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从1961年到2010年，喀尔巴阡山地区的热浪和寒潮趋势

Monika Lakatos Tamaacute;sSzentimrey Zita Bihari Sandor Szalai Juuml;rgenVogt Tiberiu Antofie

欧盟委员会联合研究中心，意大利伊斯普拉环境与可持续性研究所

匈牙利气象部门（OMSZ），匈牙利布达佩斯气候学部

匈牙利Gouml;douml;llouml;Szent Istvan大学农业与环境科学学院

摘要：20世纪的后20年和21世纪的前10年，全球温度上升以及天气引发的极端事件（如洪水、干旱、强降水和热浪）概率增加。我们调查了喀尔巴阡山地区的热浪和寒潮，这个地区的生物圈因极端事件而受到威胁。我们使用CARPATCLIM项目框架中收集的日最低温（TN）和日最高温（TX）数据。这些高分辨率（0.1°times;0.1°）的网格数据从1961年1月到2010年12月。在这项研究中，当温度超过第90百分位连续至少5天时发生热浪，当温度低于第10个百分点至少连续5天时发生寒潮。百分位数是在1971年至2000年的基线期间计算出来的。我们区分了夜间和白天事件。并且我们讨论了考虑至少连续5夜和温度高于（低于）所选百分位数的日子的热（和冷）浪。对于每次热浪或寒潮过程，我们都会分配持续时间，严重程度和强度。对于这些参数和频率，我们对1961年至2010年期间进行了线性趋势分析。趋势是按年度和季节计算的，并进行了统计学显著性检验。喀尔巴阡地区的热浪和寒潮的不同空间格局特征表明：热浪事件显示所有参数的普遍增加，而寒潮事件显示所有西部至喀尔巴阡山脉的变量减少，东北部向喀尔巴阡山脉增加。 我们还编辑了从1961年到2010年袭击喀尔巴阡山地区最为相关的热浪的清单：七次事件中有四次发生，其中四次发生于2000年至2010年。相反，二十世纪六十年代和八十年代是遭受严重寒潮影响最严重的几十年。

关键词喀尔巴阡山脉; 极端气候; 寒潮; 热浪; 趋势

介绍

根据最近的科学文献[见IPCC（2014）审查]，上个世纪的二十年和本世纪的第一个十年经历了全球变暖，影响到各个部门：农业（Cline，2007），生态系统（Vitousek ，1994; Parmesan等，2000; Walther等，2002），经济（Stern，2007; Fisher等，2012），能源需求（Hoffert等，2002），粮食和畜牧生产（McMichael et al。 2007），健康（Martens，2014），植物和野生动物（Root等人，2003），政治（Giddens，2009）等等。 所谓的气候变化不仅以温度上升为特征（如Hansen 等，2006），这被认为是造成全球海平面上升的原因（如Vermeer和Rahmstorf，2009年），而且还有极端事件发生的频率增加（Easterling等，2000; Alexander等，2006; Seneviratne等，2012; IPCC，2014）。 全球变暖与极端气候之间的关系一直被认为是干旱（Sheffield等，2012; Dai，2013），洪水（Schiermeier，2011; Hirabayashi等，2013），热浪和寒潮（Beniston和Stephenson，2004; Meehl和Tebaldi，2004），强降水（Allan and Soden，2008），热带气旋（Emanuel，2005; Webster等，2005; Knutson等，2010），风暴（Bunde等，2005）等等的原因。

欧洲在过去十年中发生了许多极端事件（Coumou and Rahmstorf，2012），尤其是严重的热浪：例如2003年夏季热浪（Beniston，2004; Rebetez等，2006），2006年7月欧洲中部热浪（Rebetez等，2009;Garciacute;a-Herrera等，2010），2007年东南欧夏季热浪（Founda和Giannakopoulos，2009年）以及2010年东欧和俄罗斯的热浪（Barriopedro等，2011; Dole等，2011）。 在过去的十年中，欧洲在2005 - 2006年也经历了相关的冬季寒潮（Scaife and Knight，2008）。 此外，根据许多最近的研究（Meehl和Tebaldi，2004; Tebaldi等，2006; Della-Marta等，2007; Sillmann），热浪在未来几十年在欧洲将会更为频繁和强烈。

因此导致人类死亡率，野生动物压力，作物损害，植物害虫，冷却能量需求，森林生长受损等增加（Beniston等，2007）。

我们调查喀尔巴阡地区的热浪和寒潮的频率，持续时间，严重程度和强度，其独特的生物圈和自然环境会受到气候变化影响的威胁（UNEP，2007）。 这里由17°-27°E（经度）和44°-50°N（纬度）划定的喀尔巴阡地区包括8个国家，（克罗地亚，匈牙利，斯洛伐克，捷克共和国，波兰，乌克兰，罗马尼亚和塞尔维亚），其最重要的地理特征是喀尔巴阡山脉和多瑙河。喀尔巴阡山脉是继大匈牙利的斯堪的纳维亚山脉之后欧洲第二长（约1500公里）山脉。 喀尔巴阡山脉形成一条零散的山脉，充满了狭窄的山谷，这些山谷在南北方向和西方向东方延伸。 喀尔巴阡山脉地区位于北半球的中纬度地区，1月份最低，7月和8月最高，降雨季节为4月中旬至9月，云量在11月至1月最高（Spinoni等，2014）。 喀尔巴阡山脉受到气候变化（Spinoni等，2014），干旱（Spinoni等，2013），以及与天气有关的极端事件如大雨（Bartholy和Pongraacute;cz，2005年）和极端气温（Bartholy和Pongraacute;cz ，2007）。 有关该地区的地理和气候特征的更多细节可以在Spinoni等人的文章中找到。 （2014）。

