全球变暖是国际社会广泛关注的问题, 关于全球变暖的季节特征差异和区域差异已经得到了广泛的关注。IPCC第五次评估报告(IPCC, 2013)指出, 全球年平均表面温度(包括陆地和海洋)在1880—2012年线性增加了0.85 ℃。全球变暖存在明显的区域特征, Fu et al(2006)研究表明, 全球增温最快的区域分布在南北半球15°—45°的纬度带上。干旱半干旱区约占全球陆地面积的40%, 是受气候变化影响最显著的地区之一(Diffenbaugh et al, 2008)。Huang et al(2012)研究表明, 干旱半干旱区对全球变暖的响应十分敏感, 增温趋势比其他区域更显著。马柱国等(2007)通过分析1951—2002年全球干湿变化趋势发现, 非洲大陆、欧亚大陆、澳洲大陆和南美大陆主要以干旱化趋势为主, 尤其非洲大陆和欧亚大陆最为剧烈。同时他们指出, 增暖对全球干湿变化有重要影响, 除北美大陆外, 其余大陆在增暖的作用下其干旱化的程度均有1%~5%的加强, 降水为增加趋势的区域也因增暖而变湿趋势减弱或消失。Chen et al(1991)利用全国160个站点1951—1989年的气候资料分析了中国气温的变化, 研究结果表明我国东北、西北地区的北部和西部气温上升, 但在南岭, 青藏高原东部气温下降。

研究表明, 全球变暖存在明显的季节特征。龚道溢(1999)研究全球变暖背景下的南极地区气候变化发现, 南极地区的气温冬季、春季和秋季都有上升趋势, 而夏季则有下降趋势, 年平均气温也是上升趋势。冬季气温上升趋势最显著, 其次是春季。Huang et al(2012)研究结果表明, 北半球中高纬度干旱半干旱区在冷季的增温比其他季节更显著。冉津江等(2014)利用1951—2011年中国713个观测站均一化的月平均温度资料, 发现中国冷季增温速率是暖季的1.9倍左右, 并且干旱半干旱区的冷季增温速率都超过了0.3 ℃·(10a)^-1。唐红玉等(2005)利用1951—2002年全国733个测站月平均气温资料得到中国东部地区冬、春季的增暖趋势大于西部和青藏高原, 而其夏、秋季的增暖趋势小于西部和青藏高原。赵传成等(2011)利用1959—2008年中国西北地区的实测地面气温资料得到年平均气温以0.32 ℃·(10a)^-1的幅度升高, 并且冬季升温最明显, 达0.37 ℃·(10a)^-1, 夏季升温幅度最低, 约0.24 ℃·(10a)^-1。

极端天气事件是社会关心的重要问题, 特别是对经济、生态系统以及人类健康有重要影响(Patz et al, 2005; Loarie et al, 2009; 梁萍等, 2015)。在全球变暖的大背景下, 极端天气事件的发生频率和强度大多呈现增加趋势。Seneviratne et al(2014)指出, “增温停滞”(Schiermeier, 2013; Fyfe et al, 2013), 是全球的平均气温增加出现停滞现象, 但自1997年以来, 陆地极端热事件的发生呈现增加趋势。Donat et al(2013)利用1901—2010年的HadEX2数据, 发现全球范围的极端温度有广泛、显著的增暖趋势, 相对于极端温度, 极端降水的变化空间差异更大。王岱等(2016)利用中国693个气象站点1961—2014年逐日最高气温、最低气温和平均气温资料, 发现极端高温指数在各区呈增加趋势, 极端低温指数在各区呈减小趋势, 并且夜间极端气温指数变化程度最大。极端天气的变化存在明显的区域和季节差异(马柱国等, 2003; 龚强等, 2008; Donat et al, 2013; 张婷等, 2017), 而研究生态环境脆弱的干旱半干旱区的极端天气变化趋势尤为重要。

