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。     

塔里木盆地浮尘时空分布及对环境影响的研究

根据塔里木盆地周边22个气象台站30a浮尘日数资料和塔克拉玛干沙漠腹地4个短期定位站实测浮尘日数资料,综合分析了盆地与沙漠浮尘的时空分布特征,结果表明:①塔里木盆地浮尘年平均日数在40d以上,塔克拉玛干沙漠浮尘年平均达80d以上,居中国各地之首,其中和田年平均浮尘日数达232d,1985年记录极值304d;②盆地浮尘集中于春夏季节出现,平均可占全年的72.6%;③80年代以来盆地除和田、喀什、轮台呈增多趋势外,普遍呈减少趋势。文中还探讨了盆地浮尘形成的原因,阐述了浮尘对盆地环境和人类的影响,并对浮尘灾害防御提出了建议措施。     

西藏那曲地区40多年来降水趋势变化气候分析

利用藏北高原西藏那曲地区6个气象站1971—2011年逐年月降水量、降水日数资料,通过线性倾向估计、多阶曲线模拟和Mann-Kendall法等气候统计学诊断方法,对近41年来降水趋势变化的地理分布以及年内、年际变化规律进行了分析,并进行突变检测。结果表明:近41年来,那曲地区年降水量总体呈增加趋势,经历了由偏少到偏多的2个周期;降水增加夏季最明显,各站在6.48~20.40 mm/(10 a),冬季变化很小;日降水量≥0.1 mm日数年际周期变化与降水量变化基本一致,增加趋势空间分布呈东南向西北递减形势;自1996年开始各站降水增加趋势明显,1999年发生气候突变可能性较大。     

1958-2016年呼伦贝尔草原新巴尔虎右旗气温和降水变化特征

气候变化是影响草原区植被与环境状况的重要因素。利用呼伦贝尔草原新巴尔虎右旗1958-2016年的气温和降水数据资料,采用线性倾向估计法、累积距平分析法、M-K检验法和Morlet小波分析等方法,从不同时间序列上,对该地区近59年的气候变化趋势、极端气候以及突变现象进行分析。结果表明：年平均气温以0.354℃/10a的速率上升,上升趋势显著;四季平均气温均呈现增温趋势,其中春季增温趋势最大;1985-1986年发生了由低温到高温的突变;研究区年平均气温存在11 a的强显著周期。研究区年降水量整体以8.68 mm/10a的速率呈下降趋势,变化趋势不显著;降水集中在夏季（6-8月）,占全年降水量的72.9%,7月降水量最大,有效降水日数最多;1961-1962年和1981-1982年降水发生突变;极端降水指标中日最大降水量、连续5 d最大降水量、强降水量、极强降水量、强降水比率、连续无雨日数、零降水量日数均呈现递减趋势,仅降水强度呈递增趋势,变化趋势均不显著;Morlet小波分析表明研究区年降水量存在52 a的强显著周期。新巴尔虎右旗近59 a气候总体呈现干旱化趋势。     

宁夏月、季、年降水量正态性分析

利用1951\_2004年共54 a宁夏各气象站的年、季、月降水量资料,使用偏度与峰度检验方法和x2检验方法,对降水量分布的正态性进行了分析。结果表明:宁夏大多数气象站的年降水量服从正态分布。夏季18站降水通过正态性检验,秋季12站通过,春季和冬季各有7和4站通过正态性检验。夏、秋季的计算结果普遍比冬、春季更好。不同季节通过正态性检验的气象站地理分布具有明显的区域性特征。针对宁夏月降水总体分析表明,各站均不服从正态性分布。逐月降水检验结果是,9月、8月、10月通过正态性检验的站数最多,11月通过站数最少。六盘山站通过正态性检验的月份最多,全年有10个月的月降水量服从正态分布。另有7站各月降水均不服从正态分布。未能通过正态性检验的降水样本中,偏度系数存在强烈的偏向低值的情况。偏度系数未能达到阈值标准是非正态分布的根本原因。     

