中国西北地区的干旱与旱灾——变化趋势与对策

干旱与水资源短缺是西北地区的基本环境特征。西北地区在气候变暖的背景下,区域降水量出现了明显的区域差异:西北西部的新疆地区,20世纪80年代以来降水量增加;西北东部大部分地区降水量持续减少,干旱、连旱趋势增加;黄河流域西北区域降水量减少,干旱化趋势最为显著。在气候干旱化增强的背景下,新疆地区总体上经过70年代的枯水期后,在80年代中期开始较大范围内径流量呈现增加趋势;河西东部、西北东部的黄河流域等地区,70年代以来径流持续减少,大部分河流枯水频率在78%以上,水文干旱化趋势显著。水资源的开发利用、水土保持以及土地利用等人类活动使得西北地区水文干旱进一步加剧。干旱是西北地区最为严重的自然灾害之一,受干旱化气候和水文变化趋势的影响,黄河流域和内陆流域干旱灾害不断加剧,近50a干旱灾害受灾面积急剧扩张,旱灾造成的农业粮食损失不断增加。从创新水资源开发利用途径与管理等角度,提出了提高气候变化的地区适应性和区域水-经济系统旱灾抵御能力的对策与建议。     

青海省春小麦干旱灾害风险评估与区划

基于青海省1961-2010年47个气象站和8个农气代表站气象资料、 干旱灾情资料的收集和整理, 分析了春小麦生育期土壤相对湿度与降水距平百分率的关系, 确定了青海省春小麦不同生育期干旱风险评估的实际阈值, 并对青海省春小麦不同生育期干旱进行风险区划.结果表明: 在青海省春小麦营养期, 轻旱易发生在祁连山地区、 青海湖地区西南部及东部农业区的少数地区, 轻旱的频率大都在15%以上; 中旱易发生在柴达木地区大部及东部农业区大部, 频率大都在10%以上; 重旱和特旱出现频率均在柴达木盆地西部较高, 频率分别为10.7%、 34%以上.生殖期的轻旱易发生在祁连山地区, 频率在15.3%~23.3%之间; 中旱易发生在青海湖地区南部及东部农业区少数地区, 频率大都在4.0%~5.7%之间; 重旱频率从东南部到西北呈现带状递减趋势, 频率最高的主要发生在东部农业区, 出现频率为8.3%~9.6%; 特旱易发生在柴达木盆地地区, 出现频率为27%~44.3%之间.产量形成期的轻旱、 中旱、 重旱均易发生在东部农业区, 频率分别为2.3%~3.3%、 8.7%~13.3%、 6.0%~9.0%之间, 特旱易发生在柴达木地区, 出现频率为43.3%~51.3%之间.     

中国区域干旱的持续性特征研究

利用1961-2012年中国区域586个气象站的降水、气温、日照时数、相对湿度、风速等资料计算了逐月K干旱指数, 在此基础上, 对全国16个区的干旱持续性特征进行了研究. 结果表明: 华北、河套、西北地区东部、西南地区北部、黄淮及新疆南部地区干旱的持续性较强, 常发生3个月以上的长期干旱过程, 并且容易在旱情解除后的短期内(1个月)再次出现干旱; 而南方、东北和新疆北部地区干旱的持续性较弱, 以1个月的短期干旱为主, 且干旱过程之间的时间间隔相对较长, 大多为3个月以上; 华北、河套、西北地区东部、西南地区北部和南部、以及华南地区的干旱过程在冬、秋季开始的频次最高, 且大部分在春季结束, 而冬、春两季的干旱明显比夏、秋两季偏多. 100°E以西(新疆北部除外)的广大地区干旱过程的开始时间主要集中在秋季, 结束时间集中在春、冬两季; 同时, 冬季和秋季干旱多发, 其次是春季, 夏季出现的干旱频次最少.     

