（气象学专业论文）重庆近46a极端气温和极端降水异常特征分析.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： l 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名： 堕查 日期：型量：生2 旦 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名： 日 期： 摘要 根据重庆3 1 气象站1 9 6 1 - - 2 0 0 6 年逐日气温资料和3 3 气象站1 9 6 1 - - 2 0 0 6 年逐日降水资 料，应用国际最为流行的百分位法定义了极端强降水阈值，确定极端降水量，以及采用 w m o 公布的极端气温和降水指数，从而对重庆地区的极端气温事件、极端降水以及汛期 极端降水的时空特征进行研究，结果表明： ( 1 ) 在重庆的年、四季的平均最高气温、最低气温中，平均最低气温和冬季平均最低气温 上升趋势最明显，通过了显著性检验。 ( 2 ) 重庆冷夜、暖夜、冷日和暖日指数的取值范围接近，空间分布极为相似；各极端气温 指数高值区均位于重庆中部、西南偏南地区以及长江流域的东部地区。 ( 3 ) 冷( 冷夜和冷日) 指数在重庆各区呈现一致减少的趋势，冷夜指数通过了显著性检验； 而暖( 暖夜和暖日) 指数全区平均呈先降后升的趋势，就线性趋势看，在东南部、西北偏 北部呈上升趋势，其余地区为下降趋势。 ( 4 ) 各极端气温指数在上世纪7 0 年代中期之前，准4 a 周期特征最明显，振荡幅度大：除 了暖日指数外的极端气温指数在9 0 年代后呈现出4 5 年的周期振荡。 ( 5 ) 各极端降水指数空间差异明显：在重庆西北偏北地区、东南地区以及东北偏北地区， 各极端降水指数都较大，呈上升趋势。 ( 6 ) 汛期极端降水量空间分布差异明显，一致性异常分布特征是最主要空间模态。 ( 7 ) 重庆各区汛期极端降水量占总降水量的相当大的比重；从长期变化趋势来看，整个重 庆地区近4 6 年来汛期极端降水变化趋势不显著。 ( 8 ) 重庆的各极端降水指数和各区汛期极端降水，都主要以2 3 a 、4 5 a 的年际变化和准 1 1 a 的年代际振荡为主。 关键词：重庆，汛期，极端气温，极端降水，时空分布 a b s t r a c t b a s e do n1 9 6 1 2 0 0 6d a i l yt e m p e r a t u r ed a t ao f3 1o b s e r v a t i o n a ls t a t i o n sa n d d a i l yp r e c i p i t a t i o nd a t ao f3 3s t a t i o n si nc h o n g q i n g ，b yd e f i n i n ge x t r e m er a i n f a l l t h r e s h o l dw i t ht h em o s tp o p u l a ri n t e r n a t i o n a lp e r c e n t i l em e t h o da n dt h ea p p l i c a t i o n o ft h ee x t r e m et e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o ni n d e x e sa n n o u n c e db yw m 0 t h es p a t i a l a n d t e m p o r a lv a r i a t i o no ft h ee x t r e m et e m p e r a t u r e ，p r e c i p i r a t i o na n d t h e p r e c i p i t a t i o ni nf l o o ds e a s o n sa r ea n a l y z e d t h em a i nc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e d a sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ea v e r a g ey e a r l yl o w e s tt e m p e r a t u r ea n da v e r a g ew i n t e rl o w e s tt e m p e r a t u r e h a v et h em o s to b v i o u st r e n do fe s c a l a t i o n ，a n da d o p tt h es i g n i f i c a