英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

近100年中国东部地区地表气温趋势及其相关的大尺度气候变化

P ING ZHAO, PHIL JONES, LIJUAN CAO, ZHONGWEI YAN, SHUYAO ZHA,

YANI ZHU, YU YU, AND GUOLI TANG

摘要

利用19世纪以来华东地区16个工业发展最迅速的城市的连续并均一化的地表气温重建序列，作者检验地表气温的线性趋势。1909-2010年间华东地区平均地表温度呈现出了1.52℃(100yr)^-1的增暖趋势。这主要发生在过去的40年，这与自1951年该地区密集的观测网所获得的另一系列地表气温数据的变化相吻合。这项研究采集了245个地点的人口数据并把它们根据人口大小分成同等大小的五组。在30-60年的不同时间长度上，通过比较这五组数据发现人口差距仅占1951年起地表增暖的9%-24%。为了说明城市化影响的可能性是非常小的，该项研究还确定了一些大尺度气候指数影响所占的比例。大尺度气候异常，如热带印度洋海表温度和西伯利亚大气环流系统等，至少可以解释总变暖趋势的80%。

1.引言

对于评估过去一个世纪全球和区域气候变化，均一化的长期地表气温数据是不可或缺的，建立长期地表气温数据序列吸引了广泛的关注并取得了很大的进步(Jones et al. 1999)。近几十年来构造了许多地表气温数据集并在了长期变化的研究上得到使用(Peterson and Vose 1997; Jones and Moberg 2003; Lawrimore et al. 2011; Jones et al. 2012)。

为了获得中国过去100年间一系列连续的地表气温数据，一些作者早年填入了一系列数据，并对各种仪器观测的温度数据以及文献资料进行了质量评估(e.g., Tang and Lin 1992; Lin et al. 1995; Wang et al. 1998;Yan et al. 2001; Tang and Ren 2005; Tang et al. 2009; Li et al. 2010a)。然而这些重建的数据在上个世纪全国平均地表气温（100年内从0.30摄氏度到1.11摄氏度）的线性趋势上显示出了巨大的偏差(Tang et al. 2009; Li et al. 2010a)。这种扩大可能是由于早前几十年的数据具有更大的不确定性以及发展长期地表气温序列的一些分析方法存在潜在的缺陷。为了减少不确定性，最近通过质量控制、插值和齐次化等方法来重构19世纪华中和华东地区16个观测点长期并均匀的月平均地表气温序列(Cao et al. 2013)。

表1 16个站的站点信息及其起始日期

上个世纪全球和区域气候变暖的检测和归因是气候变化研究中的一个核心问题。一些早期的研究得出的结论是，城市变暖很少对当地气温序列产生影响。然而随着中国工业的快速发展，有论点认为城市化影响可能是当前构造的地表气温序列存在巨大偏差的一个因素。例如，Ren et al. (2008)发现1961–2000年期间，城市变暖对总年平均地表气温变化具有更大的贡献。中国华北地区城市增温的贡献占总变暖的38%，对整个中国的贡献也几乎是同样多。相比之下， Li et al. (2010b) 发现城市化对整个中国的地表气温长期趋势的影响低于10%。

本文使用了最近重构的自19世纪起均一化的月平均地表气温序列，目的是检验1909-2010年间华东地区（这里拥有中国最大的工业建设）地表气温气候变化。同时也对比分析了局部城市化以及诸如大气环流、海表面温度等大尺度气候因素与中国东部地区变暖趋势的关系。

2.数据

我们使用了华东地区16个站点自19世纪起的地表气温月平均仪器观测数据集。该数据集是最近由中国气象局国家气象信息中心开发的(Cao et al. 2013)。其中的一些缺测值用三种方法插入的，分别是：偏最小二乘回归、多元线性回归和梯度逆距离加权法。在检测站点上，第三版本的相对同质性检验技术(Wang and Feng 2010)和可用元数据被应用于均一化检验以及变点序列的调整。同时还使用了国家气象信息中心重建的1951-2010年华东地区到110°E东侧400多站的地表气温数据(Ren et al. 2012)，而且1960年后该区域的站点数超过了435个。为了检验均一性对结果的影响，我们使用了华东地区更密集观测网的均一化地表气温数据(G. L. Tang et al. 2013, unpublished manuscript)。此外，对1871-2010年，我们还使用了经纬度上水平分辨率为2°times;2°的第二版20世纪再分析产品(Compo et al. 2011)；对1870-2011年，使用了分辨率为1°times;1°的从哈德来中心海冰和海表温度得到的全球月海表温度(Rayner et al. 2003)；对1850-2004年，使用了分辨率为5°times;5°的哈德来中心海平面气压分析（第二哈德来中心海平面气压数据集）(Allan and Ansell 2006)。从华东地区2002-2006年间超过300多个县市的人口数据是由中国统计局 (2007a,b) 提供的，且从国家气象信息中心获得。线性相关和复合差异的统计显著性由t检验评估。

