利用高阶矩检测近2000年来气候极端异常的研究

基于标准化后的高分辨率气候代用资料，应用高阶矩分析方法检测近2000年来气候极端异常演变特征；同时结合滤波方法进行具有物理背景的层次分离，进而研究了各时间层次气候极端异常变化信息及其贡献.结果表明：1) 在100年以上的时间层次上，可能存在千年左右的气候变化振荡周期，而且20世纪是近2000年来气候极端异常现象最为活跃的时段，可能对应于气候极端异常现象活跃期.2)对于20—60年这一时间层次，公元300—1100年间气候极端异常现象比较明显，而公元1100—1980年间相对比较缓和；该层次对20世纪的气候异常没有显著贡献.世纪以上和20—60年时间层次均揭示出在近2000年的气候变化中，公元1100年前后可能是一个气候极端异常现象演变的关键转折时期.3)在年际尺度上(小于20年)，北京石花洞石笋微层厚度时间序列中发生气候极端异常现象的年份与出现E1 Ni?o事件和La Ni?a事件的年份有非常好的对应关系(仅讨论公元1960—1980年).4)高阶矩分析方法对于检测气候极端异常分布及演变规律有较好的应用前景. 关键词： 高阶矩 气候异常 极端事件 层次     

气象领域极端事件的长程相关性

利用固定阈值法研究了Lorenz系统极端事件序列的长程相关性特征.研究结果表明：不同阈值标定的极端事件序列具有长程相关性,且标度指数α比较接近,但都比Lorenz系统略小.不同的初值对极端事件序列的长程相关性影响不大,即对初值不敏感性,但Lorenz系统的长程相关性随着控制参数的增大而明显减弱.通过与高斯白噪声序列对比研究发现,Lorenz系统极端事件序列具有较好的记忆性特征.最后采用国家气候中心194个测站1957年—2004年日最高气温观测资料进行分析,揭示了实际气象要素中存在类似的规律. 关键词： Lorenz系统 极端事件 长程相关性 记忆性     

基于去趋势波动分析方法确定极端事件阈值

极端事件或者极值事件脱离了自身的正常演化状态,是系统演化的极端状态或系统受到外界扰动而导致的异常状态.去趋势波动分析法得到的指数是衡量系统在某一时间尺度内演化的长程相关性的参数,系统的长程相关性不受极端事件的影响或影响很小.基于这一思想,提出了利用去趋势波动分析法确定极端事件的阈值方法,并验证了该方法的有效性.使用该方法对北京极端高温事件、极端低温事件和极端降水事件进行了分析和讨论,确定北京1951—2004年极端高温、极端低温事件和极端降水事件的阈值.50余年来,北京极端高温和低温事件在20世纪70年代 关键词： 去趋势波动分析 极端事件 阈值     

利用中值检测方法研究近50年中国极端气温变化趋势

利用中国194个站点1957—2001年的逐日温度观测资料和月平均温度资料,分别采用中值和均值两种极端事件检测方法,检测并比较了中国极端高温事件和极端低温事件的变化趋势和空间分布特征.检测表明,年均极端高温的次数在近50年中趋于上升,而年均极端低温的次数有所减少,这与目前观测结果一致,符合全球变暖的特点.在空间分布上,除西南地区部分站点外,近50年中国大部分地区极端低温事件的年均发生次数趋于减少,而极端高温事件发生频率的变化则呈现出东南沿海地区减少、西北内陆地区增加的分布特点. 关键词： 极端事件 全球增暖 变化趋势 中值     

