（气象学专业论文）吉林省极端气候的时空变化特征及其与环流异常的关系.pdf

吉林省极端气候的时空变化特征及其与环流异常的关系 摘要：本文利用1 9 5 1 2 0 0 3 年北半球n c a r n c e p 再分析月平均表面温度、 5 0 0 h p a 高度、1 0 0 0 h p a 高度资料及吉林省月平均气温、降水资料对近5 0 年来吉 林气候的年际、年代际变化以及近4 4 年来极端气候的时空变化特征进行了诊断 分析，对年降水量和年平均气温进行了气候突变的检验，并分析了极端气候与 环流异常的关系，得到如下主要结论：( 1 ) 吉林省平均气温的变化与北半球平 均气温的变化是同步的。( 2 ) 综合年平均气温和年降水量的变化来看，可以近 似地认为吉林省近5 0 年来气候的年代际变化经历了一个“冷湿一冷干一暖湿一 暖干”的过程。( 3 ) 吉林的年降水量在1 9 7 7 和1 9 8 7 年各有一次突变，年平均 气温在1 9 6 9 年发生转折性突变，1 9 8 9 年发生均值突变。( 4 ) 吉林省的平均最高、 最低气温在近5 0 年内的总体趋势都是上升的。但从年代际增温率来看，平均最 低气温的增温率大约是最高气温的2 , 6 倍。导致四季及年的平均日较差在逐年减 小。( 5 ) 吉林省每年日极端最高气温高于3 24 c 的日数略呈上升的趋势；极端高 温事件呈明显上升趋势；每年日极端最低气温小于0 1 2 的日数、极端低温事件呈 明显减少的趋势。( 6 ) 近4 4 年来吉林年降水臼数呈逐年减少趋势，每年日降水 量太于阈值降水的日数星弱豹下降趋势，1 0 r n m 以上降水日数变化幅度也很小， 年降水日数的减少主要是1 0 m m 以下降水曰数的减少。( 7 ) 吉林省日极端最低 气温低于阈值日数多的年份，欧亚大陆大部分地区年平均气温偏低，反之北半 球大部分地区年平均气温偏高：极端高温出现日数多的年份，北半球大部分地 区年平均气温偏高，相反年平均气温偏低。 关键词：平均气温、降水的气候变化极端气候变化相关、合成分析 t e m p o r a l ，a n ds p a t ：i a lv a r i a t i o nf e a t u r e so f e x t r e m ec l i m a t ea n dt h e t e l a t i o nb e t w e e ne x t r e m ec l i m a t e a n da n o r m a lc i r c u l a t i o ni n j i l i np r o v i n c e a b s t r a c t b yu s i n g t h en c a r f n c e p r e a n a l y s i s d a t ao f m o n t h l y m e a n s u r f a c e t e m p e r a t u r e ，g e o p o t e n t i a lh e i g h to f5 0 0 h p a ，1 0 0 0 h p ah e i g h ti nn o r t hh e m i s p h e r ea n d m o n t h l y m e a n t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n i n j i l i np r o v i n c e ，t h e c l i m a t i c i n t e r a n n u a la n di n t e rd e c a d a lv a r i a b i l i t ya n dt e m p e r a t u r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o n f e a t u r e so fe x t r e m ec l i m a t ei sa n a l y s i z e d t h e n ，t h ed e t e c t i o no f c l i m a t i ca b r u p to f t h e a n n u a lm e a nt e m p e r a t u r ea n da n n u a lp r e c i p i t a t i o nw e r ep r e f o r m e db yt h em e a r l so f s p e r a t e dt i m ei n t e r v a l l i n e a rf i t t i n g a tl a s t ，w es t u d i e dt h ec o e l a t i o no fe x t r e m e c l i m a t ea n da n o r m a lc i r c u l a t i o n t h ef o l l o w i n gr e s u l t sw