n c ee x a m i n a t i o n i nc h o n g q i n gy e a r l y ，s e a s o n a la v e r a g eh i g h e s ta n dl o w e s tt e m p e r a t u r e ( 2 ) c o l dn i g h t ，w a r mn i g h t ，c o l dd a ya n dw a r n ld a yi n d e x e si nc h o n g q i n ga r ei nc l o s e r a n g e ，t h e i rs p a t i a ld i s t r i b u t i o n sa r ei nv e r ys i m i l a r t h eh i g hv a l u ea r e a so f i n d e x e sa r ec e n t r a l ，s o u t h s o u t h w e s t ，a n dt h ey a n g t z er i v e rb a s i ni nt h ee a s t e r n r e g i o n ( 3 ) c o l di n d e x e s ( i n c l u d i n gc o l dn i g h ta n dc o l dd a yi n d e x e s ) i ne v e r yd is t r i c ta r e i nd o w n t r e n d ，a n dt h ec o l dn i g h to fi n d e xa d o p t e dt h es i g n i f i c a n c ee x a m i n a t i o n b u t w a r mi n d e x e s ( i n c l u d i n gw a r mn i g h ta n dw a r md a yi n d e x e s ) a r ef i r s ti nd o w nt r e n d t h e nu p t r e n d ，f r o m1i n e a rt r e n d ，t h ew a r mi n d e x e sa r ei nu p w a r dt r e n di nt h e s o u t h e a s ta n dt h en o r t hs i d en o r t h w e s t ，d o w n w a r dt r e n df o rt h er e s ta r e a s ( 4 ) t h ep e r i o d i co s c i1l a t i o no fe v e r ye x t r m et e m p e r a t u r ei n d e xa r ed o m i n a t e db y 4 y e a r l yp e r i o dw i t hb i ga m p l i t u d eb e f o r et h em i d 一1 9 7 0 s ，4 5y e a r l yo s c i l l a t i o n e x c e p tw a r md a yin d e xa f t e r1 9 9 0 s ( 5 ) t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fe v e r ye x t r e m ep r e c i p i t a t i o ni n d e xi ss i g n i f i c a n t d i f f e r e r n t ，t h ev a l u eo fi n d e x e sa r eb i ga n di nu p w a r dt r e n di nn o r t h - n o r t h w e s t ， s o u t h e a s ta n dn o r t h n o r t h e a s tr e g i o n si nc h o n g q i n g ( 6 ) t h ee x t r e m er a i n f a l li nf l o o d s e a s o ni so ft h es i g n i f i c a n t s p a t i a l d i s t r i b u t i o n ，a n dt h ec o n s i s t e n t l ya b n o r m a lc h a r a c t e r i s t i ci st h em a i ns p a t i a l m o d e ( 7 ) t h ee x t r e m er a i n f a l li nf l o o