RCP4.5情景下中国未来干湿变化预估

本文采用国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中21个气候模式的试验数据, 利用土壤湿度以及由其他8个地表气象要素计算所得的干旱指数, 预估了RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5)情景下21世纪中国干湿变化。结果表明:全球气候模式对1986～2005年中国现代干湿分布具备模拟能力, 尽管在西部地区模式与观测间存在一定的差异。在RCP4.5情景下, 21世纪中国区域平均的标准化降水蒸散发指数和土壤湿度均有减小趋势, 与之对应的是短期和长期干旱发生次数增加以及湿润区面积减小。从2016到2100年, 约1.5%～3.5%的陆地面积将从湿润区变成半干旱或半湿润区。空间分布上, 干旱化趋势明显的区域主要位于西北和东南地区, 同时短期和长期干旱发生次数在这两个地区的增加幅度也最大, 未来干旱化的发生时间也较其他地区要早;只在东北和西南地区未来或有变湿倾向, 但幅度较小。在季节尺度上, 北方地区变干主要发生在暖季, 南方则主要以冷季变干为主。造成中国干旱化的原因主要是由降水与蒸散发所表征的地表可用水量减少。     

青藏高原与中国其他地区气候突变时间的比较

基于1961～2006年中国地面观测气温和降水资料,对青藏高原地区以及中国其他6个地区地表气温、降水的变化趋势和突变时间进行了检测和比较。结果发现,(1)地表气温:1961～2006年青藏高原地区年和四季的地表气温都呈增加趋势。年平均地表气温在20世纪80年代中期开始变暖,但显著快速增暖的突变发生在90年代中期,该时间比东北、华北、西北和淮河地区晚,与长江中下游和华南地区接近,不同季节青藏高原地区与其他地区变暖突变时间的差别也各有不同,但所有季节快速变暖突变的时间都比东北地区晚,中国东部陆地地区年和冬季平均地表气温表现出北早南晚的经向差异;(2)降水:1961～2006年青藏高原地区年降水量没有检测到显著的变化趋势,冬春降水量显著增加,而夏季降水有微弱的减少,秋季降水显著减少。降水突变的信号明显比温度突变的信号弱,年降水量和春季降水都没有检测到突变的发生,降水突变方向(增或减)和突变时间在区域与区域之间以及不同季节之间都存在较大差异。由上可见,青藏高原气候的显著快速变化比中国东部长江以北地区有明显的滞后现象,尤其是冬春温度变化,这可能是由于青藏高原地区积雪增加导致的反照率增加和冰川融化吸热对青藏高原变暖的减弱作用所致。     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

基于SPEI的近百年天津地区气象干旱时空演变特征

基于1921—2016年天津地区降水、气温观测数据,对全球降水气候中心降水(GPCC-P)、东英吉利大学气候研究中心气温(CRU-T)进行适用性评估后发现GPCC-P和CRU-T均能较好地反映天津地区降水和气温的变化。在此基础上,进一步利用GPCC-P、CRU-T计算的标准化降水蒸散指数(SPEI)分析天津地区近百年干旱时空演变特征并判断其未来变化趋势。结果表明:(1)天津干旱主要发生于1940年代初期、1990年代末和2000年代初期,四季均以轻旱和中旱为主,干旱高频季节由秋、冬季逐渐转为春、夏季。(2)天津全区SPEI气候趋势在6个时期除秋季整体呈"升、降、升"分布特征外,春、夏、冬季均表现为"升、降"的分布特征,且夏季下降趋势最为显著,1961—2010年宁河每10 a下降0.30。(3)1921—1970、1931—1980、1941—1990年天津春、冬季湿润化趋势由降水主导,而夏、秋季则由气温和降水协同影响;1951—2000、1961—2010、1971—2016年春季干旱趋势主要受气温影响,夏、冬季则为气温和降水协同影响,随着全球变暖,气温升高对干旱的影响逐渐增强。(4)1921—2016年天津地区四季SPEI与PDO呈负相关关系,春、夏季相关性从西北向东南递减,而秋、冬季相关性则由东南向西北递减。(5)未来夏季天津全区、冬季天津西南部呈干旱化趋势,春季干旱化趋势、秋季湿润化趋势不明显。     

