李双双
, 延军平, 孔锋
LI Shuangshuang, YAN Junping, KONG Feng
通讯作者:
收稿日期: 2017-06-6
修回日期: 2017-10-18
网络出版日期: --
版权声明: 2018 《地理研究》编辑部 《地理研究》编辑部
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作者简介:
作者简介：李双双（1988- ）,男,陕西潼关人,博士,讲师,研究方向为全球变化与区域灾害防治。E-mail：lss40609010@126.com
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摘要
基于1960-2016年西安均一化气象资料,采用极点对称模态分解法,对西安市的高温天气变化特征进行分析,探讨赤道东太平洋海温异常（El Niño）、西太平洋副热带高压变化（WPSH）,与西安极端高温变化的关系。结果表明：① 采用非均一化数据,会低估西安暖夜、夏季、热夜、热浪日数变化趋势,高估冬季供暖能耗下降幅度、夏季制冷能耗上升幅度,对暖昼、高温日数影响相对较小。② 在年代变化上,暖昼、热浪、高温日数和制冷度日等四个指标,反映西安白天高温变化特征,呈现一致的四阶段“下降—上升—下降—上升”的变化过程;表征夜间高温变化的暖夜和热夜日数,以1993年为节点,呈现两阶段“阶梯状”的上升趋势。③ 在影响因素上,赤道太平洋中西部海温异常与西安高温关系更为密切。当Niño 4区海温异常偏高时,西安暖昼、夏季、炎热天气制冷耗能明显增加,寒冷天气供暖能耗显著降低;同时,当WPSH强度越大,控制面积越大、西伸脊点偏西时,西安暖夜、夏季、热夜日数明显增加、寒冷天气供暖能耗明显下降。
关键词：
Abstract
The analysis of the nonlinear trends and non-stationary oscillations of high temperatures and heatwaves in Xi'an, based on 8 extreme high temperature indices, is performed using homogenized temperature dataset over the period of 1960-2016. Temporal trends and their impact factors are evaluated by climate diagnosis methods including extreme-point symmetric mode decomposition (ESMD) and correlation analysis.The effect of air-sea anomalies such as El Niño and West Pacific Subtropical High (WPSH) to extreme high temperatures are explored. The results are as follows: (1) Using the in-homogeneity dataset, the warming trends of warm nights, summer days, hot nights, and heatwaves are underes- timated, the downtrend in the heating energy consumption and the uptrend in the cooling energy consumption are overestimated; while the trend change of warm days and high temperature days are affected little by in-homogeneity data. (2) Meanwhile, warm days, heatwaves, high temperature days and cooling degree days, reflecting the characteristics of extreme high temperatures in the daytime, show the fluctuations of decrease-increase-decrease-increase; warm nights and hot nights, which describe the features of extreme high temperatures in the nighttime, exhibit the low stationary fluctuation before 1993 and high stable fluctuation afterwards; (3) With regards to influencing factors, sea surface temperature anomaly in the Niño 4 region is closely related to high temperatures in Xi'an. When sea surface temperature in the Niño 4 region is high abnormally, warm days, summer days and cooling energy consumption increase significantly whereas heating energy consumption decreases obviously. When the intensity of WPSH increases and its control area enlarges, with its ridge point expanding westward, warm nights, summer days and hot days increase obviously, while heating energy consumption decreases.
Keywords：
世界气象组织最新报告指出,2016年全球气温比工业化前高1.10 ℃,成为全球有气象记录以来最热的年份[1];2016年中国平均气温较常年也偏高0.81 ℃,夏季气温更是创历史记录[2]。全球变暖不仅直接影响温度极值变化,而且导致高温、干旱、暴雨、洪涝等极端气候事件发生频率与强度出现加剧趋势[3]。
国内许多学者选取典型流域、典型城市和典型自然地理单元,对不同区域极端气温变化进行实证研究,并取得丰富的成果[4,5,6,7,8,9]。分析已有研究发现,多数研究依据气候变化监测、检测指标专家组确定的“气候变化检测和指标”,从相对指标、绝对指标、极值指标和持续指标等4个角度,分析极端天气事件时空变化特征,以高温热浪为视角,构建指标体系,进行针对性的研究相对较少。在研究方法上,以线性趋势分析为主,辅以Mann-Kendall检验和小波分析,检测极端气温趋势、突变及周期特征。由于气候系统是一个复杂的、非线性耦合系统,往往不满足经典的时空分析方法使用前提,即时间序列应为线性和平稳性的假设。在影响因素上,多数研究选择海拔、经纬度和气温要素,分析极端气温对气候变暖、地理纬度的响应差异,对ENSO、西太平洋副热带高压异常与极端气温关系的精细化研究相对较少。因此,选取典型区域,有针对性地构建高温指标评价体系,采用适应于非线性和非平稳的分析方法,探讨环流异常对高温热浪变化的影响,对理解区域尺度上高温变化具有重要的意义。
近年来,国务院批准建立西咸新区和关天经济带,西安城市化进程不断加快,城镇化率由2005年44.9%上升为2015年73.0%,人口密度迅速增加到862人/km2;随着城市空间不断扩张,城市边缘出现大量失地农民,成为“种地无田、就业无门、低保无份”的城市脆弱人群[10]。同时,老龄化率由2000年6.5%上升为2015年10.5%,远高于全国老龄化人口占比8.9%。大规模人口聚集与快速经济发展叠加,并耦合老龄化人口增加,加大了居民高温热浪的暴露性和脆弱性,使得区域面临极端天气威胁的风险日益增加。因此,关注西安极端高温变化特征,对区域可持续发展具有重要的意义。
基于此,利用1960-2016年西安均一化气象资料,从相对指数、绝对指数、热浪指数和适应指数等4个方面构建高温指数体系,对高温热浪变化进行极点对称模态分解,以提取时间序列的长期趋势和多年代际信号;利用相关分析方法,探讨厄尔尼诺和副热带高压等海气异常对高温天气年代变化的影响,以期为适应气候变化和区域风险决策提供理论依据和方法参考。
本文逐日平均温、最高温和相对湿度数据来源于中国气候数据网。西安气象站时间序列为1960-2005年,泾河气象站时间序列为2006-2016年。西安气象站（57036）观测数据中断的原因是：城市化进程加快,原设立在城市北郊的气象站点观测环境发生变化,对客观记录气候资料产生影响[11]。2006年西安气象观测站迁至泾河工业园区,承担国家基准气候站的任务（图1）。为了验证迁站后资料一致性,西安气象站点延后观测两年,2009年之后不再更新气象数据。
图1 西安城区和气象站点分布
注：根据相关文献[
Fig. 1 Study region and distribution of meteorological stations in Xi'an
利用西安气象站2007-2008年逐日最高温观测数据,分析站点迁移对气候资料均一性的影响（图2）。结果如下：① 2007-2008年,西安白天气温明显高于泾河,平均偏度为0.6 ℃,全年偏差范围为-4.2~3.0 ℃;② 在气温频率分布上,低温范围内（<5.0 ℃）两站气温偏差相对较少;中高温范围内（春夏秋）,特别是极端高温天气（30.0~40.0 ℃）,西安城区白天气温明显高于泾河气象站。可以看出,不考虑气候序列的非均一化,将新旧资料直接衔接,会增加西安极端高温变化研究的不确定性。因此,有必要订正气候序列,再认识西安高温天气的变化特征。
