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1、近 50 年来中国气候变化特征的再分析?王遵娅 ? ? ? ? ? ? ? ? 丁一汇(南京气象学院, 南京, 210044) ? ? ? ? (国家气候中心, 北京, 100081)何金海 ? ? ? ? ? ? ? ? 虞? 俊( 南京气象学院, 南京, 210044) ? ? ( 中国气象局, 北京, 100081)摘? 要? ? 利用国家气象中心最近整编的中国 740 个站逐日资料, 通过对中国温度、 降水、 湿度、 风速、 气压这 5 个基本气象要素变化特征较为全面的分析, 揭示了近 50 a 来中国气候变化的一些新特征。得到的新结果有: ( 1)近 50 a 来,全国平均气温在 2
2、0 世纪 80年代以后上升更为明显; 西南低温区在 90 年代以后温度也处于上升状态; 夏季的长江中上游出现明显的降温趋势。( 2) 全国平均年总降水量波动略有减少, 但 90 年代以后夏季降水增加明显, 尤其是长江以南地区, 而华北、 东北地区降水显著减少, 体现了夏季风的减弱。( 3) 全国平均相对湿度的变化和降水相似。( 4) 中国几乎全部地区的风速都在显著减小, 冬、 春季和西北西部最明显, 该区 90 年代的年平均风速比 50 年代减少约 29 % 。风速大幅减小主要是由于亚洲冬、 夏季风的减弱。( 5) 全国平均的海平面气压在增高, 尤其是北方的冬季, 这和中国风速的大幅减小有关。
3、关键词: 气候变化, 温度, 降水, 相对湿度, 海平面气压, 风速。1? 引? 言? ? IPCC 第 3 次评估报告得出结论: 全球平均地表温度自 1861 年以来一直在增高, 20世纪增加了 0. 6? 0. 2 ? 1。近百年来中国气候也在变暖, 通过众多气候学家的努力, 对中国气候变化的研究取得了 大量有价值的结果。针对温度变化的研究有: 张先恭、 李小泉2首先对中国百年温度和降水等级进行了研究; 丁一汇、 戴晓苏3对中国近百年来温度变化的研究结果进行了综述, 王绍武等4给出了中国近百年温度序列。他们得到的较一致的结论是: ( 1) 近百年来中国气候变化趋势与全球总趋势基本一致, 全
4、国气温上 升了 0. 4 0. 5 ? , 略低于全球平均的 0. 6 ? ; ( 2) 中国 20 世纪初为冷期, 其后逐步回升, 到 1940 1949年间达到最暖, 之后又迅速变冷, 且持续到 70 年代, 然后再次出现回升。1950年以后, 在资料质量大大提高的基础上, 众多学者5 8对中国短期气候变化做了更细致的研究。这些研究表明: 近 40 50 a来, 中国温度变化趋势和全球变暖不完全同步, 北部普遍增暖, 被认为是北半球增温型的一部分2,9,10, 而在西南某些地区出现变冷趋势; 冬季增暖是四季中最明显的。中国降水变化的研究领域也取得了重要的成果。王绍武等11曾给出东部 35
5、个站百年降水序 列, 而一些学者 12,13用各种代用资料研究了西部的降水情况。陈隆勋等 8和翟盘茂14对近 40 50 a的中国降水研究表明, 总的来说全国年降水量呈减 少趋势, 但西部降水量增长趋势明显, 其中最明显西北为最, 而西南一些地区有减少趋势。同时, 冬季降水普遍增多; 秋季大部分地区降水量趋于减少 15。就目前的研究情况来看, 对除温度和降水以外 的气象要素的研究比较少, 难以概括出完整的中国区气候变化特征; 同时, 有些研究所用的资料和方法尚需进一步改进, 其中之一是资料的非均一性问 题 16。此外, 世界气象组织建议表征一个变量的多年平均值时段由原来的 1961 1990
6、年变为 19712000年。多年平均值的改变必然造成距平值的改第 62 卷第 2 期 2004 年 4 月? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?气? 象? 学? 报 ACTA MET EOROLOGICA SINICA? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Vol. 62, No. 2 ?April 2004?初稿时间: 2003 年 7 月 29日; 修改稿时间: 2003 年 11 月 12 日。资助课题:? 九五?国家攀登 B项目: 南海季风试验研究。变, 因此得出的气候特征也会发生变化。针对这些问题, 文中利用 1951 2000 年 740 个站温、 压、 湿、 风、 降水
7、 5 个要素的站点资料, 经过严格挑选, 并进行时间插值、 资料格点化和面积权重平 均后, 选用 1971 2000 年作为多年平均值, 对中国的温度、 降水、 相对湿度、 气压、 风速近 50 a 的变化情况做了一次全面的分析, 由此得出近 50 a 来中国 气候变化的特征。实际上, 本文是利用更稠密、 更长的资料对近 50 a 中国气候变化研究的一个更新。2? 资料和方法文中所用资料来源于中国气象局国家气象中心资料室中国 740 个测站 1951 2000 年的逐日降水,日平均温度, 相对湿度, 海平面气压资料和中国 729 测站 1951 2000 年的逐日 4 次风向、 风速资料。2.
