中国台站冬夏季气温、降水的气候变化特征及其显著性检验
发布时间：2021-11-10 21:23
利用1951—2010年中国160站气温、降水资料,分析中国代表性台站冬季和夏季气温、降水的气候值及气候变率在前后30 a的差异,并对结果使用不同方法进行显著性检验。结果表明,季气温气候平均值的变化总体与全球增暖一致,以升温为主,但夏季在秦岭以南及长江中游地区出现显著局部变冷现象;季气温气候变率的变化相对较小,冬季总体不显著,夏季仅有少数台站显著。降水的气候变化总体不明显,季降水气候值变化的空间分布复杂,冬季南方地区、夏季东部地区总体增加,冬、夏季降水气候变率的变化均不显著。理论检验方法（t检验、F检验）与随机模拟方法（EMC法）的显著性检验结果,对气温的差别较小、对降水的差别较大,这与样本距平序列是否服从正态分布有关。EMC法可在确保样本统计特征不变的情况下,通过多次随机模拟,无需考虑其理论统计分布特征,使检验结果更为可靠。
【文章来源】：大气科学学报. 2020,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
1951—2010年冬季(a)、夏季(b)中国160站降水前、后30 a总量的差值分布(等值线为后30 a均值减去前30 a均值的差值,单位:mm;黄色(绿色)区域表示通过0.05信度的t检验,红色(蓝色)圆点表示通过0.05信度的EMC检验)
表2 1951—2010年中国160站前、后30 a季降水总量和模方发生显著变化的站数Table 2 The number of stations with significant changes in the mean and squared variance of seasonal total precipitation at 160 stations in China between the former and later 30 years from 1951 to 2010 季节 检验方法 总量 模方 x ˉ 2 ? x ˉ 1 x ˉ 1 ? x ˉ 2 重合站 s2?s1 s1?s2 重合站 冬季 t检验或F检验 8 2 7/1 40 12 13/5 EMC法 7 2 13 5 夏季 t检验或F检验 6 10 6/10 13 15 8/1 EMC法 7 11 9 2 注:重合站指的是用两种检验方法得到的显著变化站点中重合的站数,斜线左侧为后30 a显著大于前30 a站数,右侧为后30 a显著小于前30 a站数.对于两种显著性检验方法在降水分析结果显著性检验中的表现,由于季降水总量样本距平序列服从正态分布的站数占比在夏季不足50%,冬季仅为26%(谢瑶瑶等,2011),所以t检验、F检验等理论检验方法并不适用,由表1可以看出,两种方法对季降水总量的检验结果差别不大,但对降水变率的检验结果有明显差异。但如果从重合站统计结果来看,两种方法得到的结果之间差别还是比较明显的,这一点也可以从图3、图4的显著变化站点分布可以看出。
与季气温的气候变化相比,前、后30 a气候变率(模方)的变化要小得多。总体而言,可认为冬季气候变率的变化(图2a)并不显著,通过EMC法检验的台站仅有7个,其中4个变率显著增大,3个变率显著减小(表1),且从图2a可以看出这些台站的分布并不集中。相对而言,通过F检验的台站较多,达到18个(其中变率显著增大台站7个,显著减小台站11个),主要位于青藏高原东南部、新疆南部和内蒙古中部区域。根据相关研究(Livezey and Chen,1983;Lu et al.,2009),当信度为0.05时,通过随机模拟显著性检验方法的站点总数必须大于或等于13时,通过显著性检验的测站所采用的样本母体才可认为是服从正态分布的。这里根据EMC法的检验结果(7站通过显著性检验),冬季气温是不满足正态分布的。此外还可以看出,通过F检验和EMC法检验台站差异较大,统计表明仅有6个台站在两种检验方法下均是显著的(表1),根据1.2节的讨论,这也从另一个侧面印证了上述冬季气温正态分布特征的结论,反过来也说明在这种情况下使用F检验方法得到的结果很可能是不可靠的。结合前面的气候值差异分析结果可以看出,整体而言我国冬季气温平均值增加,但气候变率变化不大。夏季的气温变率相对于冬季整体增大,前、后30 a的差异也更为明显,以变率增大为主,增幅大值区位于东北大部、华北西北部,以及青藏高原地区,呈东北-西南走向,其两侧区域的增幅相对较小(图2b)。与冬季相同,夏季气温的气候变率增幅最大的是西藏拉萨站,模方比r达到了4.08。夏季气温变率差异通过F检验的站数共有38个(占比23.8%),其中32个显著增大,6个显著减小;通过EMC法检验的站数共有20个(占比12.5%),其中18个显著增大,2个显著减小,分别为新疆乌鲁木齐站(模方比为0.22)和贵州兴仁站(模方比为0.42)。结合夏季气温气候值的变化可知,在我国东北、华北区域主要表现为气温平均值增高的同时,还伴随着年际振荡增大,而在秦岭以南及长江中游地区,以及新疆地区,则出现了气温平均值降低,变率减小的情况。表1 1951—2010年中国160站前、后30 a季气温的均值和模方发生显著变化的站数Table 1 The number of stations with significant changes in the mean and squared variance of seasonal temperature at 160 stations in China between the former and later 30 years from 1951 to 2010 季节 检验方法 均值 模方 x ˉ 2 ? x ˉ 1 x ˉ 1 ? x ˉ 2 重合站 s2?s1 s1?s2 重合站 冬季 t检验或F检验 118 0 115/0 7 11 3/3 EMC法 115 0 4 3 夏季 t检验或F检验 75 9 75/9 32 6 18/2 EMC法 76 9 18 2 注:重合站指的是用两种检验方法得到的显著变化站点中重合的站数,斜线左(右)侧为后30 a显著大于(小于)前30 a的站数.
