中国气温与全球气温变化的关系

中国气温与全球气温变化的关系 1998年9月 Sep. 1998 Jo u rn a l o f N an jin g In st itu te o f M e teo ro lo gy 0中国气温与全球气温变化的关系 刘宣飞 朱乾根 ( )南京气象学院气象学系, 南京 210044 摘 要 利用1951, 1989年全球格点及中国160站逐月气温资料, 分析了中国气温场 与全球温度场变化的关系及其相应的环流异常。指出: 年平均气温显著增暖的中国东 北、新疆北部, 属中心位于欧亚大陆中北部增暖区的一部分, 而中国西南地区的变冷 则是局地现象。年平均气温变化的时空特征主要由冬季气温的贡献所致。与中国冬季 气温的增暖相对应, 欧亚大陆和北美大陆也增暖, 北太平洋和北大西洋地区则变冷, 这种变化可从欧亚大陆纬向型环流加强和北美大陆经向型环流加强得到解释。长江 中下游和南亚地区夏季气温的变化呈反相趋势: 长江中下游地区为降温趋势, 南亚地 区则为增温趋势。 关键词 中国气温变化, 全球气温变化, EO F 分解 分类号434. 2P 〔1〕全球气温变化是当前科学界乃至整个社会都十分关注的热点问题。计算了北半球 Jo n e s ()1967, 1986年的年平均气温变化趋势, 发现最大增温区主要在俄罗斯 特别是西伯利亚西部、 ( ) 阿拉斯加、加拿大西北部和欧洲西南部等地, 政府间气候变化专门委员会 在1990年的 IPCC 〔2〕科学评估报告中也指出: 1980, 1989年间, 全球气温线性趋势增温率为0. 5 ?10。 /a关于中 〔3〕国的气温变化已有较多的研究。林学椿等指出我国1951, 1989年的年平均气温 呈上升趋势, 最大增温在东北和华北地区, 长江流域及西南地区的年平均气温不但没有上升反〔4〕o而下降。陈隆勋等认为, 建国以来, 我国35以北地区的年平均气温是变暖的, 越往北变暖 N o越明显, 而35以南和南岭以北地区是变冷区。因此, 中国气温与全球气温变化在具体的变化 N 〔5〕过程和幅度上存在差异。 〔6〕关于中国气温与全球气温变化的关系, 章名立等指出东北地区夏季气温的异常不是局 〔7〕地的和暂时的现象, 它是全球气候异常的反映。莫振光、屠其璞研究了我国气温对北半球增 暖的响应, 指出除青藏高原以外的大部分地区, 在北半球平均气温升高时, 年平均气温距平响 应平均取正值。但将中国气温与全球气温变化作为两个要素场来讨论它们之间的关系的工作 还比较少。本文目的就是要对中国气温与全球温度变化的关系作进一步的研究。 0 国家自然科学基金资助项目49735017 收稿日期: 1997210204; 改回日期: 1998201204 第一作者简介: 刘宣飞, 男, 1965年9月生, 博士, 工程师 1 资料和方法 o o 本文采用了中国气象科学研究院整理的全球格点气温月距平资料, 格点距为5×5, 范围 oooo为87. 5, 87. 5。由于高纬地区缺测较多, 我们取其中67. 5, 42. 5纬带作为分析区域, NSNS o o 并进行经纬度格点的跳点读数, 以突出大尺度的温度变化信号, 即分析该区域内10×10格点 上的资料。若某一格点资料的缺测次数在10次以内, 则用该格点周围8点的平均记录进行插补, 否则, 该格点资料视为缺测。经这样处理后, 分析区域内的资料覆盖率达69 % , 且在陆地和海 洋上的分布都有较好的代表性, 基本能满足本文分析全球气温场变化的需要。中国气温场为 ()( ) 160 个测站的月平均资料。将上述月资料整理为夏季 6, 8月、冬季 12, 2月和年平均资料。 上述两种资料的分析时段均为1951, 1989年。 为了突出中国气温变化的细节特征, 更好地揭示中国气温与全球气温场变化之间的关系,将全球气温与中国气温的标准化资料放在一起进行 分解。其中中国区域为160个站点, 全 EO F 球为296个格点。 2 年平均气温的空间特征和时间变化 图1给出了中国160站年平均气温和全球年平均气温资料场联合 分析第一模态的空 EO F 间场分布及时间系数演变。第一模态的方差占总方差的22. 6 % , 是反映中国和全球年平均气 () 温场变化关系的最主要模态。从中国年平均气温场的分布 图1可以看出: 我国西南局部地区 a 为负值区, 其余地区均为正值区, 且从西南往东北方向数值增加, 东北、内蒙和新疆北部地区各 ( ) 有一个正值中心。全球年平均气温的空间场 图1的显著特征是大多数格点为正值, 其中较 b 强的正值区位于欧亚大陆中北部、北美大陆和印度洋- 澳大利亚, 而在北太平洋、西南太平洋 和北大西洋地区则为负值区。将图1和图1比较可以看出, 中国的正值区属于中心位于欧亚 a b 大陆中北部的正值区的一个部份, 而中国西南地区的负值区则是中国特有的局地特征。 ( ) 的时间系数 图1具有显著的年际变化, 为消除短周期振荡的影响, 对 - 1- 1 EO F cEO F ()时间系数进行了5年滑动平均 图1中的虚线。