利用NOAACHAIN监测近10 a来中国西北土地覆盖的变化

近10 a来, 中国西北地区土地覆盖发生显著的变化. 利用基于遥感的中国西北土地覆盖动态监测系统NOAAAVHRR Processing Chain (NOAACHAIN), 预处理1 990年7～8月和1999年7～8月NOAAAVHRR影像资料, 对预处理过程的大气纠正和几何纠正方法及有关参数的计算进行详细的介绍. 对计算的参数NDVI进行统计, 获取两个时期土地覆盖变化的数据. 从NDVI差值分布图可以看出中国西北植被指数普遍减小, 植被退化严重, 严重退化的地区主要分布在青海东部农牧交错区、新疆的天山地区和塔里木河下游的"绿色走廊"地带等;中度退化地区分布在青海的柴达木盆地、新疆的准葛尔盆地和塔里木盆地南部、甘肃的民勤地区、陕西北部和甘肃庆阳地区北部等. 植被增加的地区主要分布在伊利河流域、新疆北部、青海南部、甘肃兰州附近和陕西的秦岭等局部地区.     

两种判断月干旱过程的方法在黄河流域的对比研究

利用黄河流域160个气象站1961-2010年逐日综合气象干旱指数(CI)指数, 对比分析两种用逐日CI指数判断月干旱过程的方法. 结果表明: 对重大干旱事件个例来说, 两种方法都能大体描述事件的月干旱过程, 但干旱的强度和范围有所不同. 从干旱发生的范围来看, 两种结果的差别较小, 方法I的识别结果范围更大、更连续, 特别是对青海旱情的判断常常比实际范围大;而方法II的识别结果范围稍小, 大体上能反应干旱的整体范围, 但有时也偶尔会遗漏小部分旱区;从干旱发生的强度来看, 方法I对干旱事实的描述偏轻, 而方法II以重-特旱为主, 与实际情况更相符. 从对黄河流域近50 a月干旱频率的分析结果来看, 两种方法一致表明黄河流域分界线以西的地区常年不容易发生干旱, 而对于分界线以东地区, 两种方法的统计结果有较大差异. 方法I的结果表明, 分界线以东地区干旱的月发生频率较大, 其中, 轻旱的月发生频率最大, 其次为中旱, 而重旱和特旱的发生频率很小;方法II的结果表明, 分界线以东地区干旱的月发生频率在60%~80%左右, 其中重旱的月发生频率最大, 其次为中旱, 轻旱和特旱的发生频率很小. 总体来说, 方法II对黄河流域月干旱情况的评估结果与干旱实际情况更一致.     

1961年以来海河流域干旱时空变化特征分析

以干旱易发区海河流域为例,利用流域内及其周边地区58个气象站点1961-2010年逐日气象观测数据,结合累积相对湿润度指数和模糊集对评价法,考虑了干旱的累积效应以及评价标准等级边界的模糊性和评价因子的时程分配,分析了海河流域干旱时空变化特征。结果表明:①近50年来流域主要干旱类型为中旱和重旱,平均面积分别约为7.30万km2和7.78万km2,重旱面积呈现出显著的增加趋势;②近25年来,重旱易发区范围表现出扩张的态势,1985-2010年重旱易发区面积达到14.9万km2,为1961-1985年的1.6倍。     

西北地区空中水汽时空分布及变化趋势分析

使用NCEP/NCAR1958%D2000年再分析格点资料,分析了西北地区空中水汽和水汽输送的时空分布特征和变化趋势.结果表明:1)西北地区空中水汽地域分布主要集中在西北地区东部和西部的天山北部以及塔里木河流域盆地,而西北地区中部水汽含量较少,尤以青海的西部和北部为最;2)西北地区空中水汽主要来自印度洋孟加拉湾、南海以及阿拉伯海的水汽输送,北面还有一支来自西伯利亚和蒙古方向的水汽输送;3)西北地区空中水汽含量自50年代末至80年代中期呈明显下降趋势,而从80年代后期开始水汽又呈波动上升趋势.水汽增加地区主要在新疆北部沿河西走廊至甘肃中部祁连山区中段以及南疆盆地西部,而其它地区近年来水汽明显减少,其中减少幅度最大的地方位于西北中部的甘肃、青海、新疆交界处以及东部的陕西省;4)从空中水汽年代际变化趋势看,60～70年代西北大部分地区呈现减少趋势,而80～90年代全区普遍呈现增多趋势,以西北地区西部水汽增多趋势最为明显.最后讨论了影响西北地区水汽分布及输送的气候动力因子.     