ds e a s o nc o v e r sav e r yl a r g ep r o p o r t i o no ft h et o t a l r a i n f a l1i ne v e r yr e g i o n ，a n df r o mal o n g t e r mt r e n d ，t h ee x t r e m ep r e c i p i t a t i o ni n f l o o ds e a s o ni nc h o n g q i n gh a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nt h er e c e n t4 6y e a r s ( 8 ) t h ep e r i o d i co s c i l l a t i o no fe x t r e m ep r e c i p i t a t i o na n dt h ee x t r e m ep r e c i p i t a t i o n i n d e x e sa r en o tw e l lc o n s i s t e n ti ne v e r yr e g i o n ，d o m i n a t e db y23y e a r l y ，4 - 5y e a r l y p e r i o d s ，a n da b o u t1 1y e a r l yo s c i l f a t i o n k e y w o r d s ：c h o n g q i n g ：f l o o ds e a s o n ：e x t r e m et e m p e r a t u r e ：e x t r e m ep r e c i p i t a t i o n ： ti m e s p a ti a ld is t r i b u ti o n 2 第一章绪论 1 1 极端气候变化研究的重要性 2 0 世纪以来，随着全球变暖趋势的进一步加剧，干旱、洪涝、风暴、热浪、暴雨、龙 卷风等天气和气候极端事件出现更加频繁，给社会、经济和人类生活造成了严重的影响和 损失。例如持续2 0 年之久的非洲干旱造成许多国家出现空前的饥荒；美国中西部地区于 1 9 8 8 年出现了1 9 4 0 年以来最严重的干旱，造成粮食减产3 8 ：1 9 9 3 年日本几十年少有的 凉夏使水稻生产蒙受巨大的损失；1 9 9 4 年夏季北半球大范围的持续高温酷暑对各国工农业 生产和人民生活造成了极大的影响。在亚洲中部和南部地区，干旱从1 9 9 8 年一直持续到 2 0 0 1 年，严重的干旱危害着伊朗、阿富汗和巴基斯坦等广大地区的农业生产。2 0 0 4 年夏季 欧洲南部、日本出现了少见的热浪，同年2 月份澳大利亚出现了严重的热浪，3 月份印度 出现严重热浪导致1 0 0 多人死亡1 2 1 。2 0 0 5 年8 月2 9 日在美国墨西哥湾沿岸新奥尔良外海岸 登陆的飓风“卡特里娜”使新奥尔良成为一片废墟，造成1 1 8 5 人死亡，5 0 多万人失业的 重大灾难，导致美国2 0 0 5 年下半年经济增长率下降o 5 至1 个百分点，经济损失估计超过 3 0 0 0 亿美元。据联合国有关方面估计，1 9 9 1 2 0 0 0 年的1 0 年间，每年平均受到气象灾害危 害的人数为2 1 1 亿，是因战争冲突而受到影响人数的7 倍，造成全球每年约5 0 0 10 0 0 亿美 元的财产损失。2 0 世纪9 0 年代世界范围发生的重大气象灾害比2 0 世纪5 0 年代多5 倍【3 】。 我国地处东亚季风区，是世界上最重要的气候脆弱区之一，季风雨带的位置变化直接 影响着我国东部的干旱和雨涝。最近几十年，长江流域暴雨洪涝事件频繁发生，继1 9 9 1 特 大洪涝以后，1 9 9 8 年发生了全流域的特大洪水【4 】，1 9 9 9 年6 月在长江下游再次发生严重洪： 与此同时，华北大部却干旱少雨1 5 】。在我国，每年因干旱、暴雨洪涝、连阴雨、高温热浪、 沙尘暴、台风等各种气象灾害每年造成的损失占整个自然灾害损失的7 0 左右，直接经济 损失占国民生产总值的3 6 t 6 | 。 重庆地处东经1 0 5 。1 77 1 1 0 。1 l7 ，北纬2 8 。1 07 3 2 。1 3 之间，位于长江中游地 区，处于青藏高原与长江下游的交汇地带。东北部紧靠大巴山脉与陕西省接壤，东临巫山 一武陵山系与湖北、湖南两省相接，南靠大娄山脉与贵州省交界，西部和北部与四川1 省一 脉相连。地势南北高中间低，从南北向长江河谷倾斜：地貌以丘陵、山地为主，山脉连绵 起伏，河流纵横交错。秀丽长江自西向东穿流而过，南北尚有乌江、嘉陵江两大水系注入 长江之中。重庆受东亚季风环流的影响，属亚热带湿润季风气候区。