西北地区东部沙尘暴演变的气候型态与差异特征分析

利用西北地区东部近50年较完整的沙尘暴资料序列,在对沙尘暴年际变化特征分析的基础上,结合NCEP/NCAR月平均再分析资料和环流特征量资料,研究了西北地区东部沙尘暴过程发生频次由多到少及由少到多演变的基本环流型态及主要环流特征量的变化特征。结果表明：  近50年,西北地区东部年和春季沙尘暴过程发生频次在80年代中期出现由多到少的异常突变,1986年前,为多发阶段,其后,沙尘暴发生频次显著减少,处于少发阶段,90年代末,发生频次又明显增加;   沙尘暴频次突变前后极涡的强度、贝加尔湖到蒙古国的高度距平场以及副热带高压的强度和位置具有显著差异。同时,突变期间环流特征量的气候变率明显大于多年平均值,1986年到1987年及1998年到1999年,所选5类环流特征量的气候变率均出现了明显转折,对应同期西北地区东部沙尘暴过程频次出现了由多到少或由少到多的突变。进一步研究还发现,沙尘暴突变一般出现在多个环流特征量气候变率对应的同一个峰值（谷值）年。
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新疆河流洪水与洪灾的变化趋势

在西北气候由暖干转向暖湿的过程中,新疆河流的洪水和洪灾反映明显.对新疆29条河流选取年最大洪水,统计出超标准洪水、20a一遇、50a一遇洪水的出现频次进行分析,结果显示1987年后洪水量级、洪水频次呈增加的变化趋势.通过20世纪90年代以来灾害性洪水出现的频次、灾害损失的变化比较分析,90年代以来灾害性洪水尤其是灾害性暴雨洪水和突发性洪水呈现增加的态势,1987—2000年的灾害损失与1950—1986年相比增加了30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.     

气温增暖与趋冷变化阶段江淮汛期气旋气候特征对比研究

对1948—2014年67年的江淮地区5~7月气温序列,利用EOF、功率谱和非线性映射法进行气候阶段客观划分,可分为3个时长近似的气候阶段:气温趋势下降阶段(1948—1970年)、气温趋势上升阶段(1971—1994年)和气温趋势缓升阶段(1995—2014年),它们的气候特征可用特定气温指数定量表达。其次,对各阶段江淮气旋统计特征与各阶段气温变化趋势进行对比,结果显示,气旋年平均发生频数,生命期大于48 h的气旋,各类气旋数量(深厚型,浅薄型和底层型),以及气旋路径(纬向型,经向型和打转型)的特征演变,均有明显响应阶段性气温变化的表现,阶段气温的趋冷抑制江淮气旋的活动,而阶段气温的增暖促进了气旋的发展、维持与活跃,并引导气旋位置的北进。对气旋结构特征的合成分析显示,在气旋结构中的气旋中心强度、温度梯度、气旋急流最大风速,气旋水汽通量通道的强度、长度、位置以及表征气旋斜压性的气旋冷暖气团的强度、厚度和北进南退位置等特征的演变,均与阶段内环境气温的趋冷、增暖、缓升相对应。这些结果清晰显示在环境气温下降趋冷阶段,气温变化减弱了气旋的结构强度,抑制了气旋的活跃性,在环境气温增温和缓升阶段,气温变化加强了气旋结构的稳定成长与增强,并维持了气旋的活跃性。     

近45年中国扬沙和沙尘暴天气

本文利用1954～1998年中国681个站的气象实测资料,分析了近45年我国扬沙和沙尘暴天气的时空分布特征.结果表明,我国西北、华北、东北和青藏高原地区是扬沙和沙尘暴的主要影响区,其中西北地区是多发区,并有两个明显的高频中心;扬沙和沙尘暴的季节变化大致可划分为3种类型;45年间除青海、内蒙古和新疆的小部分地区扬沙和沙尘暴日数呈增长趋势外,我国北方大部分地区扬沙和沙尘暴日数在减少.进一步分析表明,扬沙、沙尘暴日数与大风日数的年际振荡及多年变化趋势有一致性;70年代以后由大风日数减少所引起的扬沙、沙尘暴减少可能是气候准周期性变化的反映.     

干旱灾害对干旱气候变化的响应

通过分析中国北方50 a来的降水资料,结果表明:干旱气候变化的主要特征表现在20世纪90年代夏季降水量有明显的减少趋势,干旱化趋势主要发生在北方,主要包括河北、山西、山东和西北地区东部.西北地区西部降水有明显增多趋势,西北地区东部降水量持续偏少,干旱连年发生.干旱气候的产生带来了严重的干旱灾害,无论从全国或甘肃省的近50 a来干旱灾害可以看出,90年代的干旱发生最为频繁,干旱灾情最为严重,2000年是干旱最严重的一年.干旱气候变化引发干旱化趋势明显,其影响程度非常严重和深远,应重视和加强干旱气候与干旱灾害的监测预测和防御对策的研究.     