e r eg i v e n ：( 1 ) t h et i m eo f m e a n t e m p e r a t u r ev a r i a t i o ni st h es a n l ei nj i l i np r o v i n c e a si nn o r t h h e m i s p h e r e ( 2 ) i nj i l i np r o v i n c e ，t h ec l i m a t i ci n t e r - d e c a d a lv a r i a b i l i t yo v e r5 0y e a r sp e r f o r m e dt h e c o u r s eo fc o l da n dh u m i d 一一一c o l da n dd r y - 一一w a r n la n dh u m i d 一一一w a r l na n dd r y ( 3 、t h e p r e c i p i t a t i o nw a s d e t e c t e dt h a ti th a dt w o a b m p t s i n1 9 7 7a n d1 9 8 7 t h ea n n u a lm e a n t e m p e r a t u r eh a dai n f l e x i o na b r u p ti n 1 9 6 7a n dam e a na b r u p ti n 1 9 8 7 ( 4 ) t h e m a x i m u ma n dm i n i m u m t e m p e r a t u r e w e r eb o t hi n c r e a s i n gt r e n df o rr e c e n t l y5 0y e a r s ， b u tt h ei n t e r - d e c a d a lv a r i a b i l i t yo f m i n i m u m t e m p e r a t u r ew a s 2 6t i m e sb yt h eo n eo f m i n i m u n t e m p e r a t u r e t h i sr e s u l t e di no b v i o u sd e c r e a s i n g t r e n df o rt e m p e r a t u r ed a l l y r a n g e f 5 ) t h ed a y s o f d a i l y m a x i m u mt e m p e r a t u r ea b o v e3 2 s h o w e dn o s i g n i f i c a n tt r e n d ，t h ed a y so fm a x i m u mt e m p e r a t u r ea b o v ei t s t h r e s h o l ds h o w e d s i g n i f i c a n ti n c r e a s i n gt r e n d t h ed a y so fd a i l ym i n i m u mt e m p e r a t u r eb e l o wo a n d t h o s eo fm i n i m u m t e m p e r a t u r eb e l o w i t si t st h r e s h o l ds h o w e da no b v i o u sd e c r e a s i n g t r e n d ( 6 ) t o t a ld a y so fa n n u a lp r e c i p i t a t i o nw e r eg r a d u a l l yd r e a s i n g ；t h ed a y so f 4 d a i l yp r e c i p i t a t i o nb e l o wl o m mw e r eo b v i o u s l yd r e a s i n g ，( 7 ) t h ea n n u a lm e a n t e m p e r a t u r e i n e u r o p e a n da s i ai s l o w e rw h e nt h e d a y s o ft h em i n i m u m t e m p e r a t u r eb e l o w i t st h r e s h o l da r e m o r e ，t h et e m p e r a t u r ei s 场e , h e ri n n o r t h h e m i s p h e r e w h e nt h e d a y s a r ef e w t h ea n n u a lm e a n t e m p e r a t u r e