【摘要】：隨著人類工業(yè)技術(shù)不斷的發(fā)展,人類活動(dòng)對氣候帶來的影響越來越不可忽視,由此催生出了氣候?qū)W中探討人類活動(dòng)導(dǎo)致氣候變化的新研究方向。在上個(gè)世紀(jì)的后半葉,全球溫室氣體濃度持續(xù)快速升高,全球平均表面氣溫整體保持上升趨勢,與之伴隨而來的是海平面升高、高原雪蓋融化、極地海冰消退、海表面溫度不斷上升等一系列氣候問題。到了21世紀(jì)初期,有關(guān)全球變暖的理論初步成型,相關(guān)研究受到各國政府大力支持,且被公眾廣泛關(guān)注。此時(shí)人類活動(dòng)排放的溫室氣體會(huì)導(dǎo)致全球變暖幾乎已經(jīng)是一個(gè)不再有爭議的事實(shí)。在這樣的歷史背景之下,1998年后的全球平均表面氣溫出現(xiàn)了變暖的趨緩。數(shù)據(jù)顯示似乎在此之后的近十年間全球表面氣溫沒有再繼續(xù)升高過(Smith et al.,2008;Easterling and Wehner,2009),而與此同時(shí)全球溫室氣體濃度卻不斷創(chuàng)下新高。這種全球大氣溫室氣體的濃度持續(xù)快速上升但同一時(shí)期全球表面氣溫卻出現(xiàn)了變暖速率趨緩的現(xiàn)象被稱為全球變暖趨緩(Global warming slowdown)或者全球變暖“停滯”(Global warming hiatus)�，F(xiàn)有的氣候?qū)W理論不能夠完全解釋全球變暖趨緩現(xiàn)象的出現(xiàn),所以這種現(xiàn)象自出現(xiàn)起就立即同時(shí)受到了科學(xué)界與公眾兩方面的廣泛關(guān)注,并引發(fā)了科學(xué)討論,由此也導(dǎo)致公眾和政府對于全球變暖的關(guān)注與疑惑。當(dāng)然這同時(shí)也激發(fā)了科學(xué)家們的研究熱情�；谌蜃兣白兓吘彽难芯楷F(xiàn)狀,我們發(fā)展完善了趨勢轉(zhuǎn)折檢測方法,之后再結(jié)合現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)方法,從全球與區(qū)域等不同的角度展開了多方面的研究,發(fā)現(xiàn)了一些有關(guān)全球表面氣溫趨勢變化的新特征,希望這些新特征能為加深理解全球變暖問題提供有益的幫助。本博士論文的主要研究結(jié)論如下:1)本文討論了趨勢轉(zhuǎn)折的諸多特征,將趨勢轉(zhuǎn)折根據(jù)轉(zhuǎn)折前后趨勢的不同組合,分為了三種基礎(chǔ)類型:趨勢逆轉(zhuǎn)型(TR,Trend Reversal)、趨勢產(chǎn)生或消失型(TN,Trend vs.No trend)以及趨勢同號但趨勢值存在顯著差異型(TD,Trends are different only in Degree,and are in same-sign)及相應(yīng)的十種子類。我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有趨勢轉(zhuǎn)折討論經(jīng)常忽略TD類趨勢轉(zhuǎn)折,現(xiàn)有趨勢轉(zhuǎn)折檢測方法對其識別能力較低,但TD類趨勢轉(zhuǎn)折作為一個(gè)事實(shí)存在,在研究全球表面氣溫趨勢變化問題時(shí)相當(dāng)關(guān)鍵。對趨勢轉(zhuǎn)折問題而言,轉(zhuǎn)折前、后子序列存在顯著的趨勢差異是所有趨勢轉(zhuǎn)折的共同特征,根據(jù)這一點(diǎn)本文發(fā)展了一種新的趨勢轉(zhuǎn)折檢測方法,稱為滑動(dòng)斜率差異t-檢驗(yàn)法。我們通過蒙特卡羅模擬試驗(yàn)的方式評估了新方法的誤判率、漏判率以及識別樣本序列中多次趨勢轉(zhuǎn)折的能力。并在之后通過理想序列與實(shí)際氣候序列案例對比了新方法與現(xiàn)有常用趨勢轉(zhuǎn)折檢測方法之間檢測結(jié)果的差異。研究結(jié)果表明,與現(xiàn)有的方法相比滑動(dòng)斜率差異t-檢驗(yàn)法識別TD類型趨勢轉(zhuǎn)折的能力更強(qiáng),且對三類趨勢轉(zhuǎn)折均有較好的識別能力。2)全球平均表面氣溫在21世紀(jì)最初十幾年里是否出現(xiàn)了較為明顯的變暖趨緩,這一問題在氣候變化研究中受到了較多的關(guān)注。在本文中,我們使用多資料、多方法討論了這一階段全球平均表面氣溫的趨勢變化特征。我們發(fā)現(xiàn)21世紀(jì)最初的十幾年里全球平均表面氣溫的變化趨勢相比之前的時(shí)期存在一定程度的趨緩,但其趨緩的程度總體上是不顯著的。進(jìn)一步我們設(shè)計(jì)了兩組蒙特卡羅模擬試驗(yàn),研究了隨機(jī)性擾動(dòng)是否有可能導(dǎo)致21世紀(jì)最初十幾年里的變暖相對趨緩。在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上我們發(fā)現(xiàn)僅僅依靠資料中的隨機(jī)性擾動(dòng)只有極低概率可能引起21世紀(jì)最初十幾年里的變暖相對趨緩。根據(jù)這些結(jié)論我們做出推測,認(rèn)為這段時(shí)期全球表面氣溫場的趨勢變化可能具有較強(qiáng)的區(qū)域性特征。3)利用基于滑動(dòng)斜率差異t-檢驗(yàn)法的區(qū)域趨勢轉(zhuǎn)折特征劃分研究方法,我們研究了全球表面氣溫場趨勢轉(zhuǎn)折的時(shí)空特征,發(fā)現(xiàn)1880年以來的一百多年里全球表面氣溫場出現(xiàn)過四次較為集中的大范圍趨勢轉(zhuǎn)折過程,分別為1902年-1915年間變暖性轉(zhuǎn)折為主的過程、1930年-1950年間變冷性轉(zhuǎn)折為主的過程、1964年-1975年間變暖性轉(zhuǎn)折為主的過程和1980年-2001年間冷暖轉(zhuǎn)折同時(shí)出現(xiàn)的過程。進(jìn)一步,我們通過分析1980年-2001年間冷暖轉(zhuǎn)折同時(shí)出現(xiàn)的過程,識別出了21世紀(jì)初期全球變暖相對趨緩對應(yīng)的六個(gè)主要變冷區(qū),它們分別為南大洋區(qū)域、南半球熱帶東太平洋區(qū)域、北半球熱帶東太平洋區(qū)域、北大西洋區(qū)域、黑潮附近區(qū)域以及亞洲大陸東北部區(qū)域。此外,我們還計(jì)算了每個(gè)變冷區(qū)對21世紀(jì)初期全球變暖相對趨緩的相對貢獻(xiàn)率,六個(gè)主要變冷區(qū)合計(jì)相對貢獻(xiàn)率大約為71.32%至82.34%。這表明在此六個(gè)變冷區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的表面氣溫變冷性趨勢轉(zhuǎn)折,很可能正是導(dǎo)致全球變暖出現(xiàn)相對趨緩的直接原因。4)以識別出的1980年-2001年間冷暖轉(zhuǎn)折同時(shí)出現(xiàn)的過程為線索,我們發(fā)現(xiàn)以阿拉伯半島為核心的中東干旱地區(qū)在這個(gè)階段出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折幅度較大的變暖性趨勢轉(zhuǎn)折,以此為出發(fā)點(diǎn)我們討論了全球不同干旱區(qū)內(nèi)表面氣溫的趨勢轉(zhuǎn)折特征。我們發(fā)現(xiàn)在最近這40年里,全球陸地平均表面氣溫升高了約1oC,而干旱區(qū)內(nèi)平均表面氣溫已經(jīng)升高接近1.5oC。全球陸地與干旱區(qū)內(nèi)平均表面氣溫均在1980年前后出現(xiàn)了變暖加速型的趨勢轉(zhuǎn)折,全球陸地平均表面氣溫在轉(zhuǎn)折后變暖速率達(dá)到了0.28oC/10年,而干旱區(qū)內(nèi)平均表面氣溫在變暖加速的趨勢轉(zhuǎn)折后更是達(dá)到了0.36o至0.38oC/10年的水平,兩者的變暖速率相比它們趨勢轉(zhuǎn)折前升高了約3.5倍與6倍之多。干旱區(qū)內(nèi)爆發(fā)式的變暖加速,主要貢獻(xiàn)來源于撒哈拉干旱區(qū)和阿拉伯半島干旱區(qū)。
【圖文】：

