中国气候舒适度空间格局和时空变化研究

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全球增暖背景下,气温、湿度、风速、辐射等环境因素的改变会导致气候舒适度的变化,并在公众健康、能源消耗、旅游休闲等诸多领域影响人类社会。揭示中国气候舒适度的空间格局和时空变化特征,可为相关领域的影响评估和适应性措施的制订提供科学依据。本文以ERA-Interim再分析资料(1979~2015年)和上海虹桥国际机场自动气象站观测资料(1973~2015年)为数据源,揭示了中国气候舒适度空间格局和时空变化特征;在全国和局地(上海市)尺度重点分析了极端热、冷应力的变化,并比较了基于通用热气候指数(Universal Thermal Climate Index,UTCI)和传统的基于气温的研究结果间的差异。所得主要结果与结论如下:  (1)多年平均而言,中国除青藏高原地区外,年均UTCI呈纬向分布,由北向南逐渐增加;青藏高原地区受地形影响呈“环岛状”分布。夏季“无热应力”覆盖面积最大,春、秋季次之,冬季最小。“无热应力”频率在中国中、东部地区由北向南递增;最大值(>70%)位于云贵高原南部,最小值(<10%)位于青藏高原地区。极端冷应力在中国长江以北绝大部分地区均有出现,其中内蒙古地区东部和东北北部(15%~30%),及青藏高原大部(15%~40%)最为频繁;中国中东部和新疆盆地区域均有极端热应力出现,其中江南地区、四川盆地及新疆盆地区域相对频繁,在1.5%以上。  (2)1979~2014年中国年均UTCI在全国范围显著上升,升幅大值区位于内蒙古高原中部(0.7~1.0℃/10a)。春、夏和秋季UTCI在全国大多数地区显著上升;冬季UTCI仅在东部沿海、黄土高原、青藏高原东北部和云贵高原部分地区显著上升,在中国西部地区则以下降趋势为主。“无热应力”频率的变化趋势呈东南-西北分异特征,西北大部区域显著增加,东南部无显著趋势;“冷应力”频率全国一致显著减小;“热应力”频率在除青藏高原以外的大多数地区显著增加。“极端热应力”在中国绝大部分地区越发频繁,尤其在东南地区、四川盆地、塔里木盆地西部,及吐鲁番盆地等极端热应力高风险区,增幅达0.2~0.65个百分点/10a;“极端冷应力”频率在中国北方大部地区呈减小趋势。  (3)从全国平均看,极端UTCI暖指数均显著上升,且暖夜日数、夏季最低UTCI升幅高于暖昼日数、夏季最高UTCI。从区域差异看,夏季最高UTCI、夏季最低UTCI、暖昼日数、暖夜日数分别在85.74%、95.51%、91.01%、92.34%的区域增加,并分别在27.16%、27.06%、52.91%、60.06%的区域通过了0.05显著性检验。其中暖昼、暖夜日数的上升大值区(3~4.80d/10a、4~5.94 d/10a)位于新疆东部和内蒙古中部。冷指数中除冬季最高UTCI外,在全国绝大多数地区无显著趋势,且变化幅度均较小。极端UTCI指数和极端气温指数的分析均表明,1979年以来中国多数地区夏季暖昼、暖夜日数上升,冬季冷昼、冷夜日数下降。但极端气温指数所揭示的暖昼、暖夜日数升幅更大,冷昼、冷夜日数下降趋势的覆盖范围、下降幅度也均更大。  (4)过去43年里,上海市夏季极端热应力逐渐加剧,UImax分布明显向大值方向移动,UImax>38℃日数以4.34 d/10a的速率显著增加。暖昼日数显著增加,增幅为3.67 d/10a,且在1998年附近出现跳跃式上升。热浪频率和热浪天数分别以0.77次/10a和3.51 d/10a的速率显著增加;平均热浪频率和热浪天数分别由1973~1987年的1.0次/a和4.13 d/a,增加至1988~2001年的1.71次/a和7.64 d/a,以及2002~2015年的3.57次/a和16.0 d/a。此外,至少持续8天的热浪事件也越发频繁。UTCI和气温分析均表明极端热应力事件显著增加,但后者的增幅更大。这一差异可能源于21世纪较低的湿度和较强的风速减弱了UTCI定义下的极端热应力状况。
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