1961-2013年新疆不同时间尺度降水量的气候特征及其历史演变规律

利用新疆1961-2013年资料完整的89个气象观测站降水量资料, 应用数理统计、线性趋势、突变、小波分析等方法, 对新疆降水量的时空分布和变化特征以及突变性、周期性特征进行了分析. 结果表明: 新疆年降水量空间分布极不均匀, 大值区分布主要在天山山区及其两侧; 降水集中出现在春末至夏季, 其中, 7月在全年所占比例最大. 新疆及其各分区年降水量与降水量距平百分率均呈显著增加趋势, 不同于中国大部分区域同期呈显著减少或无明显线性变化趋势的现象, 增加速率与年降水量有关, 同时年际波动及阶段性变化明显; 四季降水量增加趋势的显著性不如年降水量, 空间分布上年和四季降水量均表现为大部分地区呈增加趋势, 且增加趋势冬季 > 夏季 > 春季 > 秋季. 新疆及天山山区年降水量在1987年发生了突变, 北疆在1984年发生了突变, 而南疆在1981-1986年期间发生了突变; 新疆及北疆年降水量具有3 a、6 a、8 a、11 a、18 a的波动周期, 天山山区存在6 a与10 a的震荡周期, 南疆波动周期为5 a、8 a、18 a, 四季降水量也存在不同的波动周期.     

新疆40a来气温、降水和沙尘天气变化

根据1961-2001年新疆代表北疆的8个气象站、天山山区的8个气象站、南疆的8个气象站的实测资料, 分析了40 a来新疆气温、降水、沙尘暴、扬沙、浮尘年代际变化特征.结果显示: 40 a来新疆气温呈明显上升趋势, 后10 a(1991-2000年)比前30 a平均气温升高, 北疆偏高0.8℃, 南疆和天山山区均偏高0.℃; 降水变化的总趋势是增湿明显, 后10 a与前30 a相比降水增加, 南疆偏多20.4%, 北疆偏多11.3%, 天山山区偏多9.8%; 南疆与北疆各类沙尘天气年际变化趋势基本相似, 80年代以来呈减少趋势; 南疆沙尘暴、扬沙、浮尘总日数之和与同期的温度、降水在春季有相对较好的线性相关关系.     

天山山区近40a夏季降水变化及与南北疆的比较

利用新疆1959-1998年的降水资料,分析了天山山区近40a来夏季降水变化特征,并与南疆、北疆进行了比较.结果表明:天山山区近40a来的夏季降水在干湿阶段、最干最湿年份、降水变化的周期方面均与南北疆有别;天山山区夏季降水空间上的同步性变化比南疆及北疆弱一些;天山山区近40a来夏季降水年代际变化与北疆较为相近.新疆近40a来夏季降水最多的年代是90年代,天山山区偏多12%,南疆偏多25%,北疆偏多21%.     

新疆区域近50a积雪变化特征分析

利用新疆91个气象台站1960-2011年的观测资料, 对南北疆及天山山区冬春年(10月-翌年5月)的积雪日数、最大积雪深度、积雪初始、终止日期等因子进行了统计分析, 并通过Kringing插值计算了新疆区域平均最大积雪深度的空间分布.结果表明: 新疆冬春季积雪主要分布在天山以北, 厚度可达30 cm以上, 天山以南积雪比较浅薄, 大部分在10 cm以下;50 a来, 南北疆及天山山区的积雪深度均呈小幅增长(天山山区增幅最大), 积雪日数呈略微降低趋势, 积雪初始、终止日期无明显变化. 天山山区的积雪变化与北疆有较高的相关性, 它们积雪深度和积雪日数的相关系数分别达0.708和0.614, 南疆积雪变化与它们几乎没有相关性;积雪深度与冬春年降水量的变化均有很好的一致性, 尤其在北疆,二者相关系数高达0.702, 但与平均温度呈低的负相关;积雪日数与冬春年降水量变化没有明显相关关系, 但均与气温呈较好的负相关, 在北疆二者的相关系数达-0.742.     

