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。     

中国近100年来4个年代际的气候变化特征

研究了本世纪中国年平均气温、年总降水量的气候趋势。指出，２０世纪中国西北、东北、华北明显变暖；降水趋势值不大，但以负趋势为主。２０世纪８０年代中国降水、气温的区域特征明显：华北暖干、西南冷干、东北暖略偏湿、长江中下游冷湿。此外，还研究了２０世纪４个年代际的气候变化特征及差异。指出，在数十年尺度的暖背景下，中国的华北、长江下游等大部分地区降水偏少（比冷背景），东北降水偏多。２０世纪７０年代开始的增暖主要发生在西北、东北；黄河以南的增温还达不到４０年代的程度。相应的降水特征：除了黄河以南及江淮流域降水比４０年代多以外，其它大部分地区降水偏少。     

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...     

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。     

极端降水事件变化的观测研究

回顾了气候变化背景下的极端降水事件变化观测研究的主要进展,结合全球变化的特点,重点讨论了中国极端降水事件的变化特征。指出：最近50多年,我国降水强度普遍趋于增加,降水日数除西北地区外其他大部分地区显著减少。极端降水与总降水量变化之间的关系很密切,西北西部、长江及长江以南地区极端强降水事件趋于频繁,华北地区虽然极端降水事件频数明显减少,但极端降水量占总降水量的比例仍有所增加。连阴雨产生的年降水量在华北、东北东部和西南东部地区明显减小,在青藏高原东部和一些东南沿海地区则增加。降水日数和微量降水日数减少是近年来我国干旱化趋势发展的一个重要特点。     

1961～2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析

利用1961～2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2～4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2～4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2～4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。     

近50年中国东部夏季降水与贝加尔湖地表气温年代际变化的关系

最近50年全球变暖,陆地增温幅度大于海洋,主要的增温中心位于亚洲北部、欧洲和北美等地区。因此,全球变暖有可能通过改变大尺度季风环流而影响中国气候变化。利用美国国家航空航天局空间研究中心(GISS)的逐月地表气温资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国604个站逐月气温和降水观测资料,重点讨论了1951—2007年中国东部夏季降水与同期的北半球大陆地表气温年代际尺度变化关系。结果表明,近50年中国东部夏季降水异常主要表现为南旱北涝与南涝北旱两者年代际异常之间的转换,但在1996年之后,伴随北方干旱区向南发展,呈现出华北和长江中下游地区降水同时减少的特征。研究发现中国华北地区夏季降水与同期的环贝加尔湖地表气温在年代际尺度上存在显著的负相关关系;贝加尔湖地区地表气温增暖可能导致蒙古高原对流层出现异常的暖性反气旋,使得位于蒙古高原的气旋频数减少和强度减弱。由于华北降水与蒙古气旋的活动直接相关,从而导致华北地区夏季降水的持续性减少。自1996年开始贝加尔湖地区的地表气温进一步升高,导致中国北方干旱化加剧。由于环贝加尔湖地区是过去50年全球变暖的最显著地区之一,因此,全球变暖可能是通过关键区域的温度变化对中国的气候变化产...     

西南地区不同地形台阶气温时空变化特征

利用西南地区135个站1961—2005年的年、月气温资料,按海拔高差及地形气候特征划分成不同的三级地形台阶及4个分区,分析了不同分区的气温时空变化特征。结果表明：西南地区大部年平均气温表现出明显的增温趋势,上升趋势最显著的地区在西藏高原等高海拔地区,而在四川的东北部及云南北部存在降温中心。各分区四季的增温速率排序与全国平均情况有所不同,依次为冬季、秋季、夏季或春季,且均表现出冬季增温趋势明显大于其他季节的特性。各分区年平均气温20世纪60年代至80年代中期基本表现为明显的下降趋势或无明显的增减趋势,但自1997年以来,均表现出显著的增温趋势。突变检测的结果也表明,各分区年平均气温突变的区域或突变点大部分发生在90年代后期以后,且高海拔地区增温突变启动时间早于其他低海拔地区。     

