不同海拔梯度下的极端温度：来自德国两个山地观测站的证据

《Frontiers in Earth Science》：Temperature extremes across elevation gradients: evidence from two German mountain observatories

阿尔卑斯山脉巴伐利亚地区两个高精度观测站（Hohenpei?enberg 977米，Zugspitze 2956米）的长期数据显示：近40年夏季升温达0.6°C/10年，远超全球平均水平；寒冷极端事件（如霜冻、冰天）显著减少，温暖极端事件（热浪、高温夜）频次和持续时间激增，低温日减少幅度低海拔站达-45天；雪盖深度加速下降，Zugspitze年均减少7.4cm（1981-2024）；大西洋遥相关模式（NAO/EA）主导冬季变暖，夏季则受局地热力学过程影响更显著；站点揭示与传统海拔依赖性增温（EDW）理论不符的反转模式，低海拔升温更快导致逆温率加剧。

　　在当今全球气候变暖的大背景下，山地地区正经历着显著的温度变化，其中极端温度事件的变化尤为引人关注。山地环境因其独特的地理和气候条件，往往对全球气候变化表现出高度的敏感性，而这种敏感性使得其成为研究气候变暖影响的重要区域。本研究通过对德国巴伐利亚阿尔卑斯山地区的两个长期观测站——霍亨皮辛贝格（Hohenpei?enberg，海拔977米）和齐格斯皮岑（Zugspitze，海拔2956米）的长期温度数据进行分析，揭示了山地不同海拔高度上温度极端事件的变化趋势。这些观测数据涵盖了超过两个世纪的时间跨度，为理解山地气候如何随海拔变化而变化提供了宝贵资料。

研究发现，这两个站点均经历了显著的温度升高，且在近几十年里升温速度加快。霍亨皮辛贝格的年平均气温自1781年起以每年约0.07°C的速度上升，而自1980年起则加速至每年约0.51°C。齐格斯皮岑的年平均气温自1901年起以每年约0.08°C的速度上升，自1980年起加速至每年约0.33°C。这种升温趋势在季节上表现出明显的差异：夏季的升温最为显著，如霍亨皮辛贝格的夏季升温率达到了每年约0.60°C，齐格斯皮岑的夏季升温率约为每年0.62°C。相比之下，冬季的升温较为温和，但自1980年后也出现了明显的加速。这些数据表明，山地地区的温度变化不仅在整体趋势上与全球变暖相吻合，而且在不同季节表现出显著的差异。

与此同时，极端温度事件的频率和强度也发生了变化。冷极端事件的持续时间明显减少，而暖极端事件则呈现出显著的增加趋势。在霍亨皮辛贝格，自1981年至2024年，冷极端事件的持续时间减少了16天，而暖极端事件的持续时间则几乎翻倍。在齐格斯皮岑，冷极端事件的持续时间减少了10天，而暖极端事件的持续时间也显著增加。这些变化不仅反映了温度上升的趋势，也揭示了极端天气事件的频率和强度的增加。这种变化对生态系统、人类活动和基础设施构成了挑战，特别是在农业、能源供应和交通方面。

此外，研究还发现，雪深在所有季节均出现显著下降，且在过去的40年中下降速度加快。齐格斯皮岑的雪深下降尤为明显，特别是在冬季和春季。这种雪深的减少对山地水文和生态系统产生了深远的影响，包括融雪期的提前、冬季降雪量的减少以及山地冰川和永久冻土的退缩。这些变化不仅影响了山地地区的自然环境，还对人类社会的可持续发展提出了新的挑战。

在探讨极端温度事件的变化时，研究还关注了大尺度大气环流模式对这些变化的影响。欧洲大西洋模式（如北大西洋振荡、东大西洋模式、北极振荡和斯堪的纳维亚模式）对冬季极端温度事件的影响尤为显著。这些模式通过影响气流路径和温度分布，对山地极端天气事件的频率和强度起到了调节作用。例如，北大西洋振荡的正相位通常与欧洲阿尔卑斯山冬季的暖化有关，而负相位则与较冷的条件相关。这种大尺度环流模式的变化，为理解山地极端温度事件提供了重要的线索。

研究还强调了山地地区在气候适应和政策制定中的重要性。由于山地地区的气候条件复杂，长期观测数据的稀缺性使得这些地区的气候趋势难以准确评估。然而，霍亨皮辛贝格和齐格斯皮岑的长期观测数据为理解山地气候的演变提供了关键证据。这些数据不仅有助于验证气候模型和再分析数据，还能为制定有效的适应策略提供依据。例如，通过监测山地极端天气事件的变化，可以更好地预测和应对山地生态系统对气候变化的响应。

在方法上，研究采用了多种分析手段，包括使用Climpact R包对极端温度事件的识别和分析，以及使用Theil–Sen估计器和Mann–Kendall检验来量化趋势和评估统计显著性。这些方法能够有效捕捉到长期变化和短期波动，为理解山地气候的复杂性提供了科学依据。同时，研究还分析了极端温度事件与大尺度大气模式之间的关系，揭示了这些模式对山地气候的影响机制。

总体而言，本研究通过对两个长期观测站的分析，揭示了山地极端温度事件的变化趋势及其背后的影响因素。这些发现不仅有助于理解山地气候如何响应全球变暖，还强调了山地地区在气候适应和政策制定中的关键作用。未来的研究需要进一步探索这些变化的物理机制，并扩展分析范围，以评估这些趋势是否具有普遍性。通过这样的研究，可以更好地预测山地极端天气事件的变化，从而为应对气候变化带来的挑战提供科学支持。