1961-2010年新疆雷暴时空分布及其变化特征北大核心CSCD

利用新疆1961-2010年资料完整的89个气象观测站的雷暴观测资料, 应用数理统计、线性趋势分析等方法, 对新疆雷暴的时空分布和变化特征进行了分析.结果表明： 新疆雷暴分布地域性强, 年雷暴日数山区多于平原, 北部多于南部, 西部多于东部, 天山西段及其两侧是呈带状分布的年雷暴日数分别在46~84 d、25~35 d之间的多雷区和中雷区, 其中, 伊犁河谷的昭苏是新疆年雷暴日数最多的地方, 达83.7 d;雷暴季节性显著, 主要集中在夏季, 占全年的77%, 寒冷的冬季很少出现;月雷暴日数呈现单峰型分布, 7月达到最大值, 全疆平均雷暴日数为6.1 d;雷暴初日普遍出现在2-4月, 雷暴终日出现在9-12月.1961-2010年新疆及其北疆、天山山区、南疆各分区年平均雷暴日数均显著减少, 减少速率分别为1.28、1.53、1.90、0.82 d·（10a）-1;空间分布表现为1961-2010年全疆大部分地区呈减少趋势, 北疆减少趋势大于南疆, 仅天山山区及其两侧以及南疆西部的个别地方呈弱的增加趋势;年代际变化趋势总体表现为逐年代减少;春、夏、秋季雷暴日数均呈现减少趋势, 夏季减少趋势最明显, 其空间分布与年雷暴日数相似;新疆及其各分区月雷暴日数以减少趋势为主.     

天山北坡内陆河流域山地-平原绿洲和荒漠气候变化差异分析——以三工河流域为例

对中国天山北坡三工河流域山地、绿洲、荒漠不同下垫面区域1961-2007年气象资料序列进行了分析, 结果表明: 近50 a平原绿洲区平均温度以0.3 ℃·(10a)~(-1) 趋势上升;流域山区增温趋势较慢, 平均每10 a以0.17 ℃的趋势增温, 但本世纪初增温速率加快, 绿洲区和山区分别增加0.7 ℃和 0.5 ℃. 流域CO_2浓度和CH_4浓度持续上升, 且高于全球平均水平.原绿洲区1987-2007年比1961-1986年平均降水量偏多35%;山区降水量平均每10 a增加速率和绿洲区基本一致, 但波动较大, 20世纪80年代降水增加较显著, 90年代降水量减少到70年代水平, 本世纪初降水量显著增加. 气候变化序列用Mann-Kendall方法检验认为, 山区温度和降水没有达到突变水平, 平原绿洲区降水在1984年发生了由低向高的突变, 温度在1995年发生了由低向高的突变. 夏季荒漠空气相对湿度、太阳辐射量均小于绿洲, 但温度却始终高于绿洲, 绿洲"湿岛效应"和"冷岛效应"特征明显. 荒漠-绿洲温差有3 h、 20 h的主要周期, 温差突变一般发生在凌晨.     

PRECIS模式对宁夏气候变化情景的模拟分析*

使用英国Hadley气候中心区域气候模式PRECIS,分析了B2温室气体排放情景下,相对于气候基准时段1961~1990年宁夏2071~2100年(2080s)地面气温、降水量等的变化。结果表明:PRECIS模式能够很好地模拟宁夏气温的分布特征,对夏季最高气温的模拟效果好于冬季最低气温;较好地模拟出了宁夏降水南多北少的空间差异特征,且对夏季降水的模拟能力明显强于年均降水和冬季降水。相对于气候基准时段, 在B2情景下,2080s宁夏年平均、冬季和夏季平均气温均明显上升,宁夏北部和南部的部分地区气温上升幅度最大,夏季平均气温和最高气温上升幅度大于冬季平均气温和最低气温;未来宁夏年、冬季和夏季平均降水较基准时段均有所增加,但降水随年代际却呈减少趋势,由于气温和降水的气候变率加大,2080s宁夏出现高温、干旱、洪涝等异常天气事件的可能性增大。     