豫北地区气温、降水变化的时空分布特征

利用中国国家级地面气象站均一化数据集中1971—2010年豫北地区28个测站的温度、降水资料,基于GIS技术对该地区温度和降水变化的时空分布特征进行研究。结果表明:豫北地区气温整体呈升高的趋势,其中冬春季节升温明显。气温变率空间分布表现为北中部增温明显,东部和西部增温幅度较小。降水变化各季节差异较大,春季降水整体呈现增加趋势,其他季节各地降水增减不一;空间变化分布特征为太行山沿线西部山区降水减少趋势明显,东部地区降水略有增加趋势。从整体变化情况来看,豫北地区的气候变化区域间差异加大,局地性变化趋向不稳定。文中用温度与降水的趋势比来分析豫北地区的干旱化发生趋势,结果发现太行山沿线干旱化趋势明显,沿黄河区域干旱化趋势较低,太行山脉和黄河是导致豫北地区气候变化区域性分布的主要地形因子。     

半世纪来贵州雷山降水及气温特征与喀斯特地貌溶蚀性分析

利用贵州省雷山国家气象站1961-2015年55 a的气温和降水观测资料,采用统计分析的方法,分析雷山县近55 a来的气温和降水的变化特征及趋势。结果表明:近半世纪来,雷山县降雨主要发生在6月,月平均降雨量和降雨日数分别为250.5 mm和18.9 d;年平均降雨量呈增多趋势,其趋向率为0.37 mm/10 a,而年降雨日数却呈减少趋势,其趋向率为--3.07 d/10 a,其主要原因是夏季降水强度增强、频次增多所致,其次为冬季降水;年平均气温以0.08?℃/10 a趋势上升,且近10 a气温呈明显增加趋势,波谷与波峰之间振幅明显,从各季节分析,各季气温均以不同程度上升,其中又以冬季和秋季贡献最大,增温率分别达0.12?℃/10 a及0.11?℃/10 a;贵州雷山地处亚热带季风气候区,气候湿润、降水丰富、降水量大、流水作用强烈、地表径流相对稳定,逐年降水量和逐年平均气温的上升引起的喀斯特地貌溶蚀性潜能呈上升趋势。     

1951—2009年中国地表湿润状况变化趋势研究

利用1951—2009年中国160站的月降水和月平均温度资料,通过计算地表湿润指数,在分析其与降水及气温联系的基础上,探讨了中国区域平均地表湿润指数的年代际变化特征差异,给出了地表湿润指数年趋势的地理分布。结果表明：1951—2009年,中国北方的西北地区东部、华北和东北地区长江中下游地区及东南部分地区以干旱化趋势为主,这些地区干旱化趋势的产生与降水年际变差大、年内分配不均,降水持续减少和气温升高密切相关。东南、西南地区及西藏地区于20世纪90年代初期有湿向干的趋势转换,虽然长江中下游地区在70年代初期有明显的干向湿的趋势变换,但于90年代同样出现湿向干的趋势转换,并一直持续显著的干旱化。     

江苏地表湿润状况的变化趋势与区域特征分析

为了了解江苏省地表湿润状况,利用江苏省60个气象站1961-2005年月降水和月平均气温资料,通过构造一个既包含降水变化又考虑温度变化对潜在蒸发影响的干湿指标一地表湿润指数Hf=P/Pe(P为观测的月降水总量,Pe为月最大潜在蒸发),采用M-K法,对比分析了江苏省区域平均地表湿润指数的年代际变化特征及季节性差异,并讨论了它与降水和气温的联系,突出了在全球变暖背景下温度变化对干湿变化的重要影响.最后给出了地表湿润指数各季节变化趋势的地理分布.结果表明:苏北和苏南地区的年际变化趋势基本相反.由于温度的升高苏北苏中地区均出现变干趋势,苏南部分地区降水显著增加却没有呈现显著变湿趋势.江苏地区的干化趋势主要发生在春秋季节.     

