新疆天山山区近40年春季气候变化特征与平原区的比较

利用新疆1959～1998年的春季温度降水资料,分析了天山山区近40年来春季气候变化的基本特征,并与南疆、北疆进行了比较。所得的主要结果如下：(1)天山山区在春季温度的冷暖变化阶段上1981年前与北疆的相似,1981年后与南疆相似。(2)天山山区在春季降水量干湿变化阶段上与北疆的相似性强于南疆。(3)春季温度空间分布的同步变化性以北疆为最好,南疆最差。天山山区居中,而春季温度空间分布的反向变化性,以南疆为最大,北疆最小．天山山区居中。春季降水空间分布的同步变化性北疆较好,天山山区和南疆较差。而春季降水空问分布的反向变化性。以天山山区为最大。北疆最小,南疆居中。(4)三大区域的春季温度均表现为20世纪60与90年代偏高,70和80年代偏低。天山山区与北疆从60年代到90年代,春季降水均表现出了持续的增加的趋势。南疆春季降水除60年代外,不断增多。90年代是新疆三大区域春季降水最多的年代。(5)北疆和南疆近40年的春季最低温度存在着显著的增温趋势。增温率北疆大于南疆。     

天山山区与南、北疆近40a来的年温度变化特征比较研究

分析天山山区近40 a来年温度变化的基本特征,并与南疆、北疆进行比较,其结果是:(1)天山山区年平均温度在冷暖变化阶段上与北疆的相似性强于南疆。(2)新疆三大区域年平均温度的最主要空间分布特征均是同步变化,但同步性的程度北疆较好,南疆及天山山区较差;而空间分布的反向变化性,南疆及天山山区较好,北疆较差。(3)三大区域年平均温度的年代际变化趋势是不同的,但均以20世纪90年代为最暖。(4)近40 a的显著线性增温趋势以年平均最低温度及年平均温度表现得空间范围最广,年平均最高温度最差;年平均温度的长期增温率以北疆最大,天山山区和南疆较小;年平均最低温度的10 a增温率变化在0.34~0.37℃之间。(5)三大区域最佳升温趋势出现的时段比较一致,增温率以北疆为最大,天山山区和南疆相同。(6)北疆与南疆年平均温度分别在1960年和1978年发生了由低向高的突变。     

新疆年降水不规则性空间差异与长期演变

在新疆以往的降水不规则性的研究中常采用标准统计值,如距平值、标准离差和变差系数等来衡量降水对正常格局的偏离。然而,标准统计方法无法全面描述降水变化的不规则性。本文利用一种新的指标——偏差指数对新疆降水的时空不规则性进行分析,结果表明:南疆降水普通偏差指数要明显比其它两个区域高,而天山山区的指数值总体上最低。三个区域的特殊偏差指数存在一定的差异,这种差异性在20世纪90年代早期以前尤其明显,而90年代早期之后,三个区域降水的特殊偏差指数变化趋势大致呈现一致性,说明新疆降水时间变化上呈均匀化态势。天山山区的特殊偏差指数变化的幅度明显小于另外两个区域。北疆的特殊偏差指数在所分析的时段内存在微弱的线性降低趋势,而南疆,尤其是天山山区存在微小的线性增大趋势。降水不规则性指数可以较好地刻画新疆年降水的时空不规则性,该指标可以用于一般框架下的新疆未来降水变化监测。     

新疆地表水资源对气候变化的响应初探

计算新疆三大区域地表水资源与气候的相关性,建立两者间的回归方程,进而探讨新疆地表水资源对气候变化的响应,得到以下几点主要结论:①新疆地表水资源对气候变化的响应具有明显的地域特点:北疆以对水文年降水的正响应为主;南疆以对5~9月温度的正响应为主,以对高山区前年的水文年降水的正响应为辅;东疆对水文年降水的正响应及5~9月温度的负响应并重,对降水的响应更重要些。②北疆:当北疆8站水文年平均降水偏多(或偏少)10%时,北疆地表水资源会偏多或偏少7.2%。③东疆:当沁城5~9月平均温度为多年平均值时,巴音布鲁克水文年降水变化±10%,东疆地表水资源会出现±5.4%的变化;当巴音布鲁克水文年降水为多年平均值时,沁城5~9月平均温度偏高(或偏低)1℃,东疆地表水资源会减少(或增多)8.3%。④南疆:当南疆4站5~9月平均温度为多年平均值时,塔什库尔干前年的水文年降水变化±10%,南疆地表水资源会出现±1.3%的变化;当塔什库尔干前年的水文年降水为多年平均值时,南疆4站5~9月平均温度偏高(或偏低)1℃,南疆地表水资源会增多(或减少)11.7%。     

