瑞士两个站点在20世纪日常和夜间日常温度变化的变化外文翻译资料

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瑞士两个站点在20世纪日常和夜间日常温度变化的变化

Rebetez

Swiss Federal Institute WSL, Ecole Polytechnique Federale, Lausanne, Switzerland

（瑞士联邦学院WSL，瑞士洛桑高等理工学院）

概要：对来自瑞士的两个世纪的每日最低和最高温度系列进行日常变化分析。 20世纪温暖的气温伴随着日常变化的减少，特别是对于最低温度和冬季。日常变化与温度分布的偏度之间存在显着的负相关，特别是在冬季和最低温度。较低的可变性与减少的寒冷天气有关。较高的NAO指数值往往不仅与较温暖的温度有关，而且与较低的日常变化有关。这篇论文证实，20世纪的温度升温主要是通过系列中最冷的部分的损失发生的，不仅在24小时或每年周期中，而且通过每个月最冷的事件的损失。

1.简介

现在人们普遍认为极端温度变化对自然生态系统和人类基础设施的影响比平均值的变化更重要（Katz和Brown，1992;IPCC，1996）。气候变化对人类对气候的感知也很重要（Rebetez，1996）。然而，关于极端气候和变率的变化信息仍然不足（IPCC，1996;Karl等，1999）。

先前的研究表明，20世纪的全球变暖是由于日常温度范围的普遍下降而发生的，即与白天温度相比，夜间温度的增加更强烈（Karl等，1993; Plummer，1996; Lough ，1997; Zheng等，1997）。欧洲也是如此（Heino et al。，1999），特别是瑞士（Rebetez和Beniston，1998a）。

在较低的海拔高度，日温度的下降尤为明显（Weber et al。，1994; Rebetez and Beniston，1998a and 1998b）。正如Karl，Hansen（1993年，1997年a，1997年b）和Rebetez和Beniston（1998年b）等人所建议的，这种下降可能与云量增加和人为气溶胶的影响有关。（1993）;由于某些地区的工业革命使气温的最高温度保持在原来的水平，因此大型的负气溶胶压力可能会大大抵消温室效应的影响。

Jones等人（1999）分析了英国中部的共223年的日温度记录，显示过去二十年极冷天的频率明显下降，但在非常温暖的天数没有显着增加。利用来自世界各地的月度数据，他们还表明，最近全球温度上升伴随着受极端低温影响的地区的减少以及极端温暖地区的增加。

Moberg等人（2000）已经表明，在欧洲，近期的变暖伴随着平均气温每日变化的变化。他们计算出欧洲东北部的减少和欧洲西南部的增加。

瑞士是中欧地区，气候变化尤其引起关注，因为迄今为止观测到的变暖是全球平均值的两倍（Rebetez，1999）。此外，日平均气温下降幅度比1930 - 1990年北半球的平均值要强四倍（Rebetez and Beniston，1998a）。这是一个非常值得关注的气候极端变化影响的非常强烈的地区。自本世纪初以来，每日最小值和最大值都可用，从而能够比迄今为止在其他地方进行的更详细的日常变化分析。

在本文中，我分析了瑞士两个世纪的温度系列，以便更好地了解20世纪日常变化的变化。为了更好地了解目前变暖气候中极端温度的行为，特别注意季节和夜间与日常气温的关系。

2.数据

两个瑞士站点用于研究。 他们都有1901年至1999年期间的每日最低和最高温度数据。其中一个（纳沙泰尔）是一个低海拔地点（487米），自20世纪初以来，气象站一直处于相同的位置。自本世纪初以来，人口大致保持不变，约有3万人口。 另一个（达沃斯）坐落在一个山村（1390米），1962年和1976年该站只有轻微的移动。这两个系列似乎显着同质（Jungo，2001）。 纳沙泰尔和达沃斯每月最低和最高温度的长期趋势如图1所示。纳沙泰尔的平均年增长率达到1.3 K，达沃斯的年平均温度达到1.2 K.