基于SPEI指数的河北省南部夏玉米生长季干旱特征分析

利用河北省南部8个气象站点1962—2018年的逐月气温、降水量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过小波分析、Mann-Kendall检验等方法,分析了河北省南部夏玉米生长季(6—9月)干旱变化特征以期为干旱灾害的监测、预报预警及防御提供理论依据。结果表明:夏玉米苗期干旱发生频率为31.5%,1966年后苗期气候呈湿润化趋势,在1968和2009年附近可能发生了气候湿润化的突变,整个分析期(1962—2018年)干湿变化包含13～18a、5～8a周期振荡;夏玉米穗期干旱发生频率为40.3%,2006年后穗期气候呈持续干旱化趋势,在1980和1997年附近可能发生了气候干旱化的突变,整个分析期干湿变化包含15～22a、6～10a周期振荡;夏玉米花粒期干旱发生频率为29.8%,1989年后花粒期气候呈持续干旱化趋势,可能在1992和2002年附近发生了气候干旱化的突变;夏玉米生长季干旱发生频率约为30%,生长季气候总体呈干旱化趋势,特别是1997年后持续干旱化,可能在1996年附近发生了气候干旱化的突变。     

1961-2009年三江源地区气候变化特征分析

利用三江源地区18个气象台站1961—2009年气温、年最高气温、年最低气温、降水量、降水日数等资料,分析了该地区年最高气温、年最低气温、降水量、降水日数等气候要素的变化趋势。研究表明:近49年来三江源年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温均在升高,升高速率平均最低气温明显大于平均气温和平均最高气温,年平均气温的升高主要是由最低平均气温升高引起的;三江源年和四季降水量均呈增多趋势,冬、春季降水量增幅最明显,年降水量变化的空间分布北部增多而东南部减少,年降水量除20世纪70年代—21世纪初均呈增加趋势;年和冬、春季≥0.1mm降水日数增加,而夏秋季降水日数减少;年和冬、夏、秋季潜在蒸散量呈显著性增加趋势,春季变化则不明显;年和四季平均风速均呈显著下降趋势;年和四季日照时数变化不显著。     

近60a新疆区域气温降水变化事实分析

利用1961～2017年新疆89个国家级气象观测站57年气温和降水量整编资料,采用一元线性回归进行趋势倾向估计,用最小二乘法反映气候要素的年平均增加、减少速率及年变化趋势。结果表明：新疆及北疆、天山山区、南疆各分区的年和四季平均气温呈现一致的上升趋势,其中新疆年平均升温速率为0.31℃/10a,90年代后期以后出现了明显增暖。冬季升温趋势最明显,夏季最弱。全疆和各分区的年、四季降水量呈现一致的增多趋势,新疆年降水量增加速率为10.14mm/10a。2010年代以来比1960年代增多了30%。冬季降水量增多趋势最明显。1961～2017年新疆气候变化较明显,总体在向暖湿方向变化。     

新疆区域面雨量分布特征及其变化规律

将自然正交分解 (EOF) 和数字高程模型 (DEM) 相结合, 利用新疆区域144个气象站和水文站的1961—2005年降水量资料, 计算得到新疆区域面雨量年、季分布特征和变化规律。分析结果表明:新疆区域年平均面雨量约为2724.6×108t, 年平均降水量为165.5 mm。从空间分布来看, 天山山区面雨量最大, 约占全疆面雨量的40.4%, 该区域年平均降水量为409.1 mm; 北疆地区次之占34.3%, 年降水量为277.3 mm; 南疆地区最少约为25.3%, 年平均降水量仅有66.2 mm。从季节分布来看:夏季面雨量最大, 约占全年面雨量的54.4%;春季次之为23.6%;秋季为16.5 %; 冬季最少, 约为5.5%。新疆区域面雨量年际变化呈现出增多的趋势, 1987年存在突变, 在此之后降水量明显增多。     

