地理科学进展 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (4): 600-611.doi: 10.18306/dlkxjz.2019.04.012
温康民1(), 任国玉1,2,*(
), 李娇3, 任玉玉2, 孙秀宝4, 周雅清1,5, 张爱英6
收稿日期:
2018-05-10
修回日期:
2018-12-20
出版日期:
2019-04-28
发布日期:
2019-04-28
通讯作者:
任国玉
作者简介:
第一作者简介:温康民(1992— ),男,江西赣州人,博士生,研究方向为气候变化。E-mail:
基金资助:
Kangmin WEN1(), Guoyu REN1,2,*(
), Jiao LI3, Yuyu REN2, Xiubao SUN4, Yaqing ZHOU1,5, Aiying ZHANG6
Received:
2018-05-10
Revised:
2018-12-20
Online:
2019-04-28
Published:
2019-04-28
Contact:
Guoyu REN
Supported by:
摘要:
城市化偏差是中国地面气温观测记录中最大的系统性偏差,订正该偏差可为大尺度气候变化监测和研究提供准确的基础资料。论文介绍了用于单站地面月平均气温序列城市化偏差订正的一个方法,并利用该方法订正了685个国家基本/基准站1961—2015年地面年及月平均气温序列中的城市化偏差。采取自东往西迭代订正的方法,即从东往西逐经度订正,订正完的目标站也可作为参考站。首先,规定目标站的参考站在300 km范围内,并利用2站的去线性趋势年均气温的相关系数作为标准,规定相关系数最大且通过信度水平为0.005显著性检验的4个候选参考站作为该目标站的参考站;然后,对各个参考站年均气温与其对应目标站年均气温求相关,并以其平方为权重计算各参考站月和年均气温的平均值序列,即为各目标站年和月平均地面气温参考序列;其次,利用目标站气温序列趋势及其参考序列趋势之差作为总的订正值,订正目标站气温序列中包含的城市化偏差。较大的城市化偏差出现在华北地区、华中部分地区、东北北部、西南及西部部分地区,介于0.1~0.3 ℃/10 a;在中国西北部分地区、西藏西部及南部、东北南部、华南沿海、华东及华中个别站存在负偏差;对整个中国而言,相对城市化偏差为19.6%。以北京、武汉、银川、深圳作为华北、华中、西北和华南地区的大城市代表站,发现其在过去55 a的相对城市化偏差分别为67.0%、75.4%、32.7%和50.3%,与前人针对单站评估城市化影响的结果基本一致,说明论文的订正方法较为合理。论文介绍的城市化偏差订正方法,可用于订正中国等快速城市化地区地面气温观测资料的系统偏差,订正后的气温数据在很大程度上消除了城市化因素引起的不确定性。
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表1
中国及区域地面气温中城市化偏差的评价"
文献 | 地区 | 时段 | 数据集 | 结果 |
---|---|---|---|---|
赵宗慈(1991) | 中国 | 1951—1989年 | 160站月平均气温 | 大城市和次大城市39 a平均增暖约0.27 ℃和0.45 ℃,次小城市和小城市变暖约0.12 ℃和0.04 ℃ |
Portman(1993) | 华北地区 | 1954—1983年 | 60站气候要素和205站气温和降水数据集 | 21个城市站年平均气温城市化偏差为0.19 ℃/30 a,其中7个大城市站为0.26 ℃/30 a,14个小城市站为0.15 ℃/30 a |
Zhou等(2004) | 中国东南部 | 1979—1998年 | 671站月平均最高和最低气温,NCEP R-2再分析数据 | 年平均温度的城市化偏差为0.05 ℃/10 a |
初子莹等(2005) | 北京地区 | 1961—2000年 | 北京地区20站月平均温度 | 国家基本、基准站城市化偏差为0.16 ℃/10 a,城市化贡献率为71.0% |
张爱英等(2005) | 山东省 | 1963—2002年 | 山东省88个国家基本/基准站及一般站月平均气温 | 国家基本/基准站和城市站年平均气温的城市化影响贡献率分别为27.2%和21.7% |
周雅清等(2005) | 华北地区 | 1961—2000年 | 华北地区282站月平均气温 | 国家基本、基准站相对城市化偏差为37.9% |
