塔克拉玛干沙漠周边地区极端弱降水的时空变化特征

选用塔克拉玛干沙漠周边40个气象站1961-2009年日降水资料和4个极端弱降水指标,分析该地区极端弱降水的时空变化特征。采用M-K法和F检验对各站点降水指标的变化趋势及变化率进行检验和计算,并利用Monte Carlo模拟进行区域显著性检验。由 Copula函数得到两降水指标的联合分布,计算两降水指标的联合重现期。结果表明：（1）年最长连续无降水日数（CDD）多为80～100 d,呈显著减少趋势;出现频率最高的每年日降水量小于降水日序列25%分位数的日数（D₂₅）为0～10 d,呈显著增加趋势;每年日降水量小于降水日序列25%分位数的总降水量（P₂₅）的值集中在0～1.5 mm,2～3 mm的 P₂₅从2000年才开始出现;出现频率最高的每年日降水量小于降水日序列25%分位数的日平均降水量（I₂₅）为0.1～0.3 mm,I₂₅超过0.4 mm的情况极少出现。（2）CDD与D₂₅和P₂₅各自五年一遇值的空间分布相反。除CDD和D₂₅均大于各自五年一遇值的联合重现期较长外,其余各类型联合重现期较短。沙漠周边地区发生不同类型极端弱降水事件的概率不同。     

乌鲁木齐地区近50a降水特征分析

根据乌鲁木齐地区分布在不同垂直高度上的4个气象站近50 a的实测降水资料,运用回归分析、趋势分析、Mann-Kendall检验、小波周期分析及变异分析等方法,分析了乌鲁木齐地区近50 a来降水变化特征。结果表明:(1)乌鲁木齐地区降水量时空分布极不均匀,空间分布上中山带的年平均降水量最大,为551.4 mm,其次是高山带,为458.4 mm,乌鲁木齐市区263.2 mm,达坂城最小,仅为71.8 mm;从时间分布来看,表现为较明显的季节分布差异,各地降水量主要集中在夏季,春季大于秋季,冬季最少。(2)近50 a来乌鲁木齐各地区的降水都呈明显增加的趋势,其中山前平原乌鲁木齐市区增加的幅度最大,降水趋势倾向率为26.02 mm/10 a,其次是高山带,倾向率为21.84 mm/10 a,中山带和达坂城倾向率分别为10.23 mm/10 a和8.55 mm/10 a。各地在年代际变化趋势上变现的不完全一致。(3)降水突变的时间各地不完全相同,山前平原区乌鲁木齐气象站降水发生突变时间出现在1982年,达坂城出现在1991年,高山带出现在1994年,而中山带没有明显的突变。(4)乌鲁木齐地区各地的降水量均存在准6 a的周期,6 a的周期可能是影响乌鲁木齐地区降水量的主导周期;山前平原区达坂城和乌鲁木齐降水波动较大,中山带和高山带表现相对稳定。     

古尔班通古特沙漠腹地与周边的降水特征分析

沙漠腹地的降水问题历来是研究中的难点。多数学者利用沙漠周边气象站资料或短期科学考察数据来研究新疆沙漠环境及气候变化,有些研究涉及到沙漠腹地短时降水过程及降水云系特征,但很少有人利用沙漠腹地长期的实测气象资料对其降水特征进行相关研究。根据1996-2005年古尔班通古特沙漠腹地人工气象站获取的长期连续气象资料,使用变差系数和相对差分析技术,分析沙漠腹地10 a降水量的年、季、月的分布及变化,并与同期沙漠周边地区的资料进行对比分析,结果表明:(1)古尔班通古特沙漠腹地10 a平均降水量为123.4 mm,比沙漠周边地区平均偏少32%。(2)沙漠腹地降水的年、月、季的分布与沙漠周边地区基本一致。10 a来沙漠腹地降水量总体呈增加趋势,但冬季为下降趋势,夏季呈增加趋势,其它两季变化不明显,说明夏季降水对年降水的增加贡献显著。(3)沙漠腹地年和季降水量、水汽压、相对湿度的变差系数均大于沙漠周边地区,说明沙漠腹地气象要素变率大,相对不稳定。(4)沙漠腹地10 a各月平均降水量均小于沙漠周边的同期值,其中3月降水偏少最多,降水相对差为52.3%。(5)观测资料表明10 a间沙漠腹地只出现过一次日降水量大于25 mm的降水。最长连续降水日数为8 d;最长连续无降水日数共计44 d。     