Drought analysis in the Tons River Basin,India during 1969-2008

The primary focus of this study is the analysis of droughts in the Tons River Basin during the period 1969–2008. Precipitation data observed at four gauging stations are used to identify drought over the study area. The event of drought is derived from the standardized precipitation index (SPI) on a 3-month scale. Our results indicated that severe drought occurred in the Allahabad, Rewa, and Satna stations in the years 1973 and 1979. The droughts in this region had occurred mainly due to erratic behavior in monsoons, especially due to long breaks between monsoons. During the drought years, the deficiency of the annual rainfall in the analysis of annual rainfall departure had varied from ?26% in 1976 to ?60% in 1973 at Allahabad station in the basin. The maximum deficiency of annual and seasonal rainfall recorded in the basin is 60%. The maximum seasonal rainfall departure observed in the basin is in the order of ?60% at Allahabad station in 1973, while maximum annual rainfall departure had been recorded as ?60% during 1979 at the Satna station. Extreme dry events (z score <?2) were detected during July, August, and September. Moreover, severe dry events were observed in August, September, and October. The drought conditions in the Tons River Basin are dominantly driven by total rainfall throughout the period between June and November.     

Responses of Tropical Trees to Rainfall Seasonality and its Long-Term Changes

Seasonality and physiognomy of tropical forests are mainly determined by the amount of annual rainfall and its seasonal distribution. Climatic change scenarios predict that global warming will result in reduced annual rainfall and longer dry seasons for some, but not all, tropical rainforests. Tropical trees can reduce the impact of seasonal drought by adaptive mechanisms such as leaf shedding or stem succulence and by utilization of soil water reserves, which enable the maintenance of an evergreen canopy during periods of low rainfall. Correlations between climate and responses of tropical trees are therefore poor and the responses of tropical rainforests to climatic changes are hard to predict. Predicted climate change is unlikely to affect the physiognomy of rainforests with high annual rainfall and low seasonality. Seasonal evergreen forests which depend on the use of soil water reserves will be replaced by more drought-tolerant semideciduous forests, once rainfall becomes insufficient to replenish soil water reserves regularly. As the limits of drought tolerance of tropical rainforests are not known, rate and extent of future changes cannot be predicted.     

基于标准降水指标的新疆干旱特征演变

运用标准降水指标 (Standardized Precipitation Index, SPI) 对新疆地区53个雨量站1957—2009年日降水量资料进行全面分析,研究了不同干旱等级发生概率的空间分布变化规律。同时,采用Mann-Kendall趋势检验法分析了各月份标准降水指标值、干旱强度和干旱历时的变化趋势,探讨了新疆地区干旱时空演变特征。结果表明:北疆易发生中等及以上干旱,而南疆易发生轻度干旱。总的来说,北疆干旱强度有下降的趋势,干旱历时趋于缩短,南疆南部干旱强度和干旱历时有轻微上升,东疆中部干旱情况显著恶化。具体来说,北疆冬季干旱程度有减弱趋势,而对于农业生产较重要的春、夏、秋季,西部干旱加剧;南疆夏季干旱有减弱趋势;东疆中部四季干旱程度有轻微加剧趋势。     