可以看出 时间系数总体上呈波动式上 - 1c EO F 升的变化, 大体上可分为四个阶段: 他们分别依次为1951, 1959年, 1960, 1963年, 1964, 1973 年和1973, 1989年。在这四个阶段, 时间系数经历了负?正?负?正的变化。在第一、三阶段, 中国和全球气温场的分布和图1、相反, 即全球大部分地区特别是北半球大陆的气温偏低, ab 同时, 中国除西南地区的气温偏高外, 其余大部分地区气温也偏低, 典型年份有1956、1969年; 在第二、四阶段, 中国和全球气温场的分布和图1、相似, 典型年份为1975、1983、1989年。尤 ab () 其是在最近的一个年代际阶段 即第四阶段时间系数为正, 对80年代以来的全 - 1EO F 球增温有重要贡献。 值得注意的是: 太平洋地区的温度变化空间型与 时的 分布型非常相似, 赤 EN SO SSTA 〔8〕() ( ) 道东太平洋地区为正 负值分布, 而北太平洋和西南太平洋地区为负 正值区。黄荣辉将这 种现象称为年代际 现象。由此推测, 中国年平均气温的年代际变化可能与年代际的 EN SO 现象有关, 这是一个值得深入研究的问题。EN SO 3 冬、夏季气温的时空特征及与大气环流变化的关系 3. 1 冬季 () 冬季气温场的 的方差占总方差的23. 5% 。中国气温场 图2的特征跟年平均气- 1EO F a 图1 年平均气温场的 EO F - 1空间模和时间系数 中国气温场; . 全球气温场; . 时间系数. abc (, 中数值已乘上100, 阴影区为负值区; 中等值线间隔为2;ab a )中空白格点处资料缺; 中虚线为时间系数的5年滑动平均b c . 1 - 1 F igE igenvec to r p a t te rn s and t im e co eff ic ien t o f EO F fo r annua l tem p e ra tu re . ; . ; . aE igenvec to r p a t te rn o ve r C h inabE igenvce to r p a t te rn o ve r th e w ho le w o r ldcT im e co eff ic ien t s ( () ( ) 100, ;th e va lue s in aand ba re m u lt ip lied by and th e sh aded a rea s de linea te nega t ive va lue s () )522th e da sh line in cde linea te s y rrunn ing m ean o f th e t im e co eff ic ien t () 温场的空间分布 图1相似, 只是西南地区的负值区略有减小。全球冬季气温的空间分布特征 a ( ) 图2与年平均的空间分布特征也相似, 但在北太平洋地区和西南太平洋地区的负值区有所 b ( ) 收缩。冬季气温场 的时间系数变化 图2与年平均的时间系数变化也基本相同。可- 1EO F c 时空分布相似。 1见, 冬季气温场的 EO F - 1时空分布特征与年平均气温场的 EO F - 下面讨论与上述 EO F - 1模态相对应的冬季大气环流异常情况。图3a、b 为 EO F - 1时间 () () 系数分别与500 高度场 500和海平面气压 场的同时相关。时间系数、500 高h P a H SL P h P a 图2 冬季气温场的 EO F - 1空间模和时间系数 中国气温场; . 全球气温场; . 时间系数. abc (, 中数值已乘上100, 阴影区为负值区; 中等值线间隔为2;ab a )b 中空白格点处资料缺; c 中虚线为时间系数的5年滑动平均 . 2 - 1 F igE igenvec to r p a t te rn s and t im e co eff ic ien t o f EO F fo r w in te r tem p e ra tu re . ; . ; . aE igenvec to r p a t te rn o ve r C h inabE igenvce to r p a t te rn o ve r th e w ho le w o r ldcT im e co eff ic ien t s ( () ( ) 100, ;th e va lue s in aand ba re m u lt ip lied by and th e sh aded a rea s de linea te nega t ive va lue s () ) 522度和海平面气压资料均经5年滑动平均th e da sh line in cde linea te s y rrunn ing m ean o f th e t im e co eff ic ien to( ( ) 处理。