北疆极端降水事件的区域性和持续性特征分析

基于新疆北部1961—2007年43个站点的逐日降水资料,采用百分位方法定义极端降水事件的阈值,分析了北疆地区极端降水事件的区域性和持续性特征.结果表明:春夏秋冬四季,大范围发生极端降水事件的区域分别位于北疆的东北部地区、北部地区、东北部地区和西北部地区以及东南地区,发生持续性较强的极端降水事件的频数大值中心分别集中在伊犁河谷、中东天山地区、北疆西南部和北疆盆地.持续1d的极端降水对总降水贡献四季分布均匀,夏季略高.差异主要表现为由春季到冬季,大值中心呈现出从北疆的东天山地区向中天山和盆地地区移动的趋势.持续2d的极端降水对总降水贡献四季之间差异较显著,一般夏、冬季的较大而春、秋季的则较小.各类持续性极端降水平均强度表明,北疆地区的强降水灾害多数是由持续时间较长的极端降水事件所造成的,四季北疆地区区域平均的持续性极端降水均为显著的线性上升趋势.     

新疆降水在气候转型中的信号反应

针对气候转型科学问题的提出,根据新疆61处国家水文气象观测站点的资料,通过5a滑动平均、模比系数差积曲线、线性趋势等方法对新疆降水分析计算.结果显示,近50a来新疆年降水量总体呈增加的变化趋势,全疆年降水量平均增幅0.67mm·a^-1,天山山区增幅最大,达1.0～2.8mm·a^-1.由减少转为增加变化的时间大多出现于1987年前后,以此为界,从1987年起气候转向暖湿的强劲信号不仅反映在新疆的天山西部地区,而且在全疆也有所反映,且南疆强于北疆,西部多于东部.     

1961-2016年新疆单站不同等级冷空气过程气候特征及变化

利用新疆1961年1月-2016年12月资料完整的89个国家气象观测站的日最低气温资料,根据中国气象局2017年发布的行业标准《冷空气过程监测指标》（QX/393-2017）的单站冷空气等级,计算近56 a来新疆各单站不同等级冷空气过程的发生频次、降温幅度、持续天数,应用线性趋势、EOF分解等分析方法,对新疆各单站不同等级冷空气过程的时空分布特征进行分析。结果表明：新疆单站不同等级冷空气年平均频次和年累计天数均表现为中等强度冷空气最多、寒潮次多、强冷空气最少,空间分布都呈现为北疆多、南疆少的分布特征;中等强度冷空气和强冷空气区域平均的年平均频次和年累计天数的年际变化均呈不显著减少趋势,寒潮均呈显著减少趋势,而空间分布上不是整体呈减少趋势,甚至个别地区呈显著增加趋势;中等强度冷空气和强冷空气在秋季前期和春季后期发生较多,寒潮则在冬季发生较多;中等强度以上冷空气年累计降温呈现北疆大、南疆小的分布特征,区域平均的年累计降温呈显著减小趋势;新疆年寒潮频次和年累计降温第一模态的方差贡献率分别为33%、39%,远远大于其它模态,第一模态（即主模态）的空间分布二者均表现为整个新疆为一致的正值,说明其变化趋势在全疆具有一致性的特征,另外北疆特征值较大,南疆特征值较小,说明北疆更容易出现异常,南疆不易出现异常。     

