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青藏高原平均海拔约4000m，约2.5×106km2，是世界上最高大的高原，被称为世界“第三极”。青藏高原通过其热力和机械强迫左右，对区域气候和全球环境产生重大影响，是我国气候变化的“敏感区”和“启动区”以及全球变化的“驱动器”和“放大器”。在全球气候变暖背景下，青藏高原在过去几十年显著增温，并将在今后继续变暖。气候变暖对青藏高原的冰冻圈、水资源和生态系统等方面产生了重大改变，如冰川退缩、季节积雪减少、冻土温度升高和退化速度加剧以及活动层增厚等。由于青藏高原地形复杂、自然条件严酷，高原常规地面观测台站稀少，制约了对高原地区气候变化、特别是极端气候事件以及高海拔地区气候变化的理解，深入地、定量地、系统地揭示青藏高原气候变化事实是紧迫而又现实的问题。围绕青藏高原的气候变化研究已成为国际地球科学关注的学术热点。 本论文紧密围绕青藏高原气候变化的国际前沿问题，基于地面观测台站和再分析资料，采用数理统计、Mann-Kendall趋势检验、空间插值和大气环流分析等方法，对高原变暖及其机制、极端气候事件、再分析资料的适用性、升温幅度的“海拔效应”、风速变化等内容进行了深入系统的研究，成果具有科学意义和应用价值。在理论上，揭示了高原均一化气温数据的强烈增温及风速下降的机制，提出了增温“海拔效应”的不确定性，确定了高原极端气候事件的定义和研究方法；应用上，发现再分析资料在高原具有“冷偏差”，提出了在应用时应消除和纠正由于海拔因素造成的冷偏差。这些成果对评价高原地区的气候变化以及由此产生的环境问题起到了重要的参考作用。论文的主要结论如下： （1）利用中国均一化气温数据和大气环流合成揭示了青藏高原变暖及其相应环流背景场，采用经验正交函数（EOF）方法对高原气温时空特征进行了划分并确定了四个子区，四个EOF累积解释了72%左右的总方差。研究发现1961-2004年高原海拔在2000m以上的71个地面观测台站呈现显著升温趋势，冬季和秋季升温幅度最大。东北子区气温变化趋势最显著。同样，利用EOF来识别北纬20°-60°、东经60°-130°区域的海平面气压（SLP）数据的大气环流模式，高原的变暖与SLP和不同大气环流模式有关。同时，夏季和冬季偏暖/冷年份的环流合成图表面大气环流变化是高原最近气候变暖的重要因素之一。 （2）确定了青藏高原极端气候事件的定义、统计方法以及极端阈值，分析了高原极端事件的时空变化特征和机理研究，开展了极端气候事件变化的环流背景分析，为高原极端气候事件的监测和预测奠定了基础。根据“气候变化检测和指标”方法，确定和计算了青藏高原12个极端气温指标和9个极端降水指标。研究发现，多数台站极端气温指标显示了一致的强烈升温趋势，其中高原的西北部、西南部和东南部为升温幅度最大的区域。白天极端高温日数和夜间极端高温日数分别以1.26天/10年和2.54天/10年的速度呈现显著增加趋势，而白天极端低温日数和夜间极端低温日数分别以0.85天/10年和2.38天/10年的速度呈现显著下降趋势，日较差以0.20℃/10年的速度在显著减少。气温变暖导致霜冻日和冰冻日的天书分别以4.32天/10年和2.46天/10年的趋势显著减少，而生长日的天数以4.25天/10年的趋势在显著增加，逐年日最低气温的极高值和极低值分别以0.25℃/10年和0.69℃/10年的速度显著增加。多数极端降水指标在青藏高原北部和南部呈现增加趋势，在高原中部有减少趋势。年总降水量、中雨日数、最大日降水量、逐年平均日降水强度、极端降水量等呈增加趋势，但没有达到显著性水平；连续5日降水量的最大值、逐年连续降水天数和连续无降水天数等有减少趋势，但没有达到显著性水平；连续5日降水量的最大值、逐年连续降水天数和连续无降水天数等有减少趋势，但只要逐年连续降水天数减少趋势达到显著性水平。 （3）以青藏高原地面观测台站均一化气温数据为参照标准，采用空间插值方法分析了NCEP/NCAR再分析气温资料在高原的适用性，确定了再分析与观测资料差异的原因，并用“地面观测减去再分析资料”的方法评估认为因素对高原变暖的影响。研究发现NCEP/NCAR再分析资料未能捕获高原变暖趋势，而ERA-40有明显的升温趋势。相对于地面观测台站，NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料气温都表现为系统性的偏低。ERA-40年平均冷偏差为0.70℃，而NCEP/NCAR为4.81℃，表明ERA-40比NCEP/NCAR更接近于地面观测记录。ERA-40冷偏差主要是由于再分析资料同化地形海拔比地面观测台站海拔较高造成。因此，在选用再分析资料研究高原时，应消除和纠正由于海拔因素造成的冷偏差。 （4）基于均一化气温数据、再分析资料网格资料、极端气温指标等数据，确定了青藏高原升温的“海拔效应”具有不确定性，探讨了其内在机制以及对高海拔地区环境变化的指示意义，提出了年平均气温接近凝结点的地区升温幅度较大，对气温变化更为敏感，主要是由于冰冻圈的反馈机制所造成。在年和季节尺度上，高原地面观测台站和ERA-40气温升温幅度与海拔之间没有简单的线性关系，而NCEP/NCAR升温幅度与海拔之间关系也不显著，同时高原极端气温指标趋势在高海拔地区的敏感性不明显。地面观测台站的趋势幅度由于受到地形类型和城市化水平的影响，以及网格点与台站之间的地形差异、再分析资料同化模型的土地利用参数化方案等差异会掩盖升温的“海拔效应”。因此，在全球变暖背景下，高原升温的“海拔效应”不明显，气温升高幅度不存在简单的海拔依赖，高原高海拔地区冰芯的迅速增温应该谨慎解释。 （5）风速是控制青藏高原蒸散发的主导因素，也是大气环流变化的指示要素之一。利用青藏高原地面观测台站风速以及再分析资料数据，指出了1980年以来高原地面观测台站和NCEP/NCAR再分析资料年和季节平均风速与平均气温、平均最低气温、平均最高气温、青藏高原指数呈显著负相关，与日照时数呈显著正相关。ERA-40没有捕捉到风速减弱趋势。高原整体升温导致区域气温梯度以及水平气压梯度减弱，引起纬向梯度的地表气温和气压梯度力的不对称变化，改变了大气环流形势，可能是引起高原风速减弱的原因。高原风速下降可能是大尺度大气环流转变的一部分。