其主要气候特点是： 东暖春早，夏热秋雨，四季分明；降水丰沛，空气湿润，雨热同季：日照少，多云雾，少 霜雪：立体气候显著，气候资源丰富，气象灾害频繁。平均每年有2 4 次洪涝，每3 0 年左 右出现一次较大洪灾，2 0 0 7 年7 月遭遇百年一遇的特大暴雨袭击，有5 5 人死亡，经济损 失严重：而1 9 9 7 年遭遇百年一遇的伏旱，自7 月下旬至9 月中旬持续干旱，使全市3 6 个 区、县( 市) 近9 0 0 个乡镇1 5 0 0 万人受灾，粮食减产4 5 亿k g ，直接经济损失1 0 亿元； 以及春秋季低温、初夏阴雨、寒潮、大风、冰雹等气象灾害也频繁发生：随着重庆社会经 济的快速发展，经济类型多元化，资产高度密集，自然灾害造成的损失也越来越大；引起 了公众和政府决策者的高度重视。 研究表明，全球、全国以及重庆的重大气象水文灾害几乎都是天气和气候极端事件所 致。天气和气候极端事件已经严重制约了社会和经济的发展，直接威胁到人类赖以生存的 生态环境，在这些极端事件面前，无论是发达国家还是发展中国家，都显的非常脆弱，因 3 而引起了各国政府和国际机构的高度重视。2 0 世纪末，由m e e h l ，k a r l 及z w i e r s 等1 0 多 位科学家联合署名在美国气象学会的会刊上发表了多篇论文呼吁加强对极端气候事件的研 究【7 9 】，目的是要弄清楚极端气候事件的气候变化规律，以提高极端气候事件的预测，为 防灾减灾提供参考和科学规划的依据。 1 2 极端气候变化的研究进展 今年来，随着人们对全球气候变化的认识逐渐深入，科学家们在关注气候变暖的同时， 开始关注气候极端事件的性质与频率是否也在发生变化，关注的重点是气候极端事件是否 更趋频繁，是否超过自然气候变化的范围，是否与人类活动引起的气候变化变化有关等问 题。 在i p c c 第三次全球气候变化的科学评估报告中一些结论为：( 1 ) 全球平均表面温度 自1 9 世纪末以来升高了0 6 0 2c ，这比1 9 9 4 年的i p c c 第二次气候评估高了0 1 5 c ；( 2 ) 全球范围内，1 9 9 0 年代是最暖的十年而其中1 9 9 8 年是最暖的年份；( 3 ) 北半球具有代表 性的数据分析指出，2 0 世纪可能是过去1 0 0 0 年增温最大的1 0 0 年；( 4 ) 全球降水分布也 发生了很大的变化，大陆地区尤其是中高纬度地区降水增加，非洲等一些地区降水减少。 i p c c 第三次评估报告系统的总结了过去7 年有关气候变化认识的主要进展，然而其许多结 论仍然存在着很多不确定性，所提供的信息应该看作是初步的。在气候变化的科学方面， 以下几个关键问题需要进一步研究：( 1 ) 气候变化的检测和识别，特别是对极端气候事件 变化的检测；( 2 ) 气候模式本身尚不完善，气候敏感性的差异有越来越大的趋势，对气候 系统主要物理、化学和生物过程的认识亟待加深；( 3 ) 随着全球模式的分辨率越来越高， 区域气候模式应如何加强其在模拟区域细节以及极端气候事件方面的优势。 中国气象局国家气候中心气候变化室于2 0 0 3 年1 月举办了“气候变化研究关键科学问 题研讨会”，对极端天气气候事件的研究提出了三个科学问题：( 1 ) 极端事件的发生频率和 强度变化实在目前全球气候变暖背景下发生的，它们是否与温室效应相联系? ( 2 ) 未来气 候将进一步趋于变暖，极端事件的情景又将如何? ( 3 ) 我们将如何防范越来越频繁发生的 极端天气气候事件? 通过问题的提出可以加深对气候变化研究中几个关键科学问题的认 识，理清未来开展相关研究的思路。 1 2 1 极端降水的研究进展 国外方面，d a i l l 0 1 用p a l m e r 干旱程度指数对19 0 0 19 9 5 年全球陆地的气候变化进行了 研究，发现严重干旱和潮湿的趋势较小。全球降水分布发生了很大变化，大陆地区尤其是 中高纬度地区降水增加，非洲等一些地区降水减少】。许多学者对加拿大、日本、英国、 挪威、南非、巴西和前苏联等地区的降水或强降水长期变化特征的研究发现，在全球变暖 变暖背景下，总降水量增大的区域其强降水事件极可能有明显增大的趋势，即使平均总降 水量减少或不变，也存在着强降水量及其频次的增加现象 1 2 - 1 4 l 。这些文献对2 0 世纪以来有 关极端降水事件的观测研究作了全面的总结。 国内方面，过去主要集中在降水总量和旱涝气候变化等方面 1 5 - 1 9 】。随着极端降水事件 对我国影响加剧，使人们逐渐认识到研究极端降水的重要性。我国的极端降水变化态势与 全球的态势基本一致，其主要特点是区域性和局地性明显【20 1 在过去的几十年中，我国大范 围明显的降水增加趋势主要是在西部地区，其中尤以话北地区最盛，降水日数也有明显的 增加趋势；而东部季风区降水变化趋势的区域性差异较大，长江流域及其以南地区降水趋 4 于增多，主要表现在极端降水日数呈增加趋势；而华北地区降水趋于减少，主要表现为强 降水日数减少【2 1 1 。