1961-2001年江淮地区最高、最低温度及日较差变化分析.doc

1961-2001年江淮地区最高、最低温度及日较差变化分析（九江市气象局 余观林 付科英）摘要 利用统计预报中的最小二乘法计算江淮地区六省64个气象站点1961年到2001年的月平均最高、最低气温和日较差，进而分析了这41年气温的时空变化趋势特点。结果表明：1）近40年来江淮地区年平均最高气温有明显降温趋势、最低温度总体有上升趋势，特别是冬季普遍增温明显。2）由于平均最高温度下降或上升趋势不大，平均最低温升高，表现出昼夜温度变化的不对称性，导致全区温度日较差普遍明显变小。3）无论最高还是最低温度都是60年代末出现最低，70年代末一次小高峰，2000年至今最高。温度日较差则是60年代最大，80年代中后期到90年代中期最小。4）平均最高温的分布与经纬度成45交角，平均最低温呈纬向型分布。5）极端高温出现的日数有上升趋势，极端低温出现日数有减少趋势关键字 最高温度 最低温度 日较差 变化趋势1 引言 近年来，由于经济日益发达，人们活动的广度和深度的扩展，使大气中温室气体增加，导致全球气候变暖趋势加剧，从而对生态环境、社会经济等产生广泛影响。全球气候在过去100a 中变暖了0. 3- 0. 6, 在近40a 中变暖了0. 2- 0. 3。国外一些深入的研究结果指出, 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, 使得日较差变小。IPCC 第一工作组首席科学家特别号召各国开展最高最低温度变化研究, 因为这项研究对于深入了解气候变化规律及探讨气候变化原因具有十分重要的意义 1。Karl 等最近对全球最高、最低温度研究结果表明, 近40 年全球平均温度的变暖过程中, 表现出明显的日夜温度变化的不对称性, 并使得日较差呈变小的趋势25。Johns利用中国东部部分资料发现城市测站的年平均温度增暖比农村测站明显偏高6; Portman指出, 在中国北部平原人口密度大的城市热岛效应偏差也大, 这种偏差对气候变化的影响在春夏季比秋冬季更大一些7。中国的一些研究也表明, 在1951- 1990 年期间年平均温度升高了0. 3任福民等指出我国极端温度变化的总趋势是：极端最低温度显著上升，而极端最高温度在缓慢下降8。江志红等的研究发现：中国冬夏季平均最高气温场和平均最低气温场在70年代末至80年代初都发生了一次分布型态的突变9。缪启龙等指出中国平均最高气温的多年变化有区域性差异10。翟盘茂指出，35N 以北具有日较差变小趋势是以最低温度变暖高于最高温度变暖为特点, 但在35N 以南日较差变小是以最高温度降低的同时最低温度升高为主要特点;中国日最高气温大于30的日数和日最低气温小于0的日数均呈减少趋势，无霜期明显延长，全国平均暖日、暖夜数均有增长趋势，冷日、冷夜数则呈减少趋势11。潘晓华等指出我国极端最低气温均在0 以下,等值线主要呈纬向分布,气温由南向北递减,最低气温出现在纬度最高的黑河,低于- 48 12。江淮地区地处长江中下游，是我国粮、棉主要产区之一，但天气、气候复杂多变。发生旱涝等气象灾害将对我国国民经济建设产生重大影响，而这些气象灾害都是极值事件的直接表现。并且，该区域经济发达，人口稠密，对极值事件敏感性强，造成的损失呈扩大趋势。在全球气候变暖的大背景下，江淮六省近40年极端温度也有自己的变化趋势。本文通过对江淮64个站的19612001年的资料的分析，探讨近40年来平均最高温度、最低温度和日较差变化，极端高温日数的时空变化规律。这对充分认识和掌握我区气候变化规律，科学合理的利用当地气候资源，趋利避害，繁荣社会经济具有十分重要的意义。2 资料分析2.1 资料处理2.11 消除城市热岛效应影响赵宗慈在对中国160 站资料的研究中发现, 城市热岛效应的作用随人口增加而加大。为此, 我们将热岛效应影响最显著的特大城市(人口100 万) 和大城市(人口50 万) 测站去掉。这样就基本上消除了资料中热岛效应的影响。2.12 消除台站迁移的影响考虑到水平变化和垂直变化对温度的影响, 气象台站的迁移必然会给资料带来系统性偏差, 造成序列的不均一性。因此, 分析之前应去除其影响. 2.13 时间和空间的划分按12-2月为冬季，3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，得到四季和年的资料序列，多年平均指19612001年41的年平均值。