东北农业区降水年内分配的不均匀性及对区域增暖的响应

水热的合理配置为农业生产提供了有利的气候条件,明确热量和水分的匹配及变异规律对指导农业生产具有重要意义。本文利用东北农业区1961—2014年的逐日降水和气温资料,分析了东北农业区降水年内分配不均匀性的变异规律及其对区域增暖的响应,结果表明：(1)近54年来,该区表现为全区一致性的降水年内分配不均匀性降低、年际变化幅度增大和降水集中期提前的变化趋势;(2)降水年内分配不均匀性降低速率表现为中间大,南、北小的区域间差异;(3)降水年内分配不均匀性对气温具有很强的响应,表现出明显的不同步和区域间差异性,大致表现为在短周期上降水集中度落后气温、而长周期上超前气温的响应特征。气候增暖背景下,降水集中期的提前使得该区雨热同期的气候要素匹配关系保持稳定,但降水年内分配不均匀性的降低及年际间变化幅度的增大可能会增加该区夏季发生干旱的风险。研究结果可为制定科学的农田水管理策略提供参考。     

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。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

新郑市近40年降水变化特征

利用新郑市气象站1961~2000年的降水资料,对近40年来降水的基本气候特征和气候异常进行了分析,结果表明:新郑降水的年内分配不均,降水集中在6~9月,峰值出现在7月。随着年际变化,年降水量呈下降趋势。     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

中国西北地区植被时空动态及其影响因子分析

利用1981-2000年NDVI数据,分析了西北地区植被变化时空特征。结果表明,西北地区植被季节性变化与气温季节性变化一致,植被分布与降水分布一致。干湿指数计算结果在半干旱区和NDVI变化有较好的对应关系,即湿润春季和夏季,陕西境内植被覆盖度有明显增加;内蒙古、甘肃、宁夏和青海低植被覆盖度区域有不同程度减少,中高植被覆盖度区域增加,说明降水对该区域植被有重要影响。新疆大部分区域均位于年降水量50 mm的极端干旱区,NDVI对这些区域由降水引起的植被覆盖度变化的反映不敏感。由此可见,西北半湿润半干旱区NDVI变化对降水反映最敏感。     

松辽流域降水集中指数的时空变化特征

为了科学防控松辽流域旱涝灾害,利用1961—2017年松辽流域196站逐日降水资料,以候为时间尺度计算降水集中指数(PCI),采用趋势分析、合成分析、Mann-Kendall检验等方法分析该流域及各子流域PCI的时空变化特征。结果表明:松辽流域降水集中程度较高,PCI平均为7.1;PCI及其标准差均呈东低西高的空间分布格局,且在多、少雨年PCI差异较大,少雨年降水普遍集中,多雨年则降水相对均匀,表明西北部PCI高值区发生干旱的概率较大,尤其在少雨年表现得更为突出。近57 a来,松辽流域PCI存在明显的年代际变化特征,流域北部和东部PCI整体呈显著下降趋势,且整个流域和额尔古纳河子流域的PCI发生显著突变,突变年份分别为2003年和1991年,且突变后的变差系数有所增大。近年来,尽管松辽流域PCI处于偏低阶段,但突变后变差系数的增大说明降水的不稳定性增强,旱涝发生的概率增大,易出现降水极端集中的年份。     

新郑市近40年降水变化特征

利用新郑市气象站1961～2000年的降水资料,对近40年来降水的基本气候特征和气候异常进行了分析,结果表明新郑降水的年内分配不均,降水集中在6～9月,峰值出现在7月.随着年际变化,年降水量呈下降趋势.     