图2 2007-2008年西安和泾河逐日最高温差值曲线和频率分布图
Fig. 2 Difference curve and histogram of maximum temperature between Xi'an and Jinghe in 2007-2008
在均一化方法上,参考已有研 究[7,12],综合考虑气候背景、海拔和相关性等因素,选取泾河气象站周边100 km,高差100 m范围内,年均温相关系数>0.8,气象数据观测连续的蒲城作为参考站点,利用RHtest方法对气象资料进行均一化订正。
在海气环流资料方面,1960-2016年Niño1+2区、Niño 3区、Niño 4区和Niño 3.4区指数、西太平洋副热带高压面积、强度、西界和脊线等数据来源于国家气候中心百项气候系统指数集。
2.2.1 极点对称模态分解方法 经验模态分解（Empirical ModeDecomposition,EMD）将非平稳时间序列平稳化,并分解为不同频率的信号。相对于传统的Fourier变换和小波分析,EMD方法具有自适应性,可直接对非线性和非平稳数据分析[14]。但是,由于EMD方法存在模态叠加的缺陷,导致分解的信号物理意义不清晰。为克服上述问题,集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法被提出,通过加入白噪音序列,形成“增噪信号”时间序列,解决EMD方法的混频现象。但是,白噪音引入存在副作用,会影响分解信息的物理意义解读。极点对称模态分解方法（Extreme-point Symmetric Mode Decomposition,ESMD）,是EMD方法的新进展,可有效解决EMD方法分解中的“模态叠加”问题,已被应用与大气科学、海洋科学、信息科学等领域[15]。因此,本文将利用ESMD方法对西安极端高温天气序列进行分析,以提取长期趋势和多年代变化信号,具体方法参考王金良等的著作——《极点对称模态分解方法：数据分析与科学探索的新途径》[16]。
2.2.2 极端高温指标 本文选取8个常用极端高温指标,构建西安高温天气评价体系,包括4个类型：相对指标、绝对指标、热浪指标和适应指标（表1）。其中,① 热浪被认为是持续性异常高温（或高温高湿）的天气事件。热浪日数计算方法参照《高温热浪等级（GB/T29457-2012）》国家标准,高温日数通过年内日最高温≥33.0 ℃日数衡量;② 制冷度日可用于高温天气制冷能源效率的定量估算。综合考虑夏季空调最适温度、节能效率和降低电网负荷,选取26.0 ℃作为制冷度日阈值温度。与制冷度日相反,供暖度日是寒冷天气中室内供暖能源效率的估算量,按照已有供暖室内温度标准,选取18.0 ℃作为供暖度日阈值温度。依据《民用建筑热工设计规范》规定,北方地区城镇供暖期,按照连续5天室外平均气温≤5.0 ℃作为供暖初日和终日,初日和终日可计算每年供暖时长,进而分析每年供暖季能耗;③ 相对指数和绝对指数是基于世界气象组织气候委员会、气候变化检测、检测指标专家组确定的“气候变化检测和指标”选定。
表1 极端高温指数定义
Tab. 1 The definition of extreme high temperature indices
| 类型 | 高温指标 | 缩写 | 定义 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 相对指数 | 暖昼日数 | TX90 | 年日最高温>1971-2000年第90个百分位值的日数 | d |
| 暖夜日数 | TN90 | 年日最低温>1971-2000年第90个百分位值的日数 | d | |
| 绝对指数 | 夏季日数 | SU | 年内日最高温>25 ℃的日数 | d |
| 热夜日数 | TR | 年内日最低温>20 ℃的日数 | d | |
| 热浪指标 | 高温日数 | HD | 年内日最高温>33 ℃的日数 | d |
| 热浪频次 | HW | 持续性高温高湿天气事件 | d | |
| 适应指标 | 供暖度日 | WDD | 寒冷天气室内供暖的能源消耗估计量 | ℃ |
| 制冷度日 | CDD | 高温天气空调制冷的能源消耗估计量 | ℃ |
2.2.3 相关分析方法 相关分析是揭示地理要素之间相互关系的重要方法[17]。为了分析赤道东太平洋不同区域海温异常、西太平洋副热带高压“西伸北跳”以及强度变化,对西安高温天气年代变化的影响,在此利用相关分析方法,计算海温异常与西安不同高温指数的相关系数。具体计算公式为：
式中：rxy为西安极端高温指数与海温环流因子相关系数;xi为极端高温指数;yi为海气环流因子;i代表年份;n为年份数。
相对指标反映极端高温相对阈值变化特征,也可鉴别昼夜响应差异性（图3）。主要特征表现为：① 1960-2016年,西安暖昼日数和暖夜日数呈现波动上升趋势,夜间增幅高于白天;② 对比均一化前后,暖夜日数阈值由21.6 ℃下降为21.4 ℃,而暖昼日数阈值维持不变（33.1 ℃）。体现在变化趋势上,均一化后暖昼日数变化趋势不变,暖夜日数变化趋势则由均一化之前的4.83 d/10a提高至5.33 d/10a。可以看出,对于相对指标而言,使用非均一化数据,对白天高温天气分析影响较小,但是会低估夜晚高温的变化趋势（表2）;③ 通过极点对称模态分解,将年代波动与长期趋势叠加,可以看出,近57年西安暖昼日数变化具有明显的阶段性：即1960-1983年为波动下降期,1984-1997年为波动上升期,1998-2016年为波动上升期;对于暖夜日数变化,则可以划分为2个阶段：1960-1993年为低位波动期,1994-2016年先高位稳定波动。
图3 1960-2016年西安暖昼日数和暖夜日数变化特征
Fig. 3 Variation of warm days and warm nights in Xi'an during 1960-2016
表2 非均一化数据对西安极端高温趋势影响及ESMD分解趋势特征
Tab. 2 The effect of heterogeneous data on extreme high temperature change in Xi'an and the tendency based on ESMD
| 序号 | 高温指数 | 均一化变化趋势 | 非均一化数据影响 | ESMD趋势项 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 否 | 是 | 贡献率（%） | 主动特征 | |||
| 1 | 暖昼日数 | 0.20 | 0.20 | 不变 | 27.3 | 年际波动为主 |
| 2 | 暖夜日数 | 4.83** | 5.33** | 低估 | 40.3 | 年代波动为主 |
| 3 | 夏季日数 | 3.20** | 3.63** | 低估 | 25.1 | 年际波动为主 |
| 4 | 热夜日数 | 5.57** | 6.15** | 低估 | 47.2 | 年代波动为主 |
| 5 | 高温日数 | 0.17 | 0.17 | 不变 | 30.8 | 年际波动为主 |
| 6 | 热浪日数 | -0.24 | 0.46 | 低估 | 33.3 | 年际波动为主 |
| 7 | 供暖度日 | -46.06** | -35.6** | 高估 | 39.0 | 年代波动为主 |
| 8 | 制冷度日 | 10.62** | 9.6** | 高估 | 23.5 | 年际波动为主 |
绝对指标为夏季日数和热夜日数,从固定阈值角度分析昼夜响应差异性（图4）。主要特征表现为：① 1960-2016年,西安夏季日数和热夜日数呈现上升趋势。其中,夏季日数增加高于暖昼日数,热夜日数增幅高于暖夜日数,两者增温速率分别为：3.63 d/10a和6.15 d/10a。也就是说,暖昼日数相对阈值（33.1 ℃）降低为夏季日数绝对阈值（25.0 ℃）,暖夜日数相对阈值（21.6 ℃）降低为热夜日数绝对阈值（20.0 ℃）,西安高温事件变化趋势明显上升,尤其是夏季日数增幅更为明显;② 由于绝对指标阈值不变,使用非均一化数据,夏季日数和热夜日数变化趋势偏低,分别为3.23 d/10a和5.57 d/10a。说明对于绝对指标而言,非均一化会低估西安高温天气的变化趋势（表2）。
图4 1960-2016年西安夏季日数和热夜日数变化特征
Fig. 4 Variation of summer days and tropical nights in Xi'an during 1960-2016
在变化过程上,夏季日数变化呈现4个阶段：1960-1984年平稳波动期,1985-2004年波动上升期,2004-2011年波动下降期,2011-2016年波动上升期;与暖昼日数不同的是,20世纪60-80年代中期,夏季日数并未呈现明显的下降趋势,同时20世纪90年代波动上升期,夏季日数持续时间（1985-2004年）明显也长于暖昼日数（1984-1994年）;热夜日数与暖夜日数则具有相似性,两者变化过程可分为2个阶段：1960-1993年为低位波动期,1994-2016年为高位平稳波动期,1993年为转折点。
热浪日数和高温日数,两个指标反映极端高温天气变化侧重点有所不同。其中,热浪日数不仅考虑高温高湿天气影响,而且关注热浪事件持续性效应;在高温事件中,相对湿度越高、高温强度越大、持续时间越长时,热浪指数越高,代表高温天气影响越大。对于高温日数而言,仅以最高气温为视角,通过绝对阈值判断高温天气异常变化。
1960-2016年,西安高温热浪变化呈现波动上升趋势,均一化前后趋势差异明显。主要表现为：① 1960-2016年,西安热浪和高温日数均呈上升趋势,但是两者线性趋势均未通过0.05显著水平检验。相对非均一化数据,热浪日数变化趋势由-0.24 d/10a转为0.46 d/10a,高温日数趋势则维持不变为0.17 d/10a。可以看出,采用非均一化气象数据,会低估高温高湿天气的变化趋势（表2）;② 在年代变化上,热浪日数和高温日数变化趋势一致,可以分为4个阶段：1960-1983年为波动下降期、1984-1997年为波动上升期,1998-2009年为波动下降期,2010-2016年为波动上升期（图5）;③ 与京津冀地区相比[18],西安热浪日数变化存在特殊性。主要体现为：第一,1960-1997年西安热浪由下降转为上升时间点为1983年,晚于京津冀地区的转折点（20世纪70年代中期）;第二,21世纪初,西安热浪经历了“先下降后上升”的变化,京津冀地区则维持“高位稳定波动”。
