基于气象要素的我国南方低温雨雪冰冻综合评估

利用1962-2012年260个常规气象观测站的逐日资料, 使用模糊信息分配方法划分我国南方出现低温雨雪冰冻天气时各气象要素的等级, 计算各等级出现的概率, 选取合理的气象要素条件建立了低温雨雪冰冻综合评估指数, 并给出了我国南方发生低温雨雪冰冻的风险区划. 结果表明:日最高气温≤6 ℃, 日最低气温≤0 ℃, 相对湿度≥80%, 日照时数≤1.3 h这一综合气象阈值条件能够合理地评估出南方地区低温雨雪冰冻事件发生的次数和持续时间. 四川省中南部、云南省东北部和贵州省西部、湖南省东部、江西省北部、安徽省、湖北省大部分地区以及陕西省的部分地区发生低温雨雪冰冻的风险等级最高. 近51 a来我国南方低温雨雪冰冻的风险虽有减小的趋势, 但近年出现重大灾害的可能性将有所增加.     

长江中下游地区雨涝指数构建及其应用

为客观识别区域暴雨洪涝过程、定量评估区域暴雨过程强度,基于极端事件中持续时间和强度关系理论,采用近5 d最大降水强度作为降水相当强度指标,构建雨涝指数和区域雨涝过程强度的算法,利用1961-2019年长江中下游地区逐日降水资料,分析长江中下游地区的区域雨涝过程次数、强度以及雨涝趋势变化特征。结果表明:① 1961-2019年长江中下游地区区域雨涝过程次数整体呈增加趋势,21世纪以来区域雨涝过程发生次数明显增多,持续5~9 d的区域雨涝过程占全部雨涝过程的2/3以上;②区域内雨涝日数总体呈现南多北少分布,雨涝日数变化趋势表现为西北部减少、东南部增多;③年降水量和雨涝趋势的时空变化使得长江中下游地区的旱涝差异进一步增大,降水多的东南部更涝,降水少的北部和西部愈加干旱。     

1961 - 2016年秦岭山区冷季积雪日数变化特征及其影响因子

根据1961 - 2016年秦岭地区32个气象站点的气温、 降水及积雪等相关数据, 运用REOF、 M-K检验和小波分析等方法, 对秦岭地区冷季积雪日数的时空变化和影响因子进行分析。结果表明： 秦岭地区冷季多年平均积雪日数表现为北坡比南坡积雪日数多。在全球气候变暖的背景下, 海拔越高积雪日数减少的越多。秦岭冷季积雪日数呈现显著减少的趋势, 5个区的积雪日数年代际变化特征显著, 在20世纪末到21世纪初发生了由积雪日数偏多到偏少的突变。各区冷季积雪日数的周期变化主要集中在10 ~ 20 a, 秦岭南坡同时也显示了较为明显的4 a左右的周期变化。西北太平洋海温阶段性增暖是导致秦岭冷季积雪日数减少的外强迫因素。秦岭地区冷季平均气温的显著增暖和冷季降水量的显著减少直接造成积雪日数的减少。秦岭冷季积雪日数减少的突变要比气温增暖的突变大约滞后4 ~ 7 a。     

基于有效温度指数的云南舒适度变化分析

使用高分辨率的格点化观测资料CN05.1,基于考虑了气温、相对湿度和风速影响的有效温度指数ET,进行了云南省1961—2014年气候舒适度变化的研究。结果表明,云南省地形高的北部地区气温低、相对湿度小、风速大、ET小,地形低的区域则相反。近几十年云南全境均表现出气温升高、相对湿度和风速减小、ET升高的变化趋势。对ET不同分级日数的分析指出:云南省北部冷—寒冷日和凉爽日较多,南部则主要为凉爽日和舒适日,并且全省冷—寒冷日呈明显减少趋势,凉爽日在北部增加、南部减少,舒适日显著增加,温暖及热—炎热日在南部个别地方增加,气候适宜日在4个季节均增加。在全球变暖背景下,冷—寒冷日的大幅度减少和气候适宜日的增加均表明,云南省目前的气候适宜程度有所提高。     

