1960―2012年安徽省降水和气温变化特征及其与ENSO的相关性分析

使用安徽省1960―2012年气温与降水资料,采用线性倾向估计法、反距离加权插值法、最小二乘法和相关分析法分析安徽省近53年来气温和降水的时空变化特征及其与ENSO的关系。结果表明：1）近53年来安徽省年降水量和年平均气温分别以0.93 mm/a和0.02℃/a的倾向率呈增加趋势;季节变化表明,夏季和冬季降水量呈明显的增加趋势,而春、秋两季则呈减小趋势;四季气温均有所升高,春季气温增幅最大。2）不同季节降水量的年代际变化特征并不明显,降水主要集中在夏季,约占全年降水量的45.95%;与降水量年代际变化不同,年均温和四季气温的年代际变化呈波动上升趋势。3）降水存在显著的空间差异,夏、冬两季降水量由北向南减小幅度逐渐增大,春季降水量由北向南增加幅度逐渐增大;气温的空间变化并无一定规律,但宿州是四季以及全年增温幅度最大的地区。4）不同时间尺度的降水和气温均与Nino 3.4区海表温度距平和南方涛动均存在一定的相关性,其中3、9和11月的降水与Nino 3.4区海表温度距平以及南方涛动有较为显著的相关性,而在9月,气温受Nino 3.4区海表温度距平和南方涛动影响较显著;Nino 3.4区海表温度距平对年降水量和年均温的影响更明显。5）近53年来,El Nino事件和La Nina事件的出现频数分别为16和15次,La Nina事件对降水的增加的影响强于El Nino事件,而El Nino和La Nina事件对气温的影响均不显著。     

宁夏气候变化对ENSO事件的响应

自20世纪50年代以来，宁夏气温具有明显的上升趋势，尤其是60年代中后期以来，增温趋势更加明显，每10年增温0．514℃。近40多年来，宁夏气候总体上趋于干旱，虽然自80年代到90年代初降水有增多的趋势，但90年代中期以来又有明显的减少趋势。经功率谱分析发现，ENSO和降水有14年、3．75年、准2年和1．5年的周期。宁夏气温对E1 Nino事件响应有滞后的现象，并且在滞后7～18月期间的相关程度都通过了0．0l显著性水平检验，对于La Nina事件，并没有发现这种现象。而降水对ENSO的响应也存在滞后现象，对E1 Nmo事件滞后4个月时达到最大响应，而对La Nina事件只需滞后1个月，它们的相关显著性都通过了0．0l显著性水平检验。宁夏降水对ENSO响应存在明显的区内差异，南部地区降水对ENSO事件达到最显著响应比中北部地区迟缓1个月，中北部地区对ENSO的相关显著性强于南部地区。E1 Nmo发生时，降水偏少，4～6月份降水偏少非常明显，与往年相比偏少大约20％左右。La Nina发生时，降水偏多，冬季降水增多尤其明显，其中12月增多20％以上。     

宁夏降水变化及其与ENSO事件的关系

分析1959~2001年的月降水数据发现:20世纪60~80年代宁夏降水有较明显的干旱趋势,但90年代降水较80年代有所增加。功率谱分析表明,ENSO和宁夏降水具有一致的变化周期,即14年、3.75年、准2年和1.5年。宁夏降水对EL Nino事件达到最显著响应需要滞后2~4个月,而对LA Nina事件的响应比对EL Nina迅速,只需滞后1~2个月便达到最显著响应。ENSO对宁夏不同季节降水的影响差异很大。EL Nino发生4个月后,春、夏、秋三个季节降水都偏少,但冬季降水却是增加了。LA Nina发生1个月后,夏、秋、冬三个季节降水都偏多,但春季降水减少了。EL Nino事件发生期间,宁夏年降水偏少28 mm,占常年降水量的10%,而LA Nina发生期间,年降水偏多24 mm,占年降水量9%。     

