西北地区气象干旱监测指数的研究和应用

为了更有效地监测西北地区干旱,综合西北地区广泛应用的Z指数方法和帕默尔气象干旱指数基本原理的优点,选取西北地区138个代表站1961—2000年40年逐月降水量资料,分东、西两片分别建立了西北地区东部和西部的单站气象干旱监测指数。在此基础上建立了区域干旱指数,确定了区域旱涝等级的划分标准。以计算得到的干旱指数与历史旱情记录进行了对比验证,并对计算结果做了进一步的统计分析。结果表明:干旱指数对西北地区旱情的反映符合历史实际;西北地区东部近几十年来干旱发生的次数和强度较西部更重;从长期演变趋势看,西北地区东部干旱发生频率呈现出上升的趋势,尤其是1990年代中期后上升趋势更为明显,而西北地区西部则呈现下降趋势;西北地区东部3、4、5、6月份的区域干旱均具有5～10年的周期,而西北地区西部区域干旱的周期性不明显。这些指数的建立,将为更好地开展西北地区的干旱监测、诊断业务提供气象意义明显且应用简便的气象干旱指数。     

近56a中国西北地区不同强度干旱的年代际变化特征

利用1962—2017年中国西北地区227个气象站逐日气象观测资料,以标准化降水蒸发指数为干旱指标,研究不同强度(轻旱、中旱、重旱、特旱)干旱频次的年代际变化特征。结果表明:(1)近56 a中国西北地区不同强度干旱频次在1980年代前后呈现由多到少的年代际转折,转折之前干旱主要发生在西北地区西部,转折之后主要发生在西北地区东部;(2)轻旱和中旱频次显著高于重旱和特旱,其中轻旱和中旱在1980年之后呈现反位相变化;(3)不同强度干旱频次的空间差异明显,轻旱和中旱主要在新疆东部、青海南部等地区,重旱主要在西北地区西部,特旱主要在西北地区东部。     

西北地区东部中低层大气的 水汽输送特征

利用1981-2010年的ERA-interim资料,分析西北地区东部中低层大气水汽含量在显著高于或低于平均值的情况下的水汽输送特征,通过对该区域中低层大气水汽多、少年的水汽通量及水汽通量散度的计算分析,探讨不同背景下西北地区东部的水汽来源及特征,分析西北地区东部水汽循环过程和变化规律以及影响西北地区东部水汽差异的主要因子。主要分析结果表明:西北地区东部中低层大气水汽集中在该区域的东南部,即陕西和宁夏一带,而西部地区大气水汽含量较低。西北地区东部中低层大气的水汽来源主要是西风带,南风气流和东亚季风,南风气流和东亚季风的强弱及流向是造成西北地区东部中低层大气水汽多、少年的水汽输送特征变化的重要原因。     

西北地区年平均地面最低温度特征分析

利用西北地区222个测站1951—2005年共55年的地面最低温度观测资料,采用主值函数法、小波分析和Mann-Kendall突变检验等方法,分析西北地区年平均地面最低温度的时间演变趋势、空间分布特征及周期变化。结果表明:西北地区年平均地面最低温度在青海高原、帕米尔高原、天山山脉和准格尔盆地东侧存在多个与海拔高度和纬度有关的闭合低中心。1951—2005年西北地区地面温度总体呈上升趋势,线性趋势率为0.27℃/10a。西北地区在高原地区年平均地面最低温度增长最慢,河西走廊区域年平均地面最低温度增长最快。20世纪50年代到80年代年平均地面最低温度较低,1992—1993年期间有明显的突变,之后变暖趋势明显;小波分析表明西北地区年平均地面最低温度存在准28a的周期变化。     

西北地区未来10a气候变化趋势模拟预测研究

应用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室研发的全球海洋-大气-陆面过程气候系统耦合模式(IAP/LASGGOALS),引入IPCC AR5提供的温室气体情景排放浓度,模拟检验1951—2015年西北地区的气候变化并预测未来10 a西北地区气候变化趋势。结果表明,西北地区增温始于1970年代末期,明显增温开始于1980年代中期;模式能基本体现西北地区的气候变化。未来10 a,西北地区年平均气温依然呈上升趋势,到2030年,西北地区年平均气温将会上升约1. 67℃,其中,西北地区西部升温幅度最大、北部最小、东部介于两者之间;降水的时空分布比较复杂,总体而言,西北地区西部降水将会增多,而东部地区降水依然相对偏少,干旱程度可能会进一步加重。     