这项研究的主要目的是通过在CARPATCLIM项目（www.carpatclim-eu.org）框架内构建的数据集内1961年至2010年的高质量和高分辨率的每日格点数据

（0.1°times;0.1°）分析热浪和寒潮趋势。 尤其是，我们旨在了解在过去几十年中，热浪和寒潮是否变得更持久，更频繁，更严重。 介绍结束后，第2节介绍输入温度数据，热浪和寒潮指标，以及导出数量（频率，持续时间，严重程度和强度）的描述。 第3部分致力于结果和讨论，重点讨论热浪和寒潮倾向的空间特征。 第3节还报告了同一时期涉及研究区域的最严重的热浪和寒潮事件清单：1961年至2010年。我们在总结本文时简要总结了其中的其他气候指标的产出和计划分析喀尔巴阡地区。

数据和方法

• 1. 输入温度数据

说明热浪和寒潮，通常只需要温度数据。 我们使用CARPAT-CLIM多变量数据集的从1961年1月1日到2010年12月31日的每日最小值（TN）和最大值（TX）温度网格数据。 CARPATCLIM项目

由欧盟委员会发起和资助（Szalai和Vogt，2011年），并由来自9个国家（奥地利，克罗地亚，捷克共和国，匈牙利，波兰，罗马尼亚，塞尔维亚，斯洛伐克和乌克兰）的机构联合体开发和资助欧盟委员会联合研究中心（JRC）。 该项目的最终成果是制作了喀尔巴阡地区的气候地图集，网址为www.carpatclim-eu.org， 其中元数据与超过30个变量和派生指标一起存储在网格域中。

温度网格数据是通过从232个现场台站日常数据开始的稳健过程获得的。 这些数据通过均质化系列多重分析软件（MASH 3.03版; Szentimrey 1999,2008,2011; Szentimrey等，2011）和基于地面同化数据的气象插值自动进行质量检查，同质化，协调和插值均质数据基础（MISH，版本1.03; Szentimrey和Bihari，2007; Szen-timrey等人，2011）。Spinoni等人描述了完整的程序（2014）。

• 1. 热浪和寒潮指标

高温不应该被热浪误导，而热（和冷）波的定义并不是直截了当的（Robinson，2001; Smith et al。，2013）。世界气候研究计划（WCRP;参见www.clivar.org）的CLIVAR项目（气候和海洋：变率，可预测性和变化）编制了极端温度指数清单。 根据CLIVAR指南（Klein Tank et al。，2009），我们将指标分为四大类：基于百分位数，基于持续时间，基于阈值和基于绝对值的（表1）。 在科学文献中经常使用这些指标的组合来评估热浪和寒潮的地理模式，趋势和预测（Alexander 等，2006; Perkins and Alexander，2013; Sillmann等，2013）以及一些他们（加上其他许多人）都包含在CARPATCLIM数据库中（Mihic 等，2013）。 我们对基于固定阈值的指标不感兴趣，这些指标可能不适合喀尔巴阡山地区的复杂地形，因此在本研究中我们关注前两类。

基于百分位数的指标考虑温度值高于（或低于）百分位值，通常与30年基准期相比。 这种每日百分比通常是考虑5天（Klein Tank等，2009; Sillmann等，2013a）或以15天为中心的窗口（Fischer和Schauml;r，2010; Perkins等，2012）计算的。 尽管百分位数通常指第10和第90位（例如Frich等，2002; Zhang等，2011; IPCC，2014），但可以发现一些变化，即第1位，第2位，第5位，与第95,98和99号相反（Diacute;az等，2006; Moberg等，2006; Kuglitsch等，2010; Smith等，2013）。

从夜间（TN）和白天（TX）原位观测得到的CARPATCLIM温度网格数据（见元数据：http://www.carpatclim-eu.org/

表1.推荐的基于温度的气候极值CLIVAR指数列表（Klein Tank 等，2009）。

gt;连续5个温暖的日子

ID 结冰的日子 TXlt;0℃

TR 热带夜晚 TNgt; 20℃

其他 DTR 每日温度范围 （TX-TN）

GSL 生长季节长度 参见Klein Tank 等（2009年）

为了计算热和冷波参数，使用了前两类指标（百分位数和法术持续时间）的合理组合。

页/元/）。 因此，我们决定区分夜间（基于TN）和白天（TX）的热浪和寒潮。 为了定义热（或寒）波事件，我们采用温热法术持续时间指数（WSDI）和冷法时间指数（CSDI）。 这些指数在Klein Tank et al。 （2009年）：WSDI考虑了至少一定数量的连续温暖时期，而CSDI则考虑了至少一定数量的连续寒冷夜晚时期。 根据应用情况，一些作者将WSDI和CSDI的基础至少分为两个阶段（Anderson and B

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