西北旱区潜在蒸散发的气候敏感性及其干旱特征研究

潜在蒸散量（PET）是干旱监测评价的重要指标,分析影响潜在蒸散发的气候敏感因子对揭示气候变化的水文响应机理尤为重要。常采用的局部敏感性方法不适用于非线性模型且难以评估各气象因子间的相互作用。对此,基于1964—2018年西北旱区内163个气象站的监测数据,通过Penman-Monteith公式,采用Sobol全局敏感性方法分析了西北旱区潜在蒸散发的气候敏感因子,计算得到了自校准帕默尔干旱指数（scPDSI）,进而分析了区域干旱的时空演变特征。结果表明:1964—2018年西北旱区年均潜在蒸散量为1157.8 mm,高值出现在新疆东部与内蒙古西部地区,低值出现在青海南部地区。1993年为转折点,西北旱区潜在蒸散发受气温、日照时数、风速、相对湿度等多种因素综合影响由显著下降的趋势转变为显著上升,且在夏季最为明显。在1964—1993年,净辐射、风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大;在1994—2018年,风速与相对湿度的变化对潜在蒸散发的影响较大。scPDSI的时空分布表明新疆北部、青海中部以及甘肃境内的干旱有缓解的趋势;而黄河流域西南部干旱呈现加重趋势,将加剧区域水资源紧张,威胁生态安全。     

基于MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961—2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数（MCI）分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明：（1）全疆年平均干旱日数在空间分布特征为：各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;（2）年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;（3）干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数（REOF）的时空分析,将新疆分成三个模态：第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。     

西北干旱区近50年气候变化特征与趋势

20世纪后期全球增暖趋势越来越明显，受全球增暖的影响，西北地区的气候也将受到不同程度的影响。选取了西北干旱区1951-2000年的21个代表站点气温、降水量资料，采用趋势系数法对西北干旱区近50年气温和降水变化进行分析，找出各分区的变化趋势。结果表明：近50年西北干旱区气温呈上升趋势（0．22℃／10a），1986年后气温明显升高；柴达木盆地和新疆北部升温较大；各季都有增温趋势，贡献最大的是秋冬两季。降水变化有增加的趋势（3．2mm／10a），年降水量贡献最大的是夏季；各区降水都有增加，其中新疆北部降水增加最多。西北干旱区近50年气温升高趋势是南北高，中间低；降水量增加趋势从东南向西北呈现递增的格局。     

SPI-based evaluation of drought events in Xinjiang, China

Daily precipitation data for 1957?C2009 from 53 stations in the Xinjiang, China, are analyzed, based on the Standardized Precipitation Index (SPI) with the aim to investigate spatio-temporal patterns of droughts. The Mann?CKendall trend test is used to detect the trends in the SPI values of monthly drought series, drought severity and drought duration. The frequencies of moderate, severe and extreme droughts are higher in the North Xinjiang, while mild droughts occur more often in the South Xinjiang. A decreasing frequency of droughts in the North Xinjiang is found in winter, but a drying tendency is detected in the western parts of the North Xinjiang during spring, summer and autumn, which may be harmful for agriculture. The South Xinjiang seems to be getting wetter in summer, while the south parts of the South Xinjiang seem to be getting drier in spring. The middle of the East Xinjiang is identified to be in a slightly dry tendency. The drought severity is decreasing and drought duration is getting shorter in the North Xinjiang, while both of them increase in the southern parts of the South Xinjiang. In addition, droughts in the middle parts of the East Xinjiang are intensifying.     

