近40年青藏高原地区的气候变化__省略_温及降水再分析和实测资料对比分析_李川

文章编号:1000-0534(2004)增-0097-07
收稿日期:2004-07-27;改回日期:2004-10-20 基金项目:中国气象局成都高原气象研究所开放实验室基金课题;四川省气象局重点课题“全球气候变暖对青藏高原及邻近地区气候影
响”;国家自然科学基金项目(40475045);四川省“十五”重大科技攻关项目专题“气候变化对九寨—黄龙核心景区水循环的作用”;四川省气象局重大项目“数值集合预报技术研究”共同资助
作者简介:李川(1965—),男,贵州贵阳人,硕士,副研究员,主要从事气候变化及数值预报研究.E -mail :l ic _sc @ ①李集明,王国复,邓莉图等.国外大气科学领域数据中心发展概况.http ://cdc.cm /text /1.doc
近40年青藏高原地区的气候变化
———N CEP 和ECM WF 地面气温及降水再分析和实测资料对比分析
李　川1
,　张廷军
1,2
,　陈　静
1
(1.中国气象局成都高原气象研究所,四川成都　610072, 2.美国科罗拉多大学国家冰雪数据中心)
摘　要:为了分析青藏高原地区的地面气候变化,利用我国高原地区的地面测站逐日平均气温和降水资料、N CEP (美国环境预报中心)、ECM WF (欧洲中期数值预报中心)的再分析值地面气温及降水量资料,对比分析了青藏高原的气候变化。

分析发现,40年来所选地面代表测站气温变暖现象较明显(南部的帕里除外),特别是青藏高原北部的茫崖气温增暖非常显著,而40年再分析资料在青藏高原地区没有显示明显的气温变暖,没有大的地域差别,而再分析气温资料在华北平原地区却能显示出较明显的气温变暖,再分析气温资料尤其是NCEP 地面气温资料在青藏高原上明显偏低。

ECM WF 再分析地面降水资料的年际变化显示,近40年来,青藏高原降水没有明显的变干或变湿趋势,但近十几年属于有资料以来较湿的时段。

地面测站年降水观测值不像气温观测值那样有明显的变化趋势。

关键词:N CEP 和ECM WF 再分析值资料;地面气温和降水资料;气候变化中图分类号:P463.1
文献标识码:A
1　引言
全球气候变暖已是公认的事实,世界上很多国家和地区都相继开展在全球气候变化背景下的区域环境演变,试图弄清自己国家和地区所受到的影
响。

我国许多气象工作者都对青藏高原气候及其变化进行过研究[1～7],并对青藏高原地区进行了第一次气象科学试验(1979年5～8月)和第二次青藏高原大气科学试验(TIPEX ,1998年5～8月)。

已有的研究结果表明,青藏高原及邻近地区是世界气候变化的敏感区和脆弱区之一,在全球气候变暖趋势下,青藏高原气候也具有干暖化的变化趋势。

刘晓东等[5]通过对青藏高原及其邻近地区30年气候资料的分析发现,在同一高度,从春、夏到秋、冬,增温率是逐渐增加的;在同一季节,增温率基本上是随着海拔高度上升而增大。

但气候变暖是一个很复杂的科学问题,在空间和时间分布上具有非均匀性,具体到青藏高原及其邻近地区则尤为复杂。

已有的研究多数是以地面实测资料为基础,在
青藏高原这样世界最高海拔地区,地面观测资料确
实十分稀少,卫星遥感反演及同化资料对上述问题的研究将是非常重要的一个方向。

NCEP /NCAR 及ECM WF 的再分析资料就是同化地面观测、高空观测、卫星反演等资料而得的全球网格点资料,被认为基本可信并在世界广泛使用。

欧洲中心在卫星资料同化应用方面居于世界领先地位,其最大特点是成功地同化了TOVS 晴空辐射的所有资料。

ECMWF 的再分析资料已应用于欧洲和全球气候研究的诸多方面,对ECM WF 顺利实施季节预报计划至关重要,以上两种资料已成为世界气候变化和天气预报模式改进研究领域的主要数据资源①。

在国内,刘平等[8]应用Xie 和Arkin 降水资料和NCEP /NCA R 再分析资料,研究了撒哈拉和中国西北沙漠地区的干旱气候,陆日宇[9]利用NCEP /NCAP 再分析资料和ECM WF 再分析资料研究西太平洋暖池上空对流年际变化相关联的大气环流和海温。