i nn o r t h h e m i s p h e r e i sh i g h e rw h e nt h e d a y so f t h em a x i m u m t e m p e r a t u r ea b o v ei t st h r e s h o l d a r em o r e ，t h e t e m p e r a t u r e i sl o w e rw h e nt h ed a y sa r ef e w k e yw o r d s ：t h ec l i m a t i cc h a n g eo f m e a n t e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o n e x t r e m e c l i m a t i cc h a n g er e l a t i o na n dr e s u l t a n ta n a l y s i s 1 引言 1 1 国内外研究现状 i p c c 第三次评估报告结果显示，近百年来全球平均地面温度上升了0 4 0 8 ，2 1 世纪全球平均气温将继续上升，预测将达到2 5 左右“1 。中国的一 些研究也表明，在1 9 5 1 1 9 9 0 年期间中国年平均温度升高了0 3 。c 。1 ，北方地 区增暖幅度最明显，年平均温度的变化趋势为0 2 0 8 l o 年，在东北地区 增暖速度最大。”。全球气候变化已成为威胁人类生存的重大问题，全球变暖已成 为人们关注的热点。 最近1 0 年来，在全球气候变暖的背景下极端值和极端事件的变化是否会随 近百年来全球变暖而增多或加强，成为各界广泛关注的问题。国外的一些研究 结果指出，全球陆面温度的升高过程中多数地区的最低温度升高明显高于最高 温度的升高，因而表现出一种日夜增暖的不对称性，使得目较差变小”3 。k a r l 等的研究结果表明，过去几十年中，极端低温事件发生频率阱及霜冻日数都有 减少的趋势，在美国。3 、加拿大。1 都有同样的结果。m a n t o n 等发现在东南亚和 南太平洋地区，自1 9 6 1 年以来，热日和暖夜显著增多，而冷日和冷夜却减少了 ”1 。在我国，翟盘茂等分析指出，近几十年的气候最高温度略有增加，最低温度 显著增加，日较差显著变小。在最近4 0 5 0 年中，极端最低气温和平均最低 气温趋于增高，尤以北方冬季更为突出。1 。 随着全球的变暖，降水量增多，其中许多热带地区降水量增多，副热带大 部降水量减少，高纬度地区降水量趋于增多。研究表明：强降水事件在美国、 中国、澳大利亚、加拿大、挪威、墨西哥、波兰和前苏联均有所增加“0 3 。在全 世界的许多区域研究都表明( i p c c 2 0 0 1 ) 降水事件频率的变化要么很小，要么 就很大，往往总降水量有一个增加，强降水量就会以更大的比例增加。2 0 世纪 后半叶，中纬度大部分地区降水量增加，强降水或极端降水频率也相应增加“。 从我国来看，全国总降水量变化趋势不明显，雨日显著减少“。 1 2 研究的重要性 与通常所研究的年平均或月平均气候不同，气候极值更直接的与极端气候 事件相联系，极端气候事件的频率和强度的变化更可能对社会和环境产生严重 的影响，但至今对其气候变化规律认识不足，气候是否更加容易变化或更加极 端化了呢? 同时在研究气候变暖过程中，研究极端气温的变化特征，了解它们 在不同区域或不同季节的变化特点，有助于深入理解气候变化规律与探讨气候 变化的原因。 在全球气候变暖的背景下，东北地区极端气候的变化规律是怎样的呢? 处 在东北地区中部的吉林省，它的气候变化规律与东北地区的变化规律有相同之 处，但同时又有自己的特点，那么，吉林省的极端气候是怎样变化的呢? 近年来，气象工作者对东北地区的气候变化也进行了广泛的研究，例如： 孙力等“1 1 用e o f 、r e o f 及小波分析等方法对东北地区夏季降水的空间异常特征 及时问变化规律进行诊断研究，得出近9 0 a 来东北地区夏季降水主要呈多雨、 少雨或波动等阶段性变化，无明显变干或变湿倾向；杨索英等“”对近5 0 a 来东 北地区夏季气温异常的时空变化特征进行了分析；廉毅等“”用功率谱分析的方 法分析了吉林省4 0 年来气温和降水的变化周期。这些研究工作从不同的角度出 发得到了很多有意义的结论，但这些工作多侧重于平均气温和降水的时空变化 特征的研究，从极端气候变化的角度对吉林省的气候变化趋势进行较为全面的 分析和研究的工作还很少，对极端气候变化规律形成原因讨论方面的工作更是 少见。 “振兴东北”是十六大做出的重大决策，吉林省作为农业大省，在这样的 形势下利用资源优势加快发展成为必然。气候对农业生产的影响十分显著，要 更好的发展农业，必须充分利用气候资源，而极端气候事件的频率和强度的变 化可能对社会和环境产生严重影响，所以全面了解当地气候，分析吉林省在全 球气候变化的背景下的极端气候变化特征，了解其变化趋势，对于当地的社会 和经济发展以及环境生态保护等方面都具有十分重要的意义。 