8、 1? 资料预处理首先剔除资料长度不够的站: 计算各站多年平均的年总降水量, 以大于 400 mm 的站为东部站, 小于 400 mm 的站为西部站, 西部站点全部保留, 东部 资料长度不足 20 a 的站点被剔除, 剩余 687 个站点( 风速资料为 686 个站) 用于本文的研究( 图 1) 。其次, 若某缺测值前 3 d 和后 3 d 的记录都齐全, 则对 该缺测值进行埃特金 7 点插值。插值后, 若一个月累计缺测达 5 d 以上, 该月不参加计算; 一年累计缺测达 30 d 以上, 该年不参加计算。最后, 在对各要素的月、 年平均值进行检查时发现, 各站 1951 1953 年气压测值
9、异常偏小, 而同时期相对湿度测值又异常偏大, 因此该段时期的气压和相对湿度值删除。风速日平均值为一日 4 次的算术平均值。图 1? 站点资料长度( 单位: a)和分区( 见左下角插图)( 1. 东北, 2. 华北, 3. 长江中下游, 4. 华南, 5. 高原, 6. 西南, 7. 西北东, 8. 西北西)Fig. 1? The length of each station? s series (Unit: a) and 8 sub- regions( see insertes diagram in left bottom corner; 1. Northeast China, 2. Nort
10、h China,3. M id ?lower Yangtze basins, 4. South China, 5. Tibetan plateau, 6. Southwest China,7. Eastern Northwest China, 8. Western Northwest China)2. 2? 分? 区为了详细研究中国不同地区的气候变化特征, 大致按气候区将全国分为 8 区( 图 1 左下角) 。图中斜线以及位于 120?E 的竖线基本沿多年平均年总降水量的 400 mm 等值线, 这大致是干旱/ 半干旱区与湿润/ 半湿润区的分界线, 据此利用位于 107. 5 ?E 的 竖线将
11、全国分为东、 西两部分。东部则按中国夏季风雨带的推进过程划分为 4 个区, 考虑到华南前汛229? 2期? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 王遵娅等: 近 50 年来中国气候变化特征的再分析? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?期的发生范围, 将广西归到华南区。西部, 位于97. 5?E的竖线大致沿西藏自治区和四川省的交界线, 使云南、 贵州、 四川 3 省尽量包含在西南区中; 位于 102. 5 ?E 的竖线为西北地区降水增加区域和减少 区域的分界线 17。2. 3? 方? 法主要讨论各要素的长时间序列及变化趋势( 线 性拟合及二次多项式拟合) , 利用时
12、间与距平值之间的相关系数对变化趋势进行显著性检验。四季划分春季为 3 5 月, 夏季为 6 8月, 秋季为 9 11 月, 冬季为 12月 次年 2 月。中国及 8 区 的平均参考目前国际上比较公认的 Jones 网格面积加权平均法。首先将站点资料格点化: 将中国区按经纬度划分为 2. 5? 2. 5?的 176 个格子, 分别将每 个格子里所有站点的逐年、 逐季距平值进行算术平均得到每个格子的逐年、 逐季距平值。然后用下列公式对所需区域进行面积加权平均, 得到该区域逐年、 逐季节距平值。?Tk=?ni= 1cos ?i?Tik?ni= 1cos ?i?Tik: 第 i 个网格第k 年相对于
13、1971 2000 年平均的距平值, ?Tk: 某区域第 k 年相对于 1971 2000年平均的距平值, n: 格点数, ?i: 第 i 个网格所在的纬度。3? 分析和结果3. 1? 气温的变化气温和降水是过去研究较多的两个气象要素, 利用新的 740 个站资料, 除了验证过去得到的主要结论外, 还进一步分析, 得到了几个较新的结果。验证的主要结论有: ( 1) 近 50 a 来, 中国增温趋势非常明显, 20 世纪 90 年代升温最剧烈。( 2) 北方比南方 增温明显; 冬、 春季节比夏、 秋季节明显, 冬季最明显。为节省篇幅, 以下只讨论得到的新结果:( 1) 中国各区的温度几乎全都呈上
14、升趋势, 只有长江中下游夏季是负趋势( 图 2) , 线性趋势系数为 - 0. 4 ? / 100 a。1967 年以前以温度正距平为主,之后, 正负距平值交替出现, 大致成准 2 a 振荡。进一步的分析发现, 夏季整个长江流域都呈负趋势, 面 积广大, 变化明显, 并在春季和全年的长江中游也都出现了降温中心。图 2? 1951 2000 年温度距平时间序列( a 全国和长江中下游夏季, b. 高原区( 35 40 ?N, 85. 0 95. 0 ?E) 和西南区; 单位: ? )Fig. 2? Time series and linear trends of temperature anom
15、aly from 1951 to 2000( a. China, JJA in Mid ?lower Yangtze basins, b. the area of 35 40?N,85. 0 95.0?E, Southwest China; Unit : ? )230? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 气? ? 象? ? 学? ? 报? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 62 卷? ? ( 2) 高原东北部地区有一明显的升温中心, 位置大约在 35 40?N, 85. 0 95. 0?E。该地区平均的升温趋势为 3. 3 ?
16、 / 100 a( 图 2) , 远远高于同纬度地区, 虽然其中心值超过 8. 0 ? / 100 a, 但因该地区站 点稀少, 这种大幅的升温能否代表整个区域的状况还有待进一步研究。( 3) 对于备受关注的西南降温区( 图 2) , 从 1951 年开始温度不断下降, 至 20 世纪 70 年代后期降至最低, 其后缓慢升温, 到 90 年代以后, 也有了大幅的升温。说明近十几年来, 西南区的降温现象已变得不那么显著了。 3. 2? 降水的变化740 个站的降水分析验证了过去得到的几个结论: ( 1) 从 1951 年以来, 中国年降水略有减少; ( 2) 10 a 尺度振荡特征明显, 变化的大值区集中在长江以南; ( 3) 以长江为界的南涝北旱分布型式清楚; ( 4) 西北西部从 1986 年开始雨量增加明显, 最多增加了40 50 mm。通过分析还得到了如下新结果( 图 3) : 中国全国平均的夏季降水呈上升趋势, 尤其在 20 世纪 90 年代以后