东亚和北美处于同纬度的北半球区域, 分布着范围广大的干旱半干旱区, 属于气候变化研究的关键区域, 然而东亚和北美地区的温度、湿度变化特征及其异同的研究报道较少, 特别是东亚和北美地区与其中干旱半干旱区温湿变化特征的比较研究较少, 值得关注。因此, 利用长时间温度和降水序列, 分析了近百年来东亚和北美地区以及东亚和北美干旱半干旱区的温度、降水变化的季节和区域特征, 并进一步分析了受极端温度和极端降水影响的区域所占比例的年际变化。研究东亚和北美地区温湿变化, 特别是其中干旱半干旱区的温湿变化趋势, 有助于对气候变化的应对。

所用1901-2014年的月地表温度和月降水资料源于东英吉利大学(University of East Anglia)气候研究中心(the Climatic Research Unit, CRU)的最新数据集CRU TS3.20(Harris et al, 2014), 其空间分辨率0.5°×0.5°, 经纬网格覆盖全球陆地。CRU数据质量较高, 并且适用于东亚和北美地区(Hulme et al, 1994; Mearns et al, 2012)。1979—2015年的日最高/最低气温以及日降水资料源于欧洲中心天气预报中心(ECMWF)的ERA-Interim, 空间分辨率0.5°×0.5°。采用WMO推荐的1961—1990年气候平均值作为气候态, 由于ERA-Interim数据时间长度较短, 在极端天气的变化特征部分参照Seneviratne et al(2014)的气候态选取时段, 气候态选取为1979—2010年。ENSO(El Niño Southern Oscillation)指数(Niño3.4区)来自美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)网站(https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/nino-sst-indices-nino-12-3-34-4-oni-and-tni)。PDO(Pacific Decadal Oscillation)指数源于华盛顿大学的大气海洋研究联合中心(http://research.jisao.washington.edu/pdo/PDO.latest.txt)。

(1) 线性趋势分析。分别计算全球、北半球、北美及北美干旱半干旱区、东亚及东亚干旱半干旱区的温度和降水的线性增长趋势(气候倾向率), 采用一次线性方程, 即:

式中: a₁是线性函数的斜率, a₁值的大小反映了温度(降水)增加或减少的速率。a₁×10表示温度和降水每10年的气候倾向率。

(2) 极端温度事件的确定。根据世界气象组织推荐的90%分位数作为阈值来定义极端高温, 而极端低温选用10%分位数定义。利用ERA-Interim数据, 在每个0.5°×0.5°格点上, 计算气候态(1979—2010)的日最高温的90%分位数(T90p)和日最低温的10%分位数(T10p)分别作为极端高温和极端低温的阈值。当某日最高温超过极端高温阈值, 则认为该日发生极端高温事件, 而当某日最低温低于极端低温阈值, 则认为该日发生极端低温事件。

当定义研究区域受极端高温/低温影响的区域所占比例时, 首先确定研究区域受极端高温/低温影响的天数超过阈值天数D的格点数。当计算受极端高温影响的天数时, 利用公式T_maxkij>[T90p]_ki; 当计算受极端低温影响的天数时, 利用公式T_minkij < [T10p]_ki。其中, k表示研究区域; i表示该区域某一格点, 检测每一日j是否满足上述公式, 则N_k^′表示区域k满足上述公式的格点数。则受极端高温/低温影响的区域所占比例为:

式中: N_k表示区域k的所有格点数; W_ki=cos(θ_i·π/180.0), θ_i表示格点i的纬度。

(3) 极端降水事件的确定。极端降水事件是根据日降水量的90%分位数作为阈值来定义。当定义研究区域受极端降水影响的区域所占比例时, 处理方法和式(2)中所示相同。

北美地区选取为30°N—60°N, 89°W—130°W, 东亚地区为30°N—60°N, 80°E—140°E, 如图 1方框范围所示。东亚和北美地区的干旱半干旱区根据柯本气候分类法(Kottek et al, 2006)确定(图 1)。柯本气候分类法考虑了地表植被类型、降水和温度。其中字母B表示干旱气候, S表示干草原, W表示沙漠, h和k分别表示暖和冷。干旱半干旱区共包含热带草原气候(BSh), 温带草原气候(BSk), 热带沙漠气候(BWh)和温带沙漠气候(BWk)4种气候类型。本文所研究的东亚和北美干旱半干旱区均主要包含BSh和BWk两种气候类型。