全国平均总的降水变化趋势并不明显，但雨日有所减少1 2 2 。玎j 。这意味着， 降水总量不变或增加而频率减少意味着降水强度有加大的趋势，导致各地洪涝和干旱率加 大。自从1 9 8 0 年代以来，长江中下游的洪水显著趋于频繁【2 引，极端降水也出现了显著增加 的趋势【2 卯。这些研究都一致表明，我国极端降水事件趋多、趋强，各地平均强度和量值都 有不同程度的加大，尤以2 0 世纪9 0 年代最为突出。 1 2 2 极端气温的研究进展 国外方面，k a r l 等人【2 6 l 的研究揭示了在美国和前苏联极端最低温度在过去几十年有明 显上升趋势，而极端最高温度的变化则表现出较强的区域性，从大范围看无显著的变化趋 势。在东南亚和南太平洋地区，自从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【27 】：在美国东北部和澳大利亚、新西兰的研究也发现所研究地区的极端最低温度也是 不断减少的【2 8 。2 9 】；f r i c h 等【3 0 】通过研究发现，2 0 世纪后半叶逐年的极端最高温度与极端最 低温度的差异也在显著减小。 国内方面，我国学者对中国平均温度的变化研究已有不少很有成效的工作，这些结果 表明中国近百年平均气温的变化与全球的增温趋势大体相似，但在具体的变化过程、转折 时间和程度上又与全球有一定区别，同时也表现出较大的地域性差别【3 卜”j 。随着极端天气 和气候事件的频繁发生，给社会、经济带来巨大损失，引起了专家的关注。翟盘茂等 3 5 - 3 6 j 研究发现，我国平均最高温度呈现北方增暖明显，南方变化不明显或呈现弱降温趋势，最 低气温呈现变暖趋势。江志红等【37 】发现冬夏季平均最低气温、平均最高气温的空间形态都 在2 0 世纪7 0 年代末到8 0 年代初发生显著的变化。丁裕国等【38 】利用旋转经验正交函数对冬 季平均最低气温和夏季平均最高气温进行客观分区，揭示了我国近半个世纪冷夏、严冬气 候异常的变化规律。翟盘茂等【3 9 4 0 】采用阈值定义极端事件的方法，研究得到我国北方地区 极端最低气温和极端最高气温都趋于变暖；潘晓华等1 4 l j 指出，我国极端温度事件频率呈1 0 a 左右的年代际振荡，冬季全国范围增温趋势最大并且最明显。李如琦等【4 2 】的研究表明，江 淮梅雨期的最高气温有明显的年代际变化特征，并且各个区域存在着显著差异。唐红玉等 4 3 1 通过分析，得出无论是年还是季，平均最低气温的增暖幅度明显大于平均最高气温的幅 度。 1 3 极端天气气候事件概念的研究进展 根据政府间气候变化专门委员会第三次评估报告l j ，极端天气事件是指某一地点或地 区从统计分布的观点看不常或极少发生的天气事件。对于“不常”或“极少”发生的定义 并不一致，并且极端天气事件的特征因地点而异。 政府间气候变化专门委员会建议把天气与气候极端事件分为四种1 4 5 1 ：( 1 ) 最高、最低 气温，温度日较差，冷热期长度，热指数：( 2 ) 降水强度和频率，包括干期和湿期；( 3 ) 热带和温带气旋，包括强度、路径、频率、位置、最大风速、最大可能强度、海表温度等； ( 4 ) 雷暴和其他小尺度天气现象，包括雷暴、龙卷及相关现象，如冰雹、闪电、尘暴、水 龙卷、倾盆大雨、暴风雪、云涌等。 关于极端值的确定和极端气候事件的选取就有很多方法。在气候极端值的确定方面， 一般人们常用某一时段内的逐日极人值( 如逐日最高、最低温度、一日最火降水量) 作为 个极端值进行讨论 4 6 - 4 8 】，但是这种极端值的随机性较大，而且容易受错误值的影响。也 5 有学者分析年、季平均的一些极值要素( 日最高、最低温度等) 的变化【3 引，但是这种较长 时段的平均可能平滑掉一些重要的极值特征，这对极端气候变化的定量分析是不利的，严 中伟掣4 9 】曾将一年中最极端的1 0 个温度值和5 个降水值求平均，作为这一年的极端温度值 和极端降水值进行研究，有效降低了极端值的偶然性。不过国际上还是比较推崇用概率分 布函数( 如g a m m a 分布p 啦”】、边缘分布【4 0 1 等) 来确定逐年的极端温度和降水值，这种方 法更加严密，受错误值的影响也更小。 现在国际上最常用阈值定义极端事件，根据观测经验来确定极端气候事件阈值，当某 一要素超过其取值时，就认为出现了一次极端事件1 5 2 。”】，这种方法适合在尺度不是很大的 空间场。对于尺度比较大的空间场采用这种选取方法，就有可能出现部分地区极端气候事 件过于频繁，而另外一些地区极端气候事件极少发生，在这种情况下，用概率分布函数来 选取极端气候事件的阈值，更符合实际情况 3 9 , 5 5 j 。 现在人们通常使用一些指数作为衡量极端事件的指标。