图1.纳沙泰尔和达沃斯月最低和最高温度的长期趋势

3.方法

作为温度变化的量度，Moberg等人 （2000）将每月每日温度异常标准偏差的使用与其他方法进行了比较，包括样本中位数的绝对偏差绝对偏差，样本四分位间距和五个不同的N天变化系列。（这些都是基于Karl等人（1995）的早期工作，并且被定义为在N天期间的一系列温度异常的平均值之间的绝对差异，其在第t天结束，（t-1）结束的一天长序列）。 Moberg等人 （2000年）表明，月内标准差是衡量日常变化的指标，与所有其他指标密切相关。 由于它也是一种广泛使用的变异性度量标准，易于解释，因此他们得出结论：它是日常温度变化性的一种很好的一般性衡量标准。

本文分析中使用月内标准差作为衡量日常变化的指标。 每月的偏度测量也被用来表征分布的类型。 美国国家大气研究中心（NCAR）气候与全球动力学（CGD）部门提供的月度北大西洋涛动（NAO）指数值（见Hurrell（1993），Hurrell（1996）和Hurrell和van Loon（1997） 已被用于检测大压力系统和温度变化之间的可能关系。 所有分析都是针对最低和最高温度值进行的。

4.结果

每天平均温度的月内标准偏差趋势在纳沙泰尔的所有季节均为负值，低海拔地区为负值，而在达沃斯地区则为负值，即较高的地点。在达沃斯，对于所有季节，月内标准差的趋势在最低温度为负，在最高温度为正。在纳沙泰尔，除夏季外，所有季节的最低和最高温度值的趋势均为负值（图2）。

温度和温度的标准偏差之间存在显着的负相关，主要是在冬季，在最低温度和最高温度下都有显著的负相关。在达沃斯，对于最低温度，这种相关性几乎全年都是显著的，除了5月和6月(图3)。

在两个站点上，对于最小和最大温度值，一方面NAO指数值与温度（图4）以及另一方面温度的标准偏差存在显着相关性（图3）。一年四季，相关性与温度呈正相关，与标准差呈负相关（除春季有一些例外情况）外，冬季主要表现出显着的相关性。

在所有季节以及在最低和最高温度下，在两个地点，以标准偏差测量的日温度的日变化与日温度值的月分布的偏度之间存在负相关（图6）。相关性在冬季主要显着，对于最低温度值分别更常见。

图2.四个季节每月温度的月度标准偏差的长期趋势

图3.最小/最大温度值（a）与温度标准偏差（b）之间的月相关系数和显着性水平（Fishers检验）

5.讨论

结果表明，低海拔地区平均日温度的日变率随季节的变化而降低，但在夏季是非常轻微的。山区和低海拔地区观测到的差异可能是由于在山上观测到的更强的大气不稳定性，这是在达沃斯的趋势在最高温度和夏季最低气温的趋势。

对最低和最高温度的日常变化的分析表明，它主要在一年中最冷的部分或24小时内下降，并且主要在一年中最热的部分或在24小时内增加。对于最低温度，日温差在温度较高时会降低，五月和六月除外。对于最高温度，这种情况与达沃斯的最低气温并没有太大的不同，除了这种关系通常不那么强烈。在纳沙泰尔，全年最高温度存在重要的差异，只有在寒冷季节才有显着的负相关。

春季温度变化特别是最高温度与其他年份之间观测到的差异至少部分可以通过以下事实来解释：与今年余下时间相比，绝对值的温度只会在最低温度下以较小的比例增加，甚至在最高温度时会下降（Rebetez和Beniston，1998a）。因此，春季与其余年份之间的差异涉及温度的绝对值以及日常变化。

更一般地说，温度绝对值的增加在最小温度下比在最大温度下强得多。这可能是为什么百年趋势和温度绝对值与最低温度的关系最不明确的原因。

对偏度的分析有助于解释这些变化是如何发生的。日常的变异性和偏度之间存在负相关，这在冬天尤其如此。如图7所示，这种负相关意味着，每天的可变性减少是由于月分布中最冷的极端值的损失，尤其是在冬季最冷的极端情况下的损失。这些结果与Jones et al.(1999)一致，后者最近在英格兰的近二十年中出现了非常寒冷的天气。