第23卷　增刊
2004年12月
高　原　气　象
PLAT EA U M ET EORO LOG Y
V o l.23　Suppl.
December ,2004
图1　选取范围(25°～40°N,75°～105°E)内青藏高原地形(单位:m) Fig.1　T e rrain o f Qing hai-Xizang P la teau in25°～40°N,75°～105°E.U nit:m
将再分析资料用于青藏高原地区的研究方面,段安民等[10]利用月平均NCEP/NCA R再分析资料和中国测站降水资料,使用旋转经验正交展开(REOF)方法,分析了1958—1999年4～6月青藏高原区域感热加热与7月东亚降水和大气环流异常的关系。

赵平等[11]也利用NCEP/NCA R再分析资料以及其它资料研究了青藏高原大气热量源汇年际变化。

丁一汇[12]分析了中国的气候变化。

魏丽等[13,14]研究了NCEP/NCAR再分析资料在青藏铁路沿线气候变化中的适应性,认为再分析资料得出的近四十年气温长期变化趋势误差较大,同化模式地形与地面测站海拔高度的差异是造成气温再分析与实测偏差的主要原因。

本文利用我国青藏高原及邻近地区地面测站逐日平均温度、降水资料、NCEP/NCA R、ECM WF 的地面再分析资料,对比分析及研究青藏高原气候变化。

2　所用站点、资料及方法
本文研究范围为25°～40°N,75°～105°E内的青藏高原(图1),所用资料分别是:选取范围内的120个地面测站逐日平均温度、日总降水量(图1),绝大部分站从1958年1月1日至2000年12月31日。

选取范围内欧洲中期数值预报中心(ECMWF)的地面2m气温、日总降水量再分析格点资料,1958年1月1日起至2001年12月31日每日4个时次。

格点网格分辨率为2.5°×2.5°。

美国气象中心(NCEP)全球地面2m气温逐日再分析格点资料,从1958年1月1日起至2001年12月31日。

格点网格分辨率约为1.875°×1.875°。

本文首先利用再分析资料格点均匀及覆盖区域大(如大片缺少地面观测的高原区域)的特点,并根据地理位置及特征,选取图1中所示的矩形区域(28.5°～38°N,78.5°～102°E)为青藏高原主体,又分别选取青藏高原东、南、西及北部四个区域(图略),通过再分析资料来分析青藏高原主体、东南西北各区域整体的温度、降水年际变化。

从再分析资料的角度,获取青藏高原主要整体部分的气温及降水年际变化图象。

再分析资料系格点值,实际上代表了某格点值附近正方形区域内所有点的平均值,可以与落在该正方形区域内地面测站的同要素值进行比较。

以此思路,本文选取青藏高原主体东南西北及中心各部分上主要代表测站(东部:玉树、南部:帕里、西部:噶尔、北部:茫崖、中心:班戈、拉萨),对比研究这些代表点上实测资料与再分析资料所反映的气候变化上的差异及共同点。

以直接、简单的方式,客观地反映青藏高原地区的气候变化。

98
高 原 气 象 23卷　
3　三种资料地面气温年际变化的对比分析
由图2可见,再分析资料地面气温40年来没有显示明显的气候变暖现象,其中ECM WF 资料显示出比NCEP 资料稍强的气温偏暖,并在青藏高原主体、北部及东部显示出一定程度的气温变暖。

图2f 显示,中国华北地区两种再分析资料显示了较明显的气温变暖,即再分析资料在华北平原地区能显示出较明显的气温变暖,而在青藏高原地区却不能。

青藏高原及中国北方近几十年来有明显的气温变暖已得到很多研究证实[5,12,13],再分析资料在华北平原地区和青藏高原地区截然不同的表现说明,再分析资料尤其是NCEP
地面气温资料在高原
图2　青藏高原主体及其东、南、西、北部以及华北两再分析资料地面气温的年际变化
(a )主体,(b )东部,(c )南部,(d )西部,(e )北部,(f )华北
Fig.2　I nter annua l chang es o f surface air temperature o f two reanaly sis da ta in regions o f main bo dy (a ),and its east (b ),south (c ),west (d )a nd no rth (e )parts of Q ing hai -Xizang P lateau and N or th China Plain (f )
99
　增刊李川等:近40年青藏高原地区的气候变化———NCEP 和ECM W F 地面气温及降水再分析和实测资料对比分析
上应用存在一定的问题,在高原上得不到实测资料的验证,可能与高原本身复杂的地形及稀少的地面、高空资料导致较差的同化结果有关。