近46年来中国温度破纪录事件的时空分布特征分析

利用概率分布理论和中国近46年逐日最高、最低温度资料,对中国近46年来高温、低温破纪录事件频次和强度的时空分布特征进行了统计分析.结果表明：1976—2005年以来,中国实际检测年均发生高温破纪录事件频次多于理论值2.5次左右,而低温破纪录事件则少于理论值约4.5次,这与全球增暖趋势相一致.高温破纪录事件多发生于中国西北、华北、东北和青藏高原一带,低温破纪录事件则相反,在这些地方明显偏少;在温度破纪录事件年发生频次相对趋势上,中国大部地区高温破纪录事件频次有一定程度的增加而低温破纪录事件呈现普遍减少趋势; 关键词： 破纪录事件 气候变化 极端事件 中国气候     

中国冬季区域性极端低温事件分类及其与气候指数极端性的联系

基于区域性极端低温事件客观识别技术, 对1951–2010年中国冬季的区域性极端低温事件进行客观识别. 根据事件的空间分布特征, 将综合指数前60位的事件划分为全国型、东部型、东北-华北型、华北-华南型、北方型和西北-华南型六类; 通过分析不同区域类型低温事件形成的环流背景场验证了分类的有效性. 在此基础上, 以1971年1月21日开始的典型事件为例, 分析了事件对应的海温场、高度场和风场的异常, 确定与区域性极端低温事件联系较密切的可能气候因子, 进而分析不同类型事件与各气候指数异常的对应关系. 总体而言, 赤道中东太平洋海温指数异常偏小、北太平洋涛动指数异常偏小、北极涛动指数异常偏小和冬季风异常偏强时, 发生区域性极端低温事件的概率较高; 且这四种指数的历年冬季平均值达到15%(或85%)极端阈值的年份中, 发生区域性极端低温事件的百分率分别达到80.0%, 77.8%, 60.0%和62.5%, 从而为区域性极端低温事件的诊断和预测研究等提供了一定的参考. 关键词： 区域性极端低温事件 空间分类 气候指数 极端     

基于气候变化综合指数的中国近50年来气候变化敏感性研究

气候变化指数是目前有关气候变化研究领域的前沿课题, 国内外在气候变化研究领域存在着许多具体指数,但关于综合指数的研究却非常少见. 本文将基于温度和降水的单一要素指数的气候变化信息进行综合, 得到一个综合气候变化指数CCI (climate change index)以评估中国近50年来的气候变化及其区域敏感性.指数大小表征气候突变前后极端气候事件的频数之差, 反映该地区应对气候变化的能力,反映该地区对气候变化的敏感性. 通过该指数可以获得多种气候变化的相关信息,从而为更好地应对极端气候事件提供判断依据. 研究结果显示,内蒙古大部、东北中部、云南以及西北中部等地CCI指数较大, 说明这些地区相对于气候突变之前极端气候事件频发. 中国各个省份中的所有站点的CCI指数平均值表明,中国江南和西南东部对气候变化不敏感; 华北和东北地区极端气候事件频发.气候变化在高纬度地区和热带、 亚热带地区表现明显,北方和西南比较敏感,而黄河以南敏感性较弱, 沿海地区由于受季风及台风带来的强降水的影响, CCI指数相对偏大,敏感性较强.     

中国近50年气候破纪录温度事件发生概率分析

随着全球变暖趋势的不断增强,破纪录温度事件（record breaking temperature events, RBTE）发生的频次呈现不断增加的特点.基于已知当前年份的温度记录,未来五年内这个记录被打破的概率是多少？即未来五年内发生新的RBTE的概率是多少？这是目前国内外学术界关注的前沿科学问题之一.文中基于概率统计模型研究在不同情景下RBTE发生概率,并与实际观测资料检测结果作对比分析,研究近50年中国RBTE发生概率的变化与全球增暖的关系.结果显示,RBTE发生概率的大小依赖于温度的增长趋势和相 关键词： 破纪录温度事件 全球增暖 极端事件     

