近百年及未来百年PDO位相年代际转变检测及其早期预警信号研究

本文基于临界慢化的理论,采用太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数的近百年(1900～2019年)历史数据及未来百年(2006～2100年)模式模拟数据,首先通过滑动t检验确定PDO位相转变的时间,进而借助于表征临界慢化现象的方差和自相关系数,研究了PDO年代际位相转折的...     

利用树轮宽度重建准噶尔盆地西南缘降水日数

利用新疆北部准噶尔盆地西南缘阿拉套山南坡4个采样点的雪岭云杉树木年轮宽度资料,建立了树轮宽度年表。树轮宽度指数与气候要素的相关分析结果表明:该区域的树轮径向生长主要受水分条件限制,与当年生长季及其前期的降水量和降水日数呈显著正相关,与温度呈负相关。其中小青稞与哈拉吐鲁克苏河两个点组成的树轮宽度年表(HXC)与阿拉山口气象站2-8月降水日数的相关系数达到了0.724。采用线性回归方法建立了树轮宽度指数与降水日数之间的回归方程,方差解释量为52.4%,交叉检验表明转换方程稳定可信。由于采样点坡度大、土层薄、土壤蓄水能力弱,树轮宽度与降水日数的相关系数高于降水。1685-2008年重建降水日数序列与区域干旱灾害文献记录的14次旱灾对比发现,树轮资料重建降水日数序列较好地捕捉了区域极端干旱事件。本文的序列与天山北坡山区和天山南坡阿克苏河流域降水序列的干湿阶段是对应的,特别是与天山山区降水序列的干湿阶段(特别是干旱阶段)更为一致。     

基于IWAP的广西干湿演变尺度效应与过程识别

伴随着全球变化和区域旱涝加剧,明晰最佳表达时间尺度,开展精细化旱涝演变监测和过程识别、支撑业务化精准预警是当前有效应对旱涝灾害的迫切需求。针对广西旱涝并存且频繁交替现象,采用距平改进的加权平均降水指数（IWAP）分析了区域日、候、旬、月、季尺度1961—2017年气象干湿演变监测的尺度效应; 并结合游程理论和极端事件强度-过程检测方法（EID）对典型干旱、湿润事件过程进行识别。结果表明:（1）时间尺度越小（如日、候）,IWAP对广西大气干湿快速频繁交替波动和空间格局变化监测效果越好; （2）日与候尺度IWAP对广西干湿面积变化监测具有强正相关一致性,其他尺度间的相关性普遍较弱,季尺度结果存在较显著的累加抵消现象,数值明显小于其他尺度; （3）各时间尺度IWAP对广西总干旱、总湿润事件频次监测差异小于各尺度间同等级干湿事件的频次差异,日与候、旬与月尺度分别表达了广西干湿事件相近的演变模态和强度分布; （4）文中方法对广西干湿演变过程及起讫时间识别效果良好,且日尺度能更好地揭示骤发性干旱和突发极端降雨湿润现象。      

巴丹吉林南缘近两百年来年降水重建及初步分析

沙漠及其边缘地区生态环境脆弱,对气候变化敏感。但沙漠地区有限的森林资源限制了区域百年到千年尺度上的历史气候变化研究。利用采自巴丹吉林南缘的青海云杉年轮宽度资料,重建了区域近191 a(1815—2005年)来的年降水(前一年7月至当年8月的总降水量)变化序列。重建的相关系数是0.636,方差解释量为40.4%,调整自由度后的解释方差R2adj为0.392。重建结果稳定可靠。分析区域过去年降水变化结果可见,19世纪该区域干湿变化频繁,20世纪前半段主要以干旱为主,干湿转变较少。20世纪20年代的干旱事件在巴丹吉林南缘的干旱持续时间更长。周期分析的结果表明,区域年降水量变化有2 a、4 a、64 a等周期。     