然后进行区域平均，分成北方，东南区，西南区三个区。分别计算出年、季、平均最高最低温度和日较差的气候倾向率.2.14 数据处理江淮地区气候多变，为避免天气过程造成的影响，进行对初始数据的11点平滑处理，滤去五天以下的天气过程扰动。2.15 消除海拔高度造成的影响在分析平均高低温度分布状况与经纬度联系的时候，有些测站，因为海拔点太高，造成平均温度比周围明显低很多，从而影响水平等值线的分布，所以我们尽量将这些点剔除，例如，黄山、庐山、五峰。64站点分布和分区情况： 图1 64站点分布，横坐标经度，纵坐标纬度 图2 三个区的划分图表1 64站点名称及分区区域代表站（站号）北方区宿县（58122）、盱眙（58138）、射阳（58150）、蚌埠（58221）、东台（58251）、毫州（58102）、阜阳（58203）、固始（58208）、寿县（58215）、滁县（58236）、南通（58259）、吕泗（58265）、六安（58311）、巢湖（58326）、常州（58343）、潥阳（58345）、吴县（58358）、宁国（58436）东南区贵溪（58626）、衢州（58633）、玉山（58634）、丽水（58646）、龙泉（58647） 黄山（58437）、平湖（58464）、慈溪（58467）、嵊泗（58472）、定海（58477）、庐山（58506）、波阳（58519）、景德镇（58527）、金华（58549）、嵊县（58556）、鄞县（58562）、石浦（58569）、樟树（58608）、西南区天门（57483）、龙山（57554）、南县（57574）、沅陵（57655）、安化（57669） 英山（58402）、房县（57259）、老河口（57265）、枣阳（57279）、巴东（57355）、 钟祥（57378）、广水（57385）、麻城（57399）、五峰（57458）、宜昌（57461）、荆州（57476）、嘉鱼（57583）、岳阳（57584）、修水（57598）、沅江（57671） 平江（57682）、黄石（58407）、安庆（58424）2.2 分析方法气候倾向率的计算方法为：设某站的气象要素时间序列为y1、y2、. yi、. yn，对于原程序以线形方程 进行拟合，根据最小二乘法原理得到变化趋势dy/dt=，其中： 式中，x10称为气候倾向率，其单位为/10年。和分别表示为时间和气温原序列值，和表示平均值， 为样本容量。采用相关系数法进行变化趋势的显著性检验，即检验时间与变量之间相关系数的显著性，对给定显著性水平，若则变化趋势显著。这里，最小二乘法是指用（）拟合数据（k,k），（k=1,2,n）使得误差的平方和为最小这种求（）的方法叫最小二乘法.3 气候要素分析3.1 温度趋势分析3.11 最高温度分析 江淮地区最高温度变化总体平均有微弱的上升趋势，从各个站点来看，这个地区有上升的，也有大幅下降的。但从季节来看，该地区在夏季，最高温度普遍下降，基本在大于0.1，在西南,北方地区，更是达到了0.2，例如，修水、安化、寿县等大于0.3。根据翟盘茂分析，日照百分率与最高温度具有较好的正相关关系。所以江淮地区夏季最高温度的减小，一方面可能与江淮地区梅雨季节，雨带停留在这一带时间有所增加，雨量有所增大,由于云体遮挡，太阳入射减少造成的，另一方面由于空气污染，气体透明度下降影响了日照百分率。所以白天最高温度不但没有上升，反而，大幅度下降。而在冬季，这一带有温度有升高的趋势. 表2 最高温度变化趋势（单位：/10年）区 域春 季夏 季秋 季冬 季全 年北方0.1920-0.18610.14510.18170.0831东南0.1720-0.09220.05530.24400.0948西南0.1875-0.20240.18150.14580.0781全 区0.1891-0.17100.13290.18600.08433.12 最低温度分析最低温度在全区都是正值,在0.10.5/10年,与全球变暖趋势一致,特别是在冬季,增温很明显,同样全区夏季增温不明显,可能也于降水有关和全球变暖的迭加效果有关,由下表还可以看出,最低温在北方冬季增温最为明显,北方区也普遍偏高,东南区则变化最微弱.和上表最高温度趋势相比,增温在最低值域比最高值域的趋势要大.因而是引起了日较差的变化的原因.