2 资料和方法 2 1 资料 利用吉林省5 0 个地面气象站1 9 5 1 2 0 0 3 年的月平均气温、月降水量、月 平均最高气温和月平均最低气温等资料，进行季、年平均及站点平均以后得到4 个要素的时间序列，然后计算各要素的距平或距平百分率时间序列； 利用吉林省逐日极端最高气温、极端最低气温以及逐日降水资料，利用相 同要素空间一致性的原理及相关要素之间一致性的条件对错误资料进行检查， 选择时段较长的台站。针对吉林省的实际情况选择了时段自1 9 6 0 2 0 0 3 年的4 4 年资料的台站共4 5 个站，剔除了资料少于4 4 年的5 个站，进行极端气候的分 析研究； 利用北半球n c a r n c e p 再分析月平均表面温度、5 0 0 h p a 高度、1 0 0 0 h p a 高度等资料，取1 4 4 3 3 个格点，纬向从东经0 。到3 5 7 5 。，经向0 。至北纬8 0 。n ，格点分辨率为2 5 。+ 2 5 。，时间为1 9 5 1 年1 月2 0 0 3 年2 月。下载自 n o a a c i r e s 气候诊断中心网站( h t t p ：i w w w c d c ，n 0 3 a g o v ) 。春季、夏季、秋 季、冬季分别用3 5 月、6 8 月、9 1 1 月、1 2 月和次年l 、2 月的3 个月的 平均值代表，如1 9 6 1 年冬季为1 9 6 1 年1 2 月和1 9 6 2 年l 、2 月的平均值。相关 分析中的年值用当年3 1 2 月及次年l 、2 月的1 2 个月的平均值代表。在高低 值年合成分柝中的年值采用当年1 1 2 月的平均值代表。 2 2 方法 2 2 1 三阶多项式平滑( 五点三次平滑) 三阶多项式平滑又称五点三次平滑，与5 、7 、9 点二项式平滑一样，是多项 式平滑的一种，它可以很好的反映序列的实际变化趋势，特别适用于作相对短 时期变化趋势的分析。考虑到本文进行平滑的资料长度为5 3 年，时间并不算太 长，加上利用五点三次平滑方法可以得到较为清楚的波动特征，对于本文所讨 论的年代际变化趋势有很好的反映。因此本文前面部分使用了五点三次平滑方 法来分析各要素的演变趋势。 2 2 2 线性拟合方法 t o m e 和m i r a n d 0 哺 在2 0 0 4 年提出的一种分段线性拟合方法，其基本原理为： 根据给定的时间间隔将时间序列分段，对各段分别进行线性拟合，然后以相邻 线段的趋势值符号相同与否为标准来确定气候是否发生突变。具体做法如下： lu ( d 。) i ) ，可以查表或通过计算获得。u ( d 。) 式中的 9 e ( d 护掣 v 舢( d k ) = 堕生掣2 k n 分别为d e 的数学期望和方差。 给定一显著水平a 。，当a a 。时，接受原假设h o ，当a f 。，则拒绝原假设，说明线 性变化趋势显著，否则说明变化不显著。 2 2 5 、相关系数及显著性t 检验 相关系数r = z ( x ，一；) + ( y ， 瓜万画万 其中r 为相关系数x ：，y ：为 变量的样本，i l ，2 3 n ，n 为样本总个数，；。去喜蒿，y - 2 i 1 善 y 。 t ：g 坚兰在假设两个变量的总体相关系数等于零成立的条件下，该统计 1 一r 2 量服从自由度为n 一2 的t 分布。本文耿a = 0 0 5 ，n = 5 0 ，查表得如2 2 0 ，如果 吲，如，则拒绝原假设，说明相关显著，否则相关不显著。 2 2 6 平均值差异的显著性检验 两个正念总体平均数之间的差异显著性检验，用于检验两套资料的气候平 均是否存在显著性差异 x ( f )i 1 1 n x 2 ( i )i - 1 ，z 2 一 1 x l2 一乙x ， f l i = 1 1 ”、 x ：= 二2 x 2 ( i ) n ii = l 检验两组资料平均数之间的差异，假设日r 0 ：1 2 ：，采用统计量 在h 。成立的条件下，该统 计量服从自由度为( 踢+ 珑一2 ) 的t 分布，取口2 0 0 5 ，查表得如，当1ti 乙， 则拒绝原假设，认为两组资料均值有显著性差异，反之，认为两组资料均值之 间的差异不显著。 3 吉林省平均气温、降水的时空变化特征 3 1 平均气温和降水的变化 3 ，1 ，1 年际、年代际变化 从图3 1 中可以看出，吉林省的年平均气温在2 0 世纪5 0 年代呈下降趋势，到 1 9 5 6 年下降到最低点，6 0 年代为相对低温期，7 0 年代开始表现出逐渐增温的趋 势，自1 9 8 5 年以后，气候急剧变暖，至t j l 9 9 8 年达到1 9 5 1 年以来的最高值，是建 国以来最暖的一年。 对图3 1 中三阶多项式拟合公式进行分析可知，其中x 的二次项为主要的变化 项，其系数大于o ，说明近5 0 年来气温的线性变化是呈上升趋势的，而且增长速 率也随时间增长。 通过线性倾向分析我们得到，年平均气温以0 3 c l o a 的幅度上升，与三阶 多项式拟合所分析的变化趋势是一致的。