气象干旱预警信号发布解除流程

介绍气象干旱综合指数CI的计算方法和怎样用综合指数CI来确定气象干旱等级。指出气象干旱预警信号发布、变更及解除标准,说明整个气象干旱预警信号发布解除流程。     

区域干旱预警标准研究Ⅱ:区域旱涝强度等级划分及其在干旱预警中的应用研究

基于区域气象干旱指数的基本概念和构建方法,计算了中国11个一级气象地理区划的逐日标准化区域气象旱涝强度指数(Regional meteorological Drought Intensity Index,RDI)及标准化区域气象旱涝空间分布差异指数(Regional meteorological Drought variance Index,RDVI),并给出各区域的逐日标准化RDI的旱涝等级划分规则,进一步将区域逐日的RDI和RDVI指数综合使用,对区域气象干旱过程进行较好的分析和判断。通过分析区域RDI和RDVI指数逐日演变,将干旱预警分为三个等级,即红色预警(一级)、黄色预警(二级)和橙色预警(三级),对应于当前时刻的区域RDI指数达到"特别干"、"严重干"和"中等干"等级且未来一周气象干旱等级不会下降,给出了相应的RDVI指数的识别依据,研究了各级区域干旱预警标准,从气象干旱角度进行研究得到的气象干旱预警标准可以为干旱的监测、预警提供科学依据。     

长江上游近120年来气象干旱和水文干旱时空变化关系及其传递特征

气象干旱是水文干旱的前兆,探明气象干旱向水文干旱的传递特征及规律,对水文干旱早期预警和防灾减灾具有重要意义。基于长江上游1901—2020年长系列气象水文数据,采用标准化降雨蒸散发指数（SPEI）和标准化径流指数（SRI）分别表征气象干旱和水文干旱情势,采用Spearman相关分析法和滑动窗口法计算不同月份气象干旱向水文干旱的传递时间并分析其时空变化特征,引入湿润指数（HI）和水库指数（RI),探究气候变化和人类活动对干旱传递的影响。结果表明：120年来气象干旱和水文干旱均有加重趋势,且随时间尺度增大,干旱历时增长;气象干旱向水文干旱传递时间整体呈现明显时空异质性,即冬季长、其他季节短,西北部长、东南部短;干旱传递在春、夏季整体呈加快趋势,在秋、冬季整体呈减慢趋势,干旱传递时间变化与长江上游整体干湿状况和密集水电开发有关。     

我国东部地区几个代表测站逐日降水序列统计分布特征

本文根据Markov链理论分析了逐日降水序列的干湿统计特征及其概率模型,对我国东部地区沈阳、北京、荆州、上海、广州等5个代表性测站分别建立逐日降水序列的干湿日游程、干湿周期(天气循环)的概率分布模式。文中计算了各站干湿日游程的平均长度和方差、干湿周期的平均长度和方差、干湿日演变的极限分布概率等统计参数,所得结果较好地反映了我国季风气候所特有的干湿特征。上述理论计算结果不但可为农业生产和水资源开发、利用部门提供气候依据,也为逐日天气预报提供必要的气候背景。     

基于MCI指数的福建省干旱气候特征

采用目前国家干旱监测业务实行的MCI指数,利用Morlet小波、经验正交函数（EOF）等方法,分析了福建省1961—2019年全省66个气象站MCI指数表征的干湿状况和干旱变化特征。结果表明：福建省存在明显的干湿气候特征,具有显著的6—8 a和22 a的周期振荡,内陆山区干湿变化周期比沿海长,在季节尺度上各季均存在多时间尺度和地域差异化的特点;其空间变化具有3种典型模态,反映了季风降水多寡和地形差异。MCI表征的干旱过程时空分布与历史干旱事件相吻合,秋季和冬季是福建省干旱发生频率最高的季节,春季和夏季是干旱强度最强的季节;闽江口以南沿海地区干旱发生率明显高于内陆地区,全省出现同步干旱的机率较小（12%）。     

基于投影寻踪动态聚类模型的川东北雷暴预警的分析

基于达州市2015年10月—2016年9月的闪电定位和探空观测资料,以850 hPa与500 h Pa温差、大气可降水量、K指数、对流有效位能、对流抑制和抬升指数作为雷暴预警因子,利用投影寻踪动态聚类方法对该时段内的雷暴个例构建了预警模型。结果表明:(1)模型预报结果定量评估的临界成功指数为72.00%,该模型对个例达到了识别和预警效果;(2)该预警模型与常规预警方法相比,具有识别率高,计算简便,客观性强等特点,可为雷暴预警提供了一种新的客观预报方法。     