古尔班通古特沙漠植物雾凇凝结特征

古尔班通古特沙漠冬季稳定积雪期长,多雾凇天气.通过2007年11月~2008年3月在沙漠南缘的定位实验观测,发现植物雾凇凝结水总量平均为5.8 mm,占冬季降水量的21.8%,其中,沙漠区垄间和垄上植物雾凇凝结水总量分别是3.8 mm和9.1 mm,各占冬季降水量的14.4%和34.3%;植物雾凇凝结水量是雪面凝结水量的5倍;荒漠植物的雾凇凝结水可以增加古尔班通古特沙漠冬季植被分布区域水资源量.雾凇形成的最大风速一般小于3m/s;-15℃~-20℃是雾凇形成次数最多的气温区间,占全部雾凇日数的24.3%,气温低于-30℃时雾凇凝结量显著减少;观测期雾凇形成时大气最大相对湿度小于80%的日数占冬季雾凇日数的41%.低温、高湿、低风速的气象条件,加之梭梭枝条的细直径和针状叶特征,是古尔班通古特沙漠冬季具有丰富植物雾凇凝结水的重要原因.     

青海省极端气温事件的气候变化特征研究

选用青海省37个气象站点1961-2011年近51 a, 逐日气温(最高、 最低、 平均)资料, 采用国际通用的极端气温指数定义计算了9种极端气温指数, 并分析其主要气候特征.结果表明: 近51 a青海省极端气温呈明显上升趋势, 极端冷指标(霜冻、 结冰日数、 冷夜、 冷昼指数)呈下降趋势, 而极端暖指标(夏天日数、 暖夜、 暖昼指数)呈上升趋势, 且极端冷指标的减少幅度高于极端暖指标的增加幅度.空间分布上, 极端气温指数在全省呈一致的上升(下降)趋势分布.在近51 a的时间尺度上各种极端气温指数都存在多个较明显的周期, 如较短的3~8 a的准周期, 以及13 a、 17 a、 27 a的年代际周期特征.青海省年平均气温与极端气温指数有很高的相关性, 气候变暖突变前后极端气温指数表现出明显差异: 在变暖突变发生后, 霜冻日数、 冷夜指数、 冷昼指数、 结冰日数明显减少, 夏天日数、 暖夜指数及暖昼指数明显增加, 其中相对指数几乎呈倍数显著变化, 表明极端气温指数对气候变暖有很好的响应.     

内蒙古阴山北麓农牧交错带风蚀气候侵蚀力特征

为了解内蒙古阴山北麓农牧交错带的风蚀气候侵蚀力变化特征及规律,在收集多年风速、降水、气温、相对湿度和沙尘暴气象站观测数据的基础上,计算了典型区域风蚀气候侵蚀力。引入MHF小波函数,对该时间序列进行小波分析,揭示了区域风蚀气候侵蚀力变化的多时间尺度的复杂结构,分析了其在不同时间尺度下的周期性和突变诊断点。结合沙尘暴发生日数的观测资料,进一步分析风蚀气候指数与沙尘暴发生日数的尺度变化关系。研究表明:内蒙古阴山北麓农牧交错带风蚀气候侵蚀力具有明显的阶段性特征,以16 a的周期振动最强;在整个时间域上,区域风蚀气候侵蚀因子与沙尘暴日数的变化具有较好的对应关系,即风蚀气候指数偏大期对应沙尘暴日数偏多期,风蚀气候指数偏小期对应沙尘暴日数偏少期;并预测在未来一段时间内风蚀气候侵蚀力较大时间尺度变化处于增强的偏小期,但较小尺度表现出由大到小的过渡。     

西南地区热灾害链及其与芦山地震的关系

通过对西南地区干旱（森林大火）洪涝（或冰冻）地震灾害链的分析,发现“4·20”芦山地震震前出现了一系列与该灾害链相关的热异常现象,即：川滇地区自2009年以来,先后经历了跨年度干旱,并伴随森林大火,2012年5月中旬局地开始出现暴雨洪涝,还引发大量滑坡、泥石流等地质灾害,2013年初南方多地相继出现大雾、低温、冻害、雪灾,在此期间,川滇地区还发生了一系列4.0~6.0级范围内中强地震,随后于4月20日发生了芦山地震。此外,通过芦山地震考察,发现震前8~6 h内出现喷水冒砂、天气闷热、狗狂吠等宏观异常,地震的同时震中地区出现爆炸、冒烟等现象,这些现象进一步说明芦山地震成因并非断层错动,而是地下热异常积累到一定程度后突然释放。同时,结合西南地区热灾害链结构推测,西南地区近期内仍将有强震发生。     