如f r i c he ta 1 1 5 6 1 使用下列指数， 考虑它们在全球观测中的变化：霜日( f d ) 、年际内极端气温差( e t r ) 、生长季长度( g s l ) 、 热浪持续指数( h w d i ) 、 日最低气温9 0 百分位的次数( t n 9 0 ) 、1 0 m m d 降水的天数 ( r 1 0 ) 、最大连续干日( c d d ) 、最大连续5 d 降水( r 5 d ) 、简单降水强度( s d i i ) 、超过 9 5 百分位降水占年总降水量的百分率( r 9 5 t ) 。这些指数都可以用来研究未来极端事件的 变化。 1 4 本文的研究目的和内容 由以上综述可知，国内外有关极端气候变化的研究已具有相当水平，但极端气候事件 存在明显的区域差异，关于重庆地区极端气候变化的研究相对还是比较薄弱，而重庆受东 亚季风环流的影响，属亚热带湿润季风气候区，又由于其独特的地貌特征，使得重庆地区 自然灾害频繁发生；而近年来重庆地区极端气候事件尤其洪涝干旱、高温常给国民经济和 人民生命财产造成重大损失 5 7 1 。 研究重庆地区极端气候事件变化，不仅可提高对重庆地区极端气候事件变化规律的认 识，提高灾害性天气气候事件的预测水平以及防灾减灾能力，而且可提供极端气候事件区 域变化的重要证据，对促进全国极端气候变化的理论研究具有积极意义。因此本文利用重 庆近4 6 年的观测资料，着重研究分析了： ( 1 ) 极端气温的时空特征。 ( 2 ) 极端降水的时空特征。 ( 3 ) 汛期极端降水的异常特征分析。 1 5 本文的研究特色 ( 1 ) 本文应用的是重庆省3 1 个气象站1 9 6 1 - 2 0 0 6 年的逐日最高、最低、平均气温： 3 3 个气象站1 9 6 1 2 0 0 6 年的逐日降水值。站点密度大，资料比较完整。 ( 2 ) 应用国际最为流行的百分位法定义了极端强降水事件阈值，确定极端降水量。 ( 3 ) 利用w m o 公布的极端降水和气温指数，进而对重庆地区的极端降水和极端气温 事件的时空特征进行研究。 ( 4 ) 着重研究了近4 6 a 重庆汛期极端降水异常特征。 6 第二章资料和方法 2 1 资料的选取与生成 所用的资料是重庆3 4 个气象站白建站至2 0 0 6 年的逐日气温和降水资料。因其中巫溪 站因多次迁站对气温测量影响较大但对降水测量没用影响，万盛站的气温和降水资料都是 从1 9 6 6 年开始，永川站在整个夏季气温资料都缺测，故最后气温资料选取了重庆3 1 个站 ( 除去巫溪、万盛和永川) 自1 9 6 1 2 0 0 6 年的4 6 a 逐日气温，逐日气温包括目最高气温， 日最低气温，日平均气温；降水资料选取了重庆3 3 个站( 除去万盛) 自1 9 6 1 2 0 0 6 年的 4 6 a 逐日降水量。 在建立各个要素全市平均时间序列时，首先求各站逐年的数值，再对每年的重庆地 区有效台站数据求算术平均值，作为该年重庆的平均数据。分别建立了1 9 6 1 2 0 0 6 年重庆 平均的年、四季( 春、夏、秋、冬) 温度、降水量等要素的时间序列。季节采用气象季节 划分方法，即上年的1 2 月至当年2 月为冬季、3 5 月为春季、6 8 月为夏季、9 1 1 月为秋 季。年平均值为当年1 2 个月值的算术平均。计算所有气候要素距平值所用的标准气候期为 1 9 7 1 2 0 0 0 年。 2 1 1 温度资料的生成 对3 1 个气象站各站4 6 a 的逐日气温资料建立了以下几个统计量时间序列： ( 1 ) 逐年平均温度、平均最高温度、平均最低温度。 ( 2 ) 四季平均温度、四季平均最高温度、四季平均最低温度。 ( 3 ) 逐年冷夜天数( t n l o p ) 、暖夜天数( t n 9 0 p ) 。 ( 4 ) 逐年冷日天数( t x l o p ) 、暖日天数( t x 9 0 p ) 。 2 1 2 降水资料的生成 降水资料是使用重庆3 3 站4 6 a 的逐日降水资料，纯雾、露、霜量不计在总降水量之内。 对每个测站建立了以下几个统计量时间序列： ( 1 )逐年降水量，逐月降水量。 ( 2 ) 逐年极端降水总量( r 9 5 p ) 。 ( 3 ) 逐年日降水量大于1 0 m m 的天数( r 1 0 m m ) 。 ( 4 )逐年日降水量大于2 0 m m 的天数( r 2 0 m m ) 。 ( 5 ) 逐年日最大降水量( r x l d a y ) 。 ( 6 ) 逐年连续5 日最大降水量( r x 5 d a y ) 。 ( 7 )逐年有雨日的降雨强度( s d i i ) 。 7 2 2 分析方法 2 2 1 极端事件的确定 对逐日温度和降水量的分布，人们习惯用g a m m a 分布函划5 0 】进行描述。在实际确定 某一分布时，通常用极大似然方法根据均值p ，方差仃2 和变化系数c 1 ，来确定。 