新疆极端降水的气候变化

采用1961～2000年55个气象台站的逐日降水观测资料,分析近40年来新疆极端降水的气候变化、发展趋势和空间分布差异。用Mann-Kendall法对年极端降水量进行突变检验。研究表明：(1) 只有天山北麓经济带和天山南麓国家级棉花基地阿克苏地区极端降水量和频次有显著增多,尤以80年代以后明显,年极端降水量于1980年发生了气候突变,这种气候变化是由夏半年极端降雨量和频次增多导致的。(2) 新疆极端降水强度无显著变化,极端降水频次的显著增多导致极端降水量的显著增多。(3) 极端降水对年总降水量的贡献天山山区占年降水量的41.9%,北疆北部与和田区域极端降水的贡献为17.2%和21.9%,其它区域在25%~31.3%。年极端降水量距平与年降水量距平有好的相关关系 (除阿克苏地区和焉耆盆地外),说明极端降水量的变化导致年降水量的变化。     

天山可降水量和降水转化率的研究

水是干旱半干旱地区的命脉,实施人工增水是增加水资源的一个重要途径。笔者根据1971-2000年30 a天山山区及其周边44个地面站每日4个时次的水汽压和日降水量,运用整层大气可降水量的经验计算公式,计算了天山山区及其周边地区的大气可降水量和降水转化率。分析得出天山地区可降水量夏季多、冬季少,空间分布表现为自西向东、自山区外围向山区中心地带递减的规律。降水转化率的时空分布说明夏季山区的降水转化率较高,一般为100‰~200‰,最大为355‰;冬季降水转化率低于夏季,相对而言山前的平原地区,如伊犁地区、北疆石河子到阜康一带的降水转化率较高,为80‰~125‰。上述结果表明天山地区具有很大的增水潜力。     

近48 a新疆干湿气候时空变化特征

 根据新疆101个气象台站1961—2008年的逐月气候资料,采用线性回归、Morlet小波、自然正交分解（EOF）、累计距平、t-检验和Kriging空间插值等方法,对近48 a反映新疆干湿气候的年降水量、潜在蒸散量和地表干燥度等要素的时空变化特征进行了分析,结果表明:①新疆年降水量在空间分布上表现为山区多于平原和盆（谷）地,北疆多于南疆,西部多于东部的格局;近48 a,新疆各地年降水量均为增多趋势,增多倾向率的空间分布为:天山山区>北疆>南疆,全疆平均年降水量以9.123 mm/10a的倾向率增多;新疆年降水量空间异常分布主要表现为“全疆一致型”和“南北疆反向变化”两种模态;全疆平均年降水量主要存在3～4 a、6～8 a、11 a和16 a的振荡周期,并于1987年发生了突变性的增多。②新疆年潜在蒸散量总体表现为南疆大于北疆、东部大于西部、盆（谷）地大于山区的分布格局;近48 a,新疆各地年潜在蒸散量总体为减少趋势,其中南疆为递减倾向率高值区,北疆大部和天山山区为递减倾向率低值区,全疆平均年潜在蒸散量以-23.8 mm/10a的倾向率减少;新疆年潜在蒸散量空间异常分布也主要表现为“全疆一致型”和“南北疆反向变化”两种模态;潜在蒸散量主要存在准22 a的振荡周期,并于1984年发生了突变性的减小。③受降水量和潜在蒸散量时空变化的共同影响,新疆年干燥度指数总体表现为南疆大于北疆、东部大于西部、盆（谷）地大于山区的分布格局;近48 a,新疆各地年干燥度指数均表现为不同程度的减小趋势,其中,吐鲁番、哈密盆地以及塔里木盆地东部地区是干燥度指数减小最明显的区域,全疆平均年干燥度指数以-3.164/10a的倾向率减少;新疆年干燥度指数空间异常分布主要表现为“全疆一致型”;干燥度指数主要存在准5 a、8 a和18 a的振荡周期,并于1987年发生了突变性的减小。     