1981-2010年中国西北地区东部大气可降水量的时空变化特征

利用1981-2010年NCEP/NCAR再分析资料以及同期西北地区东部58个气象站的日降水、蒸发资料,采用一种新的方法统计分析了该地区大气可降水量的时空分布特征,并对大气可降水量与实际降水量的相关性进行了分析。结果表明:西北地区东部大气可降水量空间分布极不均匀,无论年或季,均呈现为西北少东南多的分布特征。逐月大气可降水量分布呈单峰型,7月最大,1月最小; 近30年,西北地区东部年、各季大气可降水总量均呈微弱减少趋势,四季中夏季减少趋势最为显著,冬季不明显; 58个站点30年平均的实际降水量空间分布与大气可降水量分布基本一致,年际变化也呈微弱减少趋势; 大气可降水总量与实际降水量呈显著正相关,年平均相关系数为0.545,各季节中春季相关系数最大,秋季和冬季次之,夏季最小; 不同区域大气可降水总量与实际降水量的相关性因季节不同而不同,总体来说,甘肃东部、南部和陕西中部、南部相关性较高,大气可降水量对降水量的贡献较大; 将大气可降水量和降水日数结合起来,更能准确、客观地反映一段时间内总的大气可降水量分布情况。     

河西走廊东部极端降水的时空分布及影响因子分析

利用线性回归分析、Mann-Kendall检验法和和小波分析法,统计分析了河西走廊东部1961-2012年近52 a来暴雨日数的变化规律。结果表明：河西走廊东部年平均暴雨日数为1.2 d·a-1,多为局地暴雨,暴雨日数时空分布差异大,从南向北、从东向西暴雨日数迅速递减,暴雨最多的地方出现在祁连山北坡迎风坡的古浪县。然而,年暴雨日数变化总体呈上升趋势,其线性倾向率为0.24次·（10 a）-1,年暴雨日数最多年代出现在21世纪00年代,出现15场次;最少的年代出现在20世纪80年代,仅为6场次;区域性暴雨出现最多年代、最少年代与区域性暴雨强度呈相反态势。暴雨日数受季风变化影响显著,出现时段集中在6～8月,占全年暴雨日数的90.3%。其中8月暴雨日数最多,占总次数的48.4%;一日中暴雨主要出现在白天。采用Mann-Kendall检验法进行检验,河西走廊东部年暴雨日数增加从1963年开始,1985-2012年为显著增加,气候变暖使区域内极端降水出现次数增多。小波分析发现暴雨日数存在9 a和6 a周期。区域内年降水量与暴雨日的变化趋势相同,说明区域内极端降水日数增多导致了年降水量的增加。利用1983-2012年近32 a的NCEP再分析资料,将暴雨出现的高空环流形势归纳为副高西部西南气流型、河套阻塞高压型,大量级暴雨产生在高空河套阻塞高压型中;根据暴雨产生的物理机制,归纳总结出河西走廊东部暴雨产生的物理要素阈值。     

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。     

1997—2017年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1997—2017年逐日和逐时降水资料，分析塔克拉玛干沙漠腹地降水日变化特征、极端强降水特征及其天气背景。结果表明：1997—2017年研究区降水量呈增加趋势、降水日数呈减少趋势，大雨雨量和雨日明显增加，降水呈增强演变。降水多见于6月，最大雨强为8.4 mm·h^-1。降水量日变化呈多峰特征，降水量最大值出现在23：00，06：00是降水频次最多时刻。降水强度和降水频次对降水量作用不同，午后至前半夜强度大，频次少；而后半夜至清晨频次多，强度小。降水以短历时降水为主，其中1～3 h的短历时降水对总降水量贡献率高达61.76%。日降水和小时降水的99百分位强度阈值分别为15.3 mm·d^-1和6.0 mm·h^-1，大于90百分位极端降水量占总降水量贡献率近半。极端强降水天气发生在南疆盆地受北纬40°以南低槽、切变槽或弱的气旋式风场控制地区，南疆盆地提前增湿，民丰850 hPa比湿接近或超过10 g·kg^-1的背景下，降水连续性较差，多中小尺度引发局地短时降水。     

