基于Hurst指数的黑龙江省作物生长季降水趋势研究

基于黑龙江省78个气象站1971—2016年逐日降水资料,综合采用墨西哥帽小波分析、Hurst指数分析等方法,对黑龙江省作物生长季(5—9月)降水量变化和未来趋势进行分析及预测。结果表明:1971—2016年,黑龙江省生长季、5月、6月降水量存在7 a、14 a、7 a左右的主周期,7月、8月、9月降水量存在2 a、3 a、7 a左右的第1主周期及6 a、11 a、21 a左右的第2主周期,各月均存在最近几年降水偏多的趋势;作物生长季降水量年际间为波动式振荡变化,7月、8月振荡幅度相对较大。年代际变化总体存在增加—减少—增加趋势,20世纪80年代、90年代降水量普遍偏多,2010年以来出现急转升高变化;单站各月Hurst指数均在0.5以上,降水存在比较明显的赫斯特现象;降水主要出现在夏季且以7月最为集中,最近几年降水偏多、7月异常降水集中以及主要流域未来7月降水的持续增加趋势在农业防灾减灾上值得关注。     

1959-2014年古浪河流域降水变化特征及突变分析

利用1959-2014年间古浪河流域的实测地面降水资料,采用多种技术方法相结合,开展了古浪河流域56年降水变化研究工作。结果表明,该流域年降水量总体呈上升趋势,其中上、下游年降水量的变化速率分别为0. 13 mm·(10a)~(-1)和0. 03 mm·(10a)~(-1),年降水量的增加主要源自于月最小降水量增加的贡献;上游及下游地区春季和夏季降水相似,均表现为缓慢增加趋势,而上游地区秋季和冬季降水增加幅度明显高于下游的古浪盆地。年降水量存在5年、11年和27年左右的震荡期,以11年尺度为主周期,流域内降水周期变化季节差异显著。上游和下游降水季节周期变化趋势相似,但与上游相比,下游不同季节主周期能量较大,且呈现出显著的周期变化。对降水的突变分析表明,上游地区在1975年附近发生突变,而下游突变点发生在2005年左右,进一步证实了高海拔地区比低海拔地区对降水的反应更加敏感。     

1954-2011年盐城市气温和降水变化特征

根据盐城市2个观测站点1954-2011年逐月平均气温和降水资料,采用线性趋势分析、M-K检验、滑动t检验等方法,分析了盐城市气温和降水的气候变化特征。结果表明:盐城市年平均气温以0.24℃/10a的速率显著增加,其中,春季的升温速率最大(0.32℃/10a),秋季和冬季次之(分别为0.27℃/10a和0.28℃/10a),夏季最小(0.08℃/10a)且不显著。年降水量以17.1 mm/10a的速率呈弱的下降趋势,春、夏、秋季降水量均呈弱的下降趋势,而冬季降水量则呈弱的增加趋势。全年和四季(除春季)平均气温在20世纪90年代后升高明显,进入21世纪后升温幅度明显加大。年降水量具有"减-增-减"的年代际变化特征,四季降水距平各自波动特征不同,春、夏季降水量偏多期在20世纪50年代中后期和90年代,秋季降水量偏多期在50年代中后期、60年代和80年代,冬季降水量偏多期为90年代以后,其余年代为降水量偏少期。年平均气温在1993年发生突变式增温,春、夏、秋、冬四季气温突变时间分别在1993年、2000年、1997年和1991年。全年和四季降水量都没有明显突变现象。     

阿勒泰地区的降水变化特征

通过对阿勒秦地区近43年来降水资料的分析和研究，得出阿勒秦地区43年来降水变化的规律，并从时空角度揭示出阿勒泰降水量的变化存在区域性。结果表明：从80年代开始降水呈现上升趋势，90年代达最大；降水量的增多主要表现在冬季，其次是秋季和夏季；山麓丘陵、萨吾尔山区是降水量增加趋势较快的地区，平原地区的降水量增加趋势较慢。     

近几十年来长江上游流域气候和植被覆盖的变化

利用中国740台站资料分析了长江上游流域近50a来降水和气温的变化。结果表明,年降水量在20世纪50年代和60年代总体偏多,90年代后在上游的中部和东北部偏少;年平均气温自80年代中期以来呈现增加的趋势,特别是在上游西北部升温更加明显。在各季节中,区域平均的降水量在秋季有明显减少的趋势,区域平均的气温在冬季的增温更加显著。长江上游降水强度也存在年代际变化,区域平均的弱降水天数和中等强度降水天数都呈现减少的趋势。1982—2001年的归一化植被指数(INDV)数据显示,在上游的东部区域,植被有明显的退化;在西部区域,植被活动性有所增加。INDV与同期气候变化的相关关系表明,植被覆盖与降水量基本不相关,6—8月平均的INDV与同期的气温有明显的正相关,即气温的升高有利于植被的生长。     