洞庭湖流域降水同位素与ENSO关系研究

基于洞庭湖流域内长沙市2010年1月至2012年12月降水事件、GNIP(Global Network for Isotopes in Precipitation)长沙站1988~1992年月降水同位素资料及ENSO（厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动）的2个常用指标（南方涛动指数SOI和Nino3区海面温度SST）,分析了流域降水同位素与ENSO关系。结果表明：洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与降水量、气温在日、月尺度上均呈负相关且只有月度上与降水量的负相关不显著。洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与ENSO的SST指标则呈显著正相关。ENSO对洞庭湖流域降水同位素的影响机制可能如下：春季,La Nina年源自西太平洋的东南风强盛,其转向为西南风的区域达到印度洋,而El Nino年,东南风转向为西南风的发生区域位于印度洋以东,前者有利于挟带印度洋远源水汽向中国东部区域输送,进而造成降水同位素的贫化;夏季,La Nina年印度洋水汽输送在中国南海转为经向继而向北延伸,而El Nino年,源自印度洋的水汽沿纬向穿过南海,在东海转向往北延伸,后者有利于挟带西太平洋的近源水汽输送到中国东部季风区,进而引起降水同位素的富集。     

山西降水与ENSO的相关性研究

基于山西38个测站1958-2013年的逐月降水资料、CPC南方涛动指数、NOAA逐月太平洋海温等资料,应用趋势分析和相关分析等统计方法分析了近56年山西年及四季降水对ENSO事件的响应。结果表明:1 La Nina年,山西年降水、秋、冬季降水易偏多,春、夏季易偏少;El Nino年,春季降水易偏多,年降水、夏、秋和冬季易减少。La Nina次年,冬季降水易偏多,年降水、春、夏和秋季易偏少;El Nino次年,年降水、春、夏季降水易偏多,秋、冬季易偏少。2山西年降水与上年太平洋海温在Nino 3,4区存在小区域的正相关,上年对应海域海温偏高(低),年降水易偏多(少),与同期太平洋海温在Nino 3区存在负相关,对应海域海温偏高(低),年降水易偏少(多);春季降水与前期冬季(同期)太平洋海温在Nino 3,4(Nino C)区存在正相关;夏季降水与前期春季(同期)太平洋海温在Nino 3区存在负相关;秋季降水与前期夏季(同期)太平洋海温在Nino C(Nino 3和Nino C)区存在负相关区;冬季降水与前期秋季(同期)太平洋海温在Nino 3,4(Nino C)区存在大面积负相关。3 SOI与山西大部分地区的降水趋势指数为显著负相关,中西部、东北部局部地区相关系数达-0.5以上,SOI为正(负)值时,上述地区月降水易偏少(多);SOI与东北部滞后1个月的降水趋势指数有相关系数达-0.45以上的负相关区域;SOI与滞后2(3)个月的降水趋势指数的相关分析表明,不同区域对SOI变化的响应不同,相关系数分别为-0.38~0.29和-0.43~0.22。     

1970-2015年秦岭南北气温时空变化及其气候分界意义

基于秦岭南北70个气象站点观测资料,辅以极点对称模态分解方法（ESMD）,对秦岭南北近期气温时空变化特征进行分析,进而以日平均温≥ 10 ℃积温天数为主要指标,以1月0 ℃等温线变化为辅助指标,探讨秦岭山脉的气候分界意义。结果表明：① 1970-2015年秦岭南北气温变化具有同步性,呈现出“非平稳、非线性、阶梯状”的增暖过程,变化阶段可分为：1970-1993年为低位波动期、1994-2002年为快速上升期、2003-2015年为增温停滞期;② ESMD信息分解结果表明,秦岭南北气温变化以年际波动为主导,并未呈现出明显的线性增暖趋势;③ 在空间上,秦岭南北气温趋势呈现“同步增温,南北分异”的响应特征,即秦岭以北地区空间增温具有一致性,秦岭以南地区则呈现“西乡—安康盆地交界”、“商丹盆地”两个低值中心;④ 在气候变暖背景下,秦岭作为气候分界线的作用依然明显,但是南北响应方式存在差异。其中,秦岭以南,北亚热带北界沿山地“垂直上升”,汉江谷地热量资源逐年增加;秦岭以北,尽管以城市带为中心的增温区不断延展,但是冷月气温偏低的格局并未改变。     

中国植被NDVI与气候因子的年际变化及相关性研究

根据1982-2006年全国GIMMS NDVI资料,以及全国583个气象站点的气温和降水量数据,以像元为计算单元,分别以植被分区和气象站点为对象分析了植被NDVI、≥10℃积温和降水量的年际变化及相关关系。结果表明:(1)全国及各分区≥10℃积温均呈显著的增加趋势,降水量和植被NDVI整体上呈减小趋势,植被覆盖面积略有增加,且≥10℃积温增速越大则降水量减速越小。(2)全国植被NDVI与≥10℃积温和降水量分别呈微弱的负相关和正相关。由于地形地貌、地理位置以及人类活动作用的差异性,不同植被分区相关性有所差异。(3)秦岭-淮河以北地区,降水量是影响植被生在的限制性气候因子。而秦岭-淮河以南地区,植被NDVI与≥10℃积温和降水量的分布无显著性规律。     