图3显示了青藏高原主体各部位(东南西北及中心)主要代表测站和对应格点的再分析资料地面气温40年来的变化。

由图3可看出,地面测站观
测值比再分析资料变化幅度大,且随地域的不同而有较大变化。

由图中还可见,除高原南部的帕里外,各站的气温变暖现象较明显,特别是青藏高原北部的茫崖气温增暖非常显著。

这也与我国气候变化已有的结论是一致的,即我国北方气候变暖比南方明显[13]。

而两种再分析资料中,
气温变暖不明
图3　青藏高原主体及东、南、西、北部代表测站及其对应格点的两再分析资料地面气温的年际变化
(a )拉萨(主体),(b )班戈(主体),(c )玉树(东部),(d )帕里(南部),(e )噶尔(西部),(f )茫崖(北部)
Fig.3　Interannual changes of surface air tempe ratures of the observed and tw o rea nalysis data at repre sentative sta tions and cor respo nding g rid points in main body and its east ,south ,w est ,nor th parts of Q ing hai -Xizang P lateau.(a )L ahsa (29.7°N ,91°E ),(b )Bang e (31°N ,90°E ),(c )Yushu (33°N ,97°E ),(d )Pa li (28°N ,89°E ),(e )G eer (32.5°N ,80°E ),(f )M a ng ya (38°N ,91°E )
100 高 原 气 象
23卷　
图4　青藏高原主体及东、南、西、北各区域ECM WF再分析资料地面降水的年际变化Fig.4　Intera nnua l cha ng es o f sur face precipitation of ECM W F reanaly sis da ta in the main body and its ea st,south,we st and no rth por ts o f Qinghai-Xizang Pla teau
显且没有大的地域差别,点上(图3)及面上(图2)的趋势特征也较一致。

再分析资料与地面测站资料的对比分析进一步说明,青藏高原地区地面观测资料上显示出明显的气温变暖现象,但却不能在再分析资料上得到正确的反映。

4　测站降水与ECM WF再分析地面降水年际变化的对比分析
地面降水这里用了ECM WF再分析资料有地面逐日降水量,本文据此对青藏高原降水的年际变化进行对比分析。

由图4ECMWF再分析资料地面降水的年际变化显示,青藏高原降水也没有明显的变干或变湿趋势,仅近十几年来才显示出有资料以来较偏湿的时段。

由图5可见,40年来地面测站降水观测值不像气温观测值那样有明显的变化趋势,其中拉萨、班戈两站及南部的帕里站年降水变化近十几年有稍偏多趋势。

除了班戈站点,ECM WF再分析资料在其它点上降水的年变化趋势与对应的测站观测值趋势有较大差异,也与其面上整体的年降水趋势(图4)有很大的差异,拉萨、玉树、噶尔3点ECMWF再分析资料年降水值变化有偏少趋势,而在茫崖有偏多趋势。

ECM WF再分析年降水资料变化在点与面上的不一致可能与降水变化的局地性、非线性较强有关。

5　结论
(1)　除高原南部的帕里站外,本文所选青藏高原上各地面代表测站的气温变暖现象都很明显,特别是高原北部的茫崖气温增暖非常显著,与我国气候变化已有的结论是一致的(我国北方气温变暖比南方强)。

另外,各地面测站气温观测值比对应格点再分析气温值变化幅度大,且气温变化随地域的不同而有较大不同。

(2)　再分析资料地面气温40年来没有显示明显的气候变暖现象,其中ECMWF资料显示出比NCEP资料稍强的气温偏暖,并在青藏高原主体、北部及东部显示一定程度的气温变暖。

(3)　再分析资料显示高原上单点与面上整体的气温变化特征较一致,40年来地面气候变暖不明显,且没有大的地域差别,而再分析资料在华北平原地区却能显示出较明显的气温变暖,说明再分析资料尤其是NCEP地面气温资料在高原上应用存在一定的问题,在高原上得不到实测资料的验证,可能与高原本身复杂的地形、物理过程以及稀少的地面、高空资料导致较差的同化结果有关。

(4)　ECMWF再分析资料地面降水的年际变化显示,40年来,青藏高原降水没有明显的变干或变湿趋势,但近十几年是属于有资料以来较湿的时段。

(5)　40年来,地面测站降水观测值不像气温观测值那样有明显的变化趋势,其中拉萨、班戈两站及南部的帕里站年降水观测值变化近十几年有稍
101
　增刊李川等:近40年青藏高原地区的气候变化———NCEP和ECM W F地面气温及降水再分析和实测资料对比分析
图5　青藏高原主体及东、南、西、北和中心主要代表测站与ECM WF再分析资料地面降水的年际变化
(a)拉萨(中心),(b)班戈(中心),(c)玉树(东部),(d)帕里(南部),(e)噶尔(西部),(f)茫崖(北部)
Fig.5　Interannual changes of surface precipitation in the main body,and its east,so uth, we st and no rth of Q ing hai-Xizang Plateau and ECM W F reanalysis data.(a)Lahsa
(29.7°N,91E),(b)Bange(31°N,90°E),(c)Yushu(33°N,97°E),(d)Pali
(28°N,89°E),(e)G eer(32.5°N,80°E),(f)M ang ya(38°N,91°E)
偏多趋势。