图 1(Figure 1)

图 1 柯本气候分类法确定的全球干旱半干旱区 Figure 1 The global distribution of arid and semi-arid regions according to the definition of Köppen-Geiger climate classification

图 2给出了区域平均的温度距平的年际变化, 其中, 温度3a滑动平均曲线是由当年温度与相邻两年温度进行平均得到。从图 2可以看出, 在20世纪30年代以前, 都表现为明显的温度负距平, 在20世纪30—70年代, 温度正负距平交替存在, 在20世纪80年代以后, 表现为明显的温度正距平。全球、北半球、东亚以及东亚干旱半干旱区、北美以及北美干旱半干旱区均呈明显的增温趋势, 都通过了0.01的显著性水平检验。其中北半球的增温趋势大于全球, 东亚(北美)的增温趋势大于(小于)北半球。东亚干旱半干旱区的增温趋势小于东亚地区, 北美干旱半干旱区的增温趋势大于北美地区, 这表明对于干旱半干旱区, 增温趋势并没有明显高于非干旱半干旱区[图 2(e), (f)], 甚至增温趋势低于非干旱半干旱区[图 2(c), (d)]。Jones et al(2003)利用CRU资料得到1901—2000年全球平均的增温趋势为0.07 ℃·(10a)^-1, 增温速率低于1901—2014年的增温趋势0.097 ℃·(10a)^-1[图 2(a)], 这主要是由2000年以后的温度正距平更大造成的。王劲松等(2008)利用亚洲中部干旱半干旱区1961—2003年共69个观测站的资料得到区域平均的增温速率为0.18 ℃·(10a)^-1, 高于东亚干旱半干旱区和北美干旱半干旱区的增温速率0.129和0.104 ℃·(10a)^-1[图 2(d), (f)]。

图 2(Figure 2)

图 2 1901—2014年区域平均的温度距平的年际变化 取1961—1990年的月平均温度作为气候态, 线性趋势均通过99%信度显著性检验 Figure 2 The interannual variations in the regionally average temperature anomalies during 1901—2014.The monthly average temperature over 1961—1990 is defined as the climate state.The linear variation trend that exceeds the 99% confidence level

全球、北半球、东亚以及北美地区都具有显著的降水增加趋势, 降水3a滑动平均曲线是由当年降水量与相邻两年降水量进行平均得到(图 3)。在20世纪50年代以前, 全球、北半球和东亚地区都主要表现为明显的降水负距平, 北美地区的降水负距平持续到20世纪60年代。Bradley et al(1987)指出北半球的降水量有明显的年代际变化, 他们得到的1949—1964年的正距平与图 3(b)的结果一致。北半球的降水增加趋势小于全球, 北美地区的降水增加趋势最大, 为0.35 mm·(10a)^-1。相比于北美地区, 东亚地区的增温趋势明显[图 2(c), (e)], 但是降水增加趋势却明显小于北美地区[图 3(c), (e)], 这表明东亚地区更具有干旱少雨的趋势。相比于温度的显著增加[图 2(d), (f)], 东亚干旱半干旱区和北美干旱半干旱区的降水没有明显变化[图 3(d), (f)]。

图 3(Figure 3)

图 3 1901—2014年区域平均的降水距平的年际变化 取1961—1990年的月平均降水作为气候态, 线性趋势均通过99%信度显著性检验 Figure 3 The interannual variations in the regionally average precipitation anomalies during 1901—2014.The monthly average precipitation over 1961—1990 is defined as the climate state, the linear variation trend that exceeds the 99% confidence level