拉萨近半个世纪降水的变化特征

利用拉萨1952-2005年逐月降水量,≥0.1 mm、1.0 mm、5.0 mm和10.0 mm年降水日数,分析了近半个世纪拉萨年、季降水量及年降水日数的年际和年代际变化.结果发现:近半个世纪以来,拉萨年降水量表现为前30年呈不显著的减少趋势,减幅为17.8 mm/10 a;季降水量除夏季呈不显著的减少趋势外,其它各季均表现为增加趋势,以秋季增幅最大;≥0.1 mm、≥1.0 mm和≥5.0 mm年降水日数表现为不同程度的增加趋势.近25年≥10.0 mm的年降水日数呈极显著的增加趋势.20世纪50年代至80年代夏季降水量表现为逐年代减少趋势,秋季降水量则呈逐年代增加趋势,而冬季降水量为负距平.各等级年降水日数20世纪80年代偏少,90年代偏多.年降水量异常偏旱年主要出现在20世纪80年代,50年代和60年代的初期各出现一次异常偏涝年,70年代从未出现过异常年份.14年振荡周期可能是影响年降水量的主导周期.     

1960~2010年西北干旱区极端降水特征研究

基于中国西北干旱区1960~2010 年70个台站逐日降水资料,采用欧盟组织(STARDEX)定义的降水极值指数,分析结果表明: ① 研究区近51 a来强降水发生频次、湿期平均长度表现出增多和增长趋势,干日数和干期平均长度表现出减少和变短趋势; ② 单次强水的强度在增加,表现为：湿日数减少,而降水的总量却显著增加。③ 湿日数减少主要是0~6 mm强度的降水日数减少,12~24 mm强度的降水日数显著增加,后者对降水总量的增加贡献较大。④ 绝大部分站点强降水（>12 mm）的雨日（量）都以上升趋势为主,表现为下降趋势的站点极少。     

山东省近50年来降水事件变化特征

运用山东省121个气象站1961-2010年逐日降水观测数据,分析了山东省近50a来的降水日数和降水强度的气候特征、变化趋势和贡献率、变异场、突变、周期性等特征。结果表明:近50a山东省年降水日数和强度存在着明显的年代际振荡,降水日数总体呈极显著减少趋势。降水日数和强度呈明显的带状分布,由东南向西北逐渐减少。各地大雨强度较均匀,暴雨日数和强度在鲁中山区南侧较多、较大,北侧则较少、较小。平均年降水日数呈减少变化趋势的站点达116个,降水强度增强的站点达80个。大雨日数减少和暴雨强度增强趋势较明显。大雨和暴雨日数占比较小,但对年降水量贡献较大。21世纪以来大雨和暴雨降水量和降水日数比率增大。平均降水日数及其变异系数在20世纪60年代中期、90年代前后和21世纪初期年际变化较大。降水事件同一年代际间的变异系数表现出相似的变化特征,同一降水事件不同年代际间的变异系数表现出明显的差异性。平均降水日数和大雨强度分别在1977和2005年发生了突变。大雨和暴雨日数变化的主周期分别为5a、11a,降水强度则分别为13a、21a。     

1960～2014年北京极端气温事件变化特征

基于北京1960~2014年逐日最高温、最低温、平均气温实测数据,采取RHtest方法对气温序列进行均一性检验和修订。在此基础上选取16个极端气温指标,分析了北京市极端气温变化趋势和突变特征,探讨了冷暖极端气温指数对北京气候暖化的贡献。结果表明:1 1960~2014年北京气温暖化趋势明显,最低温增温速率远快于最高温,修订后增长速率为:最高温(0.17℃/10a)平均温(0.30℃/10a)最低温(0.51℃/10a);2冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数、冰冻日数、冷持续日数分别以-1.43 d/10a、-6.56 d/10a、-3.95 d/10a、-1.18 d/10a、-4.83 d/10a的趋势减小;3暖昼日数、暖夜日数、夏季日数、热夜日数、暖持续日数、生物生长季以2.12 d/10a、5.27 d/10a、1.22 d/10a、5.43 d/10a、0.84 d/10a、1.96 d/10a的趋势增加;4日最高(低)气温极高值、日最高(低)气温极低值和气温日较差的倾向率分别为0.21℃/10a、0.34℃/10a、0.31℃/10a、0.73℃/10a、-0.33℃/10a;5极端最低气温的变暖幅度大于极端最高气温,夜指数的变暖幅度大于昼指数,冷指数的变幅大于暖指数。极端气温冷指数、夜指数、低温指数的快速变化是近年来北京市气候暖化的最直接体现。     