青藏高原东北侧夏季降水的气候特征分析

利用西北地区均匀分布的126个地面测站,采用REOF和模糊聚类方法对降水的空间特征进行研究发现,青藏高原东北侧是西北地区夏季降水最为敏感的自然区,主要雨季为7～8月,几乎占全年总降水的一半,该区域少雨年的概率大于多雨年,旱年和多雨年交替出现。6月降水在近40a里呈上升趋势,7月降水总体变化不大,8月呈下降趋势,从降水线性趋势来看,整个夏季降水无明显变化。另外,气温距平和降水距平百分率具有明显的反位相变化关系,近40a来气温呈缓慢升高趋势。     

近100年来中东亚干旱区气候异常与海平面气压异常的关系

利用中东亚干旱区近100年(1901-2002年)降水、气温及北半球海平面气压的格点资料,分析了该干旱区冬季、夏季降水和气温与海平面气压分布形势的相关关系,同时对典型的降水和气温异常年份的海平面气压距平场进行了合成分析.结果表明:冬季西北太平洋海平面气压持续增强、阿拉伯海附近维持较高气压时,中东亚干旱区冬季降水偏多、气温偏高.前期春季海平面气压的变化对中东亚干旱区夏季降水有显著的影响,当春季阿留申低压和其南部的西太平洋副热带高压偏强时,中东亚干旱区夏季降水偏多;当春季西太平洋副热带高压位置附近的海平面气压偏高时,中东亚干旱区夏季气温偏低;前期春季海平面气压的异常对中东亚干旱区气候变化的显著影响,对气候预测有很好的指示意义.另外,中东亚干旱区冬季异常多雨、高温年份,海平面气压在中高纬度地区为负距平,在低纬度地区则为正距平.而冬季异常少雨、低温年份,气压场分布的主要特征则相反.在夏季异常多雨年,中东亚干旱区主要位于正的气压距平区,夏季异常少雨年则反之.夏季异常气温偏高年,正距平区主要分布在印度半岛北部,中东亚干旱区西部处于负距平区、东部处于弱的正距平区中.分析结果同时说明了中东亚干旱区易出现冬季多雨/高温(少雨/低温)和夏季多雨/低温(少雨/高温)的气候配置.     

中国降水的季节性

本文使用一套基于中国气象局所属的2416个台站数据所得的高分辨降水资料,对1961~2013年中国降水季节性进行了研究。就全国平均而言,各季节降水占全年降水百分率最高的为夏季（56.5%）,春季（19.3%）和秋季（18.9%）次之,冬季（5.3%）最少;针对不同地区,各季节降水百分率存在很大差异,例如华南春季降水最多、东北至高原一线秋季降水大于春季降水。春、夏两季降水百分率高值（低值）区域略呈现出降水百分率减少（增多）趋势,秋季整体上略微减少,冬季则显著增加;季节降水百分率的变率整体表现为夏季大而冬季小,其西部的变率与地形为显著负相关,东部变率的大值区位置随季节变化;秋冬两季的降水百分率变率有显著增加,各季节不同地区变率的变化趋势存在明显差异。     

The Contribution of Extreme Precipitation to the Total Precipitation in China

Using daily precipitation data from weather stations in China, the variations in the contribution of extreme precipitation to the total precipitation are analyzed. It is found that extreme precipitation accounts for approximately one third of the total precipitation based on the overall mean for China. Over the past half century, extreme precipitation has played a dominant role in the year-to-year variability of the total precipitation. On the decadal time scale, the extreme precipitation makes different contributions to the wetting and drying regions of China. The wetting trends of particular regions are mainly attributed to increases in extreme precipitation; in contrast, the drying trends of other regions are mainly due to decreases in non-extreme precipitation.     

近40年中国饱和水汽压差时空变化及影响因素分析

基于全国600多个站点的逐月气象观测资料,利用Mann–Kendall检验、多元线性回归等方法分析了中国地区1980～2018年不同气候区（干旱区、湿润区、半干旱区与半湿润区）饱和水汽压差（Vapor Pressure Deficit,VPD）的时空变化特征,检测了影响中国地区饱和水汽压差变化的主导气象因素。结果发现:近40年来,我国湿润区和干旱区的夏季和冬季VPD分布呈相反格局,大部分地区4个季节VPD均呈上升趋势,春、夏两季在黄河流域以及东南沿海地区的上升趋势尤为显著。4个气候区的VPD均在21世纪初发生突变上升,其中湿润区突变年份偏早（1996年）,干旱区突变年份较晚（2004年）,且干旱区的上升幅度最大,约为0.04 kPa/10 a。影响饱和水汽压差增加的主导因子在不同气候区、不同季节有所差异,但总体而言,气温和绝对湿度的变化是影响我国VPD年际变化的主要因素。其中,2000年以后,影响半湿润区、半干旱区VPD变化的主导因子为气温,干旱区、湿润区为绝对湿度。     