全球变暖背景下广西典型石漠化区降水响应研究

利用广西典型石漠化区28个气象站逐日降水资料,分析该地区1971-2013年的年际、季节变化特征,并利用线性倾向估计法,计算其变化趋势,结合Mann-Kendall检验法检验其变化的突变时间及显著性。结果表明:近43a广西典型石漠化地区的年降水量总体呈不显著的减少趋势,但降水年际变化较大。70年代和90年代为多雨期,80年代和00年代以后为少雨期。同时,各季降水量都具有明显的阶段性,春、夏、秋季呈减少趋势,其中秋季减少较明显,为-15.7mm/10a,春季和夏季次之,分别为-13.4mm/10a和-1.8mm/10a;冬季呈略增加趋势,为3.9mm/10a。在突变特征方面,典型石漠化区年降水量与各季降水量突变时间不同,其中年降水量比春、夏、秋季的减少突变时间偏早,比冬季增加的突变时间偏晚,且年降水量与春、夏、秋季减少的突变均发生在80年代中后期。     

北方农牧交错带中部区域气候变化特征

分析北方农牧交错带中部区域1951-2005年温度、降水的变化特征,结果表明,研究区近55 a的气温和降水具有如下特征：1）增温明显,气温变率为0.4℃/10 a,不同季节增温幅度以冬、春、夏、秋依次递减;2）降水变化可分为3个阶段：20世纪50-60年代降水量呈减少趋势,70-80年代处于较平稳的过渡期,90年代以来降水量又呈现增加趋势。夏季降水与年降水变化趋势类似,秋季与冬季降水波动较小,基本保持平稳。研究区高温、干旱有所加强,暴雨、低温事件减少。     

近57年青海循化地区降水变化特征分析

运用线性回归、滑动平均法分析了近57a循化地区月、季、年降水量变化特征,并通过M—K检验分析降水突变特征。结果表明:1961—2017年循化地区降水量呈现出微弱上升的趋势,结合5a滑动平均分析年降水呈"少—多—少—多"的变化。21世纪初是少雨年份集中出现的时期,共计4a;20世纪70年代和21世纪初多雨年份各有3a。影响循化地区年降水变化的主要是春、夏、秋3季,夏季降水年内分布最多,超过了年平均降水量的50%。春、秋季降水变化倾向率为正值,有缓慢增加的趋势,夏、冬季降水变化倾向率为负值,有缓慢减少的趋势。年降水突变出现在1970年。     

1961—2019年河南秋季连阴雨天气气候特征分析

利用河南省103个地面气象站1961-2019年逐日资料,采用滑动平均、小波分析、EOF分解等方法分析了河南区域性秋季连阴雨降水的时空分布特征,采用自组织神经网络方法(SOM)对河南区域性秋季连阴雨环流进行客观分型。结果表明：河南区域性秋季连阴雨以7-9 d的过程居多,其次为10 d以上过程。20世纪60年代和80年代是河南区域性秋季连阴雨多发期,90年代为连阴雨少发期,70年代和21世纪10年代发生次数与近59 a年均频次基本持平,21世纪10年代河南区域性秋季连阴雨比其他年代强,20世纪90年代强度最弱。20世纪70年代区域性秋季连阴雨年平均过程降水量存在准5 a周期,21世纪00年代前半期及10年代区域性秋季连阴雨年平均过程降水量存在2-3 a周期。近59 a河南区域性秋季连阴雨平均降水量分布上,黄河以南地区比黄河以北地区降水多,山区比平原地区多,降水大值区与山区分布基本一致。河南区域性秋季连阴雨降水空间分布型上,最主要的特征是全省一致变化型,其次是南北反相型。SOM方法不仅可以区分出环流形态上的差别,还可以区分出环流型的发生时间和连阴雨期间环流的阶段性演变特征。SOM分型得到8类区域性连阴雨环流型,从天气学意义上可归结为阻塞型、低槽型和平直环流型。大部分河南区域性秋季连阴雨过程为2到3种环流型的组合,不同环流型之间存在转换关系。     

长江流域极端降水时空分布和趋势

1986年以来，长江流域的极端强降水出现了显著增加的趋势，突出表现在中下游地区。长江中下游地区极端降水量的增加，既是极端降水强度增强，也是极端降水事件显著增加的结果。长江流域极端降水变化主要发生在东南部和西南部。趋势分析表明，自20世纪80年代中期以来，长江流域上游极端降水事件峰值提前到6月份出现，与长江中下游极端降水峰值出现的时间几乎同步，这必将加大遭遇性洪水发生的机率。20世纪90年代以来长江洪水的频繁发生，与长江流域极端降水时空分布的变化密切相关。     