1961-2010年新疆季节性最大冻土深度对冬季负积温的响应

基于新疆96个气象站1961-2010年的逐日平均气温和冻土深度资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的混合插值法,对新疆冬季负积温和季节性最大冻土深度的时空变化及其相互关系进行了分析. 结果表明：50 a来,新疆冬季负积温绝对值总体以51.5 ℃·d·(10a)^-1的倾向率减少,并于1985年发生了突变. 受其影响,最大冻土深度以-3.5 cm·(10a)^-1的倾向率减小,也于1988年发生了突变. 就全疆平均而言,1961-2010年,负积温每减少100 ℃·d,最大冻土深度将减小4.6 cm.但这种影响区域性差异显著,最大冻土深度减小量呈现"南疆小,北疆和天山山区大"的格局.南疆大部最大冻土深度对负积温变化的响应相对较敏感,一般为-3.0~-12.7 cm·(100℃·d)^-1;北疆和天山山区响应的敏感性较小,多为0.0~-4.9 cm·(100℃·d)^-1,其成因很可能是北疆和天山山区冬季积雪较南疆厚,较厚的积雪所具有的低导热性和较大的容积热容减小了气候变暖对冻土热状况的影响.负积温减少、最大冻土深度变浅将改变土壤的水热物理性状,加剧土壤干化、草场退化以及土地的荒漠化,对新疆脆弱的生态环境产生更加不利的影响.因此,应根据最大冻土深度对负积温变化响应的实际,采取趋利避害的技术措施积极应对.     

1961—2017年基于地面观测的新疆积雪时空变化研究

选取新疆89个气象站1961—2017年逐日积雪深度观测资料, 分析近60 a新疆冬季最大积雪深度及积雪日数的时空变化特征。结果表明： 新疆冬季最大积雪深度以天山为界, 天山以北多于南部, 北疆北部和伊犁河谷最大达60 ~ 100 cm, 天山山区及天山北坡30 ~ 60 cm, 南疆大部地区不足20 cm; 新疆北部最大雪深多出现在1996年以后, 也是新疆气候由暖干转为暖湿的阶段。近60 a新疆区域尤其是北疆、 天山山区冬季最大积雪深度呈显著增加趋势, 南疆略有增加; 89个气象站中87.6%呈增加趋势, 20个显著增加, 主要分布在天山以北地区。分析不同积雪深度出现的日数, 新疆区域、 北疆地区、 天山山区≤10 cm积雪约占积雪总日数的48% ~ 58%, 10 ~ 20 cm积雪占24% ~ 32%, 20 ~ 30 cm积雪占12% ~ 15%, >30 cm积雪约占5%左右; 南疆地区以≤5 cm积雪为主。新疆区域、 北疆地区以及天山山区积雪日数总体呈减少趋势, 其中≤10 cm积雪日数减少, 尤其北疆显著减少, >20 cm积雪日数显著增加, 南疆变化不明显; 空间变化趋势分布基本与区域变化一致。     

天山南坡台兰河流域冰川物质平衡变化及其对径流的影响

应用控制流域的径流及相关降水资料,通过模型重建了台兰河流域平均冰川物质平衡序列.结果显示,1957—2000年流域冰川平均年物质平衡为-287mm,累计冰川物质平衡-12.6m;44a来由于气温升温引起的冰川净消融相当于每年补给河流径流1.24×10⁸m³,占河流年径流量的15%.1982年以后,流域冰川物质平衡一直呈负平衡,1957—1981年平均物质平衡为-168mm·a^-1,1982—2000年平均为-445mm·a^-1.随着气候由暖干向暖湿转型,降水量增加,但冰川对气温的敏感性更大,冰川消融加快,冰川融水量持续增加.气温和降水量的变化与北大西洋涛动和北极涛动变化一致,其突变年份都在1986—1988年左右.     