气候系统翻转点的早期预警方法研究

针对气候系统的非线性特征导致预测/预警气候突变困难的问题,本文从气候系统的长程相关性出发,利用零维气候模型和两个折叠模型,研究了在一个动力系统缓慢趋近其临界翻转点的过程中,系统的长程相关是否有某种一般性变化规律。结果显示,3个不同分岔模型在趋近其自身临界翻转点的过程中,表征系统长程相关性的Hurst指数均呈持续增大趋势(显著性水平α=0.05),表明监测和检测气候系统长程相关性的变化可为气候系统翻转点的预警提供有利信息。     

作物水分亏缺指数在农业干旱监测中的适用性

将作物水分亏缺指数作为干旱识别指标,对其在我国不同农区适用性进行了探讨.通过计算1971～2000年全国18个气象站的逐日滚动作物水分亏缺指数,以及春、夏、秋、冬各季节和逐年平均作物水分亏缺指数,初步分析了该指数的时空分布特征.以作物水分亏缺指数距平为干旱监测指标,对代表站典型干旱年的干旱时段进行分析验证,与实况基本吻合.该指标能较好地反映各站主要生长季作物水分亏缺与农业干旱情况,对监测不同区域的农业干旱具有较好的适用性.     

塔里木盆地西缘近300年降水量变化重建

：昆仑山北坡西部山区是树木年轮气候研究的薄弱区域。本文在位于公格尔山北坡的喀山河流域山区采集了雪岭云杉的树芯标本,分析了树轮宽度标准年表对塔里木盆地西缘气候要素的响应关系,发现了该区域的树木径向生长主要受水分条件限制,标准年表与塔里木盆地西缘6站上年7月至当年6月平均降水量的相关系数达到0.692。利用树轮宽度年表和年降水量之间的线性回归方程重建了塔里木盆地西缘1715—2014年降水量序列,转换方程的方差解释量为48.0%,且稳定可信。重建的降水序列记录了21个极端干旱年和21个极端湿润年。重建降水量的31年快速傅里叶变换（FFT）滑动序列分析发现塔里木盆地过去300年降水序列存在5个偏干阶段1725—1750、1777—1806、1821—1843、1854—1887和1911—1990年）和6个偏湿阶段（1715—1724、1751—1776、1807—1820、1844—1853、1888—1910和1991—2014年）,20世纪80年代中期以来增湿趋势明显,且还在持续。塔里木盆地西缘干湿变化的韵律与相邻区域的树木年轮水分记录是一致的,几个显著的干湿阶段均能较好地对应,只是其变化幅度和持续的时间存在差异。 关键词：塔里木盆地;公格尔山;雪岭云杉;树木年轮;降水量     

两种常用的春玉米干旱等级指标在东北区域的适用性检验

作物干旱等级农业气象指标是开展作物干旱监测、预警和评估的科学依据,其适用性关系到农业气象业务质量和防灾减灾效果。应用东北地区31个春玉米代表站1981 2012年逐日气象资料、土壤湿度资料、玉米生长发育观测资料及产量资料,对东北地区春玉米不同生育阶段土壤相对湿度和水分亏缺指数干旱等级指标进行应用效果检验,比较适用性差异,并利用黑龙江省2013—2016年的资料进行干旱实例分析。结果表明,土壤湿度和水分亏缺指数干旱等级指标均适用于东北区域春玉米不同生长时段干旱识别,且有较好的一致性,两套指标判定的春玉米干旱等级完全相同的占75%左右,相同和基本相同的占95%左右。两套指标对历史和近年玉米干旱事件的判识效果都较好,土壤湿度指标和水分亏缺指数的干旱识别正确率分别在80%和75%以上,土壤湿度指标判定效果更好。两套指标在玉米生育前、中期适宜性略好于后期,在东北三省的应用效果要略好于内蒙古东部,部分干旱年份水分亏缺指数判定的灾情等级偏高,因此,当两套指标判定结果存在差异时,应以土壤相对湿度指标判定结果为准。     