b o n s a l s s 指出如果某个气象要素有f 个值，将这n 个值按升序排列 五，x 2 ，x r n ，x 。，某个值小于或等于x 。的概率为 p = ( m 一0 3 1 1 f n - i - 0 3 8 1 ( 1 ) 、， 、 ， 其中m 为x 。的序号，如果有3 0 个值，那么第9 5 个百分位上的值为排序后的 而。p = 9 4 4 ) 和墨。( p = 9 7 7 ) 的线性插值。 采用公式( 1 ) 来估计百分位值，不但计算方便，而且避免了对要素序列分布的任何假 设。这种百分位值的方法与g a m m a 分布比较起来，结果几乎等同。考虑到本文资料的时 间长度较短，同时为了进一步避免受错误值的影响，本文引用翟盘茂等1 3 州文中的对极端降 水事件的阈值定义，其具体方法是将某物理量序列的第9 5 ( 5 ) 个百分位上的值作为极端 高( 低) 值或是极端事件的上( 下) 阈值，当物理量的值高于极端事件的上闽值或低于极 端事件的低阈值时，就定义发生了极端事件：比如说某日的温度超越了上阈值，就称改日 发生了极端高温事件，如果低于下阂值，就称该日发生了极端低温事件。 2 2 2 线性倾向估计计算与检验腼 用薯表示样本量为n 的某一气候变量，用t 表示一所对应的时间，建立薯和t 之间的 一元线性回归方程： 曼。= a + b t 。，f = 1 ，2 ，拧。( 2 ) 其中a 为回归常数，b 为回归系数( 也称倾向值) 。b 的符号表示气候变量x 的趋势倾 向，当b 0 时，说明随时间，的增加x 呈上升趋势；当b 0 时， b 0 ，说明x 随时间t 呈上升趋势；当， 0 为尺度因子，反映了小波的周期长度；b 为时 间因子，反映了在时间上的平移：( f ) 为时间序列；y + ( t ) 为y ( f ) 的复共轭函数。 撇变换的黼形热叶( 啪) = i 口i ，篓巾血妒( 半) 式中，a t 为采样间隔。 选取m o r l e t 小波作为母小波，其表达式为： 一三一 v ( t ) = 万4 e , t e 2 ( 1 0 ) 式中，峨= 6 0 为非空间化频率。 定义e = i 哆( 口，6 ) 1 2 为小波功率谱，砌r ( 口) = i v - - ii 叶( 口，6 ) 1 2 为小波方差。 2 2 7 最大熵谱啼叩 最大熵谱分析方法克服了连续谱估计的缺陷和不足，从而将谱估计推进了一个新阶段。 最人熵谱的基本思想是，以信息论中熵的概念为基础，选择这样一种谱估计在外推已 知时间序列的自相关函数时，其外推原则是使相应的序列在未知点上取值的可能性具有最 大的不确定性，也就是不对结果作人为的主观的干扰，因而所得信息最多。最大熵谱具有 l o 分辨率高等优点，尤其适合短序列。 第三章近4 6 年重庆地区极端气温的变化特征 3 1 基本气候特征 3 1 1 平均气温变化规律 图3 1 是1 9 6 1 2 0 0 6 年期间重庆年平均气温距平时间序列。可以看出，1 9 6 1 - 2 0 0 6 年期 间重庆年平均气温整体上呈小幅度的上升趋势，变化速率为0 0 3 5 l o a ，4 6 年平均气温 上升了0 1 6 。在年代际上，重庆年平均气温经历了先降后升的过程，在上个世纪6 0 年 代气温偏高，6 0 年代到7 0 年代呈明显的下降趋势，8 0 年代气温偏低，进入到9 0 年代尤其 是9 0 年代中期以后气温呈明显的上升趋势。 从偏暖年份来看，1 9 6 1 1 9 7 9 年这1 9 年中有1 0 个年份偏暖；而1 9 8 0 1 9 9 6 年这1 7 年 中只出现了3 个偏暖年份；1 9 9 7 年以后的1 0 年出现了9 个偏暖年份，包括了近5 0 年中最 暖的2 0 0 6 年和次最暖的1 9 9 8 年，分别高出1 9 6 1 2 0 0 6 年平均气温的1 2 0 和0 7 3 。 1 9 6 1 2 0 0 6 年重庆的春季、夏季、秋季、冬季气温变化表现出不同的特点( 图3 2 ) 。 重庆春季气温线性变化趋势不明显，略微呈下降趋势。春季平均气温的变化与年平均气温 变化类似同样经历了先降后升的过程。上世纪6 0 年代到7 0 年代重庆春季气温偏高并呈下 降趋势，8 0 年代到9 0 年代初期期间春季气温偏低，9 0 年代中期以后呈明显的升高趋势， 从2 0 0 0 年开始的连续7 年春季气温偏暖。春季最暖的是1 9 6 9 年，比近5 0 年的春季平均气 温高出1 6 8 ：春季最冷是1 9 9 6 年，比近5 0 年的春季平均气温低了1 6 7 。 重庆夏季气温整体呈小幅度下降趋势，变化速率为一0 0 9 l o a ，这4 6 年大约下降了 o 4 3 。夏季平均气温同样经历了先降后升的过程，6 0 年代和7 0 年代夏季气温偏高并里 下降趋势，8 0 年代异常气温偏低，9 0 年代夏季气温回升，但与年平均气温变化明显不同的 是，9 0 年代中期以后夏季气温没有突然的上升。