河北省坝上地区1971-2010年沙尘暴日数变化特征及与气象因素关系

利用1971-2010年地面气象观测资料,分析了坝上地区沙尘暴日数的季节变化和年变化特征及其与大风、降水、气温的关系。结果表明：坝上地区沙尘暴日数具有明显的季节性变化特征,春季沙尘暴日数最多,占全年沙尘暴日数的84.88%,秋季最少,仅占全年沙尘暴日数的1.39%,冬季沙尘暴日数多于夏季;从年变化特征上看,20世纪70年代沙尘暴发生日数最多,80年代减少,90年代达到最少,2000年后沙尘暴日数又开始增加,但总体来说沙尘暴日数呈现出波动中下降的趋势;年沙尘暴日数和年大风日数有显著的正相关,与前期、同期降水量没有达到显著相关,但是有着很好的对应关系,与年平均气温有显著的负相关。     

塔克拉玛干沙漠周边地区潜在蒸散时空演变特征及其主要影响因素

潜在蒸散是区域干湿状况评价、作物需水量估算和水资源合理规划的关键因子。基于FAO推荐的Penman-Monteith公式和16个台站1961-2009年逐日气象观测资料,估算塔克拉玛干沙漠周边地区的潜在蒸散量ET0,在对ET0的时空演变特征进行分析的基础上,探讨了影响该地区ET0变化的主要因素。结果表明,塔克拉玛干沙漠周边地区独特的自然地理条件导致多年平均潜在蒸散的分布和变化具有明显的空间差异。49 a来塔克拉玛干沙漠周边地区年和四季ET0变化整体上均为下降趋势,时间演变过程中在20世纪90年代初期均由下降趋势转为缓慢上升趋势。空间上,ET0变化在北部地区多为显著下降趋势,而南部地区多不显著;春、夏、秋3季ET0变化趋势的空间分布与年情况比较一致,但冬季ET0呈上升趋势的站点明显增多。影响塔克拉玛干沙漠周边地区多数站点ET0变化的主导因子是风速;第二影响因子春季和夏季主要是日照时数,而影响秋季和冬季ET0变化的主要是平均气温。     

塔克拉玛干沙漠北缘辐射分量特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘自动站2011年直接探测的辐射资料,对该地区辐射状况进行了初步分析。结果表明:短波辐射各个分量的月总量最大值均出现在7月,总辐射瞬时最大值为1 329.6 W·m-2,出现在6月。晴天天气下,辐射分量均为夏季最大,冬季最小,除大气长波辐射外,其他分量均呈现出标准的倒“U”型。大气长波辐射浮尘、扬沙天气时的日总量,均与晴天时一致;而地面长波辐射日总量则是晴天时最大,浮尘天气次之,阴天最小。肖塘地区地表反照率冬季较大,夏季较小,年均值为0.27,比塔克拉玛干沙漠腹地（0.3）低10%,但远高于绿洲和高原。     

