基于氣候數(shù)據(jù)的中國北方日最高、日最低氣溫變化分析

基于氣候數(shù)據(jù)的中國北方日最高、日最低氣溫變化分析

根據(jù)ipcc（2001）的報告，世界平均溫度在19世紀末達到0.6.0.2c。中國北方地區(qū)增暖幅度最為明顯,年平均溫度的變化趨勢為0.2~0.8℃/10a,在東北地區(qū)和內(nèi)蒙古中東部增暖速度最大,華北地區(qū)相對較小,南方大部分地區(qū)沒有明顯變化趨勢,部分地區(qū)有0.2℃/10a的升溫趨勢。中國的北方地域遼闊,地形復(fù)雜,包括西北、華北、東北3個地區(qū),介于75.14~132.58°E、33.24~53.28°N,東西跨度較大,其冷暖受東亞乃至全球的大氣環(huán)流的影響,所以許多學(xué)者對該區(qū)的氣候特點研究做了大量工作,取得了一些的成果。但是對于中國北方地區(qū)最高氣溫、最低氣溫的研究則很少。事實上,許多平均氣溫的變化與最高氣溫、最低氣溫的變化是緊密相關(guān)的。進一步分析其最高、最低氣溫的變化有助于全面了解中國北方地區(qū)氣候變化的特征和進行氣候變化因子的討論,有助于氣候災(zāi)害的預(yù)測,對防災(zāi)減災(zāi)有重要意義[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。本文用中國北方(包括東北、西北和華北)1951~2000年多站逐年逐月平均、日最高、日最低氣溫資料,詳細分析其隨時間的演變規(guī)律,以了解中國北方平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫的一些基本事實和特征,為進一步地揭示中國北方地區(qū)的氣候特征作一些探索。1日氣溫、日最低氣溫資料本文采用國家氣象中心氣候資料中心整編的中國北方地區(qū)142個測站的1951~2000年近50年的平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫資料進行分析。由于中國北方地區(qū)東西跨距大,氣候的差異顯著,各地變化特征也并不完全一致,按文獻的劃分,把中國北方地區(qū)分成下列東北(黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古東部)、華北(河北、山東、河南、山西、北京、天津、內(nèi)蒙古中部)、西北東部(陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古西部)、西北西部(新疆)4個區(qū)域。2中國北方溫度變化特征2.1日最低氣溫升溫特征由表1中的趨勢變化率可以看出,在全球氣候變暖[25,26,27,28,29,30,31]的大背景下,近50年來中國北方地區(qū)各區(qū)域的平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫的增溫態(tài)勢十分明顯,并呈現(xiàn)非對稱性,即日最低氣溫的升溫趨勢大于平均氣溫和日最高氣溫,冬季升溫趨勢大于全年和夏季。但不同時期,各區(qū)域不同季節(jié)的升溫情況并不完全相同,從年平均來看,東北和華北升溫趨勢大于西北,其中日最低氣溫的升溫尤為突出,分別達到0.46和0.30℃/10a;從冬季1月來看,西北西部和東北升溫趨勢大于西北東部和華北,日最低氣溫的升溫表現(xiàn)的更為突出,西北西部和東北分別達到了0.86和0.67℃/10a,這是十分顯著的增溫現(xiàn)象,遠高于全國各地的增溫;夏季7月,各地升溫趨勢普遍較小,東北升溫趨勢略大于西北和華北,其中東北的日最低氣溫升溫趨勢率為0.22℃/10a。2.2最低氣溫增溫時間變化由圖1和表2可以看出:近50年來中國北方地區(qū)各區(qū)域年平均氣溫、日最高氣溫的變化特征相似。