基于Copula 函数的新疆极端降水概率时空变化特征

依据新疆地区53 个雨量站1957-2009 年日降水资料,根据研究需要,定义了8 个极端降水指标。运用K-S 法确定降水指标最适概率分布函数,确定十年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula 非参数估计方法,通过Akaike Information Criterion (AIC) 法确定两降水指标联合分布函数,系统分析极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征,研究新疆地区降水极值概率变化的空间演变特征。研究结果表明：(1) 北疆比南疆湿润,北疆发生极端强降水的概率大,而南疆发生极端弱降水的概率较大,另外,相比较而言,山区要比平原降水多;(2) 极端强、弱降水同年发生的概率分布特征复杂,从降水天数来看,一年内同时发生长历时强降水与弱降水事件的概率山区较平原大;从极端降水总量来看,同时发生强降水与弱降水事件的概率在平原区较山区为大;从极端降水强度来看,同时发生强度较大的强降水与弱降水事件的概率在天山南坡较其他地区为大;(3) 洪旱发生概率与地形有关,天山是洪旱发生的分界线,山区发生洪旱灾害的概率比平原小。     

暖湿背景下新疆逐时降水变化特征研究

基于新疆16个国家基准站1991-2013年5~9月逐小时的降水观测资料,分析研究了新疆夏半年逐时降水的时空分布和日变化特征。结果表明:新疆小时降雨频数呈现西北多、东南少的特征;4 mm·h^-1以上量级雨强的强降雨高频时段北疆自西向东依次出现在下午、前半夜和后半夜,南疆多出现在夜间;新疆各区域逐时降水频率的日变化特征明显不同,各区域逐时降水分布并不均匀:塔城北部、阿勒泰地区日降水分布呈现双峰型特征,北疆其余地区则是较为一致的单峰型;南疆各区域以双峰型居多。南北疆0.1 mm·h^-1以上、4 mm·h^-1以上量级雨强的出现总频次均呈明显增加趋势,进入21世纪10年代南疆强降雨频次增加更显著。     

气候转暖及人类活动对北疆中小河流降水-径流关系的影响

利用近40 a来的水文气象资料,分析北疆20世纪80~90年代气候转暖及人类活动对北疆不同地区的中小河流降水-径流关系的影响,主要结论如下:①北疆西部的哈拉依灭勒河、卡琅古尔河,在1980年以后气候转暖的背景下,它们的自然降水-径流关系并无明显改变。②北部额尔齐斯河流域东部产流区平均高程较高的大青河,在90年代气候显著转暖的背景下,其自然降水-径流关系并无明显改变;而位于大青河东侧、流域平均高程较低、山区流域降水量较小的小青河,在90年代气候明显转暖的背景下,其自然降水径流关系发生了变化,所形成的自然地表径流量明显减少。③天山中部北坡的乌鲁木齐河,在80~90年代气候转暖的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,产流量明显偏多。④天山东部北坡的开垦河,在80~90年代气候转暖及人类活动影响的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,产流量减少。⑤乌鲁木齐近郊低山丘陵区的水磨河,在近40 a来的增温及人类活动影响的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,尽管乌鲁木齐年降水量有增加趋势,而其径流却是减少的。     

新疆北部的降水量线性变化趋势特征分析

应用新疆北疆地区以及天山山区26个气象站1961-2005年的月降水量资料,分析了新疆北部地区、天山山区、北疆沿天山经济带、北疆平原、北疆北部流域、北疆西部流域6个区域的年、暖季(5-10月)、冷季(11-4月)以及各月的降水量线性趋势特征。结果显示:6个区域及26个气象站的年降水量45a年来均呈线性增加趋势;暖季降水量6个区域均呈线性增加趋势,北疆区、天山山区最显著;冷季降水量6个区域全部呈明显的线性增加趋势;月降水线性趋势变化较显著的月份为1、2、7、11、12月,其它各月没有通过0.10显著性水平检验,12个月中增湿趋势站数明显占优势的月份可占80%左右,3、9月呈下降趋势的站数较多。增湿结果已给新疆带来风吹雪、雪崩、畜牧业雪灾、洪水、融雪性洪水、泥石流、滑坡等灾害。     