塔克拉玛干沙漠腹地降水特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站与周边3个气象站2000—2014年的气象观测资料,分析沙漠腹地近15 a降水量的年、季、月分布及变化特征,并与同期沙漠周边地区资料进行对比分析。结果表明：塔克拉玛干沙漠腹地近15 a年平均降水量为26.0 mm,比周边同期平均少37.3%,但降水稳定性高于周边各站;塔克拉玛干沙漠腹地降水的年、季、月分布与沙漠周边各站基本保持一致,夏季降水占总降水量的69.3%,且逐年有所增加,对全年降水量的变化贡献最大;沙漠腹地月降水量分布极不均匀,6月降水量最大,占全年降水的41.6%,2月和3月降水量最少,仅占全年的0.7%,降水最多月是最少月近60倍;水汽压在沙漠腹地相对不稳定,但相对湿度相对较稳定;沙漠腹地最长连续降水日年平均2.9 d,最长无降水日数年平均96 d,最长连续无降水日数呈逐年上升趋势。     

黑河流域日降水格局及其时间变化

利用10个气象站1950—2000年日降水资料,对黑河流域的降水及其时空格局进行了研究。结果表明:①降水事件以≤5 mm的降水为主,占全年降水事件的82%,0～10 d间隔期占全年无降水期的40.7％,＞10 d间隔期占59.3％;②年降水日数与降水量之间存在显著的正相关性(r=0.78,P<0.01),＞10 mm降水总量与年降水量呈显著正相关,而≤5 mm降水总量与年降水量的相关性差;③＞10 mm和≤5 mm的降水总量变化范围分别为:0～262.6 mm,20.3～172.7 mm ,变异系数分别为0.25～0.92,0.17～0.25;④近50 d来,黑河流域近50 d降水量的变化总体上呈平稳上升趋势,≤5 mm的降水日呈现小幅下降的趋势,≥10 mm的降水日呈小幅上升的趋势。0～10 d的降水间隔期出现的频率总体保持不变,＞10 d间隔期出现的频率出现明显的下降趋势,年内总降水日数保持不变。     

广东沿海降水长期变化特征与极值分析——以汕尾、广州、阳江3市为例

利用汕尾站、广州站和阳江站1953-2008年56a的逐月降水量、逐月的日最大降水量作为基本资料,探讨广东省降水量的时空分布特征、长期变化趋势及突变分析。Morlet小波变换表明各城市降水量存在着7.8a和11a等周期变化,与厄尔尼诺和太阳黑子的运动周期相关。其次运用皮尔逊Ⅲ型分析3城市的最大日降雨量的极值分布情况,其中阳江站5年一遇的年最大日降水量300mm,达到特大暴雨的标准。M-K检验表明阳江站和广州站降水量分别于1971、1981年发生突变,年降水量由少雨期进入多雨期,且R/S分析表明其增长趋势持续至今,但不同站点有各自的变化特点。     