東北和華北地區(qū)20世紀50年代中期前氣溫較低,20世紀60年代初氣溫稍有上升,隨后有降溫,70年代初期以后氣溫回升,80年中后期氣溫明顯上升。東北和華北地區(qū)年平均氣溫90年代比50年代分別增溫1.3和0.9℃,東北和華北地區(qū)年平均日最高氣溫90年代較50年代分別增溫0.9和0.6℃(表2);西北東部地區(qū),20世紀50年代初到60年代末氣溫波動下降,60年代后期氣溫較低,隨后波動變化,幅度較小,80年代中期后升溫明顯,年平均氣溫和年平均日最高氣溫90年代比最冷的60年代分別上升了1.1℃和0.9℃;西北西部地區(qū)的年平均溫度變化特征是20世紀60年代中期以前升溫明顯,60年代中期到70年代末氣溫略有下降,90年代開始氣溫明顯升高,年平均氣溫和年平均日最高氣溫,90年代比70年代均增溫0.4℃。中國北方地區(qū)各區(qū)域近50年來年平均日最低氣溫總趨勢呈持續(xù)上升態(tài)勢,東北升溫趨勢最為顯著。東北、華北、西北東部和西北西部最暖的20世紀90年代分別比最冷的50年代增溫1.8℃,1.2℃,1.0℃和0.9℃。是年平均溫度增溫幅度的1.2~1.5倍?？傊?中國北方地區(qū)近50年來,年平均日最低氣溫增溫幅度比平均氣溫大,遠大于平均日最高氣溫的增幅,尤以東北、華北最為顯著。這表明中國北方地區(qū)近50年來的平均氣溫度升高,最低氣溫升溫的貢獻是主要的,這與林學(xué)椿、丁裕國、繆啟龍等的結(jié)果是相一致的。這種夜間升溫的原因,可能與大氣中CO2含量的增加有某種聯(lián)系,是值得進一步探討的。2.3日最低氣溫變化趨勢圖2和表3表明,近50年來,中國北方地區(qū)冬季平均氣溫和平均日最高氣溫變化特征相似。20世紀50年代到70年代中期,東北和華北地區(qū)氣溫波動上升,70年代中期到80年代初期氣溫略有下降,80年代初以后氣溫明顯回升,冬季1月份平均氣溫東北和華北地區(qū)90年代比最冷的50年代上升了2.1℃和1.5℃;東北和華北地區(qū)日最高氣溫90年代比最冷的50年代上升了1.4℃和1.3℃;西北東部地區(qū),20世紀50年代中后期前氣溫略有下降,50年代中后期之后氣溫波動上升,期間出現(xiàn)過4次周期為3~5年的小波動,平均氣溫和日最高氣溫,最暖的90年代比最冷的50年代增溫1.1℃和0.7℃;西北西部地區(qū),20世紀90年代以前氣溫波動升溫,進入90年代之后氣溫低于80年代。平均氣溫和平均日最高氣溫80年代比50年代分別增溫3℃和2.5℃,增溫非常顯著。圖2、表3第三列表明:近50年來,東北、華北及西北東部和西北西部地區(qū)冬季平均日最低氣溫雖有一些波動變化,但總的趨勢均呈上升趨勢,東北、華北、西北東部和西北西部20世紀90年代較50年代平均日最低氣溫分別上升了3.0℃,1.8℃,2.0℃和3.1℃。1月平均日最低氣溫在西北西部地區(qū)升溫趨勢最顯著,西北西部地區(qū)最暖的20世紀80年代比最冷的50年代升高了3.4℃,這表明中國北方地區(qū)冬季平均日最低氣溫增溫強烈,較之中國其它區(qū)域呈現(xiàn)更顯著的變暖趨勢。2.4夏季平均氣溫和年最低氣溫各區(qū)域夏季7月平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫的變化特點基本相似。東北、華北和西北東部地區(qū),20世紀60~80年代中期在平均值上下波動,變化并不大,80年代中期后氣溫迅速升高,夏季平均氣溫3個地區(qū)90年代較80年代增溫0.8~1.0℃;平均日最高氣溫3個地區(qū)90年代較80年代增溫0.7~1.1℃;平均日最低氣溫3個地區(qū)90年代較80年代分別增溫為0.8~1.5℃。