中国北方干旱区地表湿润状况的趋势分析

利用 1 95 1～ 1 997年中国 1 6 0站月降水和平均气温资料 ,通过计算的地表湿润指数 Hi =PPe(P为观测的月降水总量 ,Pe为月最大潜在蒸发 ) ,对比分析了中国华北、西北两个典型干旱区区域平均地表湿润指数的年代年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。最后 ,给出了地表湿润指数年及各季节变化趋势的地理分布。研究表明 :西北西部和华北地区的年际及年代际变化趋势基本相反 ,前者地表为变湿趋势 ,后者为变干趋势。华北地区的干化趋势主要发生在夏秋季节 ,而西北除东部的秋季和西部的夏季外 ,其它季节均存在变湿趋势     

非自然因素引起的增温趋势的时空分布特征

基于数据长程相关性,利用相对变化趋势,构建气温相对变化趋势的概率密度函数及超越概率,研究并计算了1951～2017年中国气温相对变化趋势基于一定置信水平下属于自然变率范畴的置信限,判别相对变化趋势是否由非自然因素引起（增温是否显著）,探讨不同地区非自然因素引起的温度变化的阈值、相应的转折时间段及演变趋势。结果表明:（1）中国160站温度资料中有10%的站点趋势显著性被传统线性回归方法高估了,这些站点主要位于西北、西南和东部沿海地区。（2）从全国温度趋势的空间分布来看,除新疆中西部地区呈现降温趋势之外,其他地区均为增温趋势,其中东北、内蒙及晋北地区非自然趋势大,增温显著。（3）从不同年代际增温显著区域的空间演变来看,华北、东北地区率先增温显著,之后逐渐向南向西扩展,1966~2001年时段中国大部分区域表现为非自然增温显著;1971~2006年时段,东北地区以及内蒙东北部增温显著区域开始逐渐减少,同时中国西南地区增温显著区域开始逐渐增多;1976~2011年增温显著区域最大;1981~2016年,增温显著站点主要集中在黄河、长江流域及两大流域之间和中国南方地区。综上,中国非自然因素引起的增温显著区域在时间和空间上均存在显著的年代际转折。本研究为中国气温变化的归因及其预测研究,为加强气候变化研究成果向短期气候预测的转化及联系提供新视角、新途径。     

基于探空风资料的大气边界层不同高度风速变化研究

利用1981—2014年我国资料齐全的93个高空气象观测站(距离雷达300、600、900 m高度)的探空风资料,按照气象地理区划,借助GIS分析了边界层内不同高度风速及其趋势的时空变化,得到以下结论:300～900 m,东北和华北地区累年平均风速较大,西南和西北地区累年平均风速较小;边界层内各高度同一地区平均风速的月变化趋势基本一致,但各地区季节风速变化不同,同一地区月平均风速的年较差随高度上升而增大;300 m.各地区年平均风速均显著减小:在600和900 m.华北、西北、华中地区年平均风速呈增加趋势,东北地区年平均风速呈减小趋势,但均未通过显著性水平检验;各高度年平均风速空间分布均为东北地区较大,尤其大兴安岭和东北平原地带;从沿海到内陆,由东至西风速逐渐减小;在300 m.全国年平均风速以减小趋势为主;在600 m,全国大部分地区年平均风速呈增加趋势,尤其是中部、西北和华东沿海地区;在900 m高度,全国年平均风速变化趋势呈现由边界向内部的包围态势,中心地区呈增加趋势,边界地区均呈减小趋势,但是通过显著性水平检验的地区不多。     

近半个世纪我国干旱变化的初步研究

利用我国地面606个气象观测台站1951—2006年的逐日降水量和平均气温资料, 使用《气象干旱等级》国家标准中推荐使用的综合气象干旱指数（I_C）, 分析了近半个世纪以来全国及不同地区干旱变化情况。结果表明:总体而言, 全国干旱面积在近50年没有显著增加或减少的趋势, 但不同地区差异较大; 其中东北和华北地区干旱化趋势显著, 特别是20世纪90年代后期至21世纪初, 上述地区发生了连续数年的大范围严重干旱, 在近半个世纪中十分罕见; 东北、华北和西北地区东部的大部分地区在近50年中持续时间最长的干旱事件多发生在1980年以后的20多年中, 而且上述地区在近20多年来干旱发生得更加频繁。另外, 我国干旱化趋势最显著的地区与增暖幅度最大的地区有很大的一致性, 表明区域增暖在干旱变化中起着一定作用。     