最概然温度背景下不同气候态中国夏冬季极端温度事件时空分布特征

利用1961-2009年中国逐日最高温度资料,分成1961-1990年、1971-2000年和1981-2009年三个气候态(分别称为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态),基于偏态概率密度函数定义极端温度事件,从频次、强度两个角度研究了不同气候态下中国夏季和冬季极端温度事件的时空变化特征. 空间分布上,夏季极端高温的频次、强度在Ⅰ态黄淮、江淮流域显著减小,在Ⅲ态,干旱半干旱以及经济发达的长江沿岸、长江三角洲以及东南沿海地区显著增加;冬季极端低温频次在Ⅱ态中的北方、长江三角洲以及Ⅲ态中的高原、东北东南部、长江三角洲显著降低. 冬季极端低温强度整体呈降低趋势,但区域特征不明显. 极端温度频次和强度在空间上一致性较好;时间演化上,夏季极端高温频次、强度均在Ⅱ,Ⅲ态显著增加,冬季极端低温频次、强度降低的趋势有所减缓. 在当前气候态(Ⅲ态)夏季极端高温在经济发达地区发生比较频繁且极端性在增强;冬季极端低温的发生维持在一个稳定状态且极端性也相对比较稳定. 极端温度事件的频次与强度在时间变化趋势上存在较好的一致性. 在Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ态共同时段内,后一气候态检测出的极端高温频次均比前一气候态少,极端低温频次均比前一气候态多,这与背景温度随气候态逐渐升高是相一致的;后一气候态检测出的极端高温强度均比前一气候态小,极端低温强度均比前一气候态大. 在20世纪70年代末80年代初全球气候系统突变前,极端高温频次具有明显的下降趋势,突变后显著上升;极端低温频次在突变前后变化不明显. 极端高温强度突变前表现出轻微的下降趋势,在突变后上升趋势明显;极端低温强度在突变前后大致相当,突变后的整体强度稍低于突变前. 关键词： 极端高温 极端低温 气候态     

近48年中国的季节变化与极端温度事件的联系

利用中国1961—2008年752个站点逐日温度、气压、相对湿度和降水量资料,采用非线性相似度量方法对中国四季进行了划分,对比分析了中国的8个区域与全国整体的季节变化.此外,研究了中国极端温度频次的年际变化,并通过相关分析和敏感性试验探讨了中国近48年四季变化与极端温度事件的联系.结果表明:1)随着全球变暖中国大部分地区春、夏季起始时间提前,持续时间延长;秋季起始时间变化不大,但持续时间延长;冬季起始时间推后,持续时间显著缩短.2)随着夏季延长,除华东以外中国大部分地区极端高温频次增加;随着冬季缩短,中国 关键词： 非线性相似度量方法 季节变化 极端温度     

东亚北部地区气温的冬季-冬季再现特征研究

对东亚北部(40—50°N,100—130°E)区域1953—2012年大气温度的冬季-夏季-次年冬季(简称冬季-冬季)的季节变化特征进行了初步研究.结果表明:2008年以来,该区域的气温从低层至高层(1000—400 h Pa)连续三年出现冬季偏冷-夏季偏暖-次年冬季偏冷的典型特征,20世纪50—60年代亦有类似情况;而20世纪90年代则出现了与此相反的冬季偏暖-夏季偏冷-次年冬季偏暖的变化特征.将这种典型的气温季节变化特征定义为一种新的变化机理:冬季-冬季再现(WWR).根据1953—2012年的历年变化情况将这60年划分为四种不同的类型:负(正)冬季-冬季再现(negative/positive WWR)型和负(正)冬季-冬季非再现(negative/positive non-WWR)型.其中,气温表现为WWR型的年份共计23年,出现概率近40%,并且该WWR特征是相对独立于El Nio-南方涛动指数的变化而存在的.对不同类型年份的位势高度场、垂直速度场及其850 h Pa风场进行的合成分析表明:对于WWR型,高层(500 h Pa)至低层(1000 h Pa)的大气内部动力过程具有与气温相匹配的冬季-冬季的再现特征;而non-WWR型则没有出现类似的特征,从而在一定程度验证了WWR存在的可能性.WWR的提出为进一步开展当前全球增暖背景下冬季低温事件的频发提供了一个新的思路.     