冬、春季分别以o 5 。c l o a 、0 3 。c l o a 的幅度上升，夏、秋季变化较小，为o 1 。c 1 0 a ，可以看出对年平均气温的上升 贡献最大的是冬季和春季。 从空间分布看：全省5 0 个站5 3 年来气温变化的斜率为0 2 0 5 。c 1 0 a ， 均出现增暖趋势，与文献 3 的研究结果一致。 i p c c 第三次评估报告结果显示，近百年来全球平均地面温度上升了o 4 o 8 ，2 1 世纪全球平均气温将继续上升，预测将达到2 5 左右【l 】。我省气温的 变暖事实与中国变暖事实“1 、与全球气温变化的变暖事实相符。吉林省气温的变 化与北半球气温的变化具体是怎样的昵? 是否同步变化? 下面针对二者进行相 关分析。 首先根据吉林省所处的经纬度从n c a r n c e p 再分析月平均的资料中选出 与之最近的8 个格点，计算8 个格点平均的表面温度值。另外利用吉林省5 1 个 站点的月平均气温。计算出全省平均的月平均气温，对1 9 5 1 2 0 0 2 年的匹季及 年的这两个温度序列画出散布图，并进行相关分析。春、夏、秋、冬及年这两 个时间序列的相关系数分别为o 9 6 、o 8 8 、o 8 7 、o 5 5 、o 8 6 ，除冬季相关系数 偏小外，其余相关均较好，且各季及年的相关均超过了9 9 9 的信度水平。上 面的结论从图3 2 也可得到直观的论证。由此可见，采用n c a r n c e p 表面温 度资料代替吉林省站点资料进行相关研究具有一定的客观可行性，而且避免了 由于站点资料存在非均一性带来的分析误差。 圈3 2吉林省春、夏、秋、冬四季及年的站点平均气温和n c a 黜n c e p 格点表面气 温的散点分布图。a ) 春季，b ) 夏季。c ) 秋季| d ) 冬季，e ) 年 根据上面的研究结果，我们利用吉林省临近格点平均表面温度的时间序列 代替站点平均温度与北半球所有格点同期表面温度资料求相关，并进行相关t 检验。绘出相关图及t 检验图( 见图3 3 ) 。 从春季相关图及t 检验分布图可见，吉林省所在区域的表面温度与欧亚大 陆以及北冰洋的广大地区呈显著正相关，与青藏高原、非洲北部及格陵兰地区 呈显著负相关，均通过9 5 信度水平的检验，其中与中国东北地区以北至贝加 尔湖的广大地区以及欧洲部分地方相关最显著，超过9 9 9 的信度水平。从整 个北半球相关分析布来看，吉林省春季气温的变化并非是局地的，而是与欧亚 大陆及北冰洋的变化同步。 夏季吉林省所在区域的表面温度与中国东北的广大地区及其向西至巴尔喀 什湖、美国东部等广大中纬度地区的表面温度呈显著正相关，与北冰洋靠近东 西伯利亚的地区呈显著负相关，均通过9 5 信度水平的t 检验。其中与中国东 北及巴尔喀什湖地区相关最显著，超过9 9 的信度水平的检验，这也说明吉林 省夏季平均气温的变化与上述两地区的变化最同步。 秋季吉林省所在区域的表面温度与乌拉尔山以东的亚洲大部分地方并延伸 至西太平洋、北美洲大部及西欧的表面温度呈显著正相关，显著负相关区为阿 留什群岛，均通过9 5 信度水平的t 检验。相关最显著的地区在贝加尔湖以东 至中国东北地区。 冬季吉林省所在区域的表面温度与巴尔喀什湖以东的亚洲大陆大部、赤道 附近的非洲地区、北冰洋、西欧、北美洲南部的大部分地区的表面温度呈显著 正相关，与孟加拉湾、非洲北部、北太平洋的部分地区及加拿大东部的戴维斯 海峡附近呈显著负相关。从整个北半球的相关图来看，冬季吉林省平均气温的 变化与北半球大部分地区相关均较为显著，最显著的相关是正相关，且正相关 区面积较大。所以可以说冬季吉林省平均气温的变化应与北半球平均气温的变 化同步。 从年相关的分析看，吉林省所属区域的表面温度除与青藏高原、非洲部分 地方、格陵兰为显著负相关区，其余大部为正相关区。显著正相关区与冬季的 分稚相似，但面积较冬季大。所以对吉林省的年平均气温我们有这样的结论： 与四季相比较，吉林省年平均气温的变化与北半球的变化更同步。也就是说北 半球大部分地区的年平均气温升高的同时，吉林省年平均气温也在升高，反之 亦然。 1 4 圈33 春、夏、秋、冬四季及年平均的吉林省区域8 网格点平均的表面温度与同 期北半球表面温度的相关陲i $ 1 ：i t 检验圈，a ，b ) 春季，c ，d ) 夏季，e ，f ) 秋季，g h ) 冬 季，i j ) 年 综合以上的相关分析，我们看到春季、冬季及年的平均气温吉林省与北半 球大部分地方相关显著，尤其是年。所以可以得出结论；吉林省平均气温的变 化与北半球平均气温的变化是同步的。而现在许多研究已表明，北半球平均气 温升高的主要原因是c 0 2 含量的增加，所以我们找到了近年来吉林省平均气温 升高的主要原因：空气中c 0 2 含量的增加。 年降水距平百分率的变化( 见图3 4 ) 在2 0 世纪5 0 年代降水量较多，但已出 现了逐渐减少的变化趋势，6 0 7 0 年代为降水相对少的时期，8 0 年代降水略有 增加，进入9 0 年代以后，降水量又表现为逐渐减少的趋势。 