图5 1960-2016年西安热浪日数和高温日数变化特征
Fig. 5 Variation of heat waves and hot days in Xi'an during 1960-2016
度日（degree days）最早是衡量农作物生长中所需热量水平的物理单位,现已广泛应用于居民生活、能源规划、保险业等耗能评价[19]。本文中,适应指标选取供暖度日和制冷度日衡量,反映区域气候变暖对居民适应的影响。具体特征如下：① 1960-2016年供暖度日呈现显著下降趋势（-35.6 ℃/10 a）,而制冷度日呈现不显著的上升趋势（9.6 ℃/10 a）,即寒冷天气取暖能耗大幅下降,炎热天气制冷能耗波动上升;② 对比均一化前后,供暖度日下降速率由-46.1 ℃/10 a上升为-35.6 ℃/10 a,而制冷度日上升速率由10.6 ℃/10 a下降为9.6 ℃/10 a。说明使用非均一化数据,冬季供暖能耗下降幅度被高估,夏季制冷能耗上升幅度也被高估（表2）;③ 在年代变化上,供暖度日呈现三个阶段性下降,即1960-1978年为先上升后下降,1979-1997年为先上升后下降,1998-2016年维持低位波动。制冷度日年代变化与其他极端高温指标相似,叠加趋势和年代信息呈现出“波动下降—快速上升—波动下降—波动上升”的变化过程（图6）。
图6 1960-2016年西安供暖度日和制冷度日变化特征
Fig. 6 Variation of heating degree days and cooling degree days in Xi'an during 1960-2016
3.5.1 厄尔尼诺 1997年,Trenberth 提出将Niño 3.4区（5°N~5°S、170°W~120°W）海温异常超过0.4 ℃作为厄尔尼诺事件发生的指标[20]。在此基础上,国际上一般将Niño 3.4区海温异常3个月超过0.5 ℃定义一次厄尔尼诺事件。20世纪50-90年代末,ENSO强度不断增加,最大海温异常中心逐渐向东移动;而2000年后ENSO强度有所降低,最大海温异常中心明显向西移动[21]。不同形态和不同强度的ENSO事件,对全球气候影响存在差异。因此,本文选取4个区域ENSO强度指标,即Niño1+2区、Niño 3区、Niño 4区和Niño 3.4区,识别对西安极端高温事件趋势影响的差异（表3）。
表3 西安高温天气变化趋势与厄尔尼诺和西太平洋副热带高压的关系
Tab. 3 Long-term variability of extreme high temperature in Xi'an city related to El Niño and WPSH
| 高温指数 | 厄尔尼诺 | 西太平洋副热带高压 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Niño1+2 | Niño 3 | Niño 4 | Niño 3.4 | 面积 | 强度 | 脊线 | 西界 | ||
| 暖昼日数 | -0.06 | 0.08 | 0.25* | 0.19 | -0.15 | -0.12 | 0.02 | 0.14 | |
| 暖夜日数 | -0.11 | -0.11 | 0.07 | -0.10 | 0.40** | 0.41** | 0.26* | -0.32** | |
| 夏季日数 | 0.08 | 0.19 | 0.41** | 0.27* | 0.35** | 0.33** | 0.06 | -0.39** | |
| 热夜日数 | -0.07 | -0.01 | 0.19 | 0.02 | 0.40** | 0.39** | 0.25* | -0.32** | |
| 高温日数 | -0.10 | 0.04 | 0.21 | 0.15 | -0.14 | -0.12 | 0.04 | 0.14 | |
| 热浪日数 | -0.07 | -0.01 | 0.13 | 0.07 | -0.06 | -0.05 | 0.13 | 0.04 | |
| 供暖度日 | -0.15 | -0.16 | -0.21 | -0.11 | -0.44** | -0.43** | -0.08 | 0.50** | |
| 制冷度日 | -0.08 | 0.02 | 0.24* | 0.10 | 0.11 | 0.13 | 0.09 | -0.10 | |
本文对不同区域厄尔尼诺指数与西安高温天气指数的相关性进行分析,结果表明：① Niño 4区与西安高温天气变化相关性较高,Niño1+2区、Niño 3区与之相关性较差,说明西安高温异常与赤道太平洋中西部海温异常关系更加密切;② 当Niño 4区海温异常偏高时,西安暖昼日数、夏季日数、炎热天气制冷耗能显著增加,寒冷天气供暖需求明显降低;③ Niño 4区海温异常与西安高温响应存在昼夜差异,白天相关性高于夜晚。例如,Niño 4区海温与暖昼日数相关系数为0.25（P=0.06）,高于暖夜日数相关系数为0.07（P=0.60）;夏季日数相关系数为0.41（P=0.002）,远高于热夜日数相关系数0.19（P=0.15）。
3.5.2 西太平洋副热带高压 西太平洋副热带高压强弱、位置变化对中国东部季风区气候变化具有明显的影响[23]。本文选取WPSH面积、强度、脊线和西界等4个指标,探讨西太平洋副热带高压异常与西安高温天气变化的关系（表3）。
结果表明：① 由于WPSH强度和面积具有高度相关性,两者表现出与西安高温同步变化,且相关性远高于WPSH脊线南北位置移动;② 当WPSH强度越大时,西安高温天气发生可能性越大,特别是暖夜日数、夏季日数、热夜日数、供暖度日响应更加明显,其相关系数均通过0.01显著水平检验;③ 当WPSH位置异常偏北,暖夜和热浪日数明显增加;当WPSH位置异常偏西,暖夜日数、夏季日数、热夜日数明显增加,寒冷天气供暖能耗明显减少;④ WPSH异常变化,与西安夜间高温指数、供暖度日变化关系更为密切,这与Niño 4区海温异常与西安白天高温、制冷度日变化更为相关的规律恰好相反。其中,WPSH面积指数与暖夜日数相关性（r=0.40）高于暖昼日数（r=-0.15）,与热夜日数相关性（r=0.40）要高于夏季日数（r=0.35）,与供暖度日相关性（r=-0.44）高于制冷度日（r=0.11）。
基于西安均一化气象数据,辅以极点对称模态分解法,对1960-2016年西安高温热浪变化特征进行分析,并探讨了不同海区厄尔尼诺、西太平洋副热带高压与高温天气变化的相关关系。得出如下结论：
（1）由于站点迁移,1960-2016年西安气温序列存在非均一化问题,不同高温指数对非均一化数据响应存在差异。使用非均一化数据时,对暖昼日数、高温日数影响相对较小,暖夜日数、夏季日数、热夜日数、热浪日数变化趋势被低估。同时,冬季供暖能耗下降幅度、夏季制冷能耗上升幅度被高估。
（2）在年代变化上,暖昼、热浪、高温和制冷度日等四个指标,反映西安白天极端高温变化特征,其变化具有相似性,即1960-1983年为波动下降期、1984-1997年为波动上升期,1998-2009年为波动下降期,2010-2016年为波动上升期。暖夜日数和热夜日数,表征西安夜间极端高温变化,两者以1993年为节点,表现出明显的“阶梯状”上升特征。对于寒冷天气供暖能耗,呈现出3个阶段性下降,即1960-1978年为先上升后下降,1979-1997年为先上升后下降,1998-2016年维持低位波动。
（3）在影响因素上,厄尔尼诺和西太平洋副热带高压变化,对西安高温天气异常具有明显的相关性。其中,Niño 4区海温异常与西安高温变化关系更为密切,当Niño 4区海温异常偏高时,西安暖昼日数、夏季日数、炎热天气制冷耗能明显增加,寒冷天气供暖能耗明显降低;同时,西太平洋副热带高压强度越大,面积越大、西伸脊点明显偏西时,西安暖夜日数、夏季日数、热夜日数明显增加、寒冷天气供暖能耗明显下降。
关于西安高温变化和影响因素的研究,未来还有一些研究内容值得继续探索：① 探讨城市化影响。对比秦岭南北过渡带典型城市极端高温响应的空间差异,分析快速城市化对极端高温年际或年代变化的贡献。② 精细化环流机理。相关分析是解释两个要素关系的经典方法。本文在分析ENSO、WPSH与西安高温年代变化关系中,主要使用的是皮尔逊相关,其是一种典型的全域、线性相关,对非线性、局部相关特征关注不足,使得环流相关机理存在不确定性[23]。在未来研究中,需要应用多尺度相关、滞后相关等统计方法,进一步精细化西安高温异常的环流机理。③ 人体感知温度。现代气候舒适度评价已有百年历史,评价模型逐渐由简单的经验模型向复杂的机理模型,由时空局限性模型向客观普适性模型转变[24]。利用更加客观的热量平衡模型,分析西安户外感知温度的变化,是极端高温天气变化特征研究的深入,可以为更全面地制定适应气候变化措施提供决策依据。
The authors have declared that no competing interests exist.
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2016年中国气候公报 .China Climate Bulletin in 2016 . |
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气候变化科学与人类可持续发展 .https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2014.07.002 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