由于温度和降水的变化存在明显的季节性差异, 表 1进一步给出了1901—2014年暖季和冷季的温度和降水的线性趋势。不同区域都有冷季增温比暖季明显的现象。Huang et al(2012)的研究表明全球干旱半干旱区的增温主要表现在冷季。相比于表 1中的其他区域, 东亚和东亚干旱半干旱区的暖季增温趋势最小, 而冷季增温最大, 是冷季增温最显著的区域。其中东亚地区冷季增温约是暖季的2.9倍, 东亚干旱半干旱区为2.6倍, 高于中国干旱半干旱区的冷季增温速率是暖季的1.9倍(冉津江等, 2014)。北美地区的冷季增温约是暖季的1.3倍, 但是北美干旱半干旱区冷季和暖季的增温趋势相近, 并没有表现出冷季增温明显。全球的冷季降水增加比暖季明显, 北半球的降水增加趋势相近。东亚地区表现为暖季降水增加明显, 而东亚干旱半干旱区暖季和冷季降水的增加趋势相近。北美地区以及北美干旱半干旱区都表现为暖季降水增加趋势更明显。

表 1(Table 1)

表 1 1901—2014年不同区域温度和降水的线性趋势 Table 1 The linear trend for temperature and precipitation in different regions over 1901—2014 地区 温度变化率/[℃·(10a)-1] 降水变化率/[mm·(10a)-1] 年均 暖季 冷季 年均 暖季 冷季 全球 0.097* 0.077* 0.116* 0.22* 0.14* 0.28* 北半球 0.110* 0.083* 0.133* 0.18* 0.15* 0.16* 东亚 0.134* 0.069* 0.200* 0.21* 0.31* 0.12* 东亚干旱半干旱区 0.129* 0.072* 0.188* 0.04 0.03 0.04* 北美 0.102* 0.095* 0.128* 0.35* 0.45* 0.13 北美干旱半干旱区 0.104* 0.111* 0.112* 0.07 0.07 0.04 *表示通过0.01显著性水平检验

表 1 1901—2014年不同区域温度和降水的线性趋势 Table 1 The linear trend for temperature and precipitation in different regions over 1901—2014

由于温度和降水的线性趋势与所选取的时间区间有很大的关系。因此, 图 4给出了不同时间区间内温度和降水变化率的分布特征。除2001—2014年外, 东亚、北美地区以及东亚和北美的干旱半干旱区均表现出明显的增温趋势。除1991—2014年和2001—2014年外, 东亚的增温速率均高于北美地区, 并且东亚干旱半干旱区的增温速率均高于北美干旱半干旱区。1991—2014年和2001—2014年增温速率的减小以至为负表现出近些年来的“增温停滞”现象(Schiermeier, 2013; Fyfe et al, 2013)。东亚地区的增温趋势大于东亚干旱半干旱区的时段只发生在1901—2014年和1911—2014年, 其余时段均表现为相反的结果, 尤其对于1981—2014年和1991—2014年两个时段, 东亚干旱半干旱区的增温趋势大于东亚地区约0.1 ℃·(10a)^-1。在不同的时间区间, 东亚地区主要表现为降水的增加趋势。对于较长时间的统计结果[图 4(c)和图 4(d)的前6个时间区间], 北美的降水增加趋势均大于东亚, 并且北美干旱半干旱区的降水增加趋势均大于东亚干旱半干旱区。在2001—2014年, 东亚、北美、东亚和北美的干旱半干旱区均表现出降水量的增加趋势。

图 4(Figure 4)

图 4 不同时间区间内不同区域温度(上)和降水(下)变化率的分布特征 Figure 4 The temperature (up) and precipitation rates (down) over different time intervals in different regions

为了进一步得到东亚和北美地区温度变化的区域差异, 图 5给出了东亚和北美地区年均、暖季和冷季的温度趋势的空间分布。东亚地区的年均温度增长速率呈由南向北的增加趋势。主要的高值中心出现在俄罗斯与蒙古交接的大片区域, 低值中心出现在36°N附近, 与高值中心同一经度, 并且低值中心出现了温度的负增长率。而东亚的干旱半干旱区处于温度趋势的高值中心与低值中心之间的纬度带上, 即处于增温趋势梯度较大的纬度带上。对比图 5(c)和图 5(e), 东亚地区冷季温度的增长速率通常都比暖季大, 在东亚北部的广大地区冷季增温可以达到0.2 ℃以上。图 5(e)给出的东亚干旱半干旱区中高纬度的冷季快速增温与Huang et al(2012)的研究结果相一致。