The evolution analysis of flood and drought in Huai River Basin of China based on monthly precipitation characteristics

Based on the daily precipitation data of 38 weather stations in the Huai River Basin from 1961 to 2010, this study used SPI index, P-III curve to determine the flood/drought years, under what situations for droughts and floods easily happen, and to analyze the evolution law of flood and drought during inter-annual and intra-annual based on the characteristic of monthly precipitation. The results showed that: (1) annual rainfall of the Huai River Basin presented decreasing trend, maximum rainfall appeared from June to August, and multi-year average precipitation increased gradually from north to south; (2) the variation of monthly precipitation during flood years was more severe than other typical years, and precipitation in drought years showed nearly 50 % decline compared with normal years; (3) high rainfall of flood years was mainly caused by the increase in rainfall in flood season, and the strategy of flood control and drought relief was “short-term flood prevention and long-term drought relief”; (4) while precipitation of most months in drought year was reduced, the relevant strategies “annual basin-wide of long-term drought prevention” should be carried out; (5) combination events of floods and droughts occurred frequently. Persistent drought dominated in spring and summer while droughts and floods that happened alternately were mainly in summer and autumn.     

1961 - 2018年河西走廊寒潮频次时空变化特征及其环流影响因素研究

寒潮是我国北方地区冬、 春、 秋季节常见气象灾害之一, 产生的危害严重影响社会经济发展和人们生产生活。河西走廊生态环境脆弱且处于寒潮影响的重要区域, 揭示河西走廊寒潮频次时空变化特征可以为农牧业防灾减灾提供参考。基于1961 - 2018年河西走廊12个气象站逐日最低气温数据, 采用数据统计和空间可视化表达方法, 分析近60 a河西走廊寒潮频次时空变化特征, 并探讨北极涛动（AO）异常与寒潮频次的响应关系。结果表明： 从时间上看, 河西走廊的寒潮主要发生在10月至4月, 其中11月、 12月、 4月为寒潮高发时期, 近60 a河西走廊寒潮频次呈现出下降的趋势, 其中在20世纪80年代出现明显的低值, 下降趋势在季节上表现为秋季>春季>冬季; 河西走廊寒潮发生频次具有显著的空间差异, 其中西部地区最多, 东部地区居中, 中部地区最少; 北极涛动（AO）强弱与河西走廊寒潮频次变化具有时空响应关系, 当AO处于负相位时, 河西走廊各气象站寒潮发生频次较多, 并且在河西走廊东部和西部表现的较为明显。     

甘肃河西走廊地区气候暖湿转型后的最新事实

应用1981-2011年甘肃省河西走廊地区19台站逐日降水资料, 研究了该区域年和四季降水量、雨日、降水强度的气候变化特征. 结果表明: 整个河西走廊秋季及酒泉市东部到张掖市冬季降水呈显著增加; 夏季雨日显著减少, 秋季雨日显著增加; 秋季降水强度普遍增强. 与1990年代相比, 2000年代秋季、春季和冬季降水量占年降水量的比重分别提高了9.4%、3.9%和1.8%, 仍有暖湿化倾向, 其中, 秋季暖湿化显著, 而夏季降水比重却减少了15.3%, 有暖干化趋势. 2000年代降水量、雨日和降水强度极端气候事件明显增加: 从季节看, 秋季发生频率最高, 约占同季全部极端事件的80%左右, 其次是夏季和冬季, 各占60%, 春季和年各占50%; 从要素看, 雨日发生频率最高, 占全部极端事件的近70%, 降水量次之, 占60%, 雨强占50%. 与1990年代相比, 2000年代500 hPa、200 hPa和700 hPa 高度场、相对湿度及比湿有明显的年代际变化, 对秋季降水有利而对夏季降水不利.     

