基于气候数据的中国北方日最高、日最低气温变化分析

基于气候数据的中国北方日最高、日最低气温变化分析

根据ipcc（2001）的报告，世界平均温度在19世纪末达到0.6.0.2c。中国北方地区增暖幅度最为明显,年平均温度的变化趋势为0.2~0.8℃/10a,在东北地区和内蒙古中东部增暖速度最大,华北地区相对较小,南方大部分地区没有明显变化趋势,部分地区有0.2℃/10a的升温趋势。中国的北方地域辽阔,地形复杂,包括西北、华北、东北3个地区,介于75.14~132.58°E、33.24~53.28°N,东西跨度较大,其冷暖受东亚乃至全球的大气环流的影响,所以许多学者对该区的气候特点研究做了大量工作,取得了一些的成果。但是对于中国北方地区最高气温、最低气温的研究则很少。事实上,许多平均气温的变化与最高气温、最低气温的变化是紧密相关的。进一步分析其最高、最低气温的变化有助于全面了解中国北方地区气候变化的特征和进行气候变化因子的讨论,有助于气候灾害的预测,对防灾减灾有重要意义[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]。本文用中国北方(包括东北、西北和华北)1951~2000年多站逐年逐月平均、日最高、日最低气温资料,详细分析其随时间的演变规律,以了解中国北方平均气温、日最高气温、日最低气温的一些基本事实和特征,为进一步地揭示中国北方地区的气候特征作一些探索。1日气温、日最低气温资料本文采用国家气象中心气候资料中心整编的中国北方地区142个测站的1951~2000年近50年的平均气温、日最高气温、日最低气温资料进行分析。由于中国北方地区东西跨距大,气候的差异显著,各地变化特征也并不完全一致,按文献的划分,把中国北方地区分成下列东北(黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东部)、华北(河北、山东、河南、山西、北京、天津、内蒙古中部)、西北东部(陕西、甘肃、宁夏、内蒙古西部)、西北西部(新疆)4个区域。2中国北方温度变化特征2.1日最低气温升温特征由表1中的趋势变化率可以看出,在全球气候变暖[25,26,27,28,29,30,31]的大背景下,近50年来中国北方地区各区域的平均气温、日最高气温、日最低气温的增温态势十分明显,并呈现非对称性,即日最低气温的升温趋势大于平均气温和日最高气温,冬季升温趋势大于全年和夏季。但不同时期,各区域不同季节的升温情况并不完全相同,从年平均来看,东北和华北升温趋势大于西北,其中日最低气温的升温尤为突出,分别达到0.46和0.30℃/10a;从冬季1月来看,西北西部和东北升温趋势大于西北东部和华北,日最低气温的升温表现的更为突出,西北西部和东北分别达到了0.86和0.67℃/10a,这是十分显著的增温现象,远高于全国各地的增温;夏季7月,各地升温趋势普遍较小,东北升温趋势略大于西北和华北,其中东北的日最低气温升温趋势率为0.22℃/10a。2.2最低气温增温时间变化由图1和表2可以看出:近50年来中国北方地区各区域年平均气温、日最高气温的变化特征相似。东北和华北地区20世纪50年代中期前气温较低,20世纪60年代初气温稍有上升,随后有降温,70年代初期以后气温回升,80年中后期气温明显上升。东北和华北地区年平均气温90年代比50年代分别增温1.3和0.9℃,东北和华北地区年平均日最高气温90年代较50年代分别增温0.9和0.6℃(表2);西北东部地区,20世纪50年代初到60年代末气温波动下降,60年代后期气温较低,随后波动变化,幅度较小,80年代中期后升温明显,年平均气温和年平均日最高气温90年代比最冷的60年代分别上升了1.1℃和0.9℃;西北西部地区的年平均温度变化特征是20世纪60年代中期以前升温明显,60年代中期到70年代末气温略有下降,90年代开始气温明显升高,年平均气温和年平均日最高气温,90年代比70年代均增温0.4℃。中国北方地区各区域近50年来年平均日最低气温总趋势呈持续上升态势,东北升温趋势最为显著。东北、华北、西北东部和西北西部最暖的20世纪90年代分别比最冷的50年代增温1.8℃,1.2℃,1.0℃和0.9℃。是年平均温度增温幅度的1.2~1.5倍。总之,中国北方地区近50年来,年平均日最低气温增温幅度比平均气温大,远大于平均日最高气温的增幅,尤以东北、华北最为显著。这表明中国北方地区近50年来的平均气温度升高,最低气温升温的贡献是主要的,这与林学椿、丁裕国、缪启龙等的结果是相一致的。这种夜间升温的原因,可能与大气中CO2含量的增加有某种联系,是值得进一步探讨的。2.3日最低气温变化趋势图2和表3表明,近50年来,中国北方地区冬季平均气温和平均日最高气温变化特征相似。