20世纪西北地区降水量变化特征

利用英国东安哥拉大学气候研究中心(CRU)的Hulme最新的1900-1998年的全球降水量资料,分析了20世纪西北地区降水量的变化特征.结果表明,20世纪西北地区降水量处于下降通道中,后期略有回升;西北地区东部和西部降水量的年代际变化有相反的趋势;20世纪后期西北地区中西部降水量有明显的增多趋势,东部降水量持续偏少,干旱连年发生.     

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。     

1961-2011年西北地区春季降水变化特征及其空间分异性

利用西北地区121个气象站1961-2011年降水量资料, 分析了西北地区春季降水的基本气候特征;通过EOF、REOF、功率谱等方法, 对西北地区春季降水的时空特性进行了研究, 用Mann-Kendall检验法检验西北地区春季降水序列是否存在突变现象.结果表明: 西北地区春季降水空间分布极不均匀, 其空间分布特征是东南部和西北部为多雨区、中间为少雨区.西北地区春季降水在第一空间尺度上为全区一致, 在第二空间尺度上可分为2个自然气候区, 在第三空间尺度上可分为6个自然气候区.从年代际变化来看, 1980年代是近半个世纪来降水最多的10 a, 1970年代是降水最少的10 a;西北地区春季降水的年际变率十分显著, 降水最多的年份是最少年份的3倍多. 1961-2011年间西北地区春季降水发生了明显的突变: 1973年出现了一次趋于减少的突变, 1985年出现了一次趋于增多的突变. 18~19 a的长周期是其主要周期, 其次是5 a和7 a的短周期. 未来20 a西北地区春季降水量呈缓慢下降的趋势.     

全球气候变暖对西北地区秋季降水的影响

分析了在全球气候变暖背景下,西北地区秋季降水的时空变化特征和主要影响因素,发现秋季降水量的均值突变现象在四季中最为明显,西北地区东部和西部降水在年代际尺度上具有相反的变化趋势.El Nino年秋季,新疆脊偏强,印缅槽偏弱,西北地区东部降水偏少;La Nina年秋季降水形势相反.CO₂倍增情况下的数值试验表明,西北地区西部夏季降水增加明显,而秋季不明显;西北地区东部夏季降水呈减少趋势,而秋季降水增加明显.     

西北与华北地区现代降水变化趋势的对比

利用研究区内国家级气象站观测资料,分析1951~2013年降水变化趋势。其结果表明:西北与华北地区年均降水呈"东多西少"的空间格局;西北地区降水呈明显增加趋势,以青海及新疆西部较为显著,华北地区降水呈减少趋势,两地区降水趋势增加与减少的变化在104°E附近地区过渡;西北地区降水增加趋势起始于1980年代中期,华北地区降水减少趋势起始于1980年代初期;两地区降水变化"反(错)位相"特征在降水量累计距平百分比指标上表现明显。采用REOF方法,结合地理位置和地形等因素,西北与华北地区可分为6个降水子区域,各子区域及其之间的降水变化更详细体现出"反(错)位相"特征的情况,这种特征可能受到近几十年亚洲季风变化的影响。     

近50a西北地区年径流变化反映的区域气候差异

应用我国西部主要河流1951-2000年年径流资料,分析径流变化的区域特征.结果表明:中国西部地区大部分河流径流呈增加趋势,特别是天山南坡逐河流增加最为显著,最高达14%·(10a)^-1,其年径流的变化过程相关分析和差积曲线显示,西北地区西部新疆地区与东部的黄河上游年径流变化呈反相变化特征,而西北地区东部河流径流变化则与黄河上游的径流呈正相关关系.西北地区东部黄河年径流和西北太平洋夏季季风指数及其差积曲线表现出一致的变化过程,这表明了黄河上游径流变化主要受东亚季风的影响,同时由于东亚季风与西风在西北地区的相互作用,间接的影响到了新疆地区的径流和降水.这从一个侧面反映的西风带、东亚季风和高原季风的相互作用.     