对图3 4 中三阶多项式拟合公式分析可知，其中x 的一次项为主要的变化 项，其系数小于0 ，说明近5 0 年来年降水量的线性变化是呈下降趋势的。 通过线性倾向分析我们也得到，进入9 0 年代以来，夏季、秋季降水呈减少 趋势，尤其是9 0 年代中后期，夏季、秋季减少较为明显，春季、冬季略有增加 趋势( 图略) 。所以9 0 年代中后期年降水量减少，主要是由于夏秋季降水减少造 成的。 从全省5 1 个站年降水量线性倾向的空间分布图( 图略) 可以看出：近5 0 年来除四平、松江降水量呈上升趋势，其余各站以0 。i m m 1 0 a 4 2 m m 1 0 a 的幅 度减少，从而导致全省降水呈减少趋势。 吉林省平均的年降水量异常的高值年、低值年北半球的环流形势是怎样 的昵? 通过对异常环流的分析，找出降水异常的成因。因为吉林省降水主要集 中在夏季的7 月，所以我们选近5 0 年来吉林省7 月降水量的高值年与低值年， 分别为1 9 5 3 、1 9 5 6 、1 9 6 3 、1 9 8 0 、1 9 9 1 年和1 9 5 4 、1 9 5 8 、1 9 7 2 、1 9 8 2 、1 9 8 7 年，然后对同期5 0 0 h p a 、1 0 0 0 h p a 及表面温度资料进行合成分析( 见图3 5 、3 6 、 3 7 ) ，找出降水异常时的环流形式。 从图3 5 我们看到，7 月降水多的年份，北半球5 0 0 h p a 高度距平场上，北 大西洋、乌拉尔山附近、白令海峡北部的北冰洋、北美东部为负距平，其中乌 拉尔山负距平中心值最大，为3 0 位势米，巴尔喀什湖以北至北冰洋、白令海、 北美以及地中海等地区为正距平。其中俄罗斯正距平中心值达4 0 位势米。吉林 省所属区域为弱的负距平区。7 月降水少的年份，北半球的正负距平中心东移， 东亚4 0 。n 以北为正距平覆盖，其东部的北太平洋、西部的贝加尔湖以西至乌 拉尔山以及3 0 。n 的西太平洋地区为负距平控制，欧洲为大面积的正距平区， 其中心值最大为4 0 位势米。北美北部的北冰洋为正距平区。从差值图上可以明 显看到，北半球乌拉尔山、白令海峡北部的北冰洋、j e 美东海岸为负差值区， 其中乌拉尔山以西的欧洲地区负差值的中心值为5 0 位势米。巴尔喀什湖以北至 北冰洋、北太平洋为正差值区，其中北太平洋正差值中心达6 0 位势米。从检验 图上可知，巴尔喀什湖以北至北冰洋的距平差值较显著，通过检验。 从图3 6 可见，7 月降水多的年份，1 0 0 0 h p a 高度距平场上，欧亚大陆大部、 白令海峡北部的北冰洋、北美东岸为负距平区，俄罗斯远东至白令海峡、北美、 太平洋的广大海域为正距平。7 月降水少的年份，欧洲及乌拉尔山以东至巴尔喀 什湖、东亚沿岸、白令海峡北部的北冰洋、北美为难距平，其余基本被负距平 覆盖。差值圈上，除俄罗斯远东外，欧皿大陆大部为负差值区，白令海峡北部 的北冰洋及北美东部的大西洋为负差值区，欧洲及亚洲南部、太平洋大部及美 洲基本为正差值区，乌拉尔山、北冰洋及太平洋的大部分海域差值均通过显著 性检验。 图3 67 ，e j 吉林省降水多的年份a ) 、降水少的年份b ) 北半球1 0 0 0 h p a 高度距平 台成幽；降水多- - l 7 少的年份北半球1 0 0 0 h p a 高度距平差值图c ) 及检验图d ) 从图3 7 可见，7 月降水多的年份，北半球表面温度距平场上，北欧、东北 所属区域为负距平，欧亚大陆其它地区均为正距平控制。少的年份，正负距平 中心东移，北欧负距平中心移至巴尔喀什湖以北的俄罗斯地区，欧洲及东亚沿 岸均为正距平。降水多与少的年份，表面温度的差值图上，欧洲及东亚沿岸为 负差值控制，其余均为正差值，并且难差值区通过显著性检验。另外白令海峡 北部的北冰洋、东太平洋的部分地方也通过显著性检验，这说明降水高、低值 年这几个地区表面温度距平差异较大。 图3 77 月吉林省降水多的年份a ) 、降水少的年份b ) 北半球表面温度距平合 成图：降水多与少的年份北半球表面温度距平差值图c ) 及检验幽d ) 综合看，7 月在5 0 0 h p a 高度距平场上，吉林省降水多的年份沿6 0 7 0 。n 欧亚大陆为“一+ 一”的纬向排列的定常波列，且北太平洋为4 0 位势米的正距 平控制。降水少的年份欧亚大陆波列正好相反，同时北太平洋为负距平控制。 而在1 0 0 0 h p a 高度距平场上，北冰洋、欧亚大陆为负距平，太平洋多为正距平 时，我省易多雨，反之北冰洋、欧洲大部为正距平，而太平洋多负距平时，我 省易少雨。在温度距平场上，欧亚大陆距平中心里“一+ 一“的波列，白令海 峡北部的北冰洋为负距平时，我省7 月易多雨。反之欧亚大陆距平中心呈“+ 一 + “分布，白令海峡北部的北冰洋以及靠近美洲西岸的东太平洋为大面积正温度 距平时，我省易少雨。 。 综合年平均气温和年降水量的变化来看，可以认为吉林省近5 0 年来气候的 年代际变化经历了一个“冷湿一冷干一暖湿一暖干”的过程。