近58a我国西北地区干期与湿期变化特征

利用西北地区1960—2017年68个站点逐日降雨气象数据,分别将日降雨小于（大于等于）0.1 mm和1 mm定义为旱日（湿日）,从干期和湿期变化特征的角度分析西北地区雨日年内分配变化。结果表明：西北地区东部年降雨量变化不明显,降雨频率下降,平均降雨强度增加;西北地区西部年降雨量、降雨频率和平均降雨强度均呈现增加趋势,平均降雨强度增加主要是由于降雨量增加速率快于降雨频率增加速率。结合干期和湿期变化特征,发现西北地区东部虽然干期旱日总数增加,但干期平均长度、干期次数和最长干期旱日数变化不明显,同时湿期湿日数和次数减少,说明西北地区东部在降雨量不变情况下,降雨更加集中。在西北地区西部,干期次数增加,但干期旱日总数、干期平均长度以及最长干期旱日数减少,湿期湿日数和湿期次数增加,湿期平均长度不变,西北地区西部在降雨量和降雨频率增加过程中,干期持续时间缩短,对该区域农业生产和生态环境有利。另外,使用不同阈值会影响特征值变化趋势大小及其显著性,甚至会得到相反的变化趋势,说明选择合理阈值对于研究降雨、干期以及湿期变化十分重要,需要结合区域气候特征进一步研究。     

华北农牧交错带夏季极端气候的趋势分析

利用1956~2001年日降水量及日平均气温资料,分析华北农牧交错带极端气候事件的长期变化趋势。对降水极端事件的分析季节为5~9月,温度为6~8月。结果发现暴雨 (日降水 ≥50 mm) 频数没有显著的线性变化趋势,但1980年前后发生了明显的年代际尺度变化,1980年代到1990年代初,频次显著减少,此期间暴雨发生的时间更加分散。定义连续无雨的天数为干燥事件。发现虽然降水量没有显著的变化,但是严重干燥事件 (连续0降水日 ≥10天) 的频数却呈显著增加趋势 (+8.3%/10a), 超过99%信度水平。最高和最低的10%温度分别定义异常高温和异常低温,则异常高温的频数有显著增加趋势 (+20.9%/10a),特别是1990年代后期以来增加非常突出。异常低温频次有减少的趋势 (-15.1%/10a),超过99%信度水平。严重干燥事件及异常高温事件的强烈增加,可能是造成近来北方干旱频繁发生的重要原因。     

近50年华北地区极端气候分析

Climate extremes for agriculture-pasture transitional zone, northem China, are analyzed on the basis of daily mean temperature and precipitation observations for 31 stations in the period 1956-2001. Analysis season for precipitation is May-September, i.e., the rainy season. For temperature is the hottest three months, i.e., June through August. Heavy rain events, defined as those with daily precipitation equal to or larger than 50 mm, show no significant secular trend. A jump-like change, however, is found occurring in about 1980. For the period 1980-1993, the frequency of heavy rain events is significantly lower than the previous periods. Simultaneously, the occurring time of heavy rains expanded, commencing about one month early and ending one month later. Long dry spells are defined as those with longer than 10 days without rainfall. The frequency of long dry spells displays a significant (at the 99% confidence level) trend at the value of 8.3% /10a. That may be one of the major causes of the frequent droughts emerging over northern China during the last decades. Extremely hot and low temperature events are defined as the uppermost 10% daily temperatures and the lowest 10% daily temperatures, respectively. There is a weak and non-significant upward trend in frequency of extremely high temperatures from the 1950s to the mid-1990s. But the number of hot events increases as much as twice since 1997. That coincides well with the sudden rise in mean summer temperature for the same period. Contrary to that, the fiequency of low temperature events have been decreasing steadily since the 1950s, with a significant linear trend of-15%/10a.     

Extreme climate events over northern China during the last 50 years

Climate extremes for agriculture-pasture transitional zone, northern China, are analyzed on the basis of daily mean temperature and precipitation observations for 31 stations in the period 1956-2001. Analysis season for precipitation is May-September, i.e., the rainy season. For temperature is the hottest three months, i.e., June through August. Heavy rain events, defined as those with daily precipitation equal to or larger than 50 mm, show no significant secular trend. A jump-like change, however, is found occurring in about 1980. For the period 1980-1993, the frequency of heavy rain events is significantly lower than the previous periods. Simultaneously, the occurring time of heavy rains expanded, commencing about one month early and ending one month later. Long dry spells are defined as those with longer than 10 days without rainfall. The frequency of long dry spells displays a significant (at the 99% confidence level) trend at the value of +8.3%/10a. That may be one of the major causes of the frequent droughts emerging over northern China during the last decades. Extremely hot and low temperature events are defined as the uppermost 10% daily temperatures and the lowest 10% daily temperatures, respectively. There is a weak and non-significant upward trend in frequency of extremely high temperatures from the 1950s to the mid-1990s. But the number of hot events increases as much as twice since 1997. That coincides well with the sudden rise in mean summer temperature for the same period. Contrary to that, the frequency of low temperature events have been decreasing steadily since the 1950s, with a significant linear trend of -15%/10a.     

