东亚地区城市化对极端气温变化的影响

摘要

无论气候变化的监测和检测，还是气候变化的原因分析，都离不开可靠的长序列气温观测资料。目前，城市化的影响已经成为陆地区域气温观测资料中系统误差的主要来源之一。已有的区域研究表明，气温资料序列在一定程度上受到了城市热岛效应因素的影响，存在系统偏差。因此，分析经济快速发展的东亚地区极端气温序列变化趋势中城市化的影响，已经成为该区域气温变化研究中的关键科学问题。本文进一步分析了东亚地区城市化因素对基于日最高气温（maximum temperature, Tmax)、最低气温（minimum temperature,Tmin)极端气温指数变化趋势的影响。　　东亚地区1951-2011年最低气温、最高气温、平均气温（mean temperature,Tmean)显著增加，在此期间区域平均年Tmin、Tmax、Tmean的趋势分别为0.24℃/10yr、0.19℃/10yr和0.21℃/10yr。年气温日较差（diurnal temperature range,DTR)的趋势出现了显著性减小，其原因是Tmin的上升趋势大于Tmax的上升趋势，从而造成了DTR的减小。东亚地区冷夜日数（Tn10p)、冷昼日数（Tx10p)显著减少，其变化趋势分别为-3.92d/10yr、-1.84d/10yr;暖夜日数（Tn90p)、暖昼日数（Tx90p)显著增多，趋势分别为5.66d/10yr和3.61d/10yr，且四个极端气温指数的变化趋势均通过了0.01水平的显著性检验。　　1951-2011年东亚地区城市化对年平均Tmin、Tmax、Tmean变化趋势的影响显著，分别为0.05℃/10yr、0.04℃/10yr和0.04℃/10yr,并均通过了0.01水平的显著性检验。年平均DTR的城市化影响为-0.02℃/10yr,出现负值的原因是Tmin的城市化影响要大于Tmax的城市化影响。东亚地区年平均Tmin、Tmax、 Tmean和DTR的城市化影响贡献率分别为20.83%、21.05%、19.05%和33.33%。东亚地区年平均Tn10p、Tn90p的城市化影响显著，分别为-1.74d/10yr、 1.33d/10yr,并均通过了0.01水平的显著性检验，其城市化影响贡献率为44.39%和23.50%。年Tx10p、Tx90p城市化影响较小，分别为-0.34d/10yr、-0.13d/10yr, Tx10p的城市化影响贡献率为18.48%。　　怀柔气象站日气温资料均一化订正前，年平均最低、最高气温序列中的城市化影响很弱，分别为-0.004℃/10a和-0.035℃/10a ,订正后城市化影响增加到0.388℃/10a和0.096℃/10a。怀柔站最高、最低气温序列的均一化订正，解决了资料非均一性的问题，但同时也在很大程度上恢复了城市化的影响。　　城市化因素造成1960-2008年北京站霜冻日数、冷夜日数和平均气温日较差显著减少，暖夜日数和平均最低气温显著增加，基于最低气温的极端气温指数序列，城市化影响都通过了0.01显著性水平检验。平均最低气温和平均气温日较差序列中的城市化影响在冬季最大，暖夜日数序列中的城市化影响在夏季最显著。　　城市化使石家庄站1962?2011年平均、最低、最高气温的概率密度分布有向高温方向的趋势，对年最低气温分布的影响非常明显，但对年最高气温分布的影响很小。受城市化影响，石家庄站年最低气温概率密度分布的高温部分增温比低温部分的增温更加明显，使得年最低气温分布形状更加扁平。受城市化影响，石家庄地区基于最低气温的冷夜和暖夜日数等极端气温事件频率变化趋势的城乡差异显著，但基于最高气温的冷昼和暖昼日数等极端气温事件频率变化趋势的城乡差异不明显。

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