西北西部地區(qū)變化與其它地區(qū)不同,20世紀60年代中期以前氣溫較高,60年代中期到80年代末氣溫持續(xù)波動下降,平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫80年代比最暖的60年代分別下降了0.8℃,0.6℃和1.1℃,80年代末、90年代初氣溫又開始有所回升,但幅度很小,這與馬曉波關(guān)于西北地區(qū)溫度的下降主要在夏季的結(jié)論基本一致。3變冷突變事件在發(fā)生時間上和日變化情況下日最低氣溫突變情況氣候突變是指一種穩(wěn)定氣候狀態(tài)經(jīng)短時間跳躍式地轉(zhuǎn)變成另一種穩(wěn)定氣候狀態(tài)的現(xiàn)象,其檢驗方法有多種,本文采用t檢驗法來分析氣溫的突變性。該方法將序列前后兩段視為兩個序列,用t檢驗法分析兩序列差異是否顯著,若顯著,則認為在分割點發(fā)生突變。對于樣本長度=50年的序列,當(dāng)|t|>2.01時置信概率大于95%;|t|>2.70,置信概率大于99%,對于|t|<2.01,則認為置信概率不顯著。中國北方地區(qū)近50年來年,冬季1月和夏季7月平均氣溫突變置信概率在95%以上。中國北方地區(qū)年平均氣溫均發(fā)生了變暖突變,其突變年份分別為:東北1988年,西北西部1961年,西北東部1990年,華北1974年和1989年兩次。冬季1月平均氣溫均發(fā)生了變暖突變,其突變年份為:東北1987年,西北西部1979年,西北東部1965年,華北1987年。夏季7月平均氣溫突變情況為:東北1983年為變冷突變,西北西部1972年為變暖突變,西北東部發(fā)生了兩次突變,1976年為變冷突變,1990年為變暖突變,華北1969年發(fā)生了變冷突變。中國北方地區(qū)近50年來年,冬季1月和夏季7月平均日最高氣溫各地突變時間和平均氣溫突變時間多數(shù)吻合,但突變的置概率低于平均氣溫。中國北方地區(qū)年平均日最高氣溫大多發(fā)生了變暖突變,其突變年份為:東北1989年,西北東部1991年,華北1990年,西北西部無突變。冬季1月平均日最高氣溫只有西北西部和西北東部在1979年和1965年發(fā)生了變暖突變,東北和華北則沒有發(fā)生顯著的突變。夏季7月平均日最高氣溫:東北在1972年發(fā)生了變暖突變,在1983年發(fā)生了變冷突變,西北西部無顯著突變,西北東部在1975年發(fā)生了變冷突變,1990年發(fā)生了變暖突變,華北在1969年發(fā)生了一次變冷突變。中國北方地區(qū)近50年來年,冬季1月和夏季7月平均日最低氣溫變暖突變置信概率要高于平均氣溫和日最高氣溫置信概率。中國北方地區(qū)年平均日最低氣溫均發(fā)生了變暖突變,其突變年份分別為:東北1975年和1988年兩次,西北東部1973和1987年兩次,華北1975年和1987年兩次,西北西部沒有發(fā)生顯著突變。冬季1月平均日最低氣溫均發(fā)生了變暖突變,其突變年份分別為:東北1988年,西北西部1979年,西北東部1965年和1985年兩次,華北1987年。夏季7月平均日最低氣溫突變情況為:東北沒有發(fā)生顯著突變,西北西部1983年變冷突變,西北東部1988年變暖突變,華北1968年變冷突變。4溫的原因分析1)中國北方地區(qū)近50年來平均氣溫、平均日最高氣溫、平均日最低氣溫均呈增溫態(tài)勢,表現(xiàn)出明顯的非對稱性,即日最低氣溫的增溫趨勢比平均溫度和日最高氣溫更顯著;冬季增溫大于夏季。中國北方地區(qū)近50年來平均氣溫升高,日最低氣溫升溫的貢獻是主要的。這種夜間升溫的原因可能與CO2增加有關(guān),值得進一步探討。2)不同季節(jié)、不同區(qū)域的升溫是不同的,年變化:東北和華北升溫大于西北,其中平均日最低氣溫的升溫表現(xiàn)的尤為突出,分別達到0.46℃/10a和0.30℃/10a;冬季1月西北西部和東北升溫趨勢大于西北東部和華北,其中西北西部和東北的平均日最低氣溫的升溫表現(xiàn)的更為突出,升溫