由图3可见: 1在欧亚大陆为一明显的偶极型 分 布, 其中的负相关中心位于 60, a E ooo( ) ) 70附近, 中心数值为- 0. 6, 正相关中心在 100附近, 中心数值为0. 8。等, 50 N E N Y a su n a r i 〔9〕(将其称为 型。这说明当冬季气温的 时间 系数为正值时 对应中国大部份地区- 1A N A EO F ) 偏暖, 中国北部和蒙古地区的500 高度为正距平, 其 北侧至极地则为大范围的负距平控h P a o制, 因此, 沿60纬带的西风将加强, 欧亚的纬向型环流 N 加强, 冷空气不易南下。这种 环 流 形 势 对 应 着 欧 亚 大 陆 和 中 国 大 部 分 地 区 冬 季 气 温 偏 暖; () () 图3 冬季气温场 时间系数与 和 的同时相关 - 1500 EO F H aSL P b ( )时间系数、和 资料均经5年滑动平均, 阴影区为负值区, 中等值线间隔为0. 2, 中为0. 1500H SL P a b . 3 - 1 F igS im u ltaneo u s co r re la t io n co eff ic ien t s o f th e EO F t im e co eff ic ien t o f D J F tem p e ra tu re w ith ( . 500. - 1 , 500 ath e h P a h e igh t and bSL P EO F t im e co eff ic ien tH and SL P da ta a re a ll t rea ted () () )522, , 0. 2 0. 1 by y rrunn ing m eanth e sh aded a rea s deno te nega t ive va lue sco n to u r in te rva l is in aand in b ( ) 2在北太平洋和北大西洋地区分别有- 0. 6和- 0. 5的负相关中心, 在北美大陆则有0. 6的正 相关中心, 即北美大陆的环流异常与欧亚大陆相反, 表现为经向型环流加强。上述分布形势可 ()解释北太平洋和北大西洋地区的降温趋势以及北美大陆的增暖趋势 图2。b 比较图3和图3发现, 两者在北太平洋和北大西洋地区具有相似的分布特征, 即这些地 a b 〔10〕区的大气环流异常具有上下层一致的相当正压结构, 与 的结论是一致的; 而在欧亚大N it ta 陆则为上下层相反的斜压结构。另外, 在欧亚大陆中北部为大片的负相关区, 负相关中心位于 〔11〕西伯利亚中部, 这说明中国冬季气温偏暖与西伯利亚高压的减弱有关。郭其蕴研究指出, 西 伯利亚高压在60年代最强, 80年代最弱, 其变化趋势与我们这里的结论是一致的。 3. 2 夏季 夏季气温场的收敛较慢, - 1的方差仅占总方差的14. 6% , 说明影响夏季气温的因子 EO F 较冬季复杂。图4给出了夏季气温场的 结果。图中反映的夏季气温 的时空变化- 1- 1EO F EO F 时空分布特征与年 1特征与年平均气温 EO F - 1的时空特征有较大差异。冬季气温场的 EO F - 1时空分布相似, 可以得出: 年平均气温场的时空特征主要由冬季气温决 平均气温场的 EO F - 定。 (() ) 由图4可见: 1中国夏季气温场的分布 图4主要表现为以长江中下游地区为中心的正 a (() ) 值分布; 2全球气温场 图4从北太平洋往西经日本至长江中下游的广大地区均为正值区,b () 其中以长江中下游地区的正值最为明显; 3南亚地区为负值分布, 即南亚地区的夏季气温变 (() ) 时间系数由正值 化 与长江中下游地区相反; 4- 1的时间系数 图4呈下降趋势变化, EO F c 为主转变为以负值为主的时间大约在70年代初。 为了证实长江中下游和南亚地区的夏季气 温为反相变化, 我们作了长江中下游地区平均 oooo(() ( ) ) 和南亚地区 40, 110, 20平均的夏季气温 5年滑动平均年际变化曲线 图5。发现, 0E N 的 1长江中下游地区的降温趋势和南亚地区的增温趋势确实存在, 这也反过来说明了 EO F - 确反映了中国和全球气温变化的主要信息。 图4 空间模和时间系数 1夏季气温场的 EO F - a. 中国气温场; b. 全球气温场; c. 时间系数 (a, b 中数值已乘上100, 阴影区为负值区; a 中等值线间隔为2; )中空白格点处资料缺; 中虚线为时间系数的5年滑动平均b c . 