气候跃变和气候极值

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1、气候跃变和气候极值(ClimaticJumpandClimateExtremes)严中伟中国科学院大气物理研究所中国科学院研究生院全球变化教程之一，2010/3/17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

2、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

3、研究热潮的简史IPCC-1992：全球平均变暖0.3-0.6CIPCC-1996：重视区域异常天气事件（气候极值）ZwiersandKharin1998：GCM模拟逐日输出分析Karletal1999：从逐日资料提取气候极值信息Jonesetal1999：从分布概念出发定义逐日序列极值频率指数Zhaietal1999: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Yanetal2001：逐日序列小波分析，全球变暖中区域天气

4、波动变化Yanetal2002/6：区域逐日气候分布变化及其与全球变化联系的GLM分析Zhangetal2004：GEV分布变化的GLM和MonteCarlo分析CLIVAR-ETCCD2004/5：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。基本概念气候极值vs气候均值对于绝大部分分布而言，均值总是最重要的参数。这是传统气候学注重气

5、候均值的原因。气候极值对应气候分布两端的、远离气候均值的那些极端天气现象基本概念–如何定义逐日气候？问题例举——国际奥委会问：“北京8月8日的气候如何？”首先注意不是问天气（天气只有等到8月初那几天才可能预报）按照气候定义，气候是所有可能天气值所构成的分布8月8日可能出现的天气值是什么呢？首先，以往各年8月8日观测到的都应算8月8日可能出现的其次，以往8月7日或8月9日发生的也完全可能在8日发生进一步地，按照天气波动时间尺度（N天）推算，可以认为以往8月8日前后各N/2天发生的也都可能在8日发生（

6、北京取N=10)所以8月8日气候可由以往各年8月3-13日观测到的天气值构成的分布表示如果有30年观测，就可以有330个样本来反映8月8日的气候分布由此可知8月8日气候均值和极端值对每天都可以如此这般定义一个气候基本概念–逐日气候，以北京温度为例北京1915-1997年逐日气温的气候均值及3/97百分位值8月8日气温均值为26.0C3百分位值为21.5C97百分位值为29.5C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(i

7、nhomogeneity)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

8、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.气候极值研究的资料学问题非均一性成因：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