这一变化趋势对 当地农业生产、环境等方面都会产生很大的影响，值得引起重视。安刚等【婚】利 用东北地区月平均气温，降水量，蒸发量等资料计算了夏季气温和降水的相 关系数，发现东北地区西部夏季气温与降水量呈显著负相关，从年代际变化的 分析中也发现，2 0 世纪9 0 年代东北地区暖干趋势明显，这与本文得到的吉林省 气候的年代际变化趋势基本吻合。 3 1 2 突变分析 所谓“气候突变”指的是气候从一种稳定状态跳跃式进入到另一种稳定状 态的现象，是普遍存在于气候变化中的一个重要现象，是气候预测与模拟要考 虑的重要因素。符淙斌等2 0 1 给出气候突变的普适定义，提出最基本的气候突变 有四种类型，即：均值突变、方差突变、跷跷板突变和转折突变，实际的突变 往往是它们的组合。 从前面的分析可以看到吉林省的年平均气温和年降水量的变化并不一致， 而是存在一定的转折性，下面我们将用文献i ”】中提出的分段线性拟合检验气候 突变点的方法对吉林近5 0 年来是否存在气候突变进行分析。该方法改变了以往 分段线性拟合方法中任意给定分段数的做法，而是给定拟合时间间隔，通过权 重平均的方法选取连续时间段的最优组合，使得选取的气候突变点更加合理。 图3 8 为吉林省年降水量和年平均气温序列及其突变检验曲线图。因为本文 讨论的是年代际的变化，所以在进行突变检验时，选取了1 0 年的拟合间隔，经 过检验得到吉林的年降水量在1 9 7 7 和1 9 8 7 年各有一次突变( 图3 8 ) ，从趋势 上看，1 9 5 1 年1 9 7 7 年降水是减少的，1 9 7 7 年1 9 8 7 年降水量增大，1 9 8 7 年 以后降水又趋于减少，变化趋势与我们前面初步分析得到的结果基本一致。年 平均气温只在1 9 6 9 年发生了一次突变( 图3 8 ) 。同时我们用m a n k e n d a l l 法c 1 7 】 对吉林省年平均气温做突变检验，得到1 9 8 9 年为突变点。这主要是因为分析角 度不同，从实测曲线看1 9 6 9 年是变化倾向发生转变，是转折突变点，1 9 8 9 年是 均值突变点。值得注意的是，北半球的年平均气温在1 9 8 8 年有一次突变2 ”，用 m a n k e n d a l l 法分析吉林省年平均气温的突变时间与之相近。 幽3 _ 8 吉林省年降水量( a ) 平均气温( b ) 及其突变检验 ( 实心三角符号为突变点，细赢线为趋势线，粗赢线为平均值线) 3 2 年平均最高、最低气温的变化 国外研究表明，全球陆面温度的升高过程中多数地区的最低温度升高明显 高于最高温度的升高，因而体现出一种日夜增暖的不对称性，使得同较差变小 4 1 。我国的情况也一直受到国际上的关注。翟盘茂等 8 1 利用中国1 9 5 0 1 9 9 0 年 的实测资料，研究了中国最高温度，最低温度的时空变化趋势特点，结果表明 最高温度在9 5 。e 以西及黄河以北地区普遍呈增温趋势，而在东部黄河以南却呈 降温趋势：最低温度在全国普遍呈增温趋势，在高纬度地区增暖最明显，这种 变化使得日较差表现出明显的减少趋势。 图3 9 为吉林省年平均最高、最低气温距平的逐年变化图，比较图3 6 a 、b 可以发现，吉林省的最高、最低气温在近5 0 年内的总体趋势都是上升的。与平 均气温的变化趋势一致，最高、最低气温在2 0 世纪5 0 年代降低，6 0 年代为低 值时期，7 0 年代以后明显增温。但最低气温的增幅明显比最高气温的大，我们 计算了最高、最低气温的年代际增温率，最高气温的增温率为0 1 5 l o a ，而最 低气温为0 。4 1 0 a ，大约是最高气温的2 。6 倍。 幽3 9 吉林省昂高气温( a ) 和最低气温( b ) 距平的逐年变化 从3 1 和3 2 的分析，我们知道近5 0 年来吉林省气候的总体变化趋势为 变暖、变千，在这样的背景下，其极端气候的变化是怎样的呢? 下面就针对吉 林省的极端气温、降水进行相关的研究。 4 吉林省极端气候的变化 4 1 极端最高、最低气温 4 1 1 4 4 年极值的空间分布 将某站1 9 6 0 2 0 0 3 年中所有1 月1 日的日最高( 低) 气温资料按升序排列， 得到该日最高( 低) 气温的第9 5 ( 5 ) 个百分位值，照此方法求出所有日历日期 ( 3 6 6 个) 的第9 5 ( 5 ) 个百分位值，然后将其中的最大( 小) 值作为该站近4 4 年内的极端最高( 低) 气温值。用此方法可得到吉林省4 5 个站4 4 年的极端最 高和极端最低气温的空间分布( 见图4 1 ) 。从图4 1 ( a ) 可以看出，4 4 年的极 端最高气温基本呈西高东低、南高北低分布，白城市、松原市西部、延吉及集 安均在3 5 。c 以上，其中洮南最高达3 6 64 c 。东部的白山市及延边市的个别站在 3 2 。c 以下，东岗最低为3 0 8 。c ，最高与最低相差5 8 。c 。从图4 1 ( b ) 可见，通化 及白山的北部、吉林市大部极端最低气温均低于一3 7 。