这里给出的结果表明，至少在冬季的昼夜，但在夏季和秋季的昼夜在较小程度上，有更强的NAO值伴随着温暖的气温和日常变化的减少。这与NAO强指数相关的气象情况一致，即包括瑞士在内的大区域的压力较高（Wanner et al。，1997; Rodwell et al。，1999）。在长时间跨度内压力值保持相对较高，天气类型和温度变化很小，特别是在冬季。冬季是高山天气与NAO指数最好相关的季节，秋季是第二好的相关季节，与以前的研究一致（Luterbach等，1999）。温度和NAO之间的相关性在最低和最高温度之间相当。与最高气温相比，在寒冷季节（特别是2月和3月），温度变率和NAO之间的相关性更强，这意味着NAO与夜间温度变化的减少关联性强于白天变化性。

图4.最小/最大温度（a）与NAO指数（b）之间的月相关系数和显着性水平（Fishers检验）

图5.最小/最大温度标准偏差（a）与NAO指数（b）之间的月相关系数和显着性水平（Fishers检验）

图6.温度的标准偏差（a）和温度分布的偏度（b）之间的月相关系数和显着性水平（Fishers检验）

图7.纳沙泰尔1903年1月和1990年最低气温的比较。1903：平均值= -3.4○C，标准偏差= 4.32○C，偏斜= -1.2。1990年：平均值= -2.8○C，标准偏差 = 2.46○C，偏斜= 1.1

6.结论

这里显示的结果表明，温度升高和日常变化减少之间存在相关性。这适用于山区和低海拔地区。在寒冷季节尤其明显，而春季则更不明显。最低温度与最高温度的关系也更为明显。对于最高温度，山区的关系比在低海拔地区的关系要强。对温度月份分布的分析表明，日常变化的减少是由于最严重的极端事件的丧失，尤其是冬季最冷极端事件的丧失造成的。

这表明，变暖的气候不仅伴随着日化温度范围的减少，也就是说白天温度的变暖与夜间温度相比减少了，而且在每月的系列中也减少了日常的变化。日间变化的减少对于夜间温度特别强烈，这可以通过夜间温度比白天温度更迅速地增加来解释。

昼夜温度范围的减少表明，升温过程发生在24小时内最冷部分的丧失;日常变化的减少表明，它也是通过在一年中和每个月中丧失最冷的事件而发生的。

NAO指数值与温度呈正相关，与日常变化呈负相关，特别是在冬季。这意味着较高的NAO不仅伴随温度升高而且伴随着日常变化的减少，正如可以预计的那样，较高的NAO与较稳定的天气情况以及研究区域的较高压力相关联，特别是在冬季。

结果暗示的一般情况是，温度升高的温度伴随着变化的普遍降低，无论是在日温差还是在每月的日常变化中。变暖过程发生在整个24小时周期，但主要是在夜间，全年发生，但主要在冬季，春季变化很小。气候变暖过程的一个重要部分与非常寒冷夜晚的数量减少以及一般非常寒冷的事件有关。

参考文献：

Hansen J, Sato M, Ruedy R (1993) Long-term changes of the diurnal temperature cycle: implications about mechan- isms of global climate change. J Atmos Res 37: 173–209

Hansen J, Sato M, Lacis A, Ruedy R (1997a) The missing climate forcing. Phil Trans R Soc Lond B 332: 231–240 Hansen J, Sato M, Ruedy R (1997b) Radiative forcing and climate response. J Geophys Res 102/D6: 6831–6864 Heino R, Braacute;zdil R, Foslash;rland E, Tuomenvirta H, Alexan-dersson H, Beniston M, Pfister C, Rebetez M, Rosenhagen G, Rouml;sner S, Wibig J (1999) Progress in the study of climatic extremes in Northern and Central Europe. Clim Change 42: 131–181

Hurrell JW (1993) Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: Regional temperatures and precipitation. Science 269: 676–679

Hurrell JW (1996) Influence of variations in extratropical wintertime teleconnections on Northern Hemisphere tem- peratures. Geophys Res Lett 23: 663–668

Hurrell JW, van Loon H (1997) Decadal variations in climate associated with the North Atlantic oscillation. Clim Change 36: 301–326

IPCC, Clima

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