【参考文献】：
期刊论文
[1]新中国成立70年以来的中国大气科学研究:气候与气候变化篇[J]. 黄建平,陈文,温之平,张广俊,李肇新,左志燕,赵庆云. 中国科学:地球科学. 2019(10)
[2]An Overview of Mainland China Temperature Change Research[J]. Guoyu REN,Yihui DING,Guoli TANG. Journal of Meteorological Research. 2017(01)
[3]近百年中国气候变化科学问题的新认识[J]. 丁一汇,王会军. 科学通报. 2016(10)
[4]IPCC第五次评估报告反映的大气和地表的观测变化[J]. 翟盘茂,李蕾. 气候变化研究进展. 2014(01)
[5]Recent Progress in Studies of Climate Change in China[J]. 任国玉,丁一汇,赵宗慈,郑景云,吴统文,唐国利,徐影. Advances in Atmospheric Sciences. 2012(05)
[6]中国气温和降水序列年代际分量的显著性检验[J]. 谢瑶瑶,李丽平,王盘兴,罗小莉. 大气科学学报. 2011(04)
[7]小波功率谱Monte Carlo显著性检验的一个简易方案[J]. 王蕊,王盘兴,吴洪宝,李丽平,陈延聪,刘晴晴. 南京气象学院学报. 2009(01)
[8]1951—2002年全球陆地气温和降水的年代际趋势转折特征[J]. 施晓晖,徐祥德. 自然科学进展. 2008(09)
[9]近54年中国地面气温变化[J]. 任国玉,徐铭志,初子莹,郭军,李庆祥,刘小宁,王颖. 气候与环境研究. 2005(04)
[10]近50年中国地面气候变化基本特征[J]. 任国玉,郭军,徐铭志,初子莹,张莉,邹旭凯,李庆祥,刘小宁. 气象学报. 2005(06)
博士论文
[1]中国夏季降水的气候变率及其可能机制研究[D]. 王遵娅.中国科学院研究生院 2007
本文编号：3487970
【文章来源】：大气科学学报. 2020,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
1951—2010年冬季(a)、夏季(b)中国160站降水前、后30 a总量的差值分布(等值线为后30 a均值减去前30 a均值的差值,单位:mm;黄色(绿色)区域表示通过0.05信度的t检验,红色(蓝色)圆点表示通过0.05信度的EMC检验)
表2 1951—2010年中国160站前、后30 a季降水总量和模方发生显著变化的站数Table 2 The number of stations with significant changes in the mean and squared variance of seasonal total precipitation at 160 stations in China between the former and later 30 years from 1951 to 2010 季节 检验方法 总量 模方 x ˉ 2 ? x ˉ 1 x ˉ 1 ? x ˉ 2 重合站 s2?s1 s1?s2 重合站 冬季 t检验或F检验 8 2 7/1 40 12 13/5 EMC法 7 2 13 5 夏季 t检验或F检验 6 10 6/10 13 15 8/1 EMC法 7 11 9 2 注:重合站指的是用两种检验方法得到的显著变化站点中重合的站数,斜线左侧为后30 a显著大于前30 a站数,右侧为后30 a显著小于前30 a站数.对于两种显著性检验方法在降水分析结果显著性检验中的表现,由于季降水总量样本距平序列服从正态分布的站数占比在夏季不足50%,冬季仅为26%(谢瑶瑶等,2011),所以t检验、F检验等理论检验方法并不适用,由表1可以看出,两种方法对季降水总量的检验结果差别不大,但对降水变率的检验结果有明显差异。但如果从重合站统计结果来看,两种方法得到的结果之间差别还是比较明显的,这一点也可以从图3、图4的显著变化站点分布可以看出。