中国西北地区夏季降水及其东部降尺度预测模型

利用中国气象局提供的降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了1961-2018年中国西北地区降水的气候特征,并构建了西北地区东部降水短期预测的统计降尺度模型。结果表明,1961-2018年西北地区降水整体呈现增加趋势,尤其是2000年以后降水明显偏多;西北地区降水呈西少东多的特征,但西部降水增加明显,而东部降水无明显趋势变化。针对西北地区东部夏季降水进行归因分析,找到了影响西北地区东部降水的4个同期关键影响因子——中亚地区200 hPa位势高度、北太平洋850 hPa V风、北大西洋850 hPa U风、南印度洋海平面气压,这4个因子分别反映了西风急流的特征、北太平洋海平面气压的“-+”结构、北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）的特征及马斯克林高压的强度;当西风急流偏北偏强、北太平洋海平面气压“-+”结构减弱、 NAO偏强或马斯克林高压偏弱时,有利于西北地区东部降水。在降尺度模型建立阶段,模型结果与西北地区东部夏季降水量平均偏差为17.5 mm,平均偏差率为10.3%;在模型检验阶段,模型结果与西北地区东部夏季降水量平均偏差为26.2 m...     

我国西北地区气候变化与北极涛动的交叉小波分析

运用交叉小波方法分析了近56 a来我国西北地区气候变化与北极涛动指数（AOI）、欧亚纬向环流指数之间的联系,讨论了西北地区冬季气温和夏季降水变化与同期AOI之间的多时间尺度相关。结果表明,AOI、西北地区降水和气温变化都存在着不同尺度的周期振荡,西北地区降水与AOI之间存在准3 a尺度的显著共振周期,而AOI与西北地区气温变化的多时间尺度相关表现为准2a、3-5 a和8-11 a左右的显著相关振荡且以8-11 a共振周期的凝聚性最强;AO对西北地区气温变化的影响比对降水的影响更显著,与其年代际尺度的相互作用有关。当冬季北极涛动处于正相位时,欧亚纬向环流偏强,西北地区冬季气温偏高。夏季西北地区降水变化与前期北极涛动指数异常密切相关,这对于西北地区夏季降水变化预测具有重要的参考意义。     

我国西北降水变化趋势和预估

利用观测资料、GPCC再分析资料和第六次耦合模式比较计划（CMIP6）模拟结果,研究了我国西北地区近几十年及未来降水变化趋势。结果表明,1979—2019年我国西北干旱半干旱区降水在全年各季节均有显著增加,其中秋季增加最多。CMIP6模拟结果显示,随着全球变暖,我国西北地区降水在2015—2100年将继续增加。至21世纪末,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,我国西北地区年平均降水量将分别增加约13.7%（37 mm）和25.8%（78 mm),其中降水量增加最多的季节分别为夏季和春季。考虑到西北地区蒸发量也将随全球变暖而增加,模式平均的结果显示西北地区年平均净降水量在两种情景下的增幅分别约1.4%和4.9%,表明我国西北地区未来气候呈现显著的变湿趋势。进一步分析表明,西北地区未来降水增加可能与局地大气低层位势高度降低和上升运动加强有关。     

SVD分析青藏高原冬春积雪异常与西北地区春、夏季降水的相关关系

基于1971~2010年青藏高原70余个气象台站逐日积雪深度资料和西北地区春、夏季降水日资料,利用奇异值分解(SVD)方法分析了高原冬春积雪深度分别与西北地区春季、夏季降水的关系。结果表明:高原冬春积雪异常与西北地区春、夏季降水存在显著相关,冬春积雪深度的变化对后期春、夏季西北地区降水有指示和预测意义。高原冬春积雪深度异常对西北地区春、夏季降水主要以正反馈为主,但影响的关键区有所不同。高原冬春积雪中部偏多时,春季降水在陇东南、宁夏及陕西地区显著偏多;夏季降水在陇东南及宁夏西部显著偏多。从高原多雪年与少雪年的角度出发,分析了西北地区降水的差异,表明高原冬春积雪偏多,春季西北大部地区降水偏多,北疆偏少;夏季在南疆、甘肃中部、青海大部及陕西降水偏多,尤其陕西南部地区增多显著,北疆、肃北及陇东部分地区降水偏少。     