图1 (a)相比1971-2000年气候平均的 T₁₃ (黑)、T_East (蓝)和T₂₄₅ (红)异常序列(℃)和(b)1909-2010年间T₁₃的40年滑动趋势的时间序列(℃)

3.华东地区地表气温长期趋势及其与大尺度大气环流和海表温度之间的联系

a.地表气温的变暖趋势

有1900年之前只有4个站的数据，但是在1909年拥有数据的站点的数量迅速增加到12个，直到1916年增加到了所有16个站(表1)，所以目前的研究中使用了1909-2010年段的时间序列，具有102年的时间长度。当我们计算16个站地表气温的平均值时，因为站点距离较近，我们首先计算了北京和天津的平均值以及香港、澳门和广州的平均值，然后通过简单算术平均计算出了13个地表气温异常序列的大尺度平均值，而不是绝对地表气温。我们称这个华东地区区域平均地表气温序列为T₁₃。

图1a表示1909-2010年间T₁₃的时间序列。从这张图可以看出，60年代末之前T₁₃一般波动在-1℃和0℃之间，较小的值出现在40年代，较大的值出现在1960年左右，然后呈现一个增大的趋势。图1b表示1909-2010年间40年连续T₁₃的线性趋势，在这张图里横坐标中的数字1代表1909-1948年间T₁₃的趋势，2代表1910-49年间的趋势...一直到63代表1971-2010年间的趋势。一般而言，这些40年线性趋势在20世纪上半段是比较弱的，从1909-48年间的1.78 ℃(100yr)ˉ¹到1919-58年间的-0.53 ℃(100yr)ˉ¹表现出了一个减小的趋势，然后一直到1941-80年为止在零附近变化。T₁₃项在1909-70年间有0.7℃(100yr)ˉ的较弱变暖趋势。后来自60年代末以后线性趋势开始增加并且在1969-2008年间以4.89℃(100yr)ˉ¹的最大趋势达到了超过4℃(100yr)ˉ¹的峰值。很明显，这种变暖主要发生在过去40年，对于它，线性趋势在1951-2010年间是2.89℃(100yr)ˉ¹，在1961-2010年间是3.38℃(100yr)ˉ¹，在1971-2010年间是4.24℃(100yr)ˉ¹，1909-2010年间1.52℃(100yr)ˉ¹的线性变暖趋势加剧了整个研究期间T₁₃的变暖趋势。

自70年代末，中国经历了快速的工业增长，中国东部是增长最大的地区。这种快速发展有可能加快当地城市化的进程。因为在这项研究中使用的16个站是位于中国东部大城市，也许有人会认为T₁₃的线性趋势可能受到这种城市化发展的影响。因此我们比较T₁₃线性趋势和中国东部一个区域年平均地表气温的线性趋势，它使用了来自110°E以东1951-2010年间超过400多个站的非均匀和均匀的地表气温数据(称为T_East)。因为这期间中国东部这些站的分布密集且相对均匀，T_East时间序列用地表气温异常(相对于1971-2000的气候平均)的算术平均来计算，。

T_East异常(相比于它的气候平均)的变率接近于T₁₃的变率(图1a)，其中1951-2010年间T₁₃和T_East之间的相关系数为0.99(年平均的)。如此高的相关系数表明T₁₃很好的代表中国东部区域地表气温变化。我们的分析表明T_East的线性趋势对于1951-2010期间是2.44℃(100yr)ˉ¹，对于1961-2010期间是2.44℃(100yr) ¹，1971-2010期间是3.80℃(100yr)ˉ¹。对于1951-2010、1961-2010和1971-2010，均一化T_East的线性趋势分别为2.53℃、2.94℃和3.90℃(100yr)ˉ¹。对于这三个时段，非均一和均一化的T_East序列在线性趋势上只有1.7%~3.7%的差异，这表明均一化对中国东部地表气温线性趋势的影响是很小的。与大城市地表气温线性趋势相比(由T₁₃表明)，在这三个时间段T_East均一化序列表现出8%-13%的较低变暖趋势。因此在接下来的部分，我们首先评估的是局地城市化对过去几十年中国东部变暖趋势的贡献。

b.城市化可能产生的影响

城市化对地表气温的影响与城市规模有关系，几十年来的人口变化可以用来表明城市规模上的变化和城市化的影响(Peterson and Vose 1997; Peterso

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[25135]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word