c ，桦甸最低为4 0 9 。c ，中 西部的大部分地区、延边市东部、通化及自山的中南部地区相对偏高，为一3 2 一3 5 。c 。极端最高、最低温度的这种空间分布特点与吉林省的地形特点及各地所 处的纬度紧密相关，温度相对高值区基本在西部平原地带、南部及东部近海区， 而相对低值区分布在东部山区及北部。 图4 1 吉林省4 4 的极端最高、最低气温的空间分布图( 单位：) a ) 最高b ) 最低 4 1 2 3 2 日数； 阈值的日数； 3 2 的日数 利用各站臼极端最高气温资料求一年中大于3 2 的日数，得到4 4 年日数 的时间序列，求其斜率，从而得到各站每年大于3 2 的日数的斜率的空间分布 ( 见图4 2 a ) 。近4 4 年来我省除白城、洮南、长春、汪清4 站每年大于3 2 目 数略有减少外，其余各站均在增加，其中松原、东丰、柳河、临江及集安约增 加1 日1 0 年，其它地方少于1 天，但在统计上都不具有显著意义。 通过计算每年全省平均昂极端最高气温高于3 2 的 j 数，得到其时间变化 序列( 图4 2 b ) 。从总体变化看，吉林省高于3 2 的日数以0 5 日1 0 年的速度 增加，这与其空间分布特点相吻合( 全省大多数地方日数在增加) ，但在统计上 也不具有显著意义。从各个时段看，1 9 8 3 年之前( 1 9 6 0 1 9 8 2 年) 每年大于3 2 的日数处于上下波动中，无明显变化趋势，此时段平均天数为6 天左右，1 9 8 3 年开始下降，1 9 8 3 - 1 9 9 6 年处于相对低值期，这一时段平均天数为3 天左右，1 9 9 7 年之后开始增加，1 9 9 7 2 0 0 3 年平均天数为l o 天左右，其中1 9 9 7 年达最大值 2 1 天，2 0 0 0 年1 5 8 天次之。 豳4 2 每年日极端最高气温大于3 20 c 日数的线性变化率的空间分布图( 单位： e t l o 年) ( a ) 和全省平均日数的年变化曲线圈( b ) 曲线为实测线，直线为趋势 线，下同。 4 1 2 ，2 o 1 、 1 0 、 2 5 、 5 0 n 肿降水e l 数 利用日降水资料，分别得到近4 4 年来吉林省各站每年 0 1 m m 、 l o m m 、 2 5 m m 、 5 0 m m 的降水目数，求其斜率，从而得到各自降水日数的线性变化倾 向的空间分布( 图4 ，9 a ，b ，c ) 。 从图4 9 a 中可以看出，除农安、汪清每年日降水量大于o 1 m m 的降水目数 的线性变化倾向为正值，吉林省其余地方均为负值，其中吉林大部、通化大部、 延边西部、白山部分地方下降幅度相对较大，为4 2 8 ，5 天1 0 年，松江最大， 中西部大部分地方及延边东部以1 1 3 3 9 天1 0 年的幅度下降。在9 5 信度水平 下，吉林省有6 4 的台站通过检验，这说明吉林省大部分台站每年大于0 1m m 降水的降水日数是在逐年减少的。 从图4 9 b 可以看出：除延边东部的安图、延吉、龙井、珲春以及西部的镇 赉、白城等地方每年日降水量大于1 0 m m 的降水日数呈弱的上升趋势外，其余 均在下降，下降幅度为o 1 1 3 天1 0 年。取a = 0 0 5 ，经f 检验，有5 个( 梨树、 辽源、烟筒山、集安、长白) 台站通过检验。 从图4 9 c 可见：白城和松原的部分地方、延边大部每年日降水量大于2 5 m m 降水日数的线性变化倾向为正，其余均为负值，但在统计上不具有显著意义。 图4 9 每年日降水量大予0 1 m m 、大于1 0 r a m 、大t 2 5 m m 降水日数的线性变化率 的空间分布翻( 单位：1 j 1 0 年) ，a ) 人于0 1 m m ，b ) 大于1 0 m m ，c ) 大于2 5 r a m 。 对于每年日降水量大于5 0 m m 降水日数的分析可以看出，吉林省每年大于 5 0 r a m 的降水丑数较少，即暴雨日数少，全省平均每年不足1 天。中西部地区出 现暴雨日数为o 2 天，东部出现0 6 天，6 天暴雨分别出现在1 9 6 1 年的集安、 通化、柳河，1 9 9 5 年的集安和柳河。 利用各站所求的降水日数，算出全省平均情况下每年 o 1 m m 、 1 0 m m 、 2 5 m m 的降水日数，画出其年变化曲线及趋势线如图( 图4 1 0 ) 。 图4 1 0 o 1 r m n 、 l o m m 、 2 5 r a m 的全省平均的降水日数的年变化睦线圈 全省平均每年日降水量大于0 1 m m 的降水日数为1 0 9 天，最低值出现在 1 9 8 2 年、2 0 0 1 年为9 0 天。6 0 年代相对最多，为1 1 4 天，9 0 年代最少为1 0 5 天， 分别较平均情况多5 天、少4 天。从总体趋势看，全省平均日数呈明显的下降 趋势，下降幅度为3 3 天1 0 年，通过9 5 的信度水平的f 检验。 日降水量大于1 0 m m 降水日数全省平均情况下每年1 8 天，最大值出