气候跃变和气候极值.ppt

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气候跃变和气候极值

气候跃变和气候极值 (Climatic Jump and Climate Extremes) 严中伟 中国科学院大气物理研究所 气候极值 背景、意义 基本概念 资料学 方法论 GLM分析案例 进一步研究焦点 背景问题 随着全球变暖,气候极值或极端天气现象(如热浪/寒潮/强风/暴雨等)是否变得更频繁或更强烈?这是社会各界日益关注的问题,也是气候学界缺乏定论的研究焦点。 近百年全球平均变暖0.7度。该量值本身难以用于恰当评估气候变化的影响。因为影响是通过作用于人类和生态个体的局部天气现象实现的。 气候极值研究的意义 现实意义:气候极值比均值更直接地影响人类社会/生态系统。例如:2003年夏季热浪一周内致法国千余人死亡;2005年飓风Katrina一夜间摧毁新奥尔良;而我国各地年年非涝即旱,也是季风系统在局部形成极端天气波动所致。 理论发展:传统气候学从资料到方法都在一定程度上忽视了极值问题。要专门研究气候极值问题,有必要在方法和理论上有所创新。 国家需求:受IPCC报告引导,各国政府都在编制气候变化及影响报告。但目前有关研究还不足以提供特别是关于气候极值的坚实的科学基础。 促成当前研究热潮的简史 IPCC-1992: 全球平均变暖0.3-0.6C IPCC-1996: 重视区域异常天气事件(气候极值) Zwiers and Kharin 1998: GCM模拟逐日输出分析 Karl et al 1999: 从逐日资料提取气候极值信息 Jones et al 1999: 从分布概念出发定义逐日序列极值频率指数 Zhai et al 1999: 我国温度降水极值变化 严、杨 2000: 逐日资料基础上的我国极端气候变化格局分析 IPCC-2001: 气候极值变化的全球分布分析 Yan et al 2001: 逐日序列小波分析,全球变暖中区域天气波动变化 Yan et al 2002/6: 区域逐日气候分布变化及其与全球变化联系的GLM分析 Zhang et al 2004: GEV分布变化的GLM和Monte Carlo分析 CLIVAR-ETCCD 2004/5: 在气候极值研究中值得尝试诸如GLM这样的分布分析方法 基本概念 气候是什么? 气候与天气是什么关系? 基本概念 气候是所有天气现象的综合表述。 对于特定的气象要素(如温度或降水),气候就是所有可能天气值所构成的分布。 基本概念 基本概念 – 如何定义逐日气候? 基本概念 – 逐日气候,以北京温度为例 气候极值研究困难所在 资料:研究极端天气或气候极值需要逐日以上分辨率资料。目前很多这类资料还难以获得。同时还存在非同一性(inhomogeneity)问题,这是气候分析的大敌。 分析:如何从大“噪音”的逐日资料分辨出气候变化信号及相应的气候关系?这是很多传统气候分析方法面临的难题。 理论:全球变暖是否及如何导致极端天气或气候极值变化?对于特定地区(如我国华北)而言,具体的物理机制为何? 模拟:现有气候模式很难模拟好气候极值。如何就气候极值比较观测和模拟结果进而作情景预测,是多年来存有争议的难点。 由于涉及天气尺度问题,传统月平均等资料已不能满足研究需要。逐日甚至逐时等高分辨率资料是需要的。 限于资料的可获取程度,目前国际上气候极值研究的主要资料基础是逐日气象观测。 然而,大多数气象观测在其长期发展过程中由于台站环境和观测规则变迁而具有不同程度的非同一性(inhomogeneity)问题。由于气候极值本身就是小概率事件,资料中的微小误差有可能导致分析结果之较大误差. 非均一性成因: 观测地点变化(如从房顶到地面;室内到室外;开放式凉亭到百叶箱;郊区到城区等) 观测规则变更(如每日3到24时次观测等) 资料处理引起(如缺测插补;多台站互校正等) 这些问题在以月、季平均资料为基础的研究中相对说来不很突出。但对于气候极值研究则至关重要。与气候极值研究相关联的资料学研究本身,不仅为极值研究提供基础,还能帮助揭示传统气候资料分析中存在的问题。 Yan et al(2001)根据台站史资料及周边记录对北京上海的逐日气温序列作了非均一性校正。校正后的两站近百年气温增暖趋势出乎意料地一致。但有关极端气温方面的变化趋势两站差异较大。原因有待研究。 方差校正的影响 著名的英格兰中部近200多年的逐日气温序列(CET)是由3个邻近站资料重构起来的。1882年前主要是一个站的资料,1883年后主要是3站平均。序列创建者发现1882年前序列方差系统性地偏大,于是作了方差校正。 下图可见,年均温序列看不出异常。但经小波分析,可见DV在1882-83年间出现跃变。这对我们定义气候极值分析气候趋势造成严重影响。 由于气候极值是小概率的,所以难以简

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