全球变暖对中国极端暖月事件的潜在影响

利用极值理论（extreme value theory, EVT）中的广义帕雷托分布（generalized Pareto distribution, GPD）,结合空间参数估计方案研究了中国1960—2007年740站的月平均温度距平中极端暖月事件（extreme warm month events,EWME）的空间分布特征,给出了历史上典型EWME的重现时间估计,重点分析了区域气候变暖作为强迫因子对EWME分布的潜在影响.分析表明：1）中国EWME的性质的空间分布差异较大,青藏高原西部、中国西南地区、 关键词： 极端气候事件 帕雷托分布 全球变暖     

干旱破纪录事件预估理论研究

对中国614个常规观测站1960—2007年的月温度、降水等要素计算出的干旱指数资料进行统计分析,揭示了48年来中国干旱破纪录事件的强度特征.根据破纪录事件的相关概率理论,提出了适用于任意分布下的计算破纪录事件发生强度和时间的方法,并推导了在高斯分布情况下的破纪录事件强度和时间的理论值计算公式.利用历史资料验证了干旱指数服从高斯分布,并将历史资料中已知的干旱破纪录事件作为初始条件,经理论推导得到下一次干旱破纪录事件的期望值,并与实测数据进行了对比,结果符合观测事实,预估效果较好.在此基础上对中国未来可能发 关键词： 破纪录事件 极端气候事件 干旱指数 预估     

一种确定极端事件阈值的新方法:随机重排去趋势波动分析方法

将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站1961-2006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国1961-2006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近. 关键词： 去趋势波动分析法 替代数据法 极端气候事件 阈值     

基于随机重排去趋势波动分析的极端低温事件研究及其综合指标的建立

将去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis,DFA)和替代数据法相结合,同时引入启发式分割算法和卡方检验,提出了一种确定极端气候事件阈值的新方法,称为随机重排去趋势波动分析(stochastic re-sort detrended fluctuation analysis, S-DFA)方法. 同百分位阈值方法相比,S-DFA方法明确指出了极端事件和非极端事件之间的临界值. 基于中国气象局公布的中国165个国际交换站1961-2006年无缺测的逐日日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析(S-DFA)方法计算并分析了中国极端低温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验. 从可预报性的角度给出了极端低温事件综合指标的定义. 这一综合指标将极端低温事件的发生频次和强度综合起来,且兼顾了不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明了综合指标定义的合理性. 基于极端低温事件综合指标的空间分布规律,将中国1961-2006年间极端低温事件分为四个不同等级的地区. 极端低温综合指标整体表现出下降趋势,在20世纪80年代初期之前综合指标的变化具有两个明显的准10年周期,而在这之后则一直处于下降趋势且大大低于平均值,直到90年代中期以后才再次上升至平均值附近. 关键词： 随机重排去趋势波动分析 极端事件 阈值 综合指标     

基于矩阵理论的全球温度资料的尺度性研究

采用1948—2005年NCEP/NCAR全球温度资料构建温度关联矩阵,研究表明：为了滤除关联“噪声”,采用信度为001的统计检验是比较合适的.对日温度序列做step=5d,10d,…的滑动平均继而构建关联矩阵发现：365—730d可能是温度场时间尺度上的一个转折点;全球平均关联系数C_global的总体变化趋势是随step的增加而增大,但趋势逐渐变缓;相关系数绝对值大于03的正负强关联点对数也随之增加;位于赤道东太平洋海域的正关联中心（区域Ⅰ）（1625°W—775°E,75°N—125°S）和位于北太平洋海域的负关联中心（区域Ⅱ）（1575°W—325°E,275°—475°N ）是值得重点关注的两个区域,二者之间存在较强的负相关;取长度为10 a滑动窗口研究C_global随时间的演变特征发现,C_global在1981—1987a之间发生了明显的跃变,并且这一跃变可能是年代际尺度上的行为;区域Ⅰ和Ⅱ对这一跃变也有清晰的反映,区域Ⅱ的跃变略滞后于区域Ⅰ;与此同时北太平洋海域关联系数的最小值点随时间演变还出现了明显的“位移”. 关键词： 温度场 关联矩阵 时间尺度 跃变     