汉江上游汛期面雨量气候特征

利用汉江上游流域21个测站1971~2011年汛期(5~10月)逐日降水资料及安康和石泉2000~2011年逐日库流量资料,采用距平分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall检验、相关分析及重标极差R/S分形等方法,系统地分析了汉江上游流域汛期面雨量的气候变化特征和未来趋势。结果表明:汉江上游流域汛期降水主要集中在7~9月,月、日面雨量极大值均发生在7月;20世纪80年代为汉江上游流域丰水期,90年代为明显少雨期,进入21世纪以来降水逐渐增长,突变点为2005年,面雨量总体呈不显著增长趋势;强降水主要集中在7月和9月,且日面雨量在50.0 mm及以上的强降水,仅7月就占了一半以上;7月和9月发生3 d以上集中强降水过程的频次显著偏高,20世纪80年代为集中强降水过程的频发期,90年代频次明显下降,21世纪以来频次明显增多,这与汉江流域汛期面雨量的年代际变化趋势相一致。另外,Hurst分形指数为0.690,表明未来汉江上游流域汛期面雨量具有持久性和长效记忆效应,未来雨量虽仍存在着增加趋势,但其变化具有较大的不确定性。     

青藏高原东侧“雅安天漏”旱涝年降水特征

利用四川省雅安市1951~2008年逐日降水资料和1969~2000年逐小时降水资料,统计分析了青藏高原东侧雅安地区4个典型旱年和4个典型涝年的降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明,雅安旱年的平均年降水量为1242.9mm,涝年的平均年降水量比旱年多1010mm。旱年汛期降水量占旱年降水总量的70.4%,涝年汛期降水量超出旱年一倍,且占涝年降水总量的81.1%。旱、涝年降水量的季节变化明显,且涝年的季节差异更加显著;雨强与降水量的季节变化相似,夏季达到最大,且旱、涝年年雨强和汛期雨强的差异很明显;旱、涝年之间的雨日差异要小的多,季节差异也不突出。旱、涝年降水量和雨日的最大值、最小值出现月份不同,旱年降水量7月最多、1月最少,而涝年降水量8月最多、12月最少。另外,旱、涝年白天、夜间的月降水量和月雨日最大值出现时间不同,并且不同降水强度,旱、涝年降水量和雨日的逐月变化也有较大差异;旱、涝年降水日变化与夜雨特征都突出,但夜间降水量和频次远远大于白天。旱、涝年降水量和频次的最大值、最小值出现时间有差异,旱年最大小时降水量在01时,最小在14时。涝年夜间小时降水量为双峰结构,最大小时降水量在23时,另一最大值在03时,最小在16时。旱年和涝年最大小时降水频次均出现在00时,最小分别出现在14时和15时。并且,降水量和频次从谷值到峰值的增加速率超过了从峰值到谷值的衰减速率;进一步分析发现,随着降水强度的增加,其夜间降水量越容易出现多峰值的波动,且旱、涝年夜间降水量和频次的差值也越明显。其中,旱年中雨和大雨降水量和频次高于涝年,但涝年暴雨降水量和频次远高于旱年。      

天水市干旱气候变化特征及粮食作物结构调整

分析了天水市1960-2005年干旱气候特征,包括温度、降水等气候因子及土壤水分、干旱频次等变化特点。结果表明,20世纪90年代为近46 a来降水的最低值,进入21世纪后,降水变率明显增大。气温自20世纪60年代总体呈上升趋势,特别是90年代以来上升趋势明显,土壤蒸散发加大。20世纪90年代土壤含水量最少,水分亏缺最为严重,春旱、初夏旱、伏旱出现几率最多。根据46 a来干旱气候变化特点及其对主要粮食作物生长的影响,引进影响系数,对主要夏、秋粮作物种植风险程度进行评估,并运用线性风险决策模式, 提出适应干旱气候特点的当地主要粮食作物种植比例调整方案。     

基于Z指数的江西省旱涝指标与时空分布特征

利用1961—2020年江西省逐日降水资料,基于Z指数分析确定了适用于江西省的旱涝指标。运用M-K检验、小波分析和EOF等方法分析了江西省旱涝时空分布特征。结果表明,1961—2020年江西省降水量年际变化大,20世纪90年代出现突变,但未出现显著的持续增加或减少。江西省干旱、雨涝事件存在准20 a主周期,从90年代开始偏涝年份明显增多,且雨涝呈增强的趋势。江西省旱涝主要存在4种空间分布型,分别为全区型、北涝（旱）南旱（涝）型、西涝（旱）东旱（涝）型、中心涝（旱）南北旱（涝）型,累计贡献率为83.61％。Z指数作为表征江西省旱涝指标的方法具有一定的适用性。     