政府间气候变化专门委员会（IPCC）自2007 年发布第四次评估报告（AR4）以来，新的观测证据进一步证明，全球气候系统变暖是毋庸置疑的事实。2012 年之前的3 个连续10 年的全球地表平均气温，都比1850 年以来任何一个10 年更高，且可能是过去1400 年来最热的30 年。虽然1998-2012 年全球地表增温速率趋缓，但还不能反映出气候变化的长期趋势。1970 年以来海洋在变暖，海洋上层75 m以上的海水温度每10 年升温幅度超过0.11℃；1971-2010 年地球气候系统增加的净能量中，93%被海洋吸收。全球平均海平面上升速率加快，1993-2010 年间高达3.2 mm/年。全球海洋的人为碳库很可能已增加，导致海洋表层水酸化。1971 年以来，全球几乎所有冰川、格陵兰冰盖和南极冰盖的冰量都在损失。其中1979 年以来北极海冰范围以每10 年3.5%~4.1%的速率缩小，同期南极海冰范围以每10 年1.2%~1.8%的速率增大。北半球积雪范围在缩小。20 世纪80 年代初以来，大多数地区的多年冻土温度升高。已在大气和海洋变暖、水循环变化、冰冻圈退缩、海平面上升和极端气候事件的变化中检测到人类活动影响的信号。1750 年以来大气CO<sub>2</sub>浓度的增加是人为辐射强迫增加的主因，导致20 世纪50 年代以来50%以上的全球气候变暖，其信度超过95%。采用CMIP5 模式和典型浓度路径（RCPs），预估本世纪末全球地表平均气温将继续升高，热浪、强降水等极端事件的发生频率将增加，降水将呈现“干者愈干、湿者愈湿”趋势。海洋上层的温度比1986-2005 年间升高0.6~2.0℃，热量将从海表传向深海，并影响大洋环流，2100 年海平面将上升0.26~0.82m。冰冻圈将继续变暖。为控制气候变暖，人类需要减少温室气体排放。如果较工业化之前的温升达到2℃，全球年均经济损失将达到收入的0.2%~2.0%，并造成大范围不可逆的影响，导致死亡、疾病、食品安全、内陆洪涝、农村饮水和灌溉困难等问题，影响人类安全。但如果采取积极行动，2℃的温升目标仍可望达到。为遏制逐渐失控的全球变暖，需全球共同努力减排，以实现人类可持续发展的理想。
Climate change science and sustainable development .https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2014.07.002 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
政府间气候变化专门委员会（IPCC）自2007 年发布第四次评估报告（AR4）以来，新的观测证据进一步证明，全球气候系统变暖是毋庸置疑的事实。2012 年之前的3 个连续10 年的全球地表平均气温，都比1850 年以来任何一个10 年更高，且可能是过去1400 年来最热的30 年。虽然1998-2012 年全球地表增温速率趋缓，但还不能反映出气候变化的长期趋势。1970 年以来海洋在变暖，海洋上层75 m以上的海水温度每10 年升温幅度超过0.11℃；1971-2010 年地球气候系统增加的净能量中，93%被海洋吸收。全球平均海平面上升速率加快，1993-2010 年间高达3.2 mm/年。全球海洋的人为碳库很可能已增加，导致海洋表层水酸化。1971 年以来，全球几乎所有冰川、格陵兰冰盖和南极冰盖的冰量都在损失。其中1979 年以来北极海冰范围以每10 年3.5%~4.1%的速率缩小，同期南极海冰范围以每10 年1.2%~1.8%的速率增大。北半球积雪范围在缩小。20 世纪80 年代初以来，大多数地区的多年冻土温度升高。已在大气和海洋变暖、水循环变化、冰冻圈退缩、海平面上升和极端气候事件的变化中检测到人类活动影响的信号。1750 年以来大气CO<sub>2</sub>浓度的增加是人为辐射强迫增加的主因，导致20 世纪50 年代以来50%以上的全球气候变暖，其信度超过95%。采用CMIP5 模式和典型浓度路径（RCPs），预估本世纪末全球地表平均气温将继续升高，热浪、强降水等极端事件的发生频率将增加，降水将呈现“干者愈干、湿者愈湿”趋势。海洋上层的温度比1986-2005 年间升高0.6~2.0℃，热量将从海表传向深海，并影响大洋环流，2100 年海平面将上升0.26~0.82m。冰冻圈将继续变暖。为控制气候变暖，人类需要减少温室气体排放。如果较工业化之前的温升达到2℃，全球年均经济损失将达到收入的0.2%~2.0%，并造成大范围不可逆的影响，导致死亡、疾病、食品安全、内陆洪涝、农村饮水和灌溉困难等问题，影响人类安全。但如果采取积极行动，2℃的温升目标仍可望达到。为遏制逐渐失控的全球变暖，需全球共同努力减排，以实现人类可持续发展的理想。
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Comparative analysis of the characteristics of extreme temperature changes between cities and mountains in China .https://doi.org/10.1007/s00704-014-1133-z URL [本文引用: 1] 摘要
More than half of the world’s population is living in towns and cities according to the United Nations Population Fund ( http://www.unfpa.org/pds/urbanization.htm ). The rapid urbanization, especially in China, has significantly influenced the climate at least at a local scale. The increasing extreme temperature (ET) occurrence in urban areas prompts us to examine the historical and current situation of ET occurrence in cities by comparing them with that in mountains which provide a relatively natural record of the earth’s climate because they are far away from cities and it is not influenced by urbanization effects. The ET occurrence was determined by multifractal detrended fluctuation analysis (MF-DFA), a well-accepted method aiming at finding the ET thresholds according to the characteristics of the data themselves. Warming trends in the city and mountain sites and the frequencies, intensities, and severities of ET occurrence were compared using climatic data between 1959 and 2011. The results show that the warming amplitude of the cities is not higher than that of the mountain regions, even with urbanization effect. The extremely low temperatures (ELT) in the cities occurred significantly lower in frequency and severity compared with that in the mountain sites. However, the intensity of ELT is generally higher than that in the mountains. Only the cities at low latitudes in China have experienced more frequent and severe extremely high temperature (EHT) occurrence than the mountain sites in recent decades. But the intensity was not as high as that in the mountain sites. We conclude that the current situation of ET occurrence in the cities is not very serious if we consider the ET occurrence of the mountains as the “new norm.” However, it is highly possible that the frequency of ET, especially the EHT, in the cities would increase and will be even more than that of the mountains. Moreover, the changes of ET occurrences before and after 1980 are distinguishable, which could be attributed to urbanization.