陈正洪等(2005) | 湖北省 | 1961—2000年 | 湖北省71站逐月地表平均、最高、最低气温 | 年平均气温相对城市化偏差武汉为64.5%,全省城市代表站可达75.0%以上,全省基本和基准站可达60.0%以上 |
白虎志等(2006) | 甘肃省 | 1961—2002年 | 甘肃省38站月平均、平均最高、平均最低气温 | 基本/基准站和城市站年平均温度的城市化贡献率分别为18.5%、37.6% |
唐国利等(2008) | 西南地区 | 1961—2004年 | 西南地区322站月平均气温 | 相对城市化偏差大中城市站和国家站分别为57.6%和45.3%,小城市为19.9% |
张爱英等(2010) | 中国 | 1961—2004年 | 2300站均一化月平均气温 | 国家基本、基准站地面年平均气温中相对城市化偏差为27.3% |
Yang等(2011) | 中国东部 | 1981—2007年 | 463站月平均气温和NCEP/NCAR再分析气温 | 中国东部相对城市化偏差为24.2% |
Ren等(2011) | 中国 | 1961—2004年 | 672国家基本/基准站均一化月气温 | 国家基本/基准站年平均温度中的城市化影响偏差为0.06 ℃/10 a,城市化影响贡献率为23.0% |
Yang等(2013) | 安徽省 | 1970—2008年 | 安徽52站月平均、平均最高、平均最低气温 | 年平均、年最高、年最低气温的城市化贡献率分别为35.82%、14.29%和45.16% |
Wu等(2013) | 中国东部 | 1979—2008年 | 中国东部312站均一化日平均气温 | 长三角地区夏季相对城市化偏差为36.0%~68.0%,京津冀地区冬季相对城市化偏差为12.0%~24.0% |
He等(2013) | 河北省 | 1978—2008年 | 京津冀地区69站月平均气温 | 相对城市化偏差为44.1% |
Li等(2013) | 中国 | 1979—2010年 | 752站月气温和NCEP/NCAR再分析月平均气温 | 核心大城市和边缘型小城市的增暖速率分别为0.22 ℃/10 a和0.12 ℃/10 a |
Ren等(2015) | 中国 | 1961—2004年 | 825基本/基准站均一化月气温 | 国家基本/基准站年平均温度中的城市化影响为0.074 ℃/10 a,城市化贡献率为24.9% |
Wang等(2015) | 中国 | 1951—2010年 | 728基本/基准站均一化月气温 | 在站点水平上,强城市化站点和中度城市化影响站点的城市化影响贡献率分别为24%和21% |
Sun等(2016) | 中国 | 1961—2013年 | 2419站均一化月气温和CMIP56气候模式月平均气温 | 相对城市化偏差为33.3% |
Wang等(2017) | 中国东部 | 1980—2009年 | 753站均一化日气温和ERA-中期再分析数据 | 中国东部日平均及最低气温中相对城市化偏差分别为4.0%、9.0% |
表4
代表性城市站城市化偏差订正前和订正后的统计量及城市化影响的表征指标"
站名 | 站号 | 气温趋势/(℃/10 a) | 均值/℃ | 方差/℃ | 城市化偏差 /(℃/10 a) | 相对城市化 偏差/% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
订正前 | 订正后 | 订正前 | 订正后 | 订正前 | 订正后 | ||||||
北京 | 54511 | 0.442** | 0.146 | 12.413 | 13.220 | 0.838 | 0.385 | 0.296** | 67.0 | ||
武汉 | 57494 | 0.435** | 0.107** | 15.545 | 16.423 | 0.689 | 0.234 | 0.328** | 75.4 | ||
银川 | 53614 | 0.453** | 0.305** | 9.247 | 9.637 | 0.780 | 0.493 | 0.148** | 32.7 | ||
深圳 | 59493 | 0.332** | 0.165** | 22.665 | 23.128 | 0.45 | 0.236 | 0.167** | 50.3 |
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