与季气温的气候变化相比,前、后30 a气候变率(模方)的变化要小得多。总体而言,可认为冬季气候变率的变化(图2a)并不显著,通过EMC法检验的台站仅有7个,其中4个变率显著增大,3个变率显著减小(表1),且从图2a可以看出这些台站的分布并不集中。相对而言,通过F检验的台站较多,达到18个(其中变率显著增大台站7个,显著减小台站11个),主要位于青藏高原东南部、新疆南部和内蒙古中部区域。根据相关研究(Livezey and Chen,1983;Lu et al.,2009),当信度为0.05时,通过随机模拟显著性检验方法的站点总数必须大于或等于13时,通过显著性检验的测站所采用的样本母体才可认为是服从正态分布的。这里根据EMC法的检验结果(7站通过显著性检验),冬季气温是不满足正态分布的。此外还可以看出,通过F检验和EMC法检验台站差异较大,统计表明仅有6个台站在两种检验方法下均是显著的(表1),根据1.2节的讨论,这也从另一个侧面印证了上述冬季气温正态分布特征的结论,反过来也说明在这种情况下使用F检验方法得到的结果很可能是不可靠的。结合前面的气候值差异分析结果可以看出,整体而言我国冬季气温平均值增加,但气候变率变化不大。夏季的气温变率相对于冬季整体增大,前、后30 a的差异也更为明显,以变率增大为主,增幅大值区位于东北大部、华北西北部,以及青藏高原地区,呈东北-西南走向,其两侧区域的增幅相对较小(图2b)。与冬季相同,夏季气温的气候变率增幅最大的是西藏拉萨站,模方比r达到了4.08。夏季气温变率差异通过F检验的站数共有38个(占比23.8%),其中32个显著增大,6个显著减小;通过EMC法检验的站数共有20个(占比12.5%),其中18个显著增大,2个显著减小,分别为新疆乌鲁木齐站(模方比为0.22)和贵州兴仁站(模方比为0.42)。结合夏季气温气候值的变化可知,在我国东北、华北区域主要表现为气温平均值增高的同时,还伴随着年际振荡增大,而在秦岭以南及长江中游地区,以及新疆地区,则出现了气温平均值降低,变率减小的情况。表1 1951—2010年中国160站前、后30 a季气温的均值和模方发生显著变化的站数Table 1 The number of stations with significant changes in the mean and squared variance of seasonal temperature at 160 stations in China between the former and later 30 years from 1951 to 2010 季节 检验方法 均值 模方 x ˉ 2 ? x ˉ 1 x ˉ 1 ? x ˉ 2 重合站 s2?s1 s1?s2 重合站 冬季 t检验或F检验 118 0 115/0 7 11 3/3 EMC法 115 0 4 3 夏季 t检验或F检验 75 9 75/9 32 6 18/2 EMC法 76 9 18 2 注:重合站指的是用两种检验方法得到的显著变化站点中重合的站数,斜线左(右)侧为后30 a显著大于(小于)前30 a的站数.
【参考文献】：
期刊论文
[1]新中国成立70年以来的中国大气科学研究:气候与气候变化篇[J]. 黄建平,陈文,温之平,张广俊,李肇新,左志燕,赵庆云. 中国科学:地球科学. 2019(10)
[2]An Overview of Mainland China Temperature Change Research[J]. Guoyu REN,Yihui DING,Guoli TANG. Journal of Meteorological Research. 2017(01)
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[4]IPCC第五次评估报告反映的大气和地表的观测变化[J]. 翟盘茂,李蕾. 气候变化研究进展. 2014(01)
[5]Recent Progress in Studies of Climate Change in China[J]. 任国玉,丁一汇,赵宗慈,郑景云,吴统文,唐国利,徐影. Advances in Atmospheric Sciences. 2012(05)
[6]中国气温和降水序列年代际分量的显著性检验[J]. 谢瑶瑶,李丽平,王盘兴,罗小莉. 大气科学学报. 2011(04)
[7]小波功率谱Monte Carlo显著性检验的一个简易方案[J]. 王蕊,王盘兴,吴洪宝,李丽平,陈延聪,刘晴晴. 南京气象学院学报. 2009(01)
[8]1951—2002年全球陆地气温和降水的年代际趋势转折特征[J]. 施晓晖,徐祥德. 自然科学进展. 2008(09)
[9]近54年中国地面气温变化[J]. 任国玉,徐铭志,初子莹,郭军,李庆祥,刘小宁,王颖. 气候与环境研究. 2005(04)
[10]近50年中国地面气候变化基本特征[J]. 任国玉,郭军,徐铭志,初子莹,张莉,邹旭凯,李庆祥,刘小宁. 气象学报. 2005(06)
博士论文
[1]中国夏季降水的气候变率及其可能机制研究[D]. 王遵娅.中国科学院研究生院 2007
本文编号：3487970
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3487970.html