中国冬季暖夜频率变化特征及其与海温的关系

采用排除台站迁移对逐日资料均一性影响的中国201个台站1960—2009年冬季逐日最低气温资料,NCEP/NCAR再分析的月平均500 h Pa位势高度场资料,及由NOAA重构的海温场资料,对中国冬季暖夜频率(frequence of warm winter night,FWWN)的时空变化特征及暖夜频率与全球海温的关系进行了分析。结果表明:近50 a中国冬季暖夜频率显著增加,并于1988年前后发生突变;冬季暖夜频率的变化幅度及趋势均是在西北地区东部最大,西南地区最小;中国冬季暖夜频率可以分为5个各自变化特征比较一致的区域;赤道印度洋到赤道西太平洋海区、黑潮区、北大西洋海区及南太平洋海区的海温指数均与中国冬季暖夜频率在全国大部分地区呈显著正相关;4个海区海温指数的异常年对应的大气环流场背景均能反映出它们分别与中国冬季暖夜频率呈正相关的事实。     

中国西北干旱、 半干旱区感热的年代际变化特征及其与中国夏季降水的关系

利用1951～2000年我国西北干旱、 半干旱区地温、 气温和表面风场逐日4个时次 (02、 08、 14和20时) 的台站观测资料, 计算并分析了我国西北干旱、 半干旱区春、 夏季感热的年代际变化特征。分析结果表明: 中国西北干旱、 半干旱区春、 夏季感热输送出现相反的年代际变化特征, 春季感热从20世纪70年代中期开始增强, 而夏季感热却减弱了。并且还分析了中国西北干旱、 半干旱区4月感热与中国夏季降水的相关关系, 其结果表明了中国西北干旱、 半干旱区的春季感热输送与中国夏季降水有很好的相关关系, 其中正相关区分别位于东北地区和长江中下游地区, 而负相关区分别位于华北地区和西南地区。作者还利用欧洲中心 (ECMWF) 1958～2000年再分析资料分析水平和垂直环流的年代际变化特征, 在1977～2000年期间, 中国西北地区春季感热增强, 使此地区上升气流增强, 华北地区上空下沉气流增强, 不利于华北地区夏季降水偏多, 并出现持续性干旱, 而长江流域的上升气流增强有利于长江中下游地区夏季降水增多, 出现洪涝。因此, 西北地区春季感热异常可以作为我国夏季降水的一个预报因子。     

基于土壤湿度和年际增量方法的中国夏季气温预测试验

本文利用中国160站月平均气温资料和欧洲中心ERA-Interim逐月再分析表层土壤湿度资料,通过相关分析选取欧亚大陆9个关键区的土壤湿度年际增量作为预测因子,采用变形的典型相关分析(BP-CCA)结合集合典型相关分析(ECC)的方法建立集合预测模型,对我国东部夏季气温年际增量进行预测,进而预测夏季气温。其中,1980—2004年的资料用于历史拟合试验,而2005—2014年的资料用于独立样本预测试验。首先利用BP-CCA方法对9个因子分别建立单因子预测模型,然后采用ECC方法对9个预测因子按照不同的组合方式建立集合预测模型,并且分析预测技巧。结果表明,不同预测因子的组合对我国夏季气温的预测能力不同:勒拿河下游地区、中国黄河以南地区、叶尼塞河下游地区、西西伯利亚平原地区以及印度半岛西北部地区的土壤湿度对华北夏季气温预测效果较好;中国黄河以南地区、叶尼塞河下游地区、印度半岛西北部地区、贝加尔湖东北地区以及贝加尔湖以西地区的土壤湿度对江淮夏季气温有较高预测技巧。所建立的两组集合预测模型均显示了较好的实际预测能力:华北气温预测模型预测气温距平的同号率为8/10,平均均方根误差为3.4%;江淮气温预测模型预测气温距平的同号率为7/10,平均均方根误差为2.7%。并且两组模型预测出的华北和江淮气温的预测评分(PS)均超过80分,而国际上通用的距平相关系数(ACC)均在0.3以上。这说明土壤湿度因子中包含对我国夏季气温有用的预测信号,可以考虑将土壤湿度应用于夏季气温预测业务中。     