图 5(Figure 5)

图 5 1901—2014年东亚和北美地区年平均及暖冷季温度变化的空间分布 “+”表示通过99%信度显著性检验 Figure 5 Spatial distribution of the linear trends for temperature anomalies in East Asia and North America during 1901—2014."+" indicates the trend that exceeds the 99% confidence level

北美地区年均温度趋势在加拿大艾伯塔省的北部, 美国内华达与亚利桑那州交界处以及亚利桑那州的中部出现了大片的高值中心。而在美国北部地区(40°N—45°N)增温趋势较小, 主要集中在0~0.1 ℃·(10a)^-1。在北美的东南部(40°N以南, 100°W以东)地区, 增温趋势最小, 甚至在德克萨斯州和密西西比州中部出现减温现象。对比图 5(d)和图 5(f), 可以看到高纬度地区(45°N以北)冷季温度的增长速率通常比暖季大。在北美的干旱半干旱区, 中高纬度的冷季快速增温现象没有东亚干旱半干旱区明显。

东亚和北美地区年均、暖季和冷季降水趋势的空间分布差异如图 6所示。东亚地区的年均降水趋势高值中心主要出现在俄罗斯萨哈共和国最南部, 朝鲜半岛和中国安徽。低值中心主要出现在阿尔泰边疆区, 图瓦共和国以及日本境内。图 6(a)中的高值中心在暖季[图 6(c)]都加强, 在冷季降水的增加和减少趋势都不明显。东亚干旱半干旱区的降水变化较小, 年均降水趋势为0.04 mm·(10a)^-1(表 1)。

图 6(Figure 6)

图 6 1901—2014年东亚和北美地区年均及暖冷季降水变化的空间分布 “+”表示通过99%信度显著性检验 Figure 6 Spatial distribution of the linear trends for precipitation anomalies in East Asia and North America during 1901—2014. "+" indicates the trend that exceeds the 99 % confidence level

对于北美地区年均降水趋势, 在干旱半干旱区的北部和东部, 都出现了降水量的增加趋势, 尤其在干旱半干旱区的东部, 降水的增长速率可达1.2 mm·(10a)^-1以上。在干旱半干旱区, 降水的增加和减少趋势同时存在, 并且降水的增加和减少趋势不明显, 年均降水趋势为0.07 mm·(10a)^-1(表 1)。对比图 6(d)和图 6(f)可以看到, 干旱半干旱区以北的降水增加主要是暖季降水增加导致的, 冷季降水在干旱半干旱区以北主要表现为弱的减少趋势。季飞等(2012)通过分析帕默尔干旱指数(PDSI)发现, 1950—2008年北美大陆冬季地表干湿状况变化表现为大陆南部微弱变湿, 加拿大北极群岛变湿明显, 大陆中西部明显变干; 欧亚大陆表现为大陆大部分地区为变干趋势, 其中尤以西欧南部, 中国华北、东北, 蒙古中北、东北部及俄罗斯远东地区变干最为显著。

相比于全球平均温度和降水变化所引起的风险, 极端事件的发生有更重大的影响(Meehl et al, 2000)。图 7给出了东亚和北美地区受极端天气影响的区域所占比例的年际变化。从图 7中可以看到东亚和北美地区受超过30天极端高温影响的区域相对于气候态的比例呈增加趋势。对于受超过50天极端高温影响的区域, 自1996年以来增加趋势更明显, 最高约为气候态的5倍。东亚和北美地区受极端低温影响的区域没有明显的变化趋势。图 8进一步给出了东亚和北美的干旱半干旱区受极端天气影响的区域所占比例的年际变化。可以看到东亚和北美的干旱半干旱区受超过30天和50天极端高温影响的区域相对于气候态的比例也呈增加趋势, 受超过30天和50天极端低温影响的区域变化不明显。Donat et al(2013)发现全球范围内的极端降水频数增多以及强度增强。东亚和北美地区以及其中的干旱半干旱区受超过30天和50天极端降水影响的区域所占比例并没有增加趋势, 甚至有减小的趋势。这可能是由于降水气候比全球气温更多时、空间变化(钱正安等, 2017), 而且相比于极端温度, 极端降水的变化空间差异更大(Donat et al, 2013)。