Hargreaves公式在塔克拉玛干沙漠腹地的适用性

对运用Hargreaves公式计算参考作物蒸散量(ET0)在干旱区的适用性存在不同观点。为了求证Hargreaves公式在极端干旱区塔克拉玛干沙漠腹地的适用性,利用2005-2010年塔克拉玛干沙漠研究站的气象资料,以利用Penman-Monteith公式计算的结果为标准,对利用Hargreaves公式计算的ET0进行了对比分析,并对两种计算结果差异的成因进行了阐释。结果表明:在年时间尺度上,利用Hargreaves公式计算的结果略大于利用Penman-Monteith公式计算的结果,标准差介于32.86~35.00 mm,年参考作物蒸散量计算结果呈现弱变异程度;在月时间尺度上,用两种方法计算的参考作物蒸散量呈现中等变异程度,蒸散量绝对偏差介于-3.26~8.73 mm,相对偏差介于-12.20%~29.02%,除了10月与11月,其余月份相对偏差均保持在10%之内。用两种方法计算的10月与11月份ET0产生差异的最主要原因在于有较高的温度较差。最后,经过对年、月参考作物蒸散量进行t-检验及建立回归方程,表明Hargreaves公式适用于极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地。     

塔克拉玛干沙漠北缘过渡带紫外辐射和总辐射特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘沙漠-绿洲过渡带肖塘地区2011年直接探测的辐射资料,对该地区紫外辐射、总辐射状况进行了初步分析。结果表明:紫外辐射、总辐射年变化位相基本相同,年曝辐量分别为242.62、5441.31 MJ\5m-2,分别比塔克拉玛干沙漠腹地少21%、10%,年平均日曝辐量分别为0.68、15.35 MJ\5m-2。总辐射辐照度最大值为1329.6 W\5m-2,紫外辐射辐照度最大值为62.7 W\5m-2,出现在6月。沙尘暴对紫外辐射的减弱作用最明显,扬沙次之,浮尘减弱作用最小。紫外辐射日平均曝辐量占总辐射日平均曝辐量的3.36%～7.25%,年平均曝辐量占4.45%。     

青藏高原降水季节分配的空间变化特征

青藏高原是全球气候变化影响的敏感区域。在全球气候变暖的背景下,其水文气候过程发生了显著的变化,直接影响到区域水资源演化。然而,目前对该区域水文气候过程的时空演变规律仍认识不足。本文以青藏高原气象站点降水观测数据为基准,结合水汽通量资料,对13种不同源降水数据集质量进行对比分析;并选用质量较好的IGSNRR数据集识别了青藏高原降水季节分配特征的空间分布格局。结果表明,青藏高原东南、西南以及西北边缘地区降水集中度和集中期较小,夏季降水占全年降水比例不足50%;随着逐渐向高原腹地推进,降水集中度和集中期逐渐增大,雨季逐渐缩短且推迟,雨季降水占全年降水比例逐渐增大。降水季节分配的空间分布格局与水汽运移方向保持一致,即主要是由西风和印度洋季风的影响所致。基于此,识别出西风的影响区域主要位于高原35°N以北,印度洋季风的影响区域主要位于高原约30°N以南,而高原中部(30°N~35°N)降水受到西风和印度洋季风的共同影响。该结果有助于进一步理解和认识青藏高原水文气候过程空间差异性。     

Dust storms evolution in Taklimakan Desert and its correlation with climatic parameters

Based on the sand dust storms data and climatic data in 12 meteorological stations around sand dust storm originating areas of the Taklimakan Desert, we analyzed the trends of the number of dust storm days from 1960 to 2005 as well as their correlations with temperature, precipitation, wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s. The results show that the frequency of dust storm events in the Taklimakan region decreased with the elapse of time. Except Ruoqiang and Minfeng, in the other 10 meteorological stations, the frequency of dust storm events reduces, and in 4 meteorological stations of Kuqa, Korla, Kalpin and Hotan, the frequency of dust storm events distinctly decreases. The temperature has an increasing trend, while the average wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s have decreasing trends. The correlation analysis between the number of days of dust storms and climatic parameters demonstrates that wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s have strong positive correlation with the number of days of dust storms, with the correlations coefficients being 0.743 and 0.720 (p<0.01), respectively, which indicates that strong wind is the direct factor resulting in sand dust storms. Whereas precipitation has significant negative correlation with the number of days of dust storms (p<0.01), and the prior annual precipitation has also negative correlation, which indicates that the prior precipitation restrains the occurrence of sand dust storms, but this restraining action is weaker than the same year’s precipitation. Temperature has negative correlation with the number of dust storm days, with a correlations coefficient of –0.433 (p<0.01), which means that temperature change also has impacts on the occurrence of dust storm events in the Taklimakan region.     