四种气象干旱指数在新疆区域适用性研究

利用降水量距平百分率(PA)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、自适应帕默尔干旱指数(scPDSI)和气象干旱综合指数(MCI)四种气象干旱指数，进行变化趋势、相关性和干旱频率的分析，并与历史灾情进行对比，来研究1961—2020年新疆不同区域干旱指数适用性。结果表明，scPDSI和MCI指数显著上升，干旱程度呈减轻趋势，其干旱监测结果一致率高。PA指数变化趋势均平稳，但与其他三种干旱指数在全频域和高频域干旱监测结果一致率较好。SPEI指数在东疆和南疆东部区域显著下降，干旱程度呈加重趋势，与其它三种指数低频域干旱监测结果存在显著负相关。干旱频率分析结果显示，PA指数的特旱等级判定存在异常情况，特别是南疆和东疆。与历史灾情对比结果显示，MCI指数是对干旱灾害反映最好的。总体上，MCI指数在新疆地区的适用性要优于其它三种干旱指数。近60年来，全疆不同区域的MCI指数均呈上升趋势，各区域的干旱程度均有所减轻。空间上，新疆西北部发生干旱显著比南疆和东疆区域概率大。全疆不同区域在1962—1967年、1974—1977年、1989—1991年、1997年、2020年均发生干旱，并且主要集中在春夏两季较多，其中北疆西部和伊犁河谷区域易出现干旱灾情。     

Recent drought and precipitation tendencies in Ethiopia

In 2011, drought in the Horn of Africa again made news headlines. This study aims to quantify the meteorological component of this and other drought episodes in Ethiopia since 1971. A monthly precipitation data set for 14 homogeneous rainfall zones was constructed based on 174 gauges, and the standardized precipitation index was calculated on seasonal, annual, and biannual time scales. The results point to 2009 as a year of exceptionally widespread drought. All zones experienced drought at the annual scale, although in most zones, previous droughts were more extreme. Nationally, 2009 was the second driest year, surpassed only by the historic year 1984. Linear regression analysis indicates a precipitation decline in southern Ethiopia, during both February–May and June–September. In central and northern Ethiopia, the analysis did not provide evidence of similar tendencies. However, spring droughts have occurred more frequently in all parts of Ethiopia during the last 10–15 years.     

副高变化与河南汛期旱涝关系

利用 195 1～ 1998年副高特征量历史资料 ,揭示了副高特征量的季节和年际变化特征 ,并进行副高形态分类 ,分析了副高特征量变化与河南汛期旱涝的关系。     

不同行星边界层参数化方案对新疆降水模拟的影响研究

使用NCEP-FNL全球分析资料作为WRF模式的初始场和边界场,利用该模式中6种行星边界层参数化方案对新疆进行2006年10月1日至2008年1月1日的模拟积分试验,重点考察模式在10 km水平分辨率下不同行星边界层参数化方案对新疆降水模拟的敏感性。结果表明:1）采用6种行星边界层参数化方案的模式都能较好地模拟出年、雨季总降水量的空间分布及月降水的季节循环。2）对于新疆整体来说,采用Grenier-Bretherton-McCaa（GBM）方案模拟雨季降水更接近观测,偏差在±30%以内。对于天山地区来说,采用Bougeault-Lacarrere（BouLac）方案模拟年降水更接近观测,偏差为－19.13%;采用GBM方案模拟中雨和大雨的TS评分最高分别为0.37和0.33,并且能够较好地模拟7月5次较大降水日中不同下垫面类型的昼夜降水,偏差在5 mm以内。3）BouLac方案能够较好地模拟天山地区年降水的时空分布特征,GBM方案更适合模拟新疆整体雨季期间降水。因此利用WRF模式开展新疆降水模拟研究时应考虑不同行星边界层参数化方案的适用范围。     

中国及邻近地区冬到夏的季节变化

南亚地区在冬到夏的转变过程中有显著的热力学与环境变化特征，是北半球季节变化的敏感区，对我国长期变化有十分重要的意义。根据这一特点，设计计算了南支西风指数，并将副高面积指数分南北区统计，更地地反映了季节变化特征。统计结果表明，这个指数组对梅雨与华北雨季有天气气候学意义。同时还找到了这个指数组对我国一些地区旱涝的前期指标。