20世纪50年代到70年代中期,东北和华北地区气温波动上升,70年代中期到80年代初期气温略有下降,80年代初以后气温明显回升,冬季1月份平均气温东北和华北地区90年代比最冷的50年代上升了2.1℃和1.5℃;东北和华北地区日最高气温90年代比最冷的50年代上升了1.4℃和1.3℃;西北东部地区,20世纪50年代中后期前气温略有下降,50年代中后期之后气温波动上升,期间出现过4次周期为3~5年的小波动,平均气温和日最高气温,最暖的90年代比最冷的50年代增温1.1℃和0.7℃;西北西部地区,20世纪90年代以前气温波动升温,进入90年代之后气温低于80年代。平均气温和平均日最高气温80年代比50年代分别增温3℃和2.5℃,增温非常显著。图2、表3第三列表明:近50年来,东北、华北及西北东部和西北西部地区冬季平均日最低气温虽有一些波动变化,但总的趋势均呈上升趋势,东北、华北、西北东部和西北西部20世纪90年代较50年代平均日最低气温分别上升了3.0℃,1.8℃,2.0℃和3.1℃。1月平均日最低气温在西北西部地区升温趋势最显著,西北西部地区最暖的20世纪80年代比最冷的50年代升高了3.4℃,这表明中国北方地区冬季平均日最低气温增温强烈,较之中国其它区域呈现更显著的变暖趋势。2.4夏季平均气温和年最低气温各区域夏季7月平均气温、日最高气温和日最低气温的变化特点基本相似。东北、华北和西北东部地区,20世纪60~80年代中期在平均值上下波动,变化并不大,80年代中期后气温迅速升高,夏季平均气温3个地区90年代较80年代增温0.8~1.0℃;平均日最高气温3个地区90年代较80年代增温0.7~1.1℃;平均日最低气温3个地区90年代较80年代分别增温为0.8~1.5℃。西北西部地区变化与其它地区不同,20世纪60年代中期以前气温较高,60年代中期到80年代末气温持续波动下降,平均气温、日最高气温和日最低气温80年代比最暖的60年代分别下降了0.8℃,0.6℃和1.1℃,80年代末、90年代初气温又开始有所回升,但幅度很小,这与马晓波关于西北地区温度的下降主要在夏季的结论基本一致。3变冷突变事件在发生时间上和日变化情况下日最低气温突变情况气候突变是指一种稳定气候状态经短时间跳跃式地转变成另一种稳定气候状态的现象,其检验方法有多种,本文采用t检验法来分析气温的突变性。该方法将序列前后两段视为两个序列,用t检验法分析两序列差异是否显著,若显著,则认为在分割点发生突变。对于样本长度=50年的序列,当|t|>2.01时置信概率大于95%;|t|>2.70,置信概率大于99%,对于|t|<2.01,则认为置信概率不显著。中国北方地区近50年来年,冬季1月和夏季7月平均气温突变置信概率在95%以上。中国北方地区年平均气温均发生了变暖突变,其突变年份分别为:东北1988年,西北西部1961年,西北东部1990年,华北1974年和1989年两次。冬季1月平均气温均发生了变暖突变,其突变年份为:东北1987年,西北西部1979年,西北东部1965年,华北1987年。夏季7月平均气温突变情况为:东北1983年为变冷突变,西北西部1972年为变暖突变,西北东部发生了两次突变,1976年为变冷突变,1990年为变暖突变,华北1969年发生了变冷突变。中国北方地区近50年来年,冬季1月和夏季7月平均日最高气温各地突变时间和平均气温突变时间多数吻合,但突变的置概率低于平均气温。中国北方地区年平均日最高气温大多发生了变暖突变,其突变年份为:东北1989年,西北东部1991年,华北1990年,西北西部无突变。冬季1月平均日最高气温只有西北西部和西北东部在1979年和1965年发生了变暖突变,东北和华北则没有发生显著的突变。夏季7月平均日最高气温:东北在1972年发生了变暖突变,在1983年发生了变冷突变,西北西部无显著突变,西北东部在1975年发生了变冷突变,1990年发生了变暖突变,华北在1969年发生了一次变冷突变。中国北方地区近50年来年,冬季1月和夏季7月平均日最低气温变暖突变置信概率要高于平均气温和日最高气温置信概率。中国北方地区年平均日最低气温均发生了变暖突变,其突变年份分别为:东北1975年和1988年两次,西北东部1973和1987年两次,华北1975年和1987年两次,西北西部没有发生显著突变。冬季1月平均日最低气温均发生了变暖突变,其突变年份分别为:东北1988年,西北西部1979年,西北东部1965年和1985年两次,华北1987年。夏季7月平均日最低气温突变情况为:东北没有发生显著突变,西北西部1983年变冷突变,西北东部1988年变暖突变,华北1968年变冷突变。4温的原因分析1)中国北方地区近50年来平均气温、平均日最高气温、平均日最低气温均呈增温态势,表现出明显的非对称性,即日最低气温的增温趋势比平均温度和日最高气温更显著;冬季增温大于夏季。中国北方地区近50年来平均气温升高,日最低气温升温的贡献是主要的。这种夜间升温的原因可能与CO2增加有关,值得进一步探讨。2)不同季节、不同区域的升温是不同的,年变化:东北和华北升温大于西北,其中平均日最低气温的升温表现的尤为突出,分别达到0.46℃/10a和0.30℃/10a;冬季1月西北西部和东北升温趋势大于西北东部和华北,其中西北西部和东北的平均日最低气温的升温表现的更为突出,升温