近44年来我国西北地区干湿特征分析

利用我国西北地区1960—2003年131个测站降水和小型蒸发皿蒸发量资料, 综合考虑降水和蒸发这两个水分平衡最关键的分量构造了降水蒸发均一化干湿指数, 进而研究了西北地区干湿的时空演变特征。结果表明:一致性异常是西北地区近44年干湿特征的最主要空间分布模态; 西北地区干湿异常特征主要分为西风带气候区型, 高原气候区型和季风气候区型; 整个西北地区及其西风带气候区、高原气候区年干湿特征呈较为显著的变湿趋势, 大约在20世纪70年代中期均发生了由干向湿的突变, 而季风气候区表现为变干趋势, 并且在90年代前期发生了由湿向干的突变; 整个西北地区及各分区近44年来主要以年代际周期振荡为主。     

西北地区春、夏季降水的水汽输送特征

运用1960—1997年内NCEP/NCAR的格点为2.5°×2.5°多个再分析气象要素资料以及西北地区95个加密测站降水资料,通过相关分析、合成分析等诊断方法对影响西北地区春、夏季降水的整层大气的水汽水平输送特征、各层水汽垂直输送特征以及西北地区春、夏季各个边界区域水汽输送特征进行了系列研究,揭示了西北地区季节性降水的水汽源以及水汽源三维输送路径特征;同时阐述了西北地区季节性降水与同期空中水汽含量显著性相关的原因。并用西北地区干、湿年份相关气象要素场对本文的一些分析结果进行了验证。     

近49年中国西北地区极端低温事件的演变特征

利用中国西北地区135个测站1961-2009年历年逐日地面最低气温和NCEP/NCAR再分析资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall分析、子波分析、功率谱分析和合成分析等方法,分析了近49年中国西北地区极端低温事件的演变特征。结果表明：（1）西北地区极端低温的低值主要出现在北疆和青海高原,这些地方的阈值在-2...     

西北地区夏季降水异常及其水汽输送和环流特征分析

利用NCEP/NCAR 1951～2000年共50a的再分析资料及我国西北地区内31个代表站的降水资料,对西北地区近50a来夏季降水异常的时空特征、环流形势及水汽输送进行了研究。分析发现,西北地区夏季降水异常与东部沿海地区的降水呈反位相分布,说明西北地区和东部沿海地区的降水影响系统不同,影响时期不一致。分析结果表明,影响西北地区夏季多、少雨年的相关区域环流特征和水汽输送特征有显著差异。     

1960—2015年中国西北地区大气可降水量变化特征

采用中国西北地区1960—2015年113个地面气象站及24个探空站气象资料,建立西北地区大气可降水量与地面水汽压的经验关系式,计算西北地区各气象站点的大气可降水量,结合反距离加权插值、Mann Kendall检验、小波分析等方法,对西北地区近56年大气可降水量的时空分布特征及其与气象要素的关系进行分析。结果表明：近56年中国西北地区大气可降水量总体呈增加趋势,平均每10年增加0.11 mm,大气可降水量的月变化呈明显单峰型;空间分布上,大气可降水量的高值区主要分布在西北东部地区,低值区主要分布在西北中部地区;空间变化上,西北大部分地区大气可降水量呈增加趋势,以陕西南部、甘肃东南部、青海西北部、新疆等地增加趋势明显;西北地区年平均大气可降水量存在明显的突变特征和周期性变化特征,在1983年左右发生突变,主振荡周期为4 a左右;西北地区大气可降水量与平均气温、相对湿度呈正相关性,与平均风速呈负相关性。     