宁夏中部干旱带露水形成机制及其对表层土壤水分的影响

露水的形成及其对土壤水分的影响是进一步量化水循环和生态水文过程的重要依据。为探明露水发生规律, 在宁夏中部干旱带连续3 a观测了每30 min气象资料和表层土壤水分, 用叶片湿度传感器测算了露水量。结果表明: 该区年露水量可达56.41 mm, 75%发生在6—10月, 最大月露水量和日露水量分别为13.40 mm和0.80 mm, 主要发生在03:00—08:00;露水发生的气温、相对湿度和风速范围分别为0~24.4℃、50%~100%和0.16~1.74 m/s, 风向为30°~60°(东北风)和270°~330°(西南偏西风); 气温和露点差与相对湿度之间呈极显著线性逆相关, 气温和露点差小于3 ℃且相对湿度大于80%时极易产生露水; 日露水量为0.6 mm、0.7 mm和0.8 mm时表层5 cm土壤贮水量可分别提高0.10 mm、0.20 mm和0.25 mm。该地区年均降露量是降雨量的13.5%, 露水年均发生频率为126 d(35%), 是当地水循环和生态系统不可忽略的水源。     

三江源地区1980—2019年积雪时空动态特征及其对气候变化的响应

三江源地区气象站点稀疏,依靠地面台站数据难以反映地面真实积雪情况。利用卫星遥感数据引入重心模型分析了三江源地区1980—2019年4个积雪参数（积雪日数、积雪深度、积雪初日和积雪终日）的时空动态特征,利用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计分析了积雪和气候因子的变化趋势,并探究积雪对气候变化的响应。结果表明：1980—2019年三江源地区呈现积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的变化趋势,而该区域同期的气温和降水量则呈现上升趋势;4个积雪参数重心均呈现出东移趋势,而同期气温重心则呈现西移趋势,气温重心位置西移速率分别是积雪日数和积雪深度重心位置东移速率的6倍和2倍。这表明该区域4个积雪参数以及气候因子的变化趋势具有较强的空间异质性,西部气温升高速率大于东部,导致西部积雪日数和积雪深度减少速率同样大于东部,从而导致气温重心西移而积雪参数重心东移。澜沧江源区积雪日数减少、积雪深度减少、积雪初日推迟以及积雪终日提前的速率最大,其次是长江源区和黄河源区。进一步的相关性分析表明,三江源地区年平均气温的升高是导致积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的主要影响因子,积雪日数对气温升高响应最敏感,其次是积雪深度、初日和终日;而年降水量与4个积雪参数的相关性均不显著。研究可为三江源地区水资源和生态环境保护提供基础资料和理论依据。     

基于改进后地表湿润指数的我国西南干旱气候特征研究

利用1961-2014年西南地区96个观测站日平均气温和降水资料、1961-2010年ERA-20C 0.5°×0.5°再分析资料,运用REOF方法、计算地表湿润指数以及改进后的地表湿润指数,研究了西南地区干旱时空分布特征。结果表明：（1）综合REOF（旋转经验正交函数）前四个模态,除川西高原外,西南地区1961-2010年整体土壤湿度有所降低,其中以四川盆地和云贵高原南部下降趋势更为明显。（2）根据REOF空间模态对西南地区做出气候区划,以历年月平均降水和干旱气候区划为基础,对地表湿润指数做出改进。其结果显示,原地表湿润指数（SHI）与改进后地表湿润指数（MSHI）空间分布特征均与年降水量的空间分布特征存在一定的相似性,指数低值区与弱降水区吻合,西北部较为干燥,云贵高原南部较为湿润。（3）从空间分布上来看,MSHI在西南南部更接近降水的空间分布且空间连续性更好。从时间序列上来看,MSHI比SHI更能体现西南地区干旱年,用MSHI识别典型干旱年份,识别能力较强。研究结果对合理配置和利用水资源,进行未来气候变化研究有重要意义。     