西北干旱区山区融雪期气候变化对径流量的影响

利用8 个山区气象站1960-2010 年日平均气温、降水和7 个出山口水文站的年径流数据(1960-2008), 统计分析了山区融雪期开始时间、结束时间、天数、温度和降水的变化趋势及其空间差异性, 并定量评估了年径流量对融雪期温度和降水变化的敏感性。结果表明, 近50年来, 山区融雪期平均提前了15.33 天, 延迟了9.19 天;其中, 天山南部山区融雪期提前时间最长, 为20.01 天, 而延迟时间最短, 仅6.81 天;祁连山北部山区融雪期提前时间最短(10.16天), 而延迟时间最长(10.48 天)。这显示山区融雪期提前时间越长, 延迟时间则越短。山区融雪期平均降水量增加了47.3 mm, 平均温度升高了0.857℃;其中天山南部山区降水增量最大, 达65 mm, 昆仑山北部山区降水和温度增量均最小, 分别为25 mm和0.617℃, 而祁连山北部山区温度增量最高(1.05℃)。河流径流量对融雪期气候变化敏感, 降水变化诱发年径流量变化了7.69%, 温度变化使得年径流量改变了14.15%。     

新疆不同季节降水气候分区及变化趋势

利用新疆88个测站1961—2006年逐日降水量资料,采用EOF（主成分分析）、REOF（旋转主成分分析）、线性趋势、kendall-τ检验以及累积距平、t检验、信噪比相结合等方法,对新疆四季降水量的空间特征、变化趋势以及突变时间等进行了对比诊断分析\.结果表明,新疆四季降水量EOF的前3个载荷向量场均表现为全疆一致的降水偏多或偏少型、南北疆反变化的南多（少）北少（多）型以及东西反向的东多（少）西少（多）型等3大整体异常结构;在同一约束条件下,不同季节REOF分析所揭示的降水气候分区不同,冬季大致可划分为3个区,春季6个区,夏季7个区,秋季5个区;除南疆偏西地区冬季降水量未出现显著突变增加趋势外,新疆大部地区于1986年前后冬夏降水量同时显著突变增多,与其上空大气可降水量(APW)的增加有关;北疆春季降水量既没有显著的增加趋势,也未发生过突变;南疆大部地区春季降水量曾出现过显著突变增加,但突变时间早晚不一;从长期变化趋势看,北疆北部、中天山两侧及其以东地区秋季降水量虽增加不显著,但在1978年前后出现过突变增加,是季降水量突变最早区域;北疆西部冬、夏、秋降水量均显著增加,是新疆降水量增加最敏感区域,但秋季降水量的突变增加是从1997年开始的,比冬夏突变晚11 a左右,比其东部地区偏晚30 a左右。     

近50 a新疆气温精细化时空变化分析

利用新疆93个气象站1961-2010年的逐月平均气温资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的混合插值法对春、夏、秋、冬四季和年平均气温的变化趋势、突变特征以及各气温要素多年平均值和突变前后变化量的空间分布进行了分析。结果表明：（1）新疆春、夏、秋、冬四季和年平均气温的空间分布总体呈现“南疆高,北疆低;平原和盆地高,山区低”的格局。（2）在全球变暖背景下,1961-2010年新疆春、夏、秋、冬四季和年平均气温分别以0.24 ℃/10 a、0.21 ℃/10 a、0.39 ℃/10 a、0.49 ℃/10 a和0.33℃/10 a的倾向率呈显著的上升趋势,并分别于2004年、1997年、1995年、1985年和1994年发生了突变性的上升,突变后较突变前,各季和年平均气温分别升高了1.5 ℃、0.8 ℃、1.2 ℃、1.6 ℃和1.0 ℃,但气温上升幅度具有明显的区域性差异,其空间分布总体呈现“北疆大,南疆小”的格局。     