巴丹吉林沙漠及其毗邻地区降水特征及风沙环境分析

利用巴丹吉林沙漠及其周边18个气象站点近40 a来的气象资料,详细分析了区域降水、风况、大风日数和沙尘暴等环境要素的时空变化规律。由于受沙漠、湖泊和绿洲等景观格局的影响,巴丹吉林沙漠及其毗邻地区气候要素的时空分布存在很大的差异。大风和沙尘天气主要集中在拐子湖和民勤两地,年均沙尘暴日数分别为28.9 d和37.3 d。沙漠地区降水与其外围相同纬度相比,呈明显下降趋势。沙漠东侧年均降雨量明显高于西侧。年均降雨量最小区域主要集中在额济纳旗,不足50 mm;而在沙漠东侧的诺尔公和吉兰泰年均降雨量分别为114.7 mm和116 mm。通过本研究,不仅为预测巴丹吉林沙漠及其毗邻地区风沙环境发展趋势提供基础资料,也能为揭示区域环境演变规律和生态治理提供科学依据。     

塔克拉玛干沙漠腹地及周边地区PM10时空变化特征及影响因素分析

利用Thermo RP 1400a对塔克拉玛干沙漠腹地塔中及周边的哈密与和田进行了长达6 a多的沙尘气溶胶PM10连续观测,结合气象资料,分析了该区域沙尘气溶胶PM10的基本特征及影响因素。其结果是:①在哈密、塔中与和田,浮尘、扬沙日数呈上升趋势,沙尘暴日数变化不明显,沙尘天气出现的频率和强度是影响沙漠地区沙尘气溶胶PM10浓度的主要因素。②PM10质量浓度具有明显的区域分布特征,塔克拉玛干沙漠东缘的哈密最低,其次为沙漠南缘的和田,最高的为沙漠腹地的塔中。③每年3—9月是哈密PM10质量浓度的高值时段;塔中与和田PM10质量浓度高值时段分布在3—8月,平均浓度分别在500~1 000 μg·m-3之间变化。④哈密、塔中与和田PM10季节平均浓度变化特征,春季>夏季>秋季>冬季;PM10平均浓度最高的塔中,春季在1 000 μg·m-3左右变化,夏季在400~900 μg·m-3之间,秋冬两季浓度较低基本上在200~400 μg·m-3之间变化。⑤哈密、塔中与和田沙尘暴季节PM10浓度远高于非沙尘暴季节,沙尘暴季节浓度基本上为非沙尘暴季节浓度的两倍以上;塔中2004年和2008年沙尘暴季节平均浓度分别是非沙尘暴季节的6.2倍和3.6倍。⑥沙尘天气过程中PM10质量浓度变化具有以下规律,晴天<浮尘天气<浮尘、扬沙天气<沙尘暴天气。⑦风速大小直接影响大气中PM10浓度,风速越大浓度越高。气温、相对湿度和气压是影响沙尘暴强度的重要因素,也间接影响大气中PM10浓度的变化。     

塔克拉玛干沙漠腹地边界层风场特征

利用CFL-03边界层风廓线雷达在塔中开展了边界层风场探测研究,根据2010年4月1日至2010年11月30日连续的边界层风场探测资料,分析了塔克拉玛干沙漠腹地大气边界层风场时空分布特征,得到了4月至11月各月的高空风廓线。结果表明,塔中春秋季风场结构类似,中高层多为西风,风速较大,低层多为东风,风速较小,整层风速与高度成正比;夏季高层风速变小,低层风速增大,东风层增厚,夏季塔中地区上空100～200 m高度层存在明显风速切变带。