Tree‐ring‐based annual precipitation reconstruction for the Hexi Corridor,NW China: consequences for climate history on and beyond the mid‐latitude Asian continent

An annual (July to June) precipitation reconstruction for the period AD 1760–2010 was developed from a Picea crassifolia regional tree‐ring chronology from two sites in the northern mountainous region of the Hexi Corridor, NW China. This reconstruction explains 52.1% of the actual precipitation variance during the period 1951 to 2010. Spatial correlations with gridded land‐surface data reveal that our reconstruction contains a strong regional precipitation signal for the Hexi Corridor and for the southern margin of the Badain Jaran Desert. Significant spectral peaks were identified at 31.9, 11.1, 8.0, 7.0, 3.2, 2.6 and 2.2 years. A large‐scale comparison indicates that our reconstruction is more consistent with climate records of a Westerly‐dominated Central Asia, and that the Westerlies have a greater impact on the precipitation in this region than the Asian summer monsoon. Our reconstructed precipitation series is significantly correlated with sea‐surface temperature (SST) in the tropical Atlantic Ocean (positive), the tropical Indian Ocean (positive), the western tropical Pacific Ocean (positive), and the western North Pacific Ocean (negative). The spatial correlation patterns between our precipitation reconstruction and SSTs of the Atlantic and Pacific Oceans suggest a connection between regional precipitation variations and the high‐mid‐latitude northern atmospheric circulations (Westerlies and Asian summer monsoon).     

近30年雷州半岛季节性气象干旱时空特征

为进一步分析日尺度有效干旱指数(Effective Drought Index,EDI)的适应性,基于雷州半岛1984~2013年逐日降水资料进行验证,对比EDI和月尺度标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)的干旱识别效果,进而结合线性趋势、M-K趋势检验和空间插值方法 ,分析雷州半岛季节性气象干旱时空特征。结果表明:(1)日尺度EDI和6个月时间尺度SPI(SPI-6)适用于雷州半岛的干旱监测,但EDI对严重干旱和突发干旱的识别比SPI-6更准确;(2)1984~2013年,雷州半岛秋冬季干旱频率和干旱站次比均呈减少趋势,但春夏季干旱频率和干旱站次比略有增加趋势;(3)春旱频率从南向北递增,重旱高频地区位于西北部,而夏季重旱高频区位于西部沿海;秋旱南部重于北部,高频中心在雷中西部沿海和曾家周边;冬季重旱以西部沿海、雷州市和徐闻县交界处频率最高。     

1960-2012年河西内陆河上游山区降水量变化及其区域性差异分析

基于我国河西内陆河流域有关水文、气象台站的观测数据,对1960年代以来河西走廊的石羊河、黑河、疏勒河三大内陆河水系上游山区降水变化特征、趋势及区域时空变化差异进行了分析.结果表明：受全球变暖的影响,石羊河、黑河、疏勒河流域上游的降水量年代际、年际及季节性的变化总体上呈增加的态势,但不同区域降水增幅存在着一定的差异.其中,1960年代,位于祁连山东部的石羊河水系上游山区、中部的黑河水系上游山区及西部的疏勒河水系上游山区普遍少雨;1970年代,石羊河山区降水偏多并持续至今,黑河、疏勒河水系上游山区则降水偏少;1980年代,三大水系上游山区均多雨;1990年代的黑河、疏勒河山区和2000年代的三大水系上游山区均多雨;2010年以来,黑河山区降水偏少,石羊河与疏勒河山区降水均偏多.相对而言,位于祁连山西部山区的疏勒河水系上游年降水量与夏季降水量的增长较为显著.     

中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨

由于全球显著变暖和水循环加快,使得中国西北主要是新疆地区于1987年气候发生突然变化,随着温度上升,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,内陆湖泊水位显著上升,洪水灾害也迅猛增加,同时,植被有所改善,沙尘暴日数锐减,从而改变了19世纪末期至20世纪70年代的变暖变干趋势.以降水量增加超过蒸发量增加所导致的径流量增长及湖泊水位上升作为气候向暖湿转型的主要标准,西北地区目前的气候变化可分为3个区域,即1)显著转型区;2)轻度转型区;3)未转型区.作者初步认为,西北气候向暖湿转型可能是世纪性的,预期西北东部在21世纪上半期也会向暖湿转变,但预测有较大的不确定性.