蒙古五十年来旱涝变化和降水趋势的研究

本文利用蒙古２５个台站的５２年逐月降水量资料，研究了蒙古旱变化和降水趋势。结果表明：蒙古平均年降水量为２１６．１ｍｍ，分布由南向北增加，东西部少，中部多，南部和西部为干旱区，中部和东部为半干旱区，与我国干旱半干旱区是一个整体，降水主要集中在夏季；年降水量变率为１５．６％－３８．０％。蒙古旱涝都很频繁，旱的频率高于涝的频率，而大涝的频率是大旱的两倍。年降水量服从正态分布，并有准３年和１１－１４年周期     

近47a华南前汛期旱涝特征

采用华南61站47a（1958-2004年）前汛期（4-6月）逐日降水资料,利用统计方法对华南前汛期的旱涝特征进行了研究。结果表明：47a来华南有12个涝年和12个旱年发生,较严重的旱涝年主要发生在20世纪50年代末至70年代中期以及90年代以后;前汛期旱涝变化以2～4a的年际尺度周期最为显著;4、5月旱涝的年代际变化特征较为一致,而5月与6月在年代际尺度上具有一定的反位相变化特征;地理分布上,可将华南地区前汛期降水分为5个旱涝异常气候区。近47a来桂南、粤西和东南沿海地区呈现旱—涝—旱的变化特征,而桂北区由旱转涝趋于雨涝的趋势明显,东北部山区由涝转旱趋于干旱的趋势明显。     

临沂市汛期暴雨与旱涝

根据临沂市１９６１－１９９７年逐日降水资料,计算了汛期暴雨日数,相当蚶日 与旱涝级别和汛期总降水量的关系。得出：汛期暴雨多少对汛期降水多少具有决定性作用。在某种意义上讲,汛期旱涝预测主要是汛期暴雨预测。     

黄河流域夏季旱涝变化及气候物理因素的影响

利用1951—2008年NCAR/NCEP再分析资料及中国气象局整编的160站降水资料,探讨了黄河流域夏季降水气候分布范围,在此基础上研究了黄河流域夏季降水旱涝的年代际变化特点。结果表明：20世纪90年代以前,黄河流域夏季旱涝变化为9—11 a和2—3 a周期,20世纪90年代后周期变化不明显。对导致黄河流域夏季旱涝的气候物理因素分析表明,东亚高度场负距平异常直接造成中国黄河流域的夏季偏旱,而亚洲高度距平场东高西低的配置造成中国黄河流域偏涝;夏季南亚季风、东亚季风在中国黄河流域的辐合是流域降水偏多的关键。在同期OLR距平场,涝年黄河流域处在大的负距平中,对流强盛有利于水汽的辐合。影响大气的主要下垫面要素海温场,赤道东太平洋海温指数与夏季中国黄河流域降水同期呈负相关关系。中国黄河流域旱年赤道东太平洋海温多为正位相,对应中国黄河流域涝年赤道东太平洋海温多为负位相。提出了一个寻找旱涝成因方法并为预测旱涝变化提供参考。     

基于REOF分析的广东前汛期降水趋势的区域特征

采用旋转经验正交展开(REOF)方法,对广东48站前汛期降水标准化距平场进行客观分区,在此基础上对各区区域平均前汛期降水的长期演变趋势进行了讨论。结果表明:广东省前汛期降水量场可以划分为4个区域,即粤东区、粤中区、粤西北区以及雷州半岛区。该4区前汛期降水量线性趋势不显著,年代际变化特征明显。进入21世纪以来,除雷州半岛区降水持续减少外,其余各区出现明显增加。而20世纪90年代以来粤东区和粤中区旱涝发生更为频繁。     

黄河流域夏季旱涝变化及气候物理因素的影响

利用1951-2008年NCAR/NCEP再分析资料及中国气象局整编的160站降水资料,探讨了黄河流域夏季降水气候分布范围,在此基础上研究了黄河流域夏季降水旱涝的年代际变化特点。结果表明：20世纪90年代以前,黄河流域夏季旱涝变化为9-11 a和2-3 a周期,20世纪90年代后周期变化不明显。对导致黄河流域夏季旱涝的气候物理因素分析表明,东亚高度场负距平异常直接造成中国黄河流域的夏季偏旱,而亚洲高度距平场东高西低的配置造成黄河流域偏涝;夏季南亚季风、东亚季风在黄河流域的辐合是流域降水偏多的关键。在同期OLR距平场,涝年黄河流域处在大的负距平中,对流强盛有利于水汽的辐合。影响大气的主要下垫面要素海温场,赤道东太平洋海温指数与夏季黄河流域降水同期呈负相关关系。流域旱年赤道东太平洋海温多为正位相,对应流域涝年赤道东太平洋海温多为负位相。本研究提出了一个寻找旱涝成因方法并为预测旱涝提供了科学参考。