图 7(Figure 7)

图 7 东亚和北美地区受极端天气影响的区域相对于1979—2010年的气候态所占比例的年际变化 黑色虚线代表其比例为1 Figure 7 The interannual variations of area ratios affected by extreme weather that relative to the average over 1979—2010 in East Asia and North America.The black dashed line indicates the ratio of 1

图 8(Figure 8)

图 8 东亚和北美的干旱半干旱区受极端天气影响的区域相对于1979—2010的气候态所占比例的年际变化 黑色虚线代表其比例为1 Figure 8 The interannual variations of area ratios affected by extreme weather that relative to the average over 1979—2010 in arid and semi-arid regions of East Asia and North America.The black dashed line indicates the ratio of 1

北美和东亚地区的温度和降水的变化可能是由全球和区域尺度因子共同作用导致的。已有一些研究表明北美地区主要受西风环流影响, 而东亚地区受季风环流影响更大(Trenberth et al, 2000; Wang et al, 2006)。全球尺度的因子包括行星尺度动力学过程, 海洋表面温度异常和外部强迫等。全球和区域尺度的气候遥相关信号是影响气候变化的主要因素之一, 而ENSO和PDO是最重要的并且被广泛使用的气候遥相关信号之一。因此, 表 2给出了1901—2014年不同区域的月平均温度和降水与Niño3.4和PDO的相关系数。东亚干旱半干旱区冷季的月平均温度与Niño3.4呈现显著正相关。研究表明(Li et al, 1990; Zhang et al, 1996; Wang et al, 2000), 在ENSO的暖位相, 西北太平洋会维持一个异常的反气旋环流, 这将导致弱的东亚冬季风, 因此东亚地区温度升高。东亚干旱半干旱区冷季的月平均温度与Niño3.4的显著正相关表明ENSO对东亚地区冷季升温的影响在干旱半干旱区更大。全球冷季的月平均温度与PDO呈现显著正相关, 东亚以及东亚干旱半干旱区的月平均温度在暖季与PDO呈现显著负相关, 而北美以及北美干旱半干旱区的月平均温度在冷季与PDO呈现显著正相关。全球和北半球的月平均降水与Niño3.4和PDO均呈现显著的负相关, 对ENSO的响应在暖季最明显, 而对PDO的响应在冷季更明显。东亚地区的月平均降水在冷季与Niño3.4呈显著正相关, 与PDO呈显著负相关, 北美地区的月平均降水在暖季与Niño3.4和PDO呈显著正相关。东亚干旱半干旱区的月平均降水在暖季对ENSO的响应显著, 北美干旱半干旱区对ENSO和PDO的响应都显著, 并且在冷季更明显。ENSO对北美温度和降水的影响被称为太平洋-北美型遥相关(Wallace et al, 1981), 并通过罗斯贝波列强迫(Hoskins et al, 1981)和中纬度西风带的正压不稳定性(Simmons et al, 1983)对北美气候产生影响。IPCC第五次报告(IPCC, 2013)指出, ENSO导致的太平洋-北美型遥相关型可能发生东移, 这表明ENSO对北美气候的影响可能发生改变。已有研究(Higgins et al, 2000)表明, PDO可以调整ENSO遥相关, 从而对北美的气候变化造成影响。由于东亚和北美地区的温度和降水变化会受多种因素共同影响, 因此还需要进行深入的分析。

表 1(Table 1)