新疆夜雨和昼雨的空间分布和长期变化

用新疆98个气象站1960—2001年的昼夜降水量资料,分析了冷季（10月到翌年3月）和暖季（4—9月）昼夜降水频率和强度的差异和空间分布。结果表明：新疆暖季分别有两个频率≥55％的夜雨区和昼雨区。夜雨区分别位于西天山北坡和西昆仑山北坡;昼雨区位于阿尔泰山南坡和天山南坡等地。而到了冷季,暖季夜雨和昼雨的条状带相间的格局消失。除了海拔较高的西天山山区和海拔较低的塔里木盆地西部、吐善托盆地分别有小范围的夜雨区和昼雨区外,新疆其他地区的夜雨和昼雨的比例均在45％~55％之间,基本趋于平衡,夜雨和昼雨之差较暖季已明显减弱。对于暖季的大降水事件（一个夜间或白天降水>15 mm）,伊犁河谷、中东天山及天山北坡,昆仑山北坡60％以上发生在夜间,阿尔泰山和塔尔巴哈台南坡、天山东南部盆地地区60％以上发生在白天。另外,还对暖季夜雨区夏季降水的长期变化进行了分析,结果显示,这两个以夜间降水为主的区域,其夜间降水的增加率略大于白天,并不是很明显大于白天降水的增加率。     

近55 a新疆净生态系统生产力对气候变化的响应

新疆地处干旱和半干旱气候区,明确其生态系统的碳汇大小及其对气候变化的响应对研究中国干旱区植被碳汇及其对陆地碳平衡的贡献具有重要意义。基于最新地面气象观测数据,利用大气植被相互作用模型AVIM2（Atmosphere-Vegetation Interaction Model 2）,在0.05°×0.05°经纬度空间网格上估算分析了1961-2015年新疆净生态系统生产力（NEP）的时空分布特征及其对气候变化的响应。研究结果表明：近55 a新疆NEP平均值为14.4 gC·m^-2,没有明显变化趋势。空间上看,约40%地区的NEP呈下降趋势,主要分布在天山两麓的城市人口聚集区;而60%地区NEP呈上升走势,其主要分布在新疆昆仑山脉、天山山区和人烟稀少的荒漠地区。新疆NEP对降水量变化更为敏感,气温的变化对NEP的影响并不显著。虽然新疆平均碳汇随着年降水量的变化而在源与汇之间波动,但是从多年平均来看,新疆仍然为碳汇区。     

西北地区山区融雪期气候变化对径流量的影响(英文)

Water resources in the arid land of Northwest China mainly derive from snow and glacier melt water in mountainous areas. So the study on onset, cessation, length, tempera-ture and precipitation of snowmelt period is of great significance for allocating limited water resources reasonably and taking scientific water resources management measures. Using daily mean temperature and precipitation from 8 mountainous weather stations over the pe-riod 1960?2010 in the arid land of Northwest China, this paper analyzes climate change of snowmelt period and its spatial variations and explores the sensitivity of runoff to length, temperature and precipitation of snowmelt period. The results show that mean onset of snowmelt period has shifted 15.33 days earlier while mean ending date has moved 9.19 days later. Onset of snowmelt period in southern Tianshan Mountains moved 20.01 days earlier while that in northern Qilian Mountains moved only 10.16 days earlier. Mean precipitation and air temperature increased by 47.3 mm and 0.857℃ in the mountainous areas of Northwest China, respectively. The precipitation of snowmelt period increased the fastest, which is ob-served in southern Tianshan Mountains, up to 65 mm, and the precipitation and temperature in northern Kunlun Mountains increased the slowest, an increase of 25 mm and 0.617℃, respectively, while the temperature in northern Qilian Mountains increased the fastest, in-creasing by 1.05℃. The annual runoff is also sensitive to the variations of precipitation and temperature of snowmelt period, because variation of precipitation induces annual runoff change by 7.69% while change of snowmelt period temperature results in annual runoff change by 14.15%.