表3 最低温度变化趋势（单位：/10年）区 域春 季夏 季秋 季冬 季全 年北方0.32970.08020.22040.52170.2880东南0.17000.04950.04910.40420.1682西南0.18850.05320.13500.41280.1974全 区0.23620.06230.14480.46000.22583.13 日较差分析从近40年气温年日较差的变化趋势看，全区普遍为减小趋势。大部分台站在-0.06-0.15/10a之间，这种现象是由于最高温度明显下降，最低温度变动幅度不大引起的或者是最高温度增温没有最低温度增温明显造成的。四季的日较差变化与年的变化基本趋势相同，全区四季基本减小趋势。其季节变化是，全区冬季气温日较差减小幅度最大，气候倾向率为-0.09/10a。并且东南地区的日较差变化不是很明显.（表4）表4 日较差变化趋势（单位：/10年）区 域春 季夏 季秋 季冬 季全 年北方-0.1376-0.2664-0.0753-0.3400-0.1602东南0.0021-0.14170.0062-0.1602-0.1482西南-0.0010-0.25560.0464-0.2669-0.1096全 区-0.0471-0.2334-0.0119-0.2739-0.14143.2 年际变化从近40年全区年及四季最高的时间序列可以看出，近40年我区最高温度的变化在冬季总体走势由负距平变成正距平,在夏季则相反,从正距平变成负距平.春秋波动不大。这与上表分析的温度趋势变化相合。年平均最高温度在60-80年代是减小的趋势，80年代初期开始逐渐回升。年平均最低温度与最高温度的变化趋势是一致的.最小值出现在1984，比平常小0.8；最高值出现在1998年，比常年偏高1.2.次小值出现在1969-1972，比平常小0.6。四季平均最高温度的最大和最小值年见表5。年和季平均最低温度的年际波动趋势与最高温度有相同点，近40年四季均呈波动上升趋势。而在70年代中期以前春、夏、秋三季减小趋势，70年代中期以后四季都有明显的升温趋势。年平均最低温度的年际波动基本上与最高温度一致，高、低年份互相对应，两序列非常相似（图6）。四季平均最低温度的最大和最小值年见表6。需要指出的是，冬季无论最高还是最低温度，在60年代都是减小趋势，1969年是近40年中的最小值年，两序列最高值年都出现在1998年。1989年至今的15年中，从最低温度看，出现了10个暖冬年（距平1.2），最高温度出现9个暖冬年（距平1.0）。表现我区出近15年冬温明显偏高的特点。 另外41年来日较差明显呈下降趋势，在六十年代和七十年代末和九十年代初出现了波动中的峰值. 图3 最高最低温度年际变化，横坐标年份，纵坐标温度（单位：0.1）图4 最高温度距平，横坐标年份，纵坐标温度（单位：0.1）表5 全区最高温度极值年、次极值年及温度距平(单位：)区 域春 季夏 季秋 季冬 季全 年最小值年份距平值1970-1.91980-1.51981 1976-2.4 1.01964 1969-2.0 2.01984 1989-0.8 0.8最大值年份距平值2000 20012.1 1.71990 19671.1 1.719982.21999 19792.7 2.019981.2最大最小值差值4.03.24.44.72.0 表6 全区最低温度极值年、次极值年及温度距平(单位：)区 域春 季夏 季秋 季冬 季全 年最小值年份距平值1960 1970-1.3 1.11974-0.81977 1979-1.4 1.21967 1969-2.1 2.01969-0.7最大值年份距平值1997 19981.3 1.41994 19980.9 0.81998 19991.4 1.11998 19991.3 1.319981.2最大最小值差值2.71.72.83.41.9 图5 最低温度年际变化，横坐标年份，纵坐标温度（单位：0.1） 表7 全区最低温度极值年、次极值年及温度距平(单位：)区 域春 季夏 季秋 季冬 季全 年最小值年份距平值1960 1970-1.3 1.11974-0.81977 1979-1.4 1.21967 1969-2.1 2.01969-0.7最大值年份距平值1997 19981.3 1.41994 19980.9 0.81998 19991.4 1.11998 19991.3 1.319981.2最大最小值差值2.71.72.83.41.9 表8 各年代温度距平（单位：）年 代平均最高平均最低日较差冬季夏季全年冬季夏季全年冬季夏季全年196119700.30.40.20.20.2-0.10.10.10.319711980-0.2-0.2-0.2-0.3-0.3-0.20.10.10.019811990-0.3-0.3-0.3-0.1-0.2-0.2-0.1-0.1-0.2199120010.10.20.20.20.10.4-0.1-0.1-0.1 图6 日较差年际变化，横坐标年份，纵坐标温度（单位：0.1）3.3 高、低温日数年际变化我们把温度大于35称为极端高温，累积的日数称为极端高温日数。