表 2 1901—2014年不同区域的月平均温度和降水与Niño3.4和PDO的相关系数 Table 2 The correlation coefficients of monthly average temperature/precipitation and Niño3.4/ PDO in different regions during 1901—2014 因素 地区 温度 降水 年均 暖季 冷季 年均 暖季 冷季 Niño3.4 全球 0.04 0.03 0.05 -0.55c -0.68c -0.33c 北半球 -0.01 -0.002 0.009 -0.34c -0.55c -0.04 东亚 0.05 -0.13 0.11 -0.05 -0.19b 0.27c 东亚干旱半干旱区 0.15 -0.06 0.22b -0.09 -0.23b 0.13 北美 0.13 0.04 0.14 0.22b 0.20b 0.15 北美干旱半干旱区 0.03 0.02 -0.01 0.40c 0.29c 0.43c PDO 全球 0.10 0.01 0.17a -0.43c -0.34c -0.40c 北半球 0.07 -0.02 0.15 -0.35c -0.29c -0.37c 东亚 0.01 -0.27c 0.05 -0.23b -0.13 -0.24b 东亚干旱半干旱区 0.03 -0.26c 0.07 0.02 0.02 -0.07 北美 0.24b -0.01 0.28c 0.16a 0.23b -0.02 北美干旱半干旱区 0.16a 0.01 0.20b 0.39c 0.20b 0.40c a表示在0.1水平下显著, b表示在0.05水平下显著, c表示在0.01水平下显著

表 2 1901—2014年不同区域的月平均温度和降水与Niño3.4和PDO的相关系数 Table 2 The correlation coefficients of monthly average temperature/precipitation and Niño3.4/ PDO in different regions during 1901—2014

利用1901—2014年CRU TS3.20和1979—2015年ERA-Interim资料分析了东亚和北美地区以及东亚和北美的干旱半干旱区的温度和降水变化的季节性和区域特征, 并进一步分析了受极端天气影响的区域所占比例的年际变化以及月平均温度和降水对ENSO和PDO的响应。主要得到以下结论:

(1) 近百年东亚地区的增温趋势大于北半球, 而北美地区小于北半球。东亚干旱半干旱区的增温趋势小于东亚地区, 而北美干旱半干旱区的增温趋势大于北美地区, 但近几十年来东亚和北美地区均表现为其中的干旱半干旱区增温趋势更大。东亚地区主要的高值中心出现在俄罗斯与蒙古交接的大片区域。北美地区的高值中心主要出现在加拿大艾伯塔省的北部, 美国内华达与亚利桑那州交界处以及亚利桑那州的中部。增温存在明显的季节和纬度差异, 在东亚和北美高纬度地区(45°N以北)冷季温度的增长速率通常比暖季大。

(2) 东亚和北美地区的降水增加趋势大于北半球。东亚和北美的干旱半干旱区的降水没有明显增加趋势。东亚地区的年均降水趋势高值中心主要出现在俄罗斯萨哈共和国最南部, 朝鲜半岛和中国安徽, 北美地区降水趋势的高值中心主要分布在北美干旱半干旱区的北部和东部。暖季降水增加明显并且主要出现在东亚和北美高纬度地区(45°N以北)。

(3) 东亚和北美地区以及东亚和北美的干旱半干旱区受超过30天极端高温影响的区域所占比例呈增加趋势。对于受超过50天极端高温影响的区域, 自1996年以来增加趋势更明显, 最高约为气候态的5倍。东亚和北美地区以及东亚和北美的干旱半干旱区受极端低温影响的区域所占比例没有明显的变化趋势, 受极端降水影响的区域所占比例有减少的趋势。

(4) 东亚和北美地区以及东亚和北美的干旱半干旱区的月平均温度对PDO的响应比ENSO明显。因此, PDO可以作为温度变化的重要指示。东亚和北美地区以及东亚和北美的干旱半干旱区的月平均降水对ENSO的响应比PDO明显。东亚干旱半干旱区的月平均降水在暖季对ENSO的响应更显著, 而北美干旱半干旱区在冷季对ENSO的响应更显著。