秦岭南北地区环境变化响应比较研究

利用气象水文部门截止1999年的气象水文实测数据,计算分析在气候变暖过程中中国秦岭具有的区域响应分界意义。由于气候变暖,在百年时间尺度上,通过旱涝指数分析证明秦岭以北进入干旱期,秦岭以南为湿润期;在10年时间尺度上,陕南气温变化较小,而关中气温增高较快,陕南与关中年均气温差值变小;关中和陕南降水量差值变小,二者同时干旱或陕南更干旱,反映出秦岭在气候变化中显著的分界作用。气候变暖,渭河与汉江年径流系数同步减小,其中渭河径流系数由50年代的02下降为90年代的01以下,渭河流域已变为少水带,即相当于气候上的干旱区。秦岭以北地区较其以南地区环境干暖化的趋势更明显,这对于认识全球变化的区域响应差异有参考意义。     

秦岭南北1951-2009年的气温与热量资源变化

根据47 个地面气象站1951-2009 年日气温资料,对秦岭南北近60 年温度带划分指标(包括年平均气温、日平均气温稳定≥ 10 ℃的日数与积温、最冷月与最热月气温、极端最低气温等) 的变化特征进行了分析,结果发现：秦岭南北气候增暖主要出现在20 世纪90 年代初之后,年平均气温、日平均气温≥ 10 ℃的日数和积温的变化趋势基本一致,1951-1993 年在年代波动中略有下降,而1993 年之后则快速上升;但存在着季节和区域差异。在季节上,冷季(1 月) 平均气温与极端最低气温变化趋势一致,1951-1985 年均在波动中略有上升,1985 年之后出现微弱下降;而暖季(7 月) 温度总体变化趋势不明显。在区域上,1993 年之后,秦岭以北、秦岭南坡、汉水流域及巴巫谷地的日平均气温稳定≥ 10 ℃的日数分别较1993 年之前增加了10 天、10 天、8 天和5 天,相应时段的积温分别增加了278 ℃、251 ℃、235 ℃和207 ℃;即20 世纪90 年代初以来,秦岭以北气温与热量资源增加幅度要比秦岭以南稍大一些。     

1982—2014年中国沿海地区归一化植被指数(NDVI)变化及其对极端气候的响应

基于1982—2014年GIMMS NDVI3g数据集,分析中国沿海地区生长季归一化植被指数（NDVI）的时空变化特征,探讨NDVI对极端气温和极端降水年尺度和月尺度的响应特征。结果表明：中国沿海地区及其子区域NDVI均呈上升趋势,且该趋势具有一定持续性;江南及其以南各子区域的NDVI高于江南以北,但长江三角洲、珠江三角洲等地区NDVI下降较明显,而江南以北沿海地区NDVI多呈上升趋势。NDVI在东北沿海西部、华北和黄淮沿海各子区域与极端气温暖指数（暖昼日数和日最高气温的极高值）多呈负相关,在其他沿海地区多呈正相关。NDVI与极端气温冷指数（冷昼日数和日最低气温的极低值）在整个沿海地区基本呈负相关,且对冷指数的响应具有一定滞后性;江淮（含）以南各子区域的NDVI与气温日较差多呈正相关,以北基本呈负相关。NDVI在黄淮以北与极端降水之间一般呈正相关,在黄淮（含）以南和东北沿海中东部地区多呈负相关,黄淮（含）以北各子区域的NDVI对极端降水的滞后效应较明显。     

