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气候变率是气候变化的一个本质特征,它反映了气候要素不同尺度的波动变化,对人类认识气候有着十分重要的意义。研究气候多尺度变率不仅可以帮助人类认识气候变暖的归因,还可以丰富(对)极端事件的认识,从而预测、防范、减轻极端事件带来的灾害。本文密切围绕气温变率的定义、特征及其与极端事件的关系,以素有“全球变化与地球系统科学统一研究的最佳天然实验(区)”之称的青藏高原为研究区,基于地面观测站的同质数据和全球气候模式资料,采用数理统计、回(归)分析、空间插值、Monte-Carlo模拟、WGEN天气发生器等方法,对高原中东部地区气温多尺度(效)率的时空变化特征、气候影响机制、区域影响要素以及其与极端事件之间的关系等内容进行了的分析。论文主要结论如下: (1)1960-2008年,高原中东部地区气温的日变率以及年内变率都有所下降,下降趋势分别达到-0.12℃/10a和-0.2℃/10a;季内变率,秋季显著下降,趋势达-0.093℃/10a,其它季节趋势不明显;年均温年际变率显著上升,春、夏季年际变率显著下降,趋势分别为-0.049℃/10a,-0.033℃/10a,而秋、冬季年际变率则显著上升,趋势为0.031℃/10a,0.023℃/10a。多尺度气温变率变化主要与大气含水量、云量、气溶胶变化、季风气候等气候要素有关。此外,海拔、地形、城市化水平等区域要素也会对高原中东部地区的气温变率造成显著影响。 (2)理论上分析,随着气温变率的增大,极端高温事件的频率、强度、重现期以及某时段的风险率都呈非线性增长。但对于一些极其罕见极端事件,其强度随变率的增长速率类似线性。极端事件受气温变率和气温均值共同作用影响。 (3)1960-2008年,高原中东部地区极端气温事件发生了显著变化,具体表现为冷事件下降,暖事件上升的趋势。其中FD0、ID0、TN10、TX10下降趋势分别为-2.669d/10a,-1.434d/10a,-8.561d/10a,-4.056 d/10a;而SU20、TR10、TN90、TX90上升趋势分别为3.866 d/10a,3.086 d/10a,18.03d/10a,9.531 d/10a。显然暖事件的增加幅度要显著高于冷事件的减少幅度,夜间极端事件变化频率高于日间极端事件变化频率。气温年际变率与冷事件呈负相关,与暖事件呈正相关;而气温年内变率与冷事件呈正相关,与暖事件(除夏日指数外)呈负相关。年内变率与极端事件的相关关系普遍强于年际变率与极端事件的相关关系。此外,在不同的升温趋势的背景下,气温变率与极端事件相关关系有所不同。 (4)利用WGEN天气发生器可以对高原中东部地区各站点的逐日气温数据进行模拟。模拟的气温年均值与观测相关性较高,波动基本一致,可以反映出实际气温均值的年际变化情况;模拟的气温年变率普遍偏低,逐年误差较大,但总体趋势一致,可以在一定程度上反映气温变率的波动情况;模拟的极端气温事件普遍偏高(除FD0和TR10外),最高温极端事件模拟误差大于最低温,暖事件模拟误差大于冷事件,整体来说,模拟结果在一定程度与实际观测情况相似,可以反映出极端事件的变化情况。 (5)我们模拟了高原中东部地区2020-2085年,不同RCP场景下的极端气温事件变化。RCP2.6情景下,极端事件一致呈现出弱的下降趋势(除霜冻日和夏日指数变化不显著外,其它都显著)。冷极端事件的下降趋势要高于暖事件的下降趋势,下降最显著的指标是冷夜指数和冷日指数;而在其它场景下(RCP4.5,6.0,8.5),极端事件一致表现为冷事件显著下降,暖事件显著上升的趋势,且场景浓度越大,变化趋势越显著。