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1962-2011年长江流域极端气温事件分析 .https://doi.org/10.11821/xb201305004 URL [本文引用: 1] 摘要
根据1962-2011年长江流域115个气象站点的逐日最高气温、日最低气温资料,利用线性倾向估计法、主成分分析及相关分析法,并根据选取的16个极端气温指标,分析了该地区极端气温的时间变化趋势和空间分布规律.结果表明:(1)冷昼日数、冷夜日数、冰冻日数、霜冻日数、冷持续日数分别以-0.84、-2.78、-0.48、-3.29、-0.67 d·(10a)-1的趋势减小,而暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.24、2.86、2.93、1.80、0.83、2.30 d·(10a)-1的趋势增加,日最高(低)气温的极低值、日最高(低)气温的极高值和极端气温日较差的倾向率分别为0.33、0.47、0.16、0.19、-0.07℃·(10a)-1；(2)冷指数(冷夜日数、日最高气温的极低值、日最低气温的极低值)的变暖幅度明显大于暖指数(暖夜日数、日最高气温的极高值、日最低气温的极高值),夜指数(暖夜日数、冷夜日数)的变暖幅度明显大于昼指数(暖昼日数、冷昼日数)；(3)空间分布上,长江上游区域冷指数的平均值大于其中下游区域,而暖指数和生物生长季则是中下游多年平均值大于上游区域(暖持续日数除外)；(4)因子分析的结果表明,除了极端气温日较差之外,各极端气温指数之间均呈现很好的相关性.
Extreme temperature events in Yangtze River Basin during 1962-2011 .https://doi.org/10.11821/xb201305004 URL [本文引用: 1] 摘要
根据1962-2011年长江流域115个气象站点的逐日最高气温、日最低气温资料,利用线性倾向估计法、主成分分析及相关分析法,并根据选取的16个极端气温指标,分析了该地区极端气温的时间变化趋势和空间分布规律.结果表明:(1)冷昼日数、冷夜日数、冰冻日数、霜冻日数、冷持续日数分别以-0.84、-2.78、-0.48、-3.29、-0.67 d·(10a)-1的趋势减小,而暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.24、2.86、2.93、1.80、0.83、2.30 d·(10a)-1的趋势增加,日最高(低)气温的极低值、日最高(低)气温的极高值和极端气温日较差的倾向率分别为0.33、0.47、0.16、0.19、-0.07℃·(10a)-1；(2)冷指数(冷夜日数、日最高气温的极低值、日最低气温的极低值)的变暖幅度明显大于暖指数(暖夜日数、日最高气温的极高值、日最低气温的极高值),夜指数(暖夜日数、冷夜日数)的变暖幅度明显大于昼指数(暖昼日数、冷昼日数)；(3)空间分布上,长江上游区域冷指数的平均值大于其中下游区域,而暖指数和生物生长季则是中下游多年平均值大于上游区域(暖持续日数除外)；(4)因子分析的结果表明,除了极端气温日较差之外,各极端气温指数之间均呈现很好的相关性.
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过去50年内蒙古极端气候事件时空格局特征 .https://doi.org/10.11821/dlyj201401002 URL [本文引用: 1] 摘要
为了掌握内蒙古极端气候事件的发生趋势与时空格局,本文运用内蒙古自治区境内46个国家级气象站点的日值记录数据,计算与植被生长的水热条件及寒旱灾害直接相关的极端气候事件指数,分析过去50年内蒙古温度和降水气候事件的时空演变特征.研究结果表明,研究区极端温度事件的发生频率与持续时间迅速变化发生于20世纪90年代以来,60年代至80年代末呈平稳态势.表征低温事件的霜日日数(FD0)、冷昼日数(TX10p)、冷夜日数(TN10p)、冷持续指数(CSDI)等指数均呈现下降趋势,同时表征高温事件的夏日指数(SU25)、作物生长期(GSL)、暖昼日数(TX90p)、暖夜日数(TN90p)、热持续指数(WSDI)则均呈上升趋势.与极端高温事件发生频率的加剧在90年代初开始凸显不同,表征强降水事件发生频率和强度的极端降水指标的显著变化发生在近10年.研究区极端温度指数过去50年的变化过程几乎没有明显的空间分异特征,但是在位于农牧交错区的部分站点的强降水事件呈现出与大多数站点不同的特征,最近10年的强降水事件高于前一时段,而其他多数站点最近10年的极端降水指数均低于前一时段.
The spatial and temporal analysis of extreme climatic events in Inner Mongolia during the past 50 years .https://doi.org/10.11821/dlyj201401002 URL [本文引用: 1] 摘要
为了掌握内蒙古极端气候事件的发生趋势与时空格局,本文运用内蒙古自治区境内46个国家级气象站点的日值记录数据,计算与植被生长的水热条件及寒旱灾害直接相关的极端气候事件指数,分析过去50年内蒙古温度和降水气候事件的时空演变特征.研究结果表明,研究区极端温度事件的发生频率与持续时间迅速变化发生于20世纪90年代以来,60年代至80年代末呈平稳态势.表征低温事件的霜日日数(FD0)、冷昼日数(TX10p)、冷夜日数(TN10p)、冷持续指数(CSDI)等指数均呈现下降趋势,同时表征高温事件的夏日指数(SU25)、作物生长期(GSL)、暖昼日数(TX90p)、暖夜日数(TN90p)、热持续指数(WSDI)则均呈上升趋势.与极端高温事件发生频率的加剧在90年代初开始凸显不同,表征强降水事件发生频率和强度的极端降水指标的显著变化发生在近10年.研究区极端温度指数过去50年的变化过程几乎没有明显的空间分异特征,但是在位于农牧交错区的部分站点的强降水事件呈现出与大多数站点不同的特征,最近10年的强降水事件高于前一时段,而其他多数站点最近10年的极端降水指数均低于前一时段.