1961～2018年西北地区降水的变化特征

邻接青藏高原地区的中国西北地区是最大的欧亚干旱区,其降水变化对全球变化的响应和对干旱环境及其青藏高原气候变化都具有特殊的指示意义。基于1961～2018年中国西北地区144个站的逐日降水、逐月气温观测资料,分析了西北地区的降水变化特征及趋势。结果表明:（1）近60年以来,西北地区92%站点的年降水量呈现增加的趋势,只有甘肃东南部不到10%的站点呈下降趋势;（2）季节尺度上,春、夏、秋季中超过75%站点的降水呈现增加的趋势,但最显著的是,几乎所有站点在冬季的降水为增加趋势,秋、冬季降水的增加相对较少,反映了冬季风对西北地区降水影响的特点;（3）进入21世纪以来,西北地区夏季和年降水量仍然维持准3 a周期特征,春、秋季的周期具有阶段性、冬季降水量具有较稳定的约3 a周期,因此,自然周期变化对降水增加的贡献并不大。西北地区降水量在过去60年来确实呈现出增加趋势,尤其21世纪以来降水量持续增加,但增加的量是有限的,不足以改变其干旱半干旱的气候特征。     

"西北地区人工增雨基地工程建设”项目通过论证

我国西北地区处于干旱、半干旱气候带,大部分地区地形复杂,土地贫瘠,自然降水量少。随着全球气候变暖,蒸发量增加,降水减少,干旱日益频繁发生,成为制约西北地区国民经济发展的严重因素。为实现我国国民经济的可持续发展,落实党中央关于西部大开发的战略决策,多渠道开发水资源,在合理利用现有水资源的同时,在西北地区开辟新的水资源成为当务之急。鉴于此,国家发展计划委员会于２０００年１１月上旬即下达了“西北地区人工增雨基地工程建设”项目,其可行性论证会于２０００年１１月２３日由中国气象局科技教育司组织在北京召开,…     

西北地区近40年降水量和云量的变化及其相互关系分析

利用我国西北地区东、西部两个样本区100个站点从1970—2010年逐日云量及降水资料,计算分析了西北地区降水量和云量的变化及其相互关系。结果表明:近40a我国西北地区降水量和云量发生了很大变化,区域差异显著,年代际特征明显,降水量和云量有增加趋势。西北地区降水以低云降水为主,但是降水强度小持续时间短。总云量、低云量、降水量的时间分布特征:冬半年平均云量和降水较少,6—8月份平均云量和降水为每年的最大值期。西北地区降水量分布取决于低云量的分布。     

索马里越赤道气流的变化特征及其对西北地区东部夏季降水的影响*

利用NECP/NOAA再分析资料,建立了越赤道气流强度的表征指标,分析了索马里越赤道气流的变化特征及其与西北地区东部夏季降水的相关性,并从大气环流和水汽输送方面初步探讨了索马里越赤道气流对西北地区东部降水的影响。研究表明:索马里越赤道气流呈增强的趋势。夏季索马里越赤道气流强度有10、14、23 a的变化周期,且与西北地区东部降水有很好的相关性,尤其6月超过99%的置信度检验;索马里越赤道气流强盛时,东亚地区会出现异常东风,同时在欧亚大陆上空易形成西北地区东部降水偏多的500 hPa环流型,增强印度洋和孟加拉湾的水汽输送,从而造成西北地区东部降水偏多。     

国家级人工增雨基地建设正式启动

由中国气象科学研究院和青海省气象局共同承担的国家计委“西北地区人工增雨工程建设”项目于2001年8月在黄河上游全面启动。依据西北地区人工增雨工程建设的条件及有关方面专家实地考查结果,选择青海省黄南州河南县一带的10000km2作为西北地区人工增雨试验作业基地,该地     

500hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系

利用1958~2012年JRA55月平均再分析资料和我国西北地区33站降水资料,通过EOF、相关、合成、SVD等统计方法,分析了500 hPa广义位温场与我国西北地区夏季降水的关系。结果表明:夏季500 hPa关键区(40°E~80°E,30°N~60°N)广义位温场与我国西北地区降水关系最为密切,当里海、咸海、贝加尔湖以北地区对流层中层偏暖湿,中亚南部偏冷干时,我国西北地区西部降水偏多,而东部降水偏少。尤其是在新疆南部及甘肃北部降水偏多更为显著,而甘肃南部降水偏少则最为明显;反之亦然。前期2月500 hPa广义位温场自赤道阿拉伯海沿南亚印度北部、中国西北至北亚,呈西南东北向的"+﹣﹢﹣"分布时,随后夏季西北地区降水西部多、东部少。并且,夏季关键区对流层中层广义位温场的异常变化,对应着不同的大气环流场异常,而这种环流形势则进一步影响我国西北地区东西部的降水异常。