黑龙江省土壤冻融期气象要素变化特征

黑龙江省春季土壤冻融剧烈,土壤湿度和温度受土壤冻融影响较大,利用黑龙江省64个气象观测站1961—2018年的逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量、地温资料及34个农气观测站人工观测的1981—2018年的土壤湿度资料,分析土壤冻结期间的气象要素变化,研究春季土壤冻融过程中湿度和温度的变化。结果表明：土壤冻结期从北向南缩短,且逐年缩短,冻结期平均气温从北向南升高,逐年上升,降水量西部少、东部和北部多,逐年增加;春季冻融次数平原少、山区多,逐年减少。春季融雪开始日期由北向南提前,并且呈现逐年提前的趋势,融雪期升温速率北部、东部低,中部、南部高;在春季冻融过程中,土壤湿度随着土壤深度的增加而增多,东部土壤湿度受土壤融冻影响最大;在整个冬季土壤冻结期间,北部、中部及东部土壤湿度是增加的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度增加的越多,而西部土壤湿度是减少的,且随着土壤深度的增加,土壤湿度减少的越少;春季土壤冻融期间,0 cm平均地温全省平均在-17.3~22.1 ℃之间,南部与全省变化趋势基本一致,升温趋势明显,而北部升温速度明显慢于南部。     

基于《己酉被水纪闻》重建1849年上海梅雨期及其降水量

私人日记是重建历史时期高分辨率降水量序列的重要信息源.根据清代姚济所著的<己酉被水纪闻>中记录的上海(松江)1849年6月下旬至7月中旬逐日天气记录,辅以<清代长江流域西南国际河流洪涝档案史料>中的记载,确定了上海在大涝的1849年的入、出梅日期和梅雨期长度以及梅雨量,并重建了上海该年6月下旬、7月上旬、7月中旬以及整...     

一次梅雨暴雨的高分辨率数值模拟研究

对移植欧洲高分辨率有限区数值模式(HIRLAM)在我国的适用性进行了研究,解决了青藏高原对高分辨率欧洲模式引入中所造成的问题。利用该模式模拟了1991年江淮流域严重洪涝时期一次梅雨暴雨过程的中尺度特征,并揭示了青藏高原涡与西南涡的不同特点及其对形成特大暴雨中尺度系统的影响。这对于进一步了解梅雨暴雨的形成和演变机理及其预报等有一定意义,并具有广泛的应用前景。     

内蒙古大兴安岭生态功能区冷暖季节气候变化趋势分析

利用内蒙古大兴安岭生态功能区8个站点近30a的日气温数据分析了该地区年冻融指数变化趋势。结果表明：该生态功能区融化指数呈显著上升趋势,冻结指数波动变化但不显著;年>0℃天数呈增加趋势,<0℃天数则减少,都未达到显著水平;暖季日平均融化指数显著上升,冷季日平均冻结指数也呈增加趋势,其中2站点达显著水平,表明该地区暖季越暖,冷季亦变冷,气候呈两极化趋势;>0℃生长季初日全部提前,其中62.5%的站点达到显著水平,多数站点生长季推后,但只有1个站点达到显著水平,表明生长季延长初日提前贡献较大。     

导线覆冰自动观测实验与覆冰过程分析

在贵州重冰区3个气象站和海拔2500m的梅花山野外观测点开展了3a冬季的导线覆冰自动观测实验,利用观测实验获取的大量连续覆冰过程数据,对导线覆冰重量及其气象条件逐小时演变特征进行了深入分析.结果表明:一次完整的连续导线覆冰过程包括覆冰开始、增长、维持、减弱、消融到结束五个不同的阶段,持续时间较长的覆冰过程中间可能出现间断,而覆冰增长、维持、减弱几个阶段可能重复交替出现.覆冰过程开始一般以气温下降到0℃以下且相对湿度90%以上为标志,当出现浓雾或降水时覆冰出现增长,当既无降水也无雾时覆冰进入维持阶段;整个覆冰过程中温度均低于0℃且维持很高的湿度,中途若温度上升且无雾和降水则覆冰有明显减弱,当气温稳定上升到0℃以上同时湿度下降时覆冰过程结束.覆冰过程的开始和增长一般持续时间较长,而覆冰的消融和结束则十分迅速.在气象站观测到的覆冰以雨雾混合冻结为主,降水对覆冰过程的开始和增长有重要作用,而在梅花山野外观测到的多为雾凇覆冰,降水对覆冰的作用不如地势较低地区显著.     

