能在2035-2040 年达到峰值区间.

福州城市热岛精细化时空结构特征研究

利用福州地区139个自动站2012—2020年逐时气温资料,对福州城市热岛时空结构进行研究并探讨其成因。结果表明,加密自动站清晰地展现了福州城市热岛的精细结构表现为“多中心”特征,即除了福州市中心城区的热岛主中心外,在闽清县城区和福清市城区还有两个副热岛中心,热岛强度在0.8℃~1.6℃之间。此外,除永泰及闽侯等山区呈负热岛外,大部地区呈正热岛。在城市热岛演变趋势上,福州郊区及山区大部呈减少趋势,呈增长趋势的区域仅分布在闽清、罗源沿海、永泰东部、中心城区、闽侯南部、福清北部、长乐南部、连江西部等地区,速率为每10 a 0℃~0.25℃。

我国地面气温参考站点遴选的依据、原则和方法

由于城市化和观测环境变化的影响,我国现有国家级气象台站网观测的地面气温资料许多已不能满足气候变化检测研究的要求。利用我国全部气象观测站网的台站信息,对地面气温资料序列质量进行了系统评价,遴选出可用于气温变化研究的参考站点。这项工作建立了地面气温参考站点遴选的原则、方法和步骤,并据此确定了138个地面气温参考站。这些台站可代表背景地面气温场,其长期气温观测资料可用作城市台站或国家级台站城市化增温评价的参考,也可直接用于我国地面气温变化的检测分析。

中国水面蒸发量的变化

采用600余个台站资料,对全国及主要流域蒸发皿记录的蒸发量及相关气候要素变化趋势进行了分析。1956—2000年期间,我国水面蒸发量呈显著下降趋势,东部、南部和西北地区下降更多。我国长江、海河、淮河、珠江以及西北诸河流域的年平均水面蒸发量均明显减少,海河和淮河流域减少尤为显著,黄河和辽河流域减少也较明显,但松花江和西南诸河流域未见明显变化。长江、淮河流域夏季减少速率最大,珠江、辽河以春季减少为主,海河、西北诸河流域春、夏两季都显著减少,黄河、东南诸河、西南诸河等流域四季均有轻度减少,松花江流域四季变化趋势都不明显。全国多数地区日照时数、平均风速和温度日较差同水面蒸发量具有显著的正相关性,并与水面蒸发呈同步减少,为引起大范围蒸发量趋向减少的直接气候因子;地表气温和相对湿度一般在蒸发减少不很显著的地区与蒸发量具有较好的相关性,绝大部分地区气温显著上升,相对湿度稳定或微弱下降,表明其对水面蒸发量趋势变化的影响是次要的。

世界各国CO_2排放历史和现状

根据美国橡树岭国家实验室CO2 信息分析中心资料 ,对代表性国家的CO2 排放总量和人均排放量的历史演化过程进行分析 ,对这些国家的CO2 历史累积排放总量和人均历史累积排放量进行了计算和比较。文中提出了温室气体人均历史累积排放概念 ,这个概念兼顾了公正和公平性及其历史与现实责任 。