近50年中国北方不同地区降水周期趋势的比较分析

对中国北方243个站点1958—2009年逐月降水资料,采用小波分析和奇异谱分析(SSA)方法,在分4区基础上,对北方不同地区降水的周期和趋势进行分析,并进行比较。结果表明,西北地区(青海区、干旱区)降水的趋势性比北方中、东部区的明显。北方中、东部区在20世纪50年代末到60年代相对多雨,而青海区、干旱区在20世纪50年代末到70年代末或80年代中相对少雨。在20世纪80年代,北方中部区降水由偏多转为偏少,而其余3个区域(北方东部区、青海区、干旱区)的降水由偏少转为偏多,发生和持续时间各不相同。近几年,北方东部区、北方中部区、青海区的降水增加,而干旱区降水下降。北方东部区、中部区、干旱区存在10年以上的长周期,北方东部区为准22年,北方中部区为准15年,干旱区为准11年,这种长周期在20世纪80年代之后变得规则且稳定。北方降水普遍存在准2～3年周期和准5年周期,其振幅有明显的年际、年代际变化,具有一定的周期性。     

前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常对中国东部春季极端降水频次的可能影响及预测价值

本文研究了前期冬季北极海冰与中国东部春季极端降水频次的联系及其可能机制,并进一步探讨了海冰异常信号对极端降水的预测价值。结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常与中国东部春季极端降水频次经验正交分解第一模态(EOF1)之间存在密切联系。当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏多时,冬季大气环流呈现出类北大西洋涛动(NAO)正位相的异常分布,并伴随经向的北大西洋三极型海温异常。该海温异常可以从冬季持续到春季,进而激发出从北大西洋到欧亚中纬度的纬向遥相关波列,在东亚地区引起气旋型环流异常。该气旋型环流异常会引起中国东部地区湿度显著增加,上升运动增强,从而为该地区极端降水的发生提供了有利的背景条件。相反,当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏少时,其滞后引起的春季环流异常则不利于中国东部地区极端降水的发生。进一步的交叉检验结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常信号对中国东部春季极端降水具有重要的预测价值。     

中国大陆降水时空变异规律——Ⅱ.现代变化趋势

为改进、完善对中国现代降水长期变化规律的理解,利用2 300个国家级气象站网观测资料,更新分析了全国1956—2013年基本降水指标的趋势变化特征。主要结果:① 全国平均年和季节降水量、降水量距平百分率未表现出显著趋势变化,但秋、冬季降水量距平百分率分别表现出较明显的下降和上升;② 年和夏季降水减少主要发生在东北中南部、华北、华中和西南地区,而东南沿海、长江下游、青藏高原和西北等地区年降水增加较明显;③ 降水趋势变化的空间结构相对稳定,北方降水减少范围有由黄土高原、华北平原向东北和西南扩散趋向,东北北部和长江中下游的降水增加范围变小,总体看东部降水减少和增加的区域均在萎缩,“南涝北旱”现象趋向缓解;④ 全国年平均暴雨量、日数呈现出较显著的增加,但暴雨强度没有明显变化,暴雨量和日数增加主要发生在珠江和东南诸河流域,而海河和西南诸河流域暴雨量、日数和强度呈较明显减少趋势;⑤ 东部季风区1日、连续3日和连续5日最大降水量均有一定程度增加,1日最大降水量增加最明显,连续5日最大降水量增加最弱,极端强降水事件持续时间呈现出短历时性倾向。     

西北地区近代及历史时期气候变化趋势分析

利用小波分析、Mann-Kendall等统计方法和台站资料、历史时期气候代用资料及太阳黑子资料,分析了西北地区气候突变发生的时间及分布、与太阳活动的关系.结果表明:西北地区在气候变暖的背景下,降水增加,主要分布在新疆及河西等地,东部变化不大或略有减少;目前正处在百年尺度上太阳活动的强烈时期,树木年轮表明西北地区干湿变化除与太阳黑子周期有很好的正相关外,还存在64a变化周期.     

50 a来我国东北及邻近地区年降水量的年代际异常变化

利用中国东北地区195个和蒙古国6个气象台站的年降水量资料, 利用EOF、 REOF和分段线性拟合等方法, 分析了50 a来东北及其邻近地区年降水量的年代际异常变化. 结果表明: 1)50 a来的降水变化, 东北演变过程为多-少-多; 华北的演变过程为多-少. 自1980年代起, 东北地区由干变湿, 而华北地区则由湿变干. 2)降水主要呈3种分布形式: 全区一致型; 南北反向型; 南北部一致与中部相反分布型. 3)降水量总体呈下降趋势, 但近30 a来东北北部有增湿趋势, 而南部的干旱化一直在加剧. 4)大部分地区的降水量在1970年代中期和1980年代初期经历了一次突变, 但是变化的方向、范围及时间各地不尽一致.     

河西内陆河流域出山径流对气候转型的响应

对甘肃河西内陆河流域出山径流变化过程与趋势的研究表明,从20世纪80年代中后期开始,受西风环流降水的影响,祁连山区中、西部的黑河、疏勒河流域的气候环境发出了由增温变干转为变湿的讯号,具体表现为随着山区气温升高,降水量增加,出山径流相应增大.采用区域气候模式预测和水文统计模式的计算,亦同样证实出山径流有显著的增加趋势.但受季风影响的祁连山东部的石羊河流域则尚未出现这种转变,从20世纪50年代起,出山径流量持续下降,表明其气候环境仍向增温变干的方向发展.