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1960-2014年北京极端气温事件变化特征 .https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.06.009 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
<p>基于北京1960~2014 年逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采取RHtest 方法对气温序列进行均一性检验和修订。在此基础上选取16 个极端气温指标,分析了北京市极端气温变化趋势和突变特征,探讨了冷暖极端气温指数对北京气候暖化的贡献。结果表明:① 1960~2014 年北京气温暖化趋势明显,最低温增温速率远快于最高温,修订后增长速率为:最高温(0.17℃/10a) <平均温(0.30℃/10a) <最低温(0.51℃/10a);② 冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数、冰冻日数、冷持续日数分别以-1.43 d/10a、-6.56 d/10a、-3.95 d/10a、-1.18 d/10a、-4.83 d/10a 的趋势减小;③ 暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.12 d/10a、5.27 d/10a、1.22 d/10a、5.43 d/10a、0.84 d/10a、1.96 d/10a 的趋势增加;④ 日最高(低) 气温极高值、日最高(低) 气温极低值和气温日较差的倾向率分别为0.21℃/10a、0.34℃/10a、0.31℃/10a、0.73℃/10a、-0.33℃/10a;⑤ 极端最低气温的变暖幅度大于极端最高气温,夜指数的变暖幅度大于昼指数,冷指数的变幅大于暖指数。极端气温冷指数、夜指数、低温指数的快速变化是近年来北京市气候暖化的最直接体现。</p>
Changes of extreme temperature events in Beijing during 1960-2014 .https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2011.06.009 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
<p>基于北京1960~2014 年逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采取RHtest 方法对气温序列进行均一性检验和修订。在此基础上选取16 个极端气温指标,分析了北京市极端气温变化趋势和突变特征,探讨了冷暖极端气温指数对北京气候暖化的贡献。结果表明:① 1960~2014 年北京气温暖化趋势明显,最低温增温速率远快于最高温,修订后增长速率为:最高温(0.17℃/10a) <平均温(0.30℃/10a) <最低温(0.51℃/10a);② 冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数、冰冻日数、冷持续日数分别以-1.43 d/10a、-6.56 d/10a、-3.95 d/10a、-1.18 d/10a、-4.83 d/10a 的趋势减小;③ 暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.12 d/10a、5.27 d/10a、1.22 d/10a、5.43 d/10a、0.84 d/10a、1.96 d/10a 的趋势增加;④ 日最高(低) 气温极高值、日最高(低) 气温极低值和气温日较差的倾向率分别为0.21℃/10a、0.34℃/10a、0.31℃/10a、0.73℃/10a、-0.33℃/10a;⑤ 极端最低气温的变暖幅度大于极端最高气温,夜指数的变暖幅度大于昼指数,冷指数的变幅大于暖指数。极端气温冷指数、夜指数、低温指数的快速变化是近年来北京市气候暖化的最直接体现。</p>
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1960-2013年中国沿海极端气温事件变化特征 .https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.04.016 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>基于1960~2013年中国沿海110个地面气象站资料,分析了中国沿海极端气温事件的变化特征。结果表明：中国近54 a来月最高气温极小值（TXn）、极端最高温（TXx）、极端最低温（TNn）和月最低气温极大值（TNx）都呈上升趋势,其中极端最低气温上升幅度最大,升幅为0.40 ℃/10a。日较差（DTR）、冷昼日数（TX10p）和冷夜日数（TN10p）呈下降趋势,降幅分别为<i>-</i>0.12℃/10a、<i>-</i>0.7 d/10a和<i>-</i>2.19 d/10a,暖昼日数（TX90p）和暖夜日数（TN90p）呈显著上升趋势,升幅分别为1.31 d/10a和2.24 d/10a。SU25和TR20近30 a上升幅度分别为6.35 d/10a和5.28 d/10a。从空间变化来看TXn、TXx、TNn和TNx分别有97%、71%、97%和97%气象站呈上升趋势,大部分都通过了0.01水平的显著性检验。TX10p、TN10p和DTR分别有90%、99%和81%的气象站呈下降趋势。大部分极端气温指数变化趋势与纬度、经度和海拔有显著的相关性。极端气温指数在气候变暖突变前后也存在明显差异,TX10p、TN10p和DTR在气候变暖后明显减少,而其他指数则明显上升。</p>
Variation of extreme temperature events in coastal region of China in 1960-2013 .https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2016.04.016 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>基于1960~2013年中国沿海110个地面气象站资料,分析了中国沿海极端气温事件的变化特征。结果表明：中国近54 a来月最高气温极小值（TXn）、极端最高温（TXx）、极端最低温（TNn）和月最低气温极大值（TNx）都呈上升趋势,其中极端最低气温上升幅度最大,升幅为0.40 ℃/10a。日较差（DTR）、冷昼日数（TX10p）和冷夜日数（TN10p）呈下降趋势,降幅分别为<i>-</i>0.12℃/10a、<i>-</i>0.7 d/10a和<i>-</i>2.19 d/10a,暖昼日数（TX90p）和暖夜日数（TN90p）呈显著上升趋势,升幅分别为1.31 d/10a和2.24 d/10a。SU25和TR20近30 a上升幅度分别为6.35 d/10a和5.28 d/10a。从空间变化来看TXn、TXx、TNn和TNx分别有97%、71%、97%和97%气象站呈上升趋势,大部分都通过了0.01水平的显著性检验。TX10p、TN10p和DTR分别有90%、99%和81%的气象站呈下降趋势。大部分极端气温指数变化趋势与纬度、经度和海拔有显著的相关性。极端气温指数在气候变暖突变前后也存在明显差异,TX10p、TN10p和DTR在气候变暖后明显减少,而其他指数则明显上升。</p>
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1965-2013年黄土高原地区极端气温趋势变化及空间差异 .https://doi.org/10.11821/dlyj201604004 URL [本文引用: 1] 摘要
基于黄土高原地区52个气象站点逐日平均气温、最高和最低气温数据,采用一元线性趋势分析、相关分析等方法,分析该地区极端气温趋势变化及空间差异。结果表明:1日最高(低)气温极低值、日最高(低)气温极高值、热夜日数、暖昼(夜)日数、热持续日数、夏季日数和生物生长季日数呈增加的趋势,其余极端气温指数呈减小的趋势。2空间分布上,表征低温事件的冰冻日数、霜冻日数、冷昼(夜)日数和冷持续日数下降最显著的区域位于黄土高原北部;表征高温事件的热夜日数、夏季日数、暖昼(夜)日数和热持续日数上升最显著的区域主要位于黄土高原西北部;生物生长季日数上升最显著的区域主要位于黄土高原中部地区。3相关分析表明除了极值指数和气温日较差与其余极端气温指数相关性较差外,其余各极端气温指数之间均具有较好的相关性。4多数极端气温指数的变化趋势与平均气温关系密切,平均气温突变前后极端气温指数存在明显差异。5 Hurst指数结果表明黄土高原地区极端气温变化均呈同向变化特征。
Trend variations and spatial difference of extreme air temperature events in the Loess Plateau from 1965 to 2013 .https://doi.org/10.11821/dlyj201604004 URL [本文引用: 1] 摘要
基于黄土高原地区52个气象站点逐日平均气温、最高和最低气温数据,采用一元线性趋势分析、相关分析等方法,分析该地区极端气温趋势变化及空间差异。结果表明:1日最高(低)气温极低值、日最高(低)气温极高值、热夜日数、暖昼(夜)日数、热持续日数、夏季日数和生物生长季日数呈增加的趋势,其余极端气温指数呈减小的趋势。2空间分布上,表征低温事件的冰冻日数、霜冻日数、冷昼(夜)日数和冷持续日数下降最显著的区域位于黄土高原北部;表征高温事件的热夜日数、夏季日数、暖昼(夜)日数和热持续日数上升最显著的区域主要位于黄土高原西北部;生物生长季日数上升最显著的区域主要位于黄土高原中部地区。3相关分析表明除了极值指数和气温日较差与其余极端气温指数相关性较差外,其余各极端气温指数之间均具有较好的相关性。4多数极端气温指数的变化趋势与平均气温关系密切,平均气温突变前后极端气温指数存在明显差异。5 Hurst指数结果表明黄土高原地区极端气温变化均呈同向变化特征。
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快速城市化背景下城市边缘区失地农民适应性研究 .Adaptation of land-lost farmers to rapid urbanization in urban fringe: A case study of Xi'an . |
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Penalized maximal t-test for detecting undocumented mean change in climate data series .https://doi.org/10.1175/JAM2504.1 URL [本文引用: 1] 摘要
In this paper, a penalized maximal t test (PMT) is proposed for detecting undocumented mean shifts in climate data series. PMT takes the relative position of each candidate changepoint into account, to diminish the effect of unequal sample sizes on the power of detection. Monte Carlo simulation studies are conducted to evaluate the performance of PMT, in comparison with the most popularly used method, the standard normal homogeneity test (SNHT). An application of the two methods to atmospheric pressure series recorded at a Canadian site is also presented. It is shown that the false-alarm rate of PMT is very close to the specified level of significance and is evenly distributed across all candidate changepoints, whereas that of SNHT can be up to 10 times the specified level for points near the ends of series and much lower for the middle points. In comparison with SNHT, therefore, PMT has higher power for detecting all changepoints that are not too close to the ends of series and lower power for detecting changepoints that are near the ends of series. On average, however, PMT has significantly higher power of detection. The smaller the shift magnitude A is relative to the noise standard deviation , the greater is the improvement of PMT over SNHT. The improvement in hit rate can be as much as 14%-25% for detecting small shifts (A < ) regardless of time series length and up to 5% for detecting medium shifts (A = -1,5 ) in time series of length N < 100. For all detectable shift sizes, the largest improvement is always obtained when N < 100, which is of great practical importance, because most annual climate data series are of length N < 100.