中国西北干旱、半干旱区春季地气温差的年代际变化特征及其对华北夏季降水年代际变化的影响

利用我国1951~2000年夏季降水观测资料分析了我国夏季降水的年代际变化特征,表明了我国夏季降水在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,在1976年之后华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重持续干旱,而西北地区从20世纪70年代后期开始,降水增多,且西北地区降水振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5~8年。并且,本文从1960~2000年我国西北干旱、半干旱区的地温、气温观测资料分析了我国西北干旱、半干旱地区的地气温差(Ts-Ta)的变化特征,其结果表明了在20世纪70年代后期以前,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差大部分年份偏低,低于平均值,而从70年代后期之后到2000年,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差偏高。此外,本文还分析了西北干旱区地气温差变化的最大地区新疆西部春季地气温差与我国夏季降水的相关关系,其正相关区分别位于西北地区、东北地区和长江流域,而负相关区分别位于华北地区东部和西南地区,这表明我国西北干旱、半干旱区春季地气温差可能是华北地区夏季降水年代际变化的原因之一。     

我国北方区域沙尘天气的时间特征分析

将我国北方沙尘主要影响区划分为3个区（西北区、华北区、东北区）,用网格面积加权计算区域平均的方法,比较了各区沙尘天气的时间演化特征。结果表明：西北部沙尘日数的量级明显多于东北部;沙尘暴的发生有比较明显的日变化特征,各区白天较夜间更易发生沙尘暴,2区（华北区）和3区（东北区）发生沙尘暴初始时刻的峰值出现在14：00,1区（西北区）出现在15：00～16：00;2区和3区出现沙尘天气的极值在4月,而1区在4、5两个月都是极值期;春季是各区沙尘天气的多发期,1区夏季沙尘天气发生的频次也较高;各区的沙尘日数均在20世纪80年代中期前后发生了由多到少的跃变,1区和2区的突变点在1987年,3区在1983年。我国北方3个区沙尘天气的日、月、季节变化有明显的区域特征,其中1区表现得较为独特,2区和3区则比较接近。     

中国地气温差时空分布及变化趋势

利用中国825个气象站点1961—2016年的逐日地表温度和气温观测资料,系统分析了中国地区地气温差（地表温度减气温）的时空分布以及变化趋势。结果表明,中国多年平均的年地气温差西部大部地区及华南部分地区在2.5℃以上,而中东部大部地区在2.5℃以下。其中春、夏季全国各地地气温差均为正值,且总体呈经向型分布,西高东低;秋、冬季中国各地地气温差总体呈纬向型分布,南高北低,尤其是冬季北方部分地区为负值。年内,中国区域平均各月地气温差均为正值,其中1月份和12月份相对较小,6—8月份（夏季）相对较大。不同地区地气温差的年内分布特征有所不同,西藏地区地气温差年平均值为全国最大,最大值出现在雨季来临前的5月份;东北、华北、黄淮、西北及内蒙古地区最大值均出现在雨季来临前的6月份;江淮、江汉、江南、华南地区地气温差最大值均出现在雨季过后的7月份或8月份;西南地区年内各月地气温差变化相对较小,在雨季之前的5月和雨季之后的8月出现2次峰值,呈双峰型分布。1961—2016年,中国区域平均地气温差4月和4—10月上升趋势较明显,而7月和10月变化趋势不明显或略有上升趋势。空间分布上,东北、西北及内蒙古、西藏西部等地平均地气温差有增加趋势,而中东部地区有减小趋势。     

THE INTERANNUAL OSCILLATION OF RAINFALL OVER CHINA AND ITS RELATION TO THE INTERANNUAL OSCILLATION OF THE AIR-SEA SYSTEM*

The quasi-biennial oscillation(QBO) and 3.5 years quasi-periodic oscillation(named TO hereafter) are exhibited in most of 48 weather stations of China by applying power spectrum analysis to the monthly rainfall data for the period from Jan. 1933 to Dec. 1987. In order to reveal the features of QBO and TO components, another rainfall data set in 160 stations over China for the period from Jan. 1951 to Dec. 1987 was analysed by means of a new method named complex empirical orthogonal function(CEOF). The results show that both QBO and TO modes exhibit two propagation ways:one originates in Northeast China, extends southward, passes through North China and reaches the eastern part of Northwest China and the northern part of Southwest China; the other appears over Guangdong and Fujian, then moves northward and westward respectively to the Huanghe-Huaihe Basin and Southwest China.These two paths of oscillation meet over North China and the area between the Changjiang River and the Huanghe River. A significant correlation exists between the interannual oscillation of the rainfall over China and that of the sea surface temperature(SST) at the equator. Although the correlation between the rainfall over China and the SST over the equatorial eastern Pacific is rather weak, the correlation between their oscillation component is pronounced.