1961-2010年全球变暖背景下中国空气湿度长期变化特征

空气湿度是重要的气象要素，与气温和降水密切相关，其长期变化特征是气候系统变化的重要表征。2003年前后全国自动站与人工站的更替使得相对湿度资料存在不能满足均一性的要求，亟需加强空气湿度变化特征方面研究。利用1961—2010年中国824个气象站订正后均一性较好的逐日气温、降水量和相对湿度数据，剔除缺测多的站点，采用线性回归分析、Mann-Kendall趋势检验和偏相关分析方法，综合分析中国水汽压和相对湿度的长期变化特征及其与气温和降水量的相关特征。结果表明:①全国各地年均水汽压呈增大趋势的站点占全部站点的90.3%；除春夏两季的黄土高原至云贵高原一带和长江下游地区、秋季的华南地区有所减小外，各季节全国水汽压普遍呈增大趋势。②全国年均相对湿度呈减小趋势的站点占64.1%；除河北北部至辽宁北部、陕西南部至黄淮地区、江南北部、青藏高原和四川西部地区以及西北大部呈增大趋势外，其余地区普遍减小；季节差异明显，春、夏和秋季，中东部大部分地区相对湿度以减小趋势为主；冬季除东北地区和云南减小外，其余大部分地区相对湿度增大。③全国各地水汽压与气温、降水量普遍以正相关为主，与气温的相关性强于与降水量的相关性；相对湿度与气温普遍呈显著的负相关，与降水量普遍以正相关为主。     

1961—2010年全球变暖背景下中国空气湿度长期变化特征

空气湿度是重要的气象要素，与气温和降水密切相关，其长期变化特征是气候系统变化的重要表征。2003年前后全国自动站与人工站的更替使得相对湿度资料存在不能满足均一性的要求，亟需加强空气湿度变化特征方面研究。利用1961—2010年中国824个气象站订正后均一性较好的逐日气温、降水量和相对湿度数据，剔除缺测多的站点，采用线性回归分析、Mann-Kendall趋势检验和偏相关分析方法，综合分析中国水汽压和相对湿度的长期变化特征及其与气温和降水量的相关特征。结果表明：①全国各地年均水汽压呈增大趋势的站点占全部站点的90.3%；除春夏两季的黄土高原至云贵高原一带和长江下游地区、秋季的华南地区有所减小外，各季节全国水汽压普遍呈增大趋势。②全国年均相对湿度呈减小趋势的站点占64.1%；除河北北部至辽宁北部、陕西南部至黄淮地区、江南北部、青藏高原和四川西部地区以及西北大部呈增大趋势外，其余地区普遍减小；季节差异明显，春、夏和秋季，中东部大部分地区相对湿度以减小趋势为主；冬季除东北地区和云南减小外，其余大部分地区相对湿度增大。③全国各地水汽压与气温、降水量普遍以正相关为主，与气温的相关性强于与降水量的相关性；相对湿度与气温普遍呈显著的负相关，与降水量普遍以正相关为主。     

基于GIS的中国西南地区覆冰气象条件评估

采用中国西南地区(95°~110° E、 25°~35° N) 96个常规气象观测站1961年1月1日至2009年12月31日逐日气象要素资料提取覆冰相关要素, 利用1 km×1 km DEM资料通过GIS技术建立经度、 纬度、 海拔高度3个宏观地形因子以及坡度、 坡向和开放度3个微观地形因子的数据库, 通过三维二次趋势面的逐步回归方法, 在ArcMap/Info中进行与覆冰有关的气象要素栅格空间化, 在此基础上按照轻、 中、 重三个级别建立了各级覆冰模型并划分了覆冰风险分布. 结果表明: 满足覆冰条件日数序列在2000年以来呈显著上升趋势, 覆冰灾害发生的可能性增大. 一般来说, 宏观地形因子对气象要素的分布影响较大, 相对湿度模型和日照时数模型通过微观地形因子订正后, 精度有所提高. 通过模型得到的西南地区覆冰风险分布图能够较为精确的模拟出西南地区覆冰的风险分布, 与实际情况相符.