京津冀百年均一化气候资料日值序列构建的研究

Long-term continuous daily observations are important basis for the study of extreme climate events and their change characteristics in the past 100 years. However, the pattern of extreme climate change before the 1950s has not been well interpreted, due to the lack of reliable daily climate data on a hundred years scale in the world. In this study, the daily data of mean temperature, maximum temperature, minimum temperature and precipitation observed at three meteorological stations in Beijing, Tianjin and Baoding since 100 years are taken to investigate. Firstly, the interpolation technology of missing data is developed based on the observed data. Secondly, the combined homogenization technology based on RHtestV4, SNHT, and E-P is explored by using the complete metadata, to improve the authenticity of the breakpoints discrimination, and to make the inhomogeneity adjustment in the series more objective. Then the representative hundred-year homogenized temperature and precipitation daily series are established in China. As a result, the trend of extreme temperature and precipitation events in China, represented by Beijing-Tianjin-Hebei, has been revealed, and its variation amplitude has been quantified. The study of this project will provide a new reliable centurial-scale data base for extreme climate change, and provide a reference for the construction of long-term reliable daily series under different regional climate conditions in China, to give full play on the scientific value of the long-term climate data in China in the study of regional extreme climate change.

长年代连续的日值观测资料是研究百年来极端气候事件及其变化特征的重要基础支撑。目前国内外由于缺乏可靠的逐日百年尺度气候资料，使得20世纪50年代以前的极端气候变化规律仍然没有得到很好的诠释。本项目拟以北京、天津、保定3个气象站百年以来观测的平均气温、最高气温、最低气温和降水日值资料为研究对象，首先基于观测资料研制缺测数据插补技术；其次采用完整的元数据资料，探索基于RHtestV4、SNHT、E-P等多种技术的组合性均一化分析方法，提高断点判别的真实性，构建我国具有代表性的百年均一化气温和降水日值序列；进而揭示以京津冀为代表的我国百年来极端温度和降水事件的趋势变化规律，量化其变化幅度。本项目的研究将为极端气候变化领域建立新的可靠数据基础，同时为我国不同区域气候背景条件下长年代可靠日值序列的构建提供借鉴，充分发挥我国长年代气候资料在区域极端气候变化研究中的科学价值。

长年代连续的日值观测资料是研究百年来极端气候事件及其变化特征的重要基础支撑。本项目以北京、天津、保定3个气象站百年以来观测的平均、最高、最低气温和降水量日值资料为研究对象，首先，通过数据质量控制剔除原始资料中因人工观测、仪器故障及数字化造成的错误数据；其次，采用标准化序列法和线性回归法对3个气象站1950s以前的日最高、最低气温和降水量序列进行插补；最后，利用PMT和PMFT进行均一性检验，并采用QM对检验得到的显著断点进行订正，由此建立了京津冀百年均一化气温和降水日值序列。分析表明，天津（1891-2019年）、北京（1911-2019年）、保定（1912-2019年）年平均气温趋势变化分别为0.154±0.013℃/10a、0.154±0.018℃/10a、0.166±0.016℃/10a（95%不确定性水平估计），与整个中国区域气温增暖幅度在同一量级。极端温度事件分析显示，京津冀地区存在着长期的极端变暖，并且极端低温事件的变暖速度相对更快。1912-2021年京津冀区域基于1961-1990年和1981-2010年两个气候态得到的极端低温日数趋势幅度分别为-2.318 d/10a和-4.178 d/10a。从统计意义上，京津冀区域的极端高温（或低温）事件与海温存在显著的正（负）相关关系，特别是天津地区。另外，1979年以来城市化对京津冀区域有显著的极端增暖影响。降水量的气候特征显示，天津（1888-2022年）、北京（1888-2022年）、保定（1901-2022年）年降水量趋势变化分别为0.737±3.564 mm/10a、28.768±5.672 mm/10a、34.669±5.053 mm/10a（95%不确定性水平估计）。保定地区的降水强度（SDII）、干燥指数（CDD）和超过95%分位数强降水量（R95p）趋势变化相对最为明显，幅度分别为0.536 mm/d/10a、-10.347d/10a、9.923 mm/10a，对应北京地区分别为0.361 mm/d/10a、-9.888 d/10a、8.220 mm/10a，而天津地区极端降水事件趋势变化基本不显著。因此，通过本项目研究解决了百年尺度气候观测序列中存在的数据连续缺测和非均一性问题，并揭示了京津冀为代表的我国百年来极端气候变化规律及其趋势变化的不确定性。