近50 a来新疆区域与天山典型流域极端洪水变化特征及其对气候变化的响应

以年极端洪水超标率来反映区域极端洪水, 分析了新疆区域极端洪水变化; 以年最大洪峰记录分析了天山山区主要河流极端洪水变化规律, 并用14站资料分析了天山山区气候变化特征, 讨论了天山主要河流极端洪水变化对区域气候变化的响应. 结果表明: 受气候变暖影响, 1957-2006年全疆极端洪水呈区域性加重趋势, 尤其南疆区域极端洪水明显加剧, 北疆区域也有加重趋势, 但相对较缓. 全疆及北疆、 南疆在20世纪90年代中期以来都处于洪水高发阶段. 近50 a来, 在新疆区域洪水呈加重趋势的变化背景下, 发源于天山南坡的托什干河和库玛拉克河年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 发源于天山北坡的玛纳斯河与乌鲁木齐河年最大洪峰流量虽有增加, 但是变化趋势较缓. 以年最大洪峰流量发生转折年为界, 天山典型流域托什干河、 库玛拉克河、 玛纳斯河和乌鲁木齐河在20世纪90年代(或80年代)以来与前期相比, 呈现出相似的变化特征: 年最大洪峰流量明显增大, 年际间变化更加剧烈, 洪水年更频繁. 以年最大洪峰流量发生转折年份为界, 玛纳斯河、 托什干河和乌鲁木齐河后期的年最大洪峰集中日期较前期推迟2~9 d, 库玛拉克河却提前5 d. 玛纳斯河、 乌鲁木齐河和库玛拉克河后期的集中度较前期增加0.8%~8.3%, 托什干河减小1.1%. 1961-2010年, 新疆天山山区气温明显上升, 升温率为0.34 ℃·(10a)^-1, 1997年以后明显增暖; 天山山区降水显著增加, 增加速率15.6 mm·(10a)^-1, 同时极端降水强度增大、 频数增多. 近50 a来天山主要河流极端洪水变化与区域增温以及天山山区极端降水事件增多等有密切关系.     

中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨

由于全球显著变暖和水循环加快,使得中国西北主要是新疆地区于1987年气候发生突然变化,随着温度上升,降水量、冰川消融量和径流量连续多年增加,内陆湖泊水位显著上升,洪水灾害也迅猛增加,同时,植被有所改善,沙尘暴日数锐减,从而改变了19世纪末期至20世纪70年代的变暖变干趋势.以降水量增加超过蒸发量增加所导致的径流量增长及湖泊水位上升作为气候向暖湿转型的主要标准,西北地区目前的气候变化可分为3个区域,即1)显著转型区;2)轻度转型区;3)未转型区.作者初步认为,西北气候向暖湿转型可能是世纪性的,预期西北东部在21世纪上半期也会向暖湿转变,但预测有较大的不确定性.     

1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系

利用新疆89个地面站逐日积雪深度观测资料,研究探讨了1961—2017年新疆区域积雪期、积雪初日、积雪终日的时空变化规律,分析了北疆和天山山区积雪期的年代际和周期变化特征及其与气温、降水的关系.结果表明:新疆各地积雪期、积雪初日和终日存在明显的差异,积雪期以天山为界北多南少;从空间分布看,天山山区和新疆北部阿勒泰、塔城...     

Features of climate change and their effects on glacier snow melting in Xinjiang,China

The features of climate change and their effects on glacier snow melting in the past 50 years (1961–2010) in Xinjiang were studied. Regional climate data for 49 meteorological stations in the Tianshan Mountains and the northern and southern areas of Xinjiang were collected with the aid of techniques such as climatological statistical diagnosis, regional climate models, remote sensing, and geographic information system. The annual average temperature displayed a rising trend across the Tianshan mountainous area and both areas of Xinjiang. The trend was particularly apparent in winter and autumn with the rate of increase in the annual average minimum temperature being significantly higher than that of the maximum temperature. Rainfall also tended to increase in all three areas over the 50-year period, with the magnitude of change being highest in the mountainous area followed by northern Xinjiang and then southern Xinjiang. As a result of the rising temperatures, there was a negative material balance among the region's glaciers, of which the year 1982/1983 was the key year for the development of Tianshan mountain glacier snow. After this date, glacial ablation intensified with an annual change increase in average temperature of 1 °C, leading to a glacier material balance change of about 300 mm. To establish rainfall and temperature sequences for three regional climate change scenarios in the 2011–2050 period, we adopted the delta method using actual measurements during the 1961–2000 period against corrected data from rainfall and temperature simulations. All three scenarios indicated that temperatures will continue to increase, that the increase in rainfall may decrease in mountainous regions but will increase in the basin, and that the speed of glacial ablation in Xinjiang will continue to accelerate.