内蒙古夏季不同气候区短时强降水检验及制定

利用1991—2015年夏季(6—8月)内蒙古地区111个国家气象站小时降水量资料,对内蒙古不同气候区(极干旱、干旱、半干旱、半湿润和湿润)短时强降水(1 h降水量≥20 mm)进行检验分析,采用累积概率方法定义内蒙古夏季不同气候区短时强降水。检验结果表明:内蒙古地区年平均降水量和小时降水量极值自西部极干旱区向东部半湿润、湿润区递增,高值区位于大兴安岭东部,次高值区位于阴山山脉以南。内蒙古极干旱区小时降水量极值低于20 mm,半湿润区和湿润区小时降水量极值高于50 mm,个别站点甚至达到100 mm以上。但在半湿润区和湿润区东部小时降水量超过20 mm年平均发生仅为1次,其余地区均1次。在内蒙古极干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区小时降水量分别达到6.1、9.8、12.5、15.2和14.3 mm·h~(-1)属于极端降水事件,小时降水量≥20 mm不宜作为内蒙古短时强降水定义。综合上述研究,结合内蒙古地区地形、地貌等因素,将内蒙古极干旱区和干旱区短时强降水定义为5 mm·h~(-1),半干旱区、半湿润区和湿润区短时强降水定义为10 mm·h~(-1)。     

华北地区降水、蒸发和降水蒸发差的时空变化特征

利用华北地区1951~2000年80个观测台站的降水、气温的逐日观测资料分析京津唐地区、华北西部、华北中南部和胶东半岛地区降水、蒸发和降水蒸发差在1951~1965年、1966~1976年和1977~2000年3个时期年代际变化特征。京津唐地区和华北西部地区夏季降水和降水蒸发差从1977年开始减少得比较明显;而胶东地区和华北中南部地区从1965年开始减少,1977年之后减少的更加严重,但4个区域5、6月的降水和降水蒸发差却出现明显的增加。分析还指出,胶东地区和京津唐地区可利用水资源量减少最多。另外还利用欧洲中心(ECMWF)1958~2000年的700 hPa风场资料分析了华北地区夏季降水异常的可能成因,分析结果表明:东亚夏季风在1977年之后明显减弱,造成我国华北地区夏季降水偏少。     

中国近50a极端降水事件变化特征的季节性差异

利用中国419个测站1958-2007年逐日降水资料集,分析了近50a中国不同区域年和季节极端降水事件的基本变化特征。结果表明,多年平均极端降水事件的空间分布具有明显的纬向分布特征,并表现出显著的季节性差异。长江以南地区是春、冬季极端降水事件发生频次较高的区域;而年、夏季以及秋季极端降水事件发生频次在西南地区较高,在西北东部较低。年极端降水事件频次的长期变化趋势与夏季相似,华北和东北有增加趋势,其他地区为弱的减少趋势;其他季节的长期变化趋势存在明显的区域和季节性差异。年和季节极端降水事件的发生频次具有显著的年际和年代际变化特征。年极端降水事件时间序列的多项式拟合曲线的变化情况与夏季基本一致;而其他季节的变化则存在较大差异,表现出显著的季节性差异。     

CLM4.0模式对中国区域土壤湿度的数值模拟及评估研究

本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料,驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4.0,CLM4.0）模拟了中国区域1961～2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（National Centers for Environmental Prediction Reanalysis,NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS,AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析,结果表明CLM4.0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征,但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致,与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致;从1961～2010年土壤湿度模拟结果分析得出,各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外,土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主,30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下,CLM4.0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小,湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著,其次是半干旱区和干旱区。