圖 1-1 1850-2015 年全球平均表面氣溫與全球大氣 CO2濃度（注：本圖引用自（Li 等，2018））五次工作報(bào)告（IPCC AR5,2013）指出，在 1880 年-2球平均表面氣溫已經(jīng)變暖了約 0.85oC，研究者將此現(xiàn)象體的增加。但自 20 世紀(jì)末以來，，全球大氣中溫室氣體的，同一時(shí)期全球表面氣溫卻出現(xiàn)了變暖速率的趨緩（圖 這種現(xiàn)象被稱為全球變暖趨緩（Global warming slowd滯”（Global warming hiatus）。Smith et al.（2008）與（2009）在他們各自的研究中都較早地發(fā)現(xiàn)了自 1998 年乎不再升高的現(xiàn)象。Knight et al.（2009）發(fā)現(xiàn)，90 年每十年的增溫（約為 0.07oC）要遠(yuǎn)小于 1979 年-2005 年.18oC）。在 IPCC 第五次工作報(bào)告（IPCC AR5,2013）中

圖 2-1 1901 年-2012 年的全球表面氣溫趨勢空間分布圖（注：本圖引用自 IPCC 第五次工作報(bào)告，IPCC AR5，2013）NOAA-GT 資料（Smith et al.,2008；Vose et al.,2012）的格點(diǎn)分辨率為5o×5o，最早的觀測開始于 1880 年。它陸地與海洋上的數(shù)據(jù)源與 GISTEMP 資料一樣，陸地部分來自于 GHCN-M 資料，海洋部分來自于 ERSST 資料。這套資料采用了與 GISTEMP 資料不一樣的數(shù)據(jù)插值算法，并且其陸地與海洋部分的數(shù)據(jù)插值計(jì)算的分開進(jìn)行的。BEST 資料（Rohde et al.,2013a；Barbara,2013）的格點(diǎn)分辨率為 1o×1o，是四套數(shù)據(jù)中分辨率最高的，它最早的觀測開始于 1850 年。與上述三套資料的不同在于，BEST 資料的陸地觀測部分來源于 14 套不同的資料，這使得其包括的站點(diǎn)數(shù)目達(dá)到了將近 37000 個(gè)左右，遠(yuǎn)多于其他三套資料大約 5000-7000 的站點(diǎn)數(shù)目。在海洋部分，BEST 數(shù)據(jù)來源于 HadSST 資料，但對原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行了一些
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P467

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本文編號：2665938