除了班戈站,ECM WF再分析资料在格点上的降水年变化趋势与对应的测站观测值趋势有较大差异,也与其面上整体的年降水趋势有很大的差异,拉萨、玉树、噶尔三点ECM WF再分析资料年降水值变化有偏少趋势,而在茫崖有偏多趋势。

ECM WF再分析资料年降水变化在点与面上的不一致可能与降水变化的局地性、非线性较强有关。

参考文献
[1]　叶笃正,陈泮勤主编.中国的全球变化预研究[M].北京:地
震出版社,1992
[2]　叶笃正,曾庆存,郭裕福.当代气候研究[M].北京:气象出
版社,1991
[3]　吴国雄.气候系统研究中的几个问题[M].现代大气科学前沿
与展望.北京:气象出版社,1996
102
高 原 气 象 23卷　
[4]　徐祥德,周明煜,陈家宜等.青藏高原地—气过程动力、热力
结构综合物理图象[J ].中国科学,2001,31(5):428-440[5]　Liu Xiaodong and Zhang M infeng.
Con temporary climatic
change over the Qinghai -Xizang (Tibet )Plateau and its re -sp on se to the g reenhouse effect [J ].Chinese Geog raphical S ci -ence ,1998,8(4):289-298
[6]　李跃清.近40年青藏高原东侧地区云、日照、温度及日较差
的分析[J ].高原气象,2002,21(3):327-332
[7]　李川,陈静,朱燕君.川西高原近五十年气候变化的初步研究
[J ].高原气象,2003,22(增刊):138-144
[8]　刘平,吴国雄,孙菽芬.Local meridional circulation and des -erts [J ].Adv Atmos Sci ,2001,18(5):864-872
[9]　Lu Riyu.Atm ospheric circu lations and s ea su rface tem pera -tures related to the convection over the western pacific w arm pool on the interannu al scale [J ].Adv Atmos Sci ,2001,18
(2):270-282
[10]段安民,刘屹岷,吴国雄.4～6月青藏高原热状况与盛夏东
亚降水和大气环流的异常[J ].中国科学(D 辑),2003,33(10):997-1004
[11]Zh ao Ping and Chen Longxu n.Interannual variability of atmos -pheric heat source /sink over teh Qinghai -Xizang Plateau and its relation to circulation [J ].Ad v Atm os S ci ,2001,18(1):106-116
[12]丁一汇.中国的气候变化与气候影响研究[M ].北京:气象出
版社,1997
[13]魏丽,李栋梁.青藏高原地区NCEP 再分析地面通量资料的检
验[J ].高原气象,2003,22(5):478-487
[14]魏丽,李栋梁.NCEP /NCAR 再分析资料在青藏铁路沿线气
候变化研究中的适用性[J ].高原气象,2003,22(5):488-494
Climatic Change of Qinghai -Xizang Plateau Region
in Recent 40-year Reanalysis and Surface Observation Data
———Contrast of Observational Data and NCEP ,ECMWF Surface
Air Temperature and Precipitation
LI Chuan 1,
ZH ANG Tin -jun 1,2,　C HEN Jing 1
(1.Chen gd u Institu te o f P lateau Meteoro logy ,China Meteoro logica l Ad min istration ,Chen gd u 610072,China ;
2.Nationa l Ice &S now Da ta Center ,Co lor ado Univer sity )
Abstract :The observatio n data o ver Qing hai -Xizang Pla teau ,NCEP /NCAR reanaly sis data ,ECM WF reanalysis data w ere applied to compare and analy ze the clim ate change o ver Qinghai -Xizang Plateau in re -cent fo rty years.It is found that the clim atic w arming of surface observ ation data selected in recent fo rty y ears is o bvio us ,w hereas the reanaly sis data ove r Qing hai -Xizang Plateau show no evidence of obvious cli -m atic w arming during this period.The interannual change o f ECM WF reanaly sis surface precipitation da ta show that the precipitatio n o ver Qing hai -Xizang Plateau haven ′t obvious w et or dry tendency in recent fo r -ty y ea rs.But it seems ECM WF reanaly sis precipitatio n data in recent ten y ear s is in a co mparably w et peri -o d over Qinghai -Xizang Plateau.
Key words :NCEP and ECM WF reanaly sis data ;Surface air tem perature and precipitation data ;Cli -matic change
103　增刊李川等:近40年青藏高原地区的气候变化———NCEP 和ECM W F 地面气温及降水再分析和实测资料对比分析 。