4 - 1 F igE igenvec to r p a t te rn s and t im e co eff ic ien t o f EO F fo r summ e r tem p e ra tu re . ; . ; . aE igenvec to r p a t te rn o ve r C h inabE igenvce to r p a t te rn o ve r th e w ho le w o r ldcT im e co eff ic ien t s ( () ( ) 100, ;th e va lue s in aand ba re m u lt ip lied by and th e sh aded a rea s de linea te nega t ive va lue s () )522th e da sh line in cde linea te s y rrunn ing m ean o f th e t im e co eff ic ien t 长江中下游和南亚地区的气温呈反相变化是个有意思的现象。众所周知, 亚洲为典型的季 风区, 一般而言其夏季气温的高低与夏季风降水的多寡密切相关, 一般多雨则气温偏低。因此, 我们推测长江中下游地区的夏季降水也与南亚地区的夏季风降水呈反相变化, 即长江中下游 地区的降水呈增多趋势, 而南亚地区的季风雨呈减少趋势。这个问题有待于今后用降水资料来 证实。 ( ) 图5 1951, 1989年夏季气温 5年滑动平均的年际变化曲线 oooo( )) ( 长江中下游地区; . 南亚地区 40, 110, 20图中直线表示线性变化趋势. , 0abE N . 5 1951 1959 . ;F igIn te rannua l va r ia t io n cu rve s fo r JJA tem p e ra tu re f rom to o ve r aC h ang jiang R ive r B a sin oooo( ) ( ). 40, 110, 20, 0bSo u th A sia E N th e st ra igh t line s deno te linea r t rend s 4 结论 通过以上分析, 得到以下初步结论: ( ) 1近40年, 随着全球平均增温, 中国气温也在变暖。年平均气温增暖明显的东北、新疆北 部地区, 若从全球大背景来看, 它与欧亚大陆中北部的广大增暖区是连成一片的, 而西南地区 的降温趋势则是局地现象。 () 2年平均气温的时空特征与冬季气温相似, 而与夏季有较大差异, 因此, 年平均气温场的 时空特征主要由冬季气温决定。 ( ) 3与中国冬季气温的增温变化相对应, 欧亚和北美大陆也为增温变化, 北太平洋和北大西洋则在变冷。欧亚大陆纬向型环流的加强和北美大陆的经向型环流的加强是造成北半球冬 季气温上述变化的主要原因。 () 4长江中下游和南亚地区的夏季气温具有相反变化的趋势, 即长江中下游地区表现为降 温趋势, 而南亚地区则为增温趋势。 参 考 文 献 1 Jo ne s P D. H em isp h e r ic su rface a ir tem p e ra tu re va r ia t io n s: recen t t rend s and up da te to 1987. Jo u rna l o f C lim a te , 1988, 1 ( ) 6: 654, 660 . 1990 , , WM O &U N E P In te rgo ve rnm en t p ane l o n c lim a te ch angec lim a te ch angeT h e IPCC Sc ien t if ic A sse ssm en tN ew 2 : , 1990Yo rk C am b r idge U n ive r sity P re ss ( ) 林学椿, 于淑秋. 近40年我国气候趋势. 气象, 1990, 16 10: 16, 21 3 ( ) 陈隆勋, 邵永宁, 张清芬. 近40年我国气候变化的初步分析. 应用气象学报, 1991, 2 2: 164, 174 4 ( ) 丁一汇, 戴小苏. 中国近百年来的温度变化. 气象, 1994, 20 12: 19, 26 5 ( ) 章名立, 符淙斌, 王铭如, 等. 七十年代全球地面气温的初步研究 三—我国东北冷、暖夏年全球温度场的分布. 大气科 6 ( ) 学, 1983, 7 1: 23, 32 莫振光, 屠其璞. 我国气温变化对北半球增暖的响应. 见: 曹鸿兴等主编. 我国短期气候变化及成因研究. 北京: 气象出版 7 社, 1996111, 17 黄荣辉, 梁幼林, 宋连春. 近40年我国夏季旱涝变化及其成因初探. 见: 李崇银主编. 气候变化若干问题研究. 北京: 科学出 版社, 1992, 14, 29 8 , . . Ya suna r i T Sek i YRo le o f th e A sian m o n soo n o n th e in te rannua l va r iab ility o f th e g lo ba l c lim a te sy stemJ M e teo r So c ( ) , 1992, 70 1: 177, 189J ap anB 9 10 , . N it ta T Yam ada SR ecen t w a rm ing o f th e t rop ica l sea su rface tem p e ra tu re and it s re la t io n sh ip to th e N o r th e rn H em i2 ( ) , 383. , 1989, 67 3: 375sp h e re c ircu la t io nJ M e teo r So c J ap an ( ) 11 郭其蕴. 