把温度低于0的温度称为极端低温，累积的日数极端低温日数。由表5看出，极端高温日数总体比变化不大，极端低温日数明显减少，这与霜冻日数减少相一致 。造成极端低温日数减少的原因是，最低温度明显上升的结果。由下表还可以分析出极端低温日数和极端高温日数呈反位相变化，如果当年高温日数增加，则低温日数相应减少。高温日数不变，低温日数减小，高低温总体又上升趋势，这一地区总热量在逐年增加，与全球变暖趋势还是相当一致的。图7 高低温日数年际变化，横坐标年份，纵坐标天数3.4 温度空间分布在去掉黄山、庐山、五峰站点后，将41年的64个站点最高最低温度进行平均，绘制等值线，如下图8、图9，可以看出，逐月平均最低气温与经纬线成45、135夹角，越临近海，越呈现经向分布，越远离海越呈现纬向分布。逐月最高气温则呈现出纬向型分布。可能原因是，最低平均气温与日照指数有关，而最高气温不但与日照指数有关，而且还于海陆分布有关。 图8 最低平均气温分布，横坐标经度，纵坐标纬度图9 最高平均气温分布，横坐标经度，纵坐标纬度4 小结1. 近40年来江淮地区年平均最高气温有明显降温趋势、最低温度总体有上升趋势，特别是冬季，冬季普遍增温明显。2. 由于平均最高温度下降或上升趋势不大，平均最低温升高，表现出昼夜温度变化的不对称性，导致全区温度日较差普遍明显变小。3. 无论最高还是最低温度都是60年代末出现最低，70年代末一次小高峰，2000年至今最高。温度日较差则是60年代最大，80年代中后期到90年代中期最小。4. 平均最高温的分布与经纬度成45交角，平均最低温呈纬向型分布。5. 极端高温出现的日数有上升趋势，极端低温出现日数有减少趋势参考资料1 IPCC , 1995 , Climate Change 1995 , Contribution of Working Group I to the Second Report of the IPCC , 1411931 2 Karl , T1 R1 , Kukla , G1 , Razuvayev , V1 N1 , Changery , M1 J1 , Quayle , R1 G1 , Heim , R1 R1 J r , Easterling , D1 R1 and Fu , C1 B1 , 1991 , Global Warming : Evidence for asymmetric diurnal temperature change , Geophys1 Res1 Lett1 , 18 , 225322561 3 Horton , B1 , 1995 , Geographical distribution of changes in maximum and minimum temperatures , Atmos1 Res1 , 37 , 1011171 4 Karl , T1 R1 , Jones , P1 D1 , Knight , R1 W1 , Kukla , G1 , Plummer , N1 , razuvayev , V1 , Gallo , K1 P1 , Lindseay , J1 , Charison , R1 J1 and Peterson , T1 C1 , 1993 , A new perspective on recent global warming : asymmetric trends of daily maximum and minimum temperature , B ull1 A mer1 Meteor1 Soc1 , 74 (6) , 100710231 5 Karl , T1 R1 , Kukla , G1 and Gavin , J1 , 1984 , Decreasing diurnal temperature range in the United States and Canada from 19411980 , J1