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物理与电子电气工程学院贺兰山学者毛克彪教授研究成果取得新突破

1979-2018年中国每日气温数据重构方法与数据集

作者:毛克彪 审核人:李春树 发布日期:2022-08-04 点击:

近地表气温是反映全球气候变化的重要变量,显着影响地球各个领域能量和物质的循环转换。高精度的每日气温数据有助于城市热岛效应、生态环境变化、植被物候发育、作物产量波动和能量动态平衡等方面的研究。每日气温包括日最高气温、最低气温和平均气温,是水文、环境和作物模型的重要输入参数。这些参数可以准确反映极端气候事件发生和发展的频率和程度。虽然目前主要可以通过三个方式获得每日气温,例如气象站点观测手段、遥感反演方法和再分析同化方法,但仍难以获取空间分辨率及数据精度较高的每日气温数据集。

近日,宁夏大学贺兰山学者毛克彪团队通过建立日气温变化方程及校正方程,构建中国区域每日气温变化模型,与已有气温数据集进行交叉验证,并对中国1979-2018年每日气温的变化情况进行趋势分析。在构建气温数据集的过程中设定规则区分天气条件,以进一步提高数据精度。研究成果发表于《Earth System Science Data》。

论文引用:

Fang, S., Mao, K., Xia, X., Wang, P., Shi, J., Bateni, S. M., Xu, T., Cao, M., Heggy, E., and Qin, Z.: Dataset of daily near-surface air temperature in China from 1979 to 2018, Earth Syst. Sci. Data, 14, 1413–1432, https://doi.org/10.5194/essd-14-1413-2022, 2022.(IF=11.8)

数据引用:

Fang Shu,Mao Kebiao, Xia Xueqi, Wang Ping, Shi Jiancheng, M. Bateni,Sayed, Xu Tongren, Cao,Mengmeng, & Heggy,Essam (2021). A Daily near-surface Air Temperature Dataset for China from 1979-2018 (Version 1.0) [Data set].Zenodo.https://doi.org/10.5281/zenodo.5502275.(已下载超过60600)

研究背景

气温作为气候研究和全球变化研究中的重要变量,控制着水圈、生物圈和大气圈之间的许多生物化学和能量转换过程,同时气温也是热力学和空气动力学建模中必不可少的参数。中国是世界上较易遭受极端气象灾害的国家之一,极端气象灾害导致人类生产生活停滞、农作物减产及动植物损害,影响全球气候环境变化及人类社会发展,因此构建格网化每日气温数据集有利于对气温多年变化趋势进行分析,便于研究极端气候的变化情况。准确的评估近地表空气温度的空间分布对包括水文、气象学和生态学在内的许多学科都很重要。

目前许多研究通过多种途径获得每日气温,使得气温数据得以向高精度,高空间分辨率转化,但是现有方法仍具有一定的局限性。观测站点分布稀疏、数据精度受天气状态限制、仍缺乏具有较高空间分辨率的日气温数据。这些不足都在一定程度上阻碍了气温数据集的精细发展及中国区域气温时空变化趋势的分析。

创新点

本研究开发了一套日气温模型的构建方法。根据区分不同的天气状态构建日气温变化模型得到中国各区域每日气温(最高气温、最低气温和平均气温),空间分辨率为0.1°。本研究中,在综合已有观测数据、遥感数据和再分析数据各自优势的基础之上构建方程,并建立线性回归方程进一步提高数据精度。最后,对中国区域进行每日气温的时空变化分析,分析在全球变暖的环境下中国各区域的气温变化情况。

研究内容

标题:

Dataset of daily near-surface air temperature in China from 1979 to 2018

重要结论:

(一) 本模型评估结果与已有数据集在空间上具有较高一致性,同时印证了全球变暖大环境背景对中国区域的气温升温的影响情况。

本研究通过构建模型得到日气温数据集。为了进一步验证本产品的精度效果,我们将本数据集与其他数据集进行交叉验证,最终得到较高的精度结果,表明本数据在提升空间分辨率的同时保证了较高的精度。通过对气温进行时空变化趋势分析表明,在本研究时段内中国区域93 %的地区存在升温的趋势,气温平均升高0.03℃/a,这与全球变暖大趋势相一致。鉴于中国区域变暖态势的发展,需要密切关注气温变化趋势,制定政策保障人民的生产生活及维护生态环境稳定。

(二) 中国各区域极端气候指数有上升的趋势,发生高温热浪的概率增加。

通过选用ETCCDI定义的极端气候指数中的4个突出气温指数,分别是日最高气温的月最大值(TXx)、日最低气温的月最小值(TNn)、冷夜日数(TX90P)和暖昼日数(TN10P),并按照不同的分区进行研究。1979-2018年间冷夜日数逐渐减少、暖昼日数逐渐增加,最高气温和最低气温虽略有波动但总体呈上升趋势。暖昼日数的增加与最高气温的升温都表明各区域气温正在逐步上升,与我国发生高温热浪的年份相一致,发生高温热浪的可能性也随之增加。

图1 1979 - 2018年中国气温变化趋势图

论文链接:https://doi.org/10.5194/essd-14-1413-2022

论文引用:

Fang, S., Mao, K., Xia, X., Wang, P., Shi, J., Bateni, S. M., Xu, T., Cao, M., Heggy, E., and Qin, Z.: Dataset of daily near-surface air temperature in China from 1979 to 2018, Earth Syst. Sci. Data, 14, 1413–1432, https://doi.org/10.5194/essd-14-1413-2022, 2022.(IF=11.8)

数据引用:

Fang Shu,Mao Kebiao, Xia Xueqi, Wang Ping, Shi Jiancheng, M. Bateni,Sayed, Xu Tongren, Cao,Mengmeng, & Heggy,Essam (2021). A Daily near-surface Air Temperature Dataset for China from 1979-2018 (Version 1.0) [Data set].Zenodo.https://doi.org/10.5281/zenodo.5502275.(已下载超过63600)

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