1970—2018年秦岭南北冷季降雪量时空变化及其影响因素

基于72个气象站点逐日观测数据,对1970/1971—2018/2019年秦岭南北冷季（11月~次年5月）降水类型（降雪、降雨和雨夹雪）进行识别;重点关注降雪时空变化特征,探讨降雪与气温、湿球温度的响应关系;依据“夏季-秋季-冬季”Niño 3.4区海温异常状态,细化4种不同发展过程的厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件,分析降雪异常与不同ENSO事件的对应关系。结果表明：① 相比气候平均态（1970—2000年）,1990—2018年,秦岭南坡（山地暖温带）降雪量下降了3.1 mm,基本与关中平原降雪量（17.1 mm）持平;② 空间趋势上,低海拔河谷地带降雪量以年代波动为主,山地高海拔地区为降雪下降区;③ 秦岭高山地区气温或湿球温度每升高1.0℃,降雪量分别下降23.1 mm和24.3 mm;从地带性角度分析,由北向南气温或湿球温度每升高1.0℃,秦岭南北降雪量分别下降3.0 mm和2.8 mm;④ 当厄尔尼诺/拉尼娜持续型发生时,关中平原降雪异常偏多;当拉尼娜发展型发生时,秦岭山地和大巴山区降雪异常偏少。当厄尔尼诺发展型发生时,秦岭南北降雪异常呈现“东西分异”,秦岭山地东部和关中平原为降雪异常偏少区。     

基于SPEI指数的秦岭南北地区干旱时空变化特征

基于秦岭南北地区47个气象站点1960-2016年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数（SPEI）定量分析了秦岭南北地区不同时间尺度干旱发生频率和强度的时空演变特征,并试图揭示该区域干旱发生的原因。结果表明：SPEI值能够较好的反映秦岭南北地区的干旱特征及干湿演变状况。从时间变化上看,近57 a来秦岭南北地区呈干旱化趋势,以20世纪90年干旱化趋势最为显著,干旱化趋势最显著的区域为秦岭以北地区,但近22 a秦岭南北地区开始出现湿润化趋势;从季节来看,四季大部分区域呈干旱化趋势,秋季干旱化趋势最显著且开始最早,春季次之,冬、夏干旱化趋势相对不显著。从空间来看,秦岭南北地区在年、季、月尺度上均有干旱发生且各地区分布极不均匀;其中秦岭以北地区干旱发生频率较高,其他子区域干旱发生频率的空间分布特征较为复杂。干旱发生强度呈现出中西部强,四周弱的特点,干旱发生强度最强的地方为陕西石泉,为14.7%,最弱的地方为四川阎中,为23.6%。     

全球气候变化下秦岭南北气温变化特征

选取秦岭南麓1 000 m划分方案,运用气候倾向率、线性拟合方程、Mann-Kendall非参数检验、小波分析等气候数理统计方法,分析秦岭南北气温变化特征。结果表明:近50 a秦岭南北气候变化具有同步性,增温趋势明显;在气温突变方面,关中地区气温突变(1995年)早于陕南(1998年)。通过近10 a秦岭南北气温时空格局演变分析,认为秦岭地区气温变化符合全球变化规律,其变化是自然因素和人类活动共同作用的结果,在小尺度上人类活动干扰尤为明显(特别体现在快速城市化影响气温上升)。     

秦岭南北日照时数时空变化及突变特征

根据秦岭南北47个气象站1960-2011年逐月数据,采用样条曲线插值法（Spline）、气候倾向率、Pettitt突变点检测、相关分析等方法对该区日照时数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均日照时数为1 838.7 h,空间分布呈东北向西南递减格局,按各分区日照长短排序为秦岭以北>秦岭南坡>汉水流域>巴巫谷地。四季日照时数分布特征与年尺度上的结论基本一致,4个季节按其大小排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季均以秦岭以北的日照时数最大。（2）近52 a各区年日照时数变化趋势较为一致,绝大部分站点呈下降趋势。下降的站点占本区站点总数的比例排序为巴巫谷地>汉水流域>秦岭以北>秦岭南坡,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北日照下降更明显。春季47%的站点呈上升趋势,显著上升的站点集中于中部地区;夏季98%的站点呈显著下降趋势;秋季和冬季变化特征及其空间分布无明显规律。（3）年尺度、春季和夏季突变年份集中于1978-1981年间,秋季的突变特征不甚明显,突变年份和空间分布无明显规律性可言,冬季日照时数突变年份同步性和一致性较差。（4）绝大部分站点日照时数与风速、最高气温、平均气温呈正相关关系,与降水和相对湿度呈负相关关系,与最低气温关系不明显。     