CI指数及SPEI指数在长江中下游地区的适用性分析

根据综合气象干旱指数(CI)在长江中下游地区应用中存在的不足,首先对CI中SPI指数等权累积降水进行合理的非等权处理及MI指数的优化,得到改进的综合气象干旱指数。然后利用1962—2013年长江中下游地区164个气象站的观测资料,对比分析了改进的综合气象干旱指数和标准化降水蒸散指数(SPEI)在长江中下游地区的适用性效果。结果表明:改进的综合气象干旱指数物理意义明确,解决了原CI指数对干旱开始时间、旱情发展中不连续加重现象和旱情解除时间滞后等不足,特别是对长江中下游地区的旱涝急转现象反映及时准确;设计的多时间尺度综合气象干旱指数与SPEI指数相关系数平均达0.8以上,说明得到的多时间尺度综合气象干旱指数对旱情的分析评估能力较强。经过适用性对比分析证明,月尺度综合气象干旱指数在江苏和安徽省应用效果要优于SPEI指数,湖南、江西和湖北省月尺度综合气象干旱指数在10—4月间的评估效果更好,SPEI指数在5—9月更优。因此,改进的综合气象干旱指数对长江中下游地区干旱分析与监测、预报预警等具有良好的推广应用价值。      

河南干旱指标的客观性研究

利用河南1951～1998年的降水资料及干旱灾害对农业影响的实况资料,分析评价了已有的干旱指标,结果表明,根据有限长样本资料序列研究建立的干旱指标,其应用客观性随着干旱灾害过程资料样本增大而降低.通过反复试验,确定了以降水Z指数为基础的干旱评价指标及监测预警指标.     

中国干旱气候分区及其降水量变化特征

利用中国614个气象台站1974～2006年历年月平均降水资料,计算各站的降水量距平百分率及其干旱等级序列,采用REOF等方法,对干旱等级序列进行气候分区,并分析各区域50a左右干旱等级的时间演变特征。结果表明：全国降水量具有显著的年代际变化特征,尤其西北地区年代际变化十分突出,其中新疆西部地区在21世纪以来降水量的增加非常明显,增加的程度也是近33a中最强的。根据干旱等级序列的旋转载荷向量将中国划分为11个区域,它们各自具有不同的旱涝特征。干旱等级序列和代表站资料反映出近50a东北、华北及河套地区的干旱明显加重,而西北大部分地区降水量有显著的增加。     

河南干旱指标的客观性研究

利用河南1951－1998年的降水资料及干旱灾害对农业影响的实况资料，分析评价了已有的干旱指标，结果表明，根据有限长样本资料序列研究建立的干旱指标，其应用客观性随着干旱灾害过程资料样本增大而降低，通过反复试验，确定了以降水Z指数为基础的干旱评价指标及监测预警指标。     

1961—2019年长江中下游区域性干旱过程及其变化

客观识别区域性干旱过程，评估其强度是开展精准监测、评估干旱影响业务的基础。基于长江中下游地区502个国家级气象站1961—2019年逐日气温、降水资料以及1971—2019年干旱受灾面积，运用气象干旱综合指数（MCI）及区域性干旱过程识别方法，识别出长江中下游地区126次区域性干旱过程，干旱过程的次数随着持续天数增多呈明显减少趋势，决定系数达0.89。1961—2019年长江中下游地区共发生6次特强区域性干旱过程、19次强区域性干旱过程、38次较强区域性干旱过程，其余63次为一般区域性干旱过程，区域性干旱过程的持续天数、平均强度、平均影响面积以及综合强度指数的变化趋势形态各异。长江中下游地区年干旱日数总体呈现“北部多于南部、平原多于山区”的分布特征，且总体呈现“西北部增多、东南部减少”的变化趋势，干旱日数与干旱受灾面积变化趋势较为一致，相关系数达0.66。由典型区域性干旱过程监测评估可知，干旱综合强度指数与干旱站数存在明显的正相关，干旱综合强度指数越强，各等级干旱站数越多；各地干旱日数的多少与干旱受灾面积的大小也较为一致，干旱日数越多的地区，干旱受灾面积越大。总体来看，区域性干旱过程识别方法及评估结果与干旱灾情较为吻合，能较好地识别出区域性干旱过程，并可从持续天数、平均强度、平均影响面积以及干旱综合强度等多角度对干旱过程进行监测评估。      

华北干旱异常的地域特征

利用1951～1996年月降水量和气温资料,以降水量为主,兼顾底墒及蒸发状况,定义了华北地区24站春、夏季干旱指数。区域及单站干旱指数的代表性分析表明,该干旱指数可以真实、客观地反映该区的干旱状况。文中还采用了方差极大旋转经验正交函数,分离出春季干旱的3个主要类型和夏季旱涝的4个主要类型。另外,对空间模的极大值中心所表示的含义也进行了讨论。