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西安市城市景观的正负生态系统服务测算及空间格局 .https://doi.org/10.11821/dlxb201607010 URL [本文引用: 1] 摘要
综合测评城市景观的复合（正负）生态系统服务功能和评价不同城市景观类型的生态系统服务贡献，对优化、调控在城市化影响下的景观转换和城市生态环境建设等具有重要的科学意义。运用景观生态学理论与生态系统服务理论，基于研究区的TM遥感影像和Erdas、Arc GIS10．1软件对西安市建成区2013年城市景观的复合生态系统服务进行测算和空间分析。结果表明：①西安城市景观产生的负向生态系统服务价值远高于正向生态系统服务价值，净生态系统服务达-12．71×10^8元；在城市化过程中，随着自然景观向半人工景观、人工景观的转变，导致景观生态系统服务的价值急剧下降，负向生态系统服务占主导，87．81％的土地复合生态系统服务为负值，仅有12．19％的土地复合生态系统服务为正值，以建筑用地为主体的城市景观体系必然会导致生态系统服务的下降。②西安市城市景观的总正向生态系统服务空间分布差异明显，整体呈现为研究区中心值低于四周，沿行道绿地、公园绿地等景观形成格网状、斑块状分布的高值区；总负向生态系统服务整体上呈现中心值高于四周，高值区较集聚，自然景观和半人工景观是维系城市正向生态系统服务的主要景观类型。③城市景观的空间分布基本上决定了复合生态系统服务的空间大格局，西安市各城市景观类型的空间组合与镶嵌状况，使得生态系统服务正负值呈斑块状、棋盘状交错分布的格局。愈向城市外围，复合生态系统服务价值越高；城中林地、绿地和水域分布的地方是复合生态系统服务价值网状高值区。
Positive and negative ecosystem services evaluation and its spatial on urban landscape: A case study of Xi'an city .https://doi.org/10.11821/dlxb201607010 URL [本文引用: 1] 摘要
综合测评城市景观的复合（正负）生态系统服务功能和评价不同城市景观类型的生态系统服务贡献，对优化、调控在城市化影响下的景观转换和城市生态环境建设等具有重要的科学意义。运用景观生态学理论与生态系统服务理论，基于研究区的TM遥感影像和Erdas、Arc GIS10．1软件对西安市建成区2013年城市景观的复合生态系统服务进行测算和空间分析。结果表明：①西安城市景观产生的负向生态系统服务价值远高于正向生态系统服务价值，净生态系统服务达-12．71×10^8元；在城市化过程中，随着自然景观向半人工景观、人工景观的转变，导致景观生态系统服务的价值急剧下降，负向生态系统服务占主导，87．81％的土地复合生态系统服务为负值，仅有12．19％的土地复合生态系统服务为正值，以建筑用地为主体的城市景观体系必然会导致生态系统服务的下降。②西安市城市景观的总正向生态系统服务空间分布差异明显，整体呈现为研究区中心值低于四周，沿行道绿地、公园绿地等景观形成格网状、斑块状分布的高值区；总负向生态系统服务整体上呈现中心值高于四周，高值区较集聚，自然景观和半人工景观是维系城市正向生态系统服务的主要景观类型。③城市景观的空间分布基本上决定了复合生态系统服务的空间大格局，西安市各城市景观类型的空间组合与镶嵌状况，使得生态系统服务正负值呈斑块状、棋盘状交错分布的格局。愈向城市外围，复合生态系统服务价值越高；城中林地、绿地和水域分布的地方是复合生态系统服务价值网状高值区。
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On the trend, detrending, and variability of nonlinear and nonstationary time series .https://doi.org/10.1073/pnas.0701020104 URL PMID: 17846430 [本文引用: 1] 摘要
Determining trend and implementing detrending operations are important steps in data analysis. Yet there is no precise definition of "trend" nor any logical algorithm for extracting it. As a result, various ad hoc extrinsic methods have been used to determine trend and to facilitate a detrending operation. In this article, a simple and logical definition of trend is given for any nonlinear and nonstationary time series as an intrinsically determined monotonic function within a certain temporal span (most often that of the data span), or a function in which there can be at most one extremum within that temporal span. Being intrinsic, the method to derive the trend has to be adaptive. This definition of trend also presumes the existence of a natural time scale. All these requirements suggest the Empirical Mode Decomposition (EMD) method as the logical choice of algorithm for extracting various trends from a data set. Once the trend is determined, the corresponding detrending operation can be implemented. With this definition of trend, the variability of the data on various time scales also can be derived naturally. Climate data are used to illustrate the determination of the intrinsic trend and natural variability.