52 a来秦岭南北径流变化对比及影响因素

运用集中期、M-K突变检验法、径流系数等数理统计方法,基于1960-2011年马渡王与南宽坪径流数据及气象数据,对比分析灞河与金钱河流域径流变化特征,揭示秦岭南北气候变化差异得出：（1）52 a来灞河与金钱河年均径流深变化趋势相似,金钱河年径流深的变异程度大于灞河;（2）灞河与金钱河流域径流与降水在年内分配上存在滞后效应,秦岭南北从流域降水开始经过停蓄、漫流、河槽集流,然后汇流至金钱河河道大概需要20 d 左右的时间;（3）秦岭南北气候因子突变的时间点具有一致性,均发生在1990年左右,该突变可能是由于大尺度的气候变化导致局部地区自然环境变化引起的;（4）径流变化的下降趋势是降水、气温、植被变化和人类活动综合作用的结果。20世纪90年代末的径流突变主要原因是气候变化引起的,人类活动对其影响十分微小,因此,某些明显的突变现象是由于大的气候变化引起的,人类活动的影响是一个长期的过程,所以对自然资源应采取开发与治理同时进行。     

2000—2019年秦岭南北实际蒸散发时空变化特征

基于遥感数据全面认识复杂地形单元实际蒸散发时空规律,对区域可持续水资源管理具有重要的意义。论文基于MODIS实际蒸散发(ET)数据,对2000—2019年秦岭南北ET时空变化特征进行分析,探究不同分区ET对植被变化的响应关系,进而识别ET趋势和年代变化的高相关海气环流因素。结果表明：① 在变化趋势上,以1000 m等高线为界,即秦岭地区北亚热带和山地暖温带的分界线,低海拔河谷地带为ET显著增加区,山地高海拔地区为ET下降区;② 除城市、乡镇周边地区,研究期间秦岭南北下垫面相对稳定,转为生态用地的活跃区主要分布在山地1000 m过渡带,其是ET与NDVI变化显著相关区,而1000 m以上高海拔地区两者相关性较低;③ ENSO、青藏高原北部气压异常,与秦岭山地、汉江谷地ET的趋势变化和年代波动显著相关,而西太平洋副热带高压与ET的趋势显著相关,与年代波动特征相关较弱。即发生中部型厄尔尼诺事件时,西太平洋副热带高压偏强,对流层低层形成异常反气旋,导致中国东部雨带北移,秦岭山地和汉江谷地降水偏少,气温偏高,ET往往偏大。研究结果启示：秦岭南北科学适应气候变化时,应关注秦岭山地、汉江谷地ET变化显著相关的环流信号;应深刻理解秦岭高海拔地区蒸散发下降趋势对区域水资源管理的影响。     

秦岭南北年极端气温的时空变化趋势研究

依据1960~2009年秦岭南北地区60个气象站数据,主要应用M-K突变检验、kriging插值法对秦岭南北地区近50a来年平均气温,年极端最高、最低气温的时空变化特征进行了分析。结果显示:①年均气温和极端最高、最低气温的气候倾向率关系为陕南<关中<全国、关中<全国<陕南、陕南≈关中<全国。②秦岭南北地区年均气温突变年份均为1997年,晚于全国;年极端最高温度突变都不显著,年极端最低气温的突变年份都为1978年。③年均气温和极端最低气温的空间分布为南高北低,沿纬向分布;极端最高气温为东高西低,呈经向分布。     

面向事件过程的秦岭南北极端降水时空变化特征

基于72个气象站点1970—2017年逐日降水和气温数据,面向极端降水过程,对秦岭南北4种极端降水类型（偏前型、偏后型、均衡型和单日型）时空变化特征进行分析,进而探讨不同分区、不同类型极端降水与区域增温的响应关系。结果表明：① 从长期气候角度分析,秦岭南北降水格局稳定,3个分区降水变化空间响应具有一致性,共同表现出“降水以波动为主,降水量近期增加,降水日数下降,整体呈现极端化”的特征;② 在极端降水主导类型上,以累计降水量为判断标准,秦岭以北为均衡型主导,兼有偏后型;秦岭南坡类型组合关系较弱,为单一均衡型,汉江谷地西侧为“均衡型+偏后型”,东侧为“均衡型+偏前型”组合;以累积降水频次为判断标准,秦岭南北主导类型为偏前型,其次是偏后型,汉江谷地“偏前型+偏后型”组合形态更突出;③ 秦岭南北极端降水与区域变暖关系密切。当气温升高时,持续性极端降水呈下降趋势,单日型极端降水呈增加趋势。其中,秦岭以北偏前型和均衡型极端降水在下降,秦岭南坡响应密切的为偏后型,汉江谷地为均衡型和偏后型;④ 面向极端降水事件过程,将极端降水事件细化,可有效验证极端降水对气候变暖响应的结论,对未来研究方法完善和研究思路设计具有启示性。