东亚冬季风的变化与中国气温异常的关系. 应用气象学报, 1994, 5 2: 218, 225 L INKA GE BETW EEN TEM PERA TURE CHA NGES O F CH INA A ND THE W HOL E W O RLD L iu X u an fe i Zh u Q ian gen (), , 210044 D ep a r tm en t o f M e teo ro lo gyN MI N an jing A bstra c t T h e re la t io n sh ip b e tw een tem p e ra tu re ch an ge s o f C h in a an d th e w ho le w o r ld is re2 160 vea led b y u sin g th e tem p e ra tu re da ta o n th e g lo b a l g r id s an d o ve r C h in e se sta t io n s f rom 1951 1989. , to A f te r com b in in g th e da ta o n th e g lo b a l g r id s w ith th a t o ve r C h in ath e EO F is .app lied to th is u n ited da ta se t , It’ s fo u n d th a t N o r th C h in a w h e re th e an n u a l tem p e ra tu re w a rm in g t ren d is c lea rif , 2 loo k ed f rom th e g lo b a l b ack g ro u n dis a p a r t o f th e w a rm in g reg io n cen te red o ve r cen te r 2, no r th E u ra siaw h e rea s th e dec rea sin g t ren d o f tem p e ra tu re in so u th w e st C h in a is a lo ca l .p h enom eno n 2T h e sp acet im e st ru c tu re o f an n u a l tem p e ra tu re va r ia t io n is m o st ly du e to w in te r tem 2 . p e ra tu re anom a lie sT h e w a rm in g t ren d o f w in te r o ve r m o st p a r t o f C h in a is accom p an ied () (w ith th e w a rm in g coo lin g t ren d o ve r E u ra sia an d N o r th A m e r ica N o r th P ac if ic an d N o r th ) () , A t lan t ic w h ich is a t t r ib u ted to th e st ren g th en in g o f zo n a l m e r id io n a lc ircu la t io n o ve r (). E u ra sia N o r th A m e r icaT h e t ren d o f summ e r tem p e ra tu re o ve r th e C h an g jian g R ive r B a sin : is oppo site to th a t o ve r So u th A siath e summ e r tem p e ra tu re is dec rea sin g o ve r th e .C h an g jian g R ive r B a sin an d in c rea sin g o ve r So u th A sia Keyword s tem p e ra tu re ch an ge in C h in a, g lo b a l tem p e ra tu re ch an ge, EO F