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极点对称模态分解下中国新疆温度变化趋势的区域特征 .https://doi.org/10.11821/dlyj201412013 URL [本文引用: 1] 摘要
基于新疆16个国际交换站1957-2012年年平均温度时间序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法,分析了新疆温度序列的非线性趋势变化特征,并对其空间差异进行了初步探讨。结果表明:50多年来,新疆年平均温度整体上呈现出显著的非线性上升趋势,且其变化存在明显的年际尺度(2年和8年)和年代际尺度(10年和25年);各分量方差贡献率显示年际变化在新疆整体温度变化中占据主导地位,重构的年际变化趋势能精细刻画原始温度序列在研究时期内的波动状况;重构的年代际变化揭示了新疆在1997年前后气候模态有了显著转换,由原来温度以负相位为主的气候模态转向正相位显著的高温气候模态;年平均温度非线性变化趋势具有明显的区域差异,北疆以上升为主,东疆表现出先降后升,南疆变化较为复杂。同时,结果还表明ESMD是一种很好的甄别大尺度循环和非线性趋势的方法。
The research of temperature variation trends over Xinjiang in China by extreme-point symmetric mode decomposition method .https://doi.org/10.11821/dlyj201412013 URL [本文引用: 1] 摘要
基于新疆16个国际交换站1957-2012年年平均温度时间序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法,分析了新疆温度序列的非线性趋势变化特征,并对其空间差异进行了初步探讨。结果表明:50多年来,新疆年平均温度整体上呈现出显著的非线性上升趋势,且其变化存在明显的年际尺度(2年和8年)和年代际尺度(10年和25年);各分量方差贡献率显示年际变化在新疆整体温度变化中占据主导地位,重构的年际变化趋势能精细刻画原始温度序列在研究时期内的波动状况;重构的年代际变化揭示了新疆在1997年前后气候模态有了显著转换,由原来温度以负相位为主的气候模态转向正相位显著的高温气候模态;年平均温度非线性变化趋势具有明显的区域差异,北疆以上升为主,东疆表现出先降后升,南疆变化较为复杂。同时,结果还表明ESMD是一种很好的甄别大尺度循环和非线性趋势的方法。
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近54年京津冀地区热浪时空变化特征及影响因素 .https://doi.org/10.11898/1001-7313.20150504 URL [本文引用: 1] 摘要
基于1960一2013年京津冀及周边地区34个气象站逐日最高气温和相对湿度资料,利用高温热浪模型,辅以趋势分析、突变检验及相关分析等方法,研究近54年京津冀地区热浪时空变化特征,探讨城市化对热浪变化的影响,并尝试寻找对热浪异常具有稳定指示意义的环流因子。结果表明:1960一2013年京津冀地区热浪变化具有明显的阶段性,以20世纪70年代中期为转折,热浪呈先减少后增加趋势;京津冀地区热浪空间格局变化整体呈南减北增,东南平原区热浪呈下降趋势,北部生态涵养区呈现增加趋势;在区域尺度上,城市化或迁站影响并未改变北京极端热浪变化趋势,主要影响以轻度和中度热浪变化为主;西太平洋副热带高压和青藏高原反气旋环流与京津冀地区热浪异常关系最为显著,对热浪异常是一种稳定且强烈的指示信号。当青藏高原高空反气旋环流异常偏强,西太平洋副热带高压明显偏北,京津冀地区发生超级热浪可能性较大。
Spatiotemporal variability of heat waves in Beijing-Tianjin-Hebei region and influencing factors in recent 56 years .https://doi.org/10.11898/1001-7313.20150504 URL [本文引用: 1] 摘要
基于1960一2013年京津冀及周边地区34个气象站逐日最高气温和相对湿度资料,利用高温热浪模型,辅以趋势分析、突变检验及相关分析等方法,研究近54年京津冀地区热浪时空变化特征,探讨城市化对热浪变化的影响,并尝试寻找对热浪异常具有稳定指示意义的环流因子。结果表明:1960一2013年京津冀地区热浪变化具有明显的阶段性,以20世纪70年代中期为转折,热浪呈先减少后增加趋势;京津冀地区热浪空间格局变化整体呈南减北增,东南平原区热浪呈下降趋势,北部生态涵养区呈现增加趋势;在区域尺度上,城市化或迁站影响并未改变北京极端热浪变化趋势,主要影响以轻度和中度热浪变化为主;西太平洋副热带高压和青藏高原反气旋环流与京津冀地区热浪异常关系最为显著,对热浪异常是一种稳定且强烈的指示信号。当青藏高原高空反气旋环流异常偏强,西太平洋副热带高压明显偏北,京津冀地区发生超级热浪可能性较大。
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Present and projected degree days in China from observation, reanalysis and simulations .https://doi.org/10.1007/s00382-013-1960-0 URL [本文引用: 1] 摘要
Degree days are usually defined as the accumulated daily mean temperature varying with the base temperature, and are one of the most important indicators of climate changes. In this study, the present-day and projected changes of four degree days indices from daily mean surface air temperature output simulated by Max Planck Institute, Earth Systems Model of low resolution (MPI-ESM-LR) model are evaluated with the high resolution gridded-observation dataset and two modern reanalyses in China. During 1979鈥2005, the heating degree days (HDD) and the numbers of HDD (NHDD) have decreased for observation, reanalyses (ERA-Interim and NCEP/NCAR) and model simulations (historical and decadal experiments), consistent with the increasing cooling degree days (CDD) and the numbers of CDD (NCDD). These changes reflect the general warming in China during the past decades. In most cases, ERA-Interim is closer to observation than NCEP/NCAR and model simulations. There are discrepancies between observation, reanalyses and model simulations in the spatial patterns and regional means. The decadal hindcast/forecast simulation performance of MPI-ESM-LR produce warmer than the observed mean temperature in China during the entire period, and the hindcasts forecast a trend lower than the observed. Under different representative concentration pathway (RCP) emissions scenarios, HDD and NHDD show significant decreases, and CDD and NCDD consistently increase during 2006-2100 under RCP8.5, RCP4.5 and RCP2.6, especially before the mid-21 century. More pronounced changes occur under RCP8.5, which is associated with a high rate of radiative forcing. The 20th century runs reflect the sensitivity to the initial conditions, and the uncertainties in terms of the inter-ensemble are small, whereas the long-term trend is well represented with no differences among ensembles.
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Indices of El Niño evolution .https://doi.org/10.1175/1520-0442(2001)014<1697:LIOENO>2.0.CO;2 URL [本文引用: 1] |
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近百年来ENSO强度的变化特征 .Observed ENSO intensity changes during 1900-2015 . |
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The western Pacific subtropical high after the 1970s: Westward or eastward shift? .https://doi.org/10.1007/s00382-014-2194-5 URL 摘要
The interdecadal variation of the western Pacific subtropical high (WPSH) in summer (June–July–August) during 1979–2009 relative to 1948–1978 was investigated based upon NCEP–NCAR reanalysis data. Sin
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An adaptive multilevel correlation analysis: A new algorithm and case study .https://doi.org/10.1080/02626667.2016.1170941 URL [本文引用: 2] 摘要
An adaptive multilevel correlation analysis, a kind of data-driven methodology, is proposed. The analysis is done by subdividing the time series into segments such that adjacent segments have significantly different mean values. It is shown that the proposed methodology can provide multilevel information about the correlation between two variables. An integrated coefficient with its significance testing is also proposed to summarize the correlation at each level. Using the adaptive multilevel correlation analysis methodology, the correlation between streamflow and water level is investigated for a case study, and the results indicate that real correlation might be far more complicated than the empirically constructed picture.EDITOR D. Koutsoyiannis ASSOCIATE EDITOR E. Volpi
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国内外气候舒适度评价研究进展 .https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2013.10.1119 URL [本文引用: 1] 摘要
开展气候舒适度评价对于科学指导旅游出行、客观评价城市人居环境等都具有重要的理论价值和实践意义,近年来随着旅游业的蓬勃发展和生活质量的普遍提高,气候舒适度评价愈发成为当前研究的热点问题。在回顾近百年来该领域研究成果的基础上,划分出气候舒适度评价的3个重要时期,介绍了每个时期具广泛影响的人体舒适度模型,论述了各种模型提出的时代背景、基本思想和适用条件。研究表明:气候舒适度评价由简单的经验模型向复杂的机理模型、由时空局限性模型向客观普适性模型发展,具有精细化、客观化的发展趋势;目前,国内气候舒适度评价研究中仍以经验模型的应用较为普遍,但在模型的选择上要注意其季节及地域适用性;发展具有普适性的气候舒适度评价模型、探索气候舒适度精细化评估技术是今后研究中亟待解决的问题;开展特色宜人气候评价有望拓展舒适气候评价研究的深度和范围,是今后重要的研究方向。
Advances in assessment of bioclimatic comfort conditions at home and abroad .https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2013.10.1119 URL [本文引用: 1] 摘要
开展气候舒适度评价对于科学指导旅游出行、客观评价城市人居环境等都具有重要的理论价值和实践意义,近年来随着旅游业的蓬勃发展和生活质量的普遍提高,气候舒适度评价愈发成为当前研究的热点问题。在回顾近百年来该领域研究成果的基础上,划分出气候舒适度评价的3个重要时期,介绍了每个时期具广泛影响的人体舒适度模型,论述了各种模型提出的时代背景、基本思想和适用条件。研究表明:气候舒适度评价由简单的经验模型向复杂的机理模型、由时空局限性模型向客观普适性模型发展,具有精细化、客观化的发展趋势;目前,国内气候舒适度评价研究中仍以经验模型的应用较为普遍,但在模型的选择上要注意其季节及地域适用性;发展具有普适性的气候舒适度评价模型、探索气候舒适度精细化评估技术是今后研究中亟待解决的问题;开展特色宜人气候评价有望拓展舒适气候评价研究的深度和范围,是今后重要的研究方向。
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