1—30d尺度温度关联网动力学统计性质研究

利用美国国家环境预报中心再分析资料中的温度资料,从低频和高频振荡等多种尺度构建温度关联网络,并分析其动力学统计性质及转换条件.研究表明：1和30d尺度下温度关联网络分别属于小世界网络和类全局耦合网络.温度关联网络在两种类型之间转化的时间尺度条件为11—12d.1d尺度节点的连边数南北半球呈准对称分布,赤道附近的低纬度地区存在三个连边数较大的区域：热带印度洋海域、赤道东太平洋海域和赤道东大西洋海域.海陆气候子系统的关联性差异导致30d尺度温度关联网络中陆地节点的联边数较少,节点之间的关联性相对海洋要差许多. 关键词： 多尺度 小世界网络 全局耦合网络 关联阈值     

气候变化中高温破纪录事件的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法,分析了南京市1961年—2000年40?a日观测温度资料中的高温破纪录事件的统计规律,并比较了20世纪全球变暖和南京市近40年来区域变暖背景对其统计规律的影响. 理论分析和蒙特卡罗模拟结果均表明：近40年来南京市第ｋ个高温破纪录事件的最概然发生强度与k（k=1,2,3,\:）呈线性增长,而年发生高温破纪录事件的频率随时间t呈1/（t+1）的衰减趋势,且平均温度高的年份,发生高温破纪录事件的概率较大,反之,概率较小. 结果还表明：20世纪的全球变暖速率（ｖ=0.006?℃/a）和南京市区域的变暖速率（ｖ=0.017?℃/a）在短期内还不至于引起高温破纪录事件的发生强度和发生频率有明显变化,但持续变暖最终将会使年发生高温破纪录事件的频率渐渐地收敛于一个常数,近似等于变暖速率的值. 此外,还研究了日温度之间的自相关和方差变化对高温破纪录事件的影响,研究发现异方差和弱的自相关对高温破纪录事件的发生强度和概率的影响基本可以忽略. 关键词： 高温破纪录事件 蒙特卡罗模拟 全球变暖     

基于复杂网络研究中国温度变化的区域特征

为分析中国温度变化复杂性的区域特征,利用中国地区435个台站1961—2002年逐日平均温度序列,分别构建温度波动网络,并计算网络拓扑统计性质,给出全国的空间分布图像.顶点RRD,RDD,DRR,DDR,DdR的顶点度异常高,以这些顶点为代表的温度波动模态发生概率较大,对温度变化的趋势预测有一定的指导意义;根据5种顶点的顶点度在全国435个台站中的排行分布,将它们的主要作用区域依次定义为：全国型、次全国型、东部型、西南混合型及混合型.各 关键词： 气候变化 气候复杂网络 拓扑结构 复杂性     

基于二分图的温度网络拓扑性质研究

利用中国地区435个台站1961—2002年逐日平均温度序列,将温度变化发生在9天时间尺度上的特征编码在网络中,通过研究二分图温度网络(BGT网络)中节点与项目的关系,揭示出9天时间尺度上温度变化的特征及其在空间上的拓扑统计性质.网络中各节点RRRD, RrDD, eeed, DRRD, DDRR等所代表的温度波动模态在网络中异常频发,对9天尺度温度变化的预报有一定的指导意义.统计网络的节点度分布,集群系数等拓扑结构特征量,发现BGT网络服从正态分布特征.BGT网络项目内节点度的多样性大体上 关键词： 二分图温度网络 气候系统 拓扑结构