这4 6 年中最暖的夏季是2 0 0 6 年，比这4 6 年的夏季平均气温高出2 1 8 。 重庆秋季平均气温呈上升趋势，变化速率为0 1 l o a ，在这4 6 年大约上升了0 4 9 。秋季气温也经历了先降后升的过程，6 0 年代秋季气温偏高，6 0 年代到7 0 年代秋季气 温呈下降过程，7 0 年代和8 0 年代秋季气温偏低，秋季气温从8 0 年代中期呈上升过程，尤 其是上个世纪9 0 年代后期以来秋季气温明显偏高，这4 6 年中最暖的秋季是2 0 0 6 年，比这 4 6 年的秋季平均气温高出1 6 5 。 重庆冬季平均气温在这4 6 年基本呈单调上升过程，上升趋势最为明显，变化速率达到 0 1 3 l o a ，冬季平均气温在这4 6 年中大约上升了0 6 0 。 由上述分析可以看出：在1 9 6 1 2 0 0 6 年期间，重庆地区的春季、夏季、秋季平均气温 与年平均气温的变化类似都经历了先降后升的过程，但也有各自的特点，春季平均气温在 8 0 年代明显偏低，夏季气温呈明显的下降趋势，秋季气温在6 0 年代偏高不是特别明显， 而冬季气温在这4 6 年中呈明显的上升趋势。 1 2 图3 2 1 9 6 1 2 0 0 6 年重庆地区四季平均温度随时间变化 3 1 2 平均气温的空间分布 图3 3 为重庆1 9 6 1 2 0 0 6 期间的年平均气温的气候倾向率的空间分布图，从图中可以 看出，重庆西北部和东北部的云阳地区气温呈下降趋势，其他重庆绝大部分地区气温都呈 上升趋势，尤其是重庆东南部山区的年平均气温的上升率超过1 2 l o a ，通过了o 0 5 的 显著性水平检验，说明该地区气候变暖非常明显。 图3 3 1 9 6 1 - 2 0 0 6 重庆近4 6 a 平均气温的气候倾向率的空间分布 图3 4 是重庆四季在1 9 6 1 2 0 0 6 期间年平均气温的气候倾向率的空间分布图，从中可 以看出，重庆平均气温的气候变化趋势表现出较大的季节性差异。重庆地区在春季仅东南 部和东北部的地区呈气候变暖，其余大多地区呈气候变冷；夏季时重庆地区的全部区域都 呈现出气候变冷的趋势：而秋、冬两季重庆地区基本呈现一致的气候变暖趋势。 从图3 4 中可以看出重庆气温的变化在趋势上不仅表现出较大的季节性差异，而且也 反映出明显的地域性差异。重庆东北部和东南部地区的春季平均气温呈上升趋势，其他地 区包括重庆中部和西部地区的春季平均气温呈下降趋势，相对于年平均气温呈下降趋势的 地区，春季平均气温呈下降趋势的范围继续扩大。夏季平均气温在重庆全区一致呈下降趋 势，尤其是重庆东北部和西北部地区的下降趋势比较明显。而秋季平均气温在重庆全区呈 一致的上升趋势，重庆东北部和西部的局部地区上升趋势超过了0 0 5 的显著性检验。重庆 冬季气温的上升趋势最为明显，全区除了西北角的潼南站略呈下降趋势外，其他地区一致 呈上升趋势，尤其是重庆东南部和东北部大部分地区的气候变暖率达到2 0 l o a 以上， 达到了0 0 5 的显著性水平检验，变暖趋势显著。 总体来说，重庆大部分地区的秋季和冬季气温都呈上升趋势，冬季上升趋势更显著， 而夏季气温却呈下降趋势，这与全球气候变暖背景的不一致性体现了重庆气候变化典型响 应特征。而春季气温处于过渡期，重庆中西部地区气温呈下降趋势，东北部和东南部呈上 升趋势。 图3 4 1 9 6 1 2 0 0 6 重庆四季平均气温的气候倾向率的空间分布 1 3 3 2 近4 6 年重庆地区最高气温和最低气温的变化特征 3 2 1 时间演变特征 3 2 1 1 最高气温 图3 5 是1 9 6 1 2 0 0 6 年期间重庆地区的年平均最高气温的距平序列，年平均最高气温 变化趋势与年平均气温的变化非常类似；但在变化幅度上，年平均最高气温的变化幅度比 年平均气温的变化幅度要大。在这4 6 年重庆年平均最高气温整体上呈上升趋势，变化速率 为0 0 4 6 l o a ，4 6 年平均最高气温上升了0 2 1 。在年代际上，也经历了先降后升的过 程，年平均最高气温在上世纪6 0 年代偏高，6 0 年代到7 0 年代呈明显的下降趋势，8 0 年代 最高气温偏低，9 0 年代以后呈现明显的增暖趋势，2 0 0 0 以后连续6 年的年平均最高气温均 高于4 6 年的平均值；近4 6 年最高温度的最高值出现在2 0 0 6 年，比平均最高值高出1 6 8 。 1 9 6 1 2 0 0 6 年期间，重庆的四个季节的平均最高气温与年平均最高气温类似都经历了 先降后升的过程，但也有各自的特点( 图3 6 ) 。春季最高气温在8 0 年代偏低幅度最大，夏 季最高气温在9 0 年代以后没有显现出突然增加的过程，秋季的平均最高气温在6 0 年代偏 高的不是很剧烈。就整体线性变化趋势来看，夏季呈明显的下降趋势，变化速率为0 0 9 6 l o a 。