中国近46年来冬半年日降水变化特征分析

中国总体冬半年降水总量、日降水强度以及强降水日数都有不同程度的增加趋势。西北地区的变化相对显著,其平均降水量、降水日数及日降水强度都呈增加趋势,特别是20世纪80年代后期发生跃变。华北和中部地区降水总量趋于减少。南方3区多为增加趋势,其中东南和华南与冬季风及欧亚遥相关型有显著的负相关关系,而西南地区日降水参数则与温度和北极涛动指数显著相关。东北地区降水指标没有明显的一致趋势。     

1960—2011年甘肃河东地区极端降水变化

选取甘肃河东地区13个气象站点1960—2011年的日降水资料,运用气候线性趋势、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析、反距离加权法和R/S方法,分析了甘肃河东地区极端降水的时空分布,并预测了未来变化趋势。结果表明:（1）河东地区近52年持续干旱日数呈显著增加趋势,而其余极端降水指标呈减少趋势,其中只有中雨日数通过了显著性检验;各极端降水指标在河东季风区和河东高寒区存在明显差异;在河东季风区,中雨日数、R95极端降水量和降水强度显著减少,而持续干旱日数显著增加;在河东高寒区持续降水日数显著减少。（2）空间分布上,除持续干旱日数大多数区域增加外,其余极端降水指标大部分区域减少,减少区域集中在河东中部和河东东南部。（3）极端降水指标主要以20年和5～8年的周期为主,在不同的时间序列信号强弱不同\.（4）中雨日数、持续干旱日数、R95极端降水量、降水强度在20世纪70年代发生趋势性突变,持续降水日数和最大5天降水量在80年代转折性突变。（5）除中雨日数、持续降水日数在河东高寒区未来发展不稳定外,其它各指标在各区域未来表现出持续性,与过去变化趋势一致。     

西北地区5-9月极端干期长度的概率特征分析

应用西北地区131个测站1961-2000年逐日降水资料,统计逐年5-9月极端干期长度,分析近40 a年平均极端干期长度的空间分布特征以及极端干期长度与降水量的关系,采用概率加权法(PWM)估计其分布函数的参数,探讨用Gumbel分布拟合我国西北地区极端干期长度的适用性,进而给出我国西北地区极端干期长度的概率以及≥20 d、≥50 d极端干期长度的重现期概率特征。结果表明:西北地区近40 a平均极端干期长度总体上自东南向西北递增,但极端干期最短的地方并不在降水量最大的陕南地区,而在海拔较高的青海南部以及甘肃甘南高原。极端干期长度与5-9月降水总量呈负相关。≥20 d界限的极端干期长度的概率与50 a一遇极端干期长度的空间分布基本相似,降水较少的南疆、青海西部、河西走廊西段,基本上每年多雨期都存在20 d以上的连续无雨期,而祁连山以南的青海、甘肃中南部、宁夏南部、陕西中南部≥20 d极端干期长度的概率不到0\^1。     

沙坡头地区多年降水分布特征、趋势及其变率

应用Mann-Kendall秩统计法和回归分析法,检验时间序列上的年降水趋势;应用一阶自相关分析法,对沙坡头地区多年降水持续性特征进行统计分析。结果表明,5a滑动平均曲线所对应区间1967- 1972年以及1977- 1982年降水量大于多年平均值,而1983- 2000年降水量滑动平均值低于多年平均值的趋势明显。1955-1970年的分析时段内,降水量每连续递减两年后,将稍有回升,但总体上趋于下降。从滑动平均计算值来看,年降水分布存在时间序列上的非随机因素潜在振荡,5a滑动平均值突出了以年为时序单位的降水振荡模式。干旱时段的延长通常在多雨年之前或之后发生,尤其在1978年经历高峰降水以后,直至1985年,区内干旱时段的延长颇为显著。沙坡头地区降水分布特征表明该地区在干旱半干旱过渡带中更趋向于干旱化的特点。