极点对称模态分解下西安高温天气的趋势特征

基于1960-2016年西安均一化气象资料,采用极点对称模态分解法,对西安市的高温天气变化特征进行分析,探讨赤道东太平洋海温异常（El Ni?o）、西太平洋副热带高压变化（WPSH）,与西安极端高温变化的关系。结果表明：① 采用非均一化数据,会低估西安暖夜、夏季、热夜、热浪日数变化趋势,高估冬季供暖能耗下降幅度、夏季制冷能耗上升幅度,对暖昼、高温日数影响相对较小。② 在年代变化上,暖昼、热浪、高温日数和制冷度日等四个指标,反映西安白天高温变化特征,呈现一致的四阶段“下降—上升—下降—上升”的变化过程;表征夜间高温变化的暖夜和热夜日数,以1993年为节点,呈现两阶段“阶梯状”的上升趋势。③ 在影响因素上,赤道太平洋中西部海温异常与西安高温关系更为密切。当Ni?o 4区海温异常偏高时,西安暖昼、夏季、炎热天气制冷耗能明显增加,寒冷天气供暖能耗显著降低;同时,当WPSH强度越大,控制面积越大、西伸脊点偏西时,西安暖夜、夏季、热夜日数明显增加、寒冷天气供暖能耗明显下降。     

极点对称模态分解下陕西气候变化特征及影响因素

全球变暖背景下,受人类活动和气候系统波动共同影响,气候要素响应具有非线性、非平稳特征,如何识别气候变化多时间尺度信息,是当前研究的热点话题。基于1970-2017年气温和降水逐日数据,辅以滑动平均、趋势分析和极点对称模态分解(ESMD)等方法,对陕西3大地理单元气候时空特征进行分析,进而探讨不同海区厄尔尼诺指数与气温、降水变化的响应关系。结果表明:1970-2017年,陕北气候变化经历“暖干-冷湿-暖湿”的变化过程;关中和陕南气候在20世纪80-90年代末呈现暖干化,随后增温停滞,降水增多,近期再次呈现暖干化;利用ESMD对陕西气温和降水变化信号进行分解,发现区域气温响应变暖停滞,是受年代波动影响,周期为9.2~11.5 a左右;从趋势项分析,除陕北气温平稳波动之外,关中和陕南气温增速并未减缓;在影响因素上,不同海区海温异常与陕西气温、降水变化相关性存在差异。其中,气温影响主要在中国东部海区,且与NINO A区、黑潮区海温显著正相关;影响降水变化的关键海区在赤道太平洋,即赤道太平洋中部海温异常偏高时,关中和陕南降水呈现下降,而赤道太平洋东部海温异常偏高,陕北降水减少更为明显。     

1970—2018年秦岭南北冷季降雪量时空变化及其影响因素

基于72个气象站点逐日观测数据,对1970/1971—2018/2019年秦岭南北冷季（11月~次年5月）降水类型（降雪、降雨和雨夹雪）进行识别;重点关注降雪时空变化特征,探讨降雪与气温、湿球温度的响应关系;依据“夏季-秋季-冬季”Niño 3.4区海温异常状态,细化4种不同发展过程的厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件,分析降雪异常与不同ENSO事件的对应关系。结果表明：① 相比气候平均态（1970—2000年）,1990—2018年,秦岭南坡（山地暖温带）降雪量下降了3.1 mm,基本与关中平原降雪量（17.1 mm）持平;② 空间趋势上,低海拔河谷地带降雪量以年代波动为主,山地高海拔地区为降雪下降区;③ 秦岭高山地区气温或湿球温度每升高1.0℃,降雪量分别下降23.1 mm和24.3 mm;从地带性角度分析,由北向南气温或湿球温度每升高1.0℃,秦岭南北降雪量分别下降3.0 mm和2.8 mm;④ 当厄尔尼诺/拉尼娜持续型发生时,关中平原降雪异常偏多;当拉尼娜发展型发生时,秦岭山地和大巴山区降雪异常偏少。当厄尔尼诺发展型发生时,秦岭南北降雪异常呈现“东西分异”,秦岭山地东部和关中平原为降雪异常偏少区。     

秦岭—淮河南北供暖格局变化及其影响因素

基于秦岭—淮河南北及其周边196个气象站点观测资料,构建实际和动态供暖指数,对中国南北过渡带供暖格局变化进行分析,并探讨冬季北极涛动（AO）异常与供暖效率的响应关系。结果表明：① 固定供暖策略下,1960-2016年秦岭—淮河南北实际供暖能耗偏高,呈现“南多北少,西低东高”的变化特征,且低纬度地区供暖需求下降信号早于高纬度;② 对比区域变暖前后,秦岭—淮河南北冬季供暖能耗1960-1990年和1990-2016年两阶段空间特征,发现“整体南高北低,北部东高西低”的格局并未发生变化,供暖南北波动界线依然维持在秦岭山脉—淮河平原中部;③ AO强弱波动与区域冬季供暖能耗具有明显的时空响应关系,是影响中国南北过渡带供暖格局变化的重要因素。当AO负相位时,除四川盆地和巫山山区之外,秦岭—淮河南北其他区域实际供暖能耗明显下降,特别是淮河平原和长江下游的过渡地带响应尤为明显,未来应该有针对性制定气候适应对策。     

陕北黄土高原区极端降水时空变化特征及其影响因素

基于1970—2017年逐日降水数据,辅以趋势分析、空间分析和小波相干等气候诊断方法,对陕北黄土高原区极端降水时空变化特征进行分析,探讨不同海区海温异常与降水变化的响应关系。结果表明：① 1970—2017年,陕北地区气温波动上升,降水增加,半干旱界线明显向西北方向移动;② 1970—2017年,陕北地区降水呈现极端化。具体表现为,弱降水日数减少,强降水日数增加,降水持续时间呈现破碎化,1日最大降水量、5日最大降水量和降水强度均表现出显著的上升趋势;③ 在影响因素上,陕北地区极端降水变化受赤道太平洋中西部海温影响明显于东部,受赤道太平洋北侧影响明显于南侧,受海温年代周期变化影响（14~16a）明显于中长期周期（4~8a）。同时,NINO W区可作为区域极端降水响应的关键海区。当NINO W区海温异常偏高时,陕北地区降水普遍偏高,降水强度和持续时间增加,易发生雨涝灾害。     

1960-2013年秦岭—淮河南北极端降水时空变化特征及其影响因素

基于秦岭—淮河南北气象站点逐日降水数据和全国0.5°×0.5°逐月降水格网数据,选取16个极端降水指数,辅以趋势分析、Mann-Kendall检验和相关分析等气候诊断方法,分析了1960-2013年秦岭—淮河南北极端降水时空变化特征,探讨了极端降水变化与ENSO事件的关系。结果表明:11960-2013年秦岭—淮河南北除长江下游降水呈增加趋势外,其他区域降水均呈下降趋势;2极端降水变化主要表现为:降水日数减少,降水强度上升,突发性强降水事件增多,连续性干旱事件增多;在空间上,秦巴山地、长江下游和黄河下游以极端降水强度上升为主,关中平原、巫山山区和四川盆地以极端干旱强度上升为主;3在影响因素方面,秦岭—淮河南北极端降水与ENSO事件关系密切。在厄尔尼诺年,秦岭—淮河南北春季极端降水偏多,夏季和全年偏少;在拉尼娜年,春季极端降水偏少,秋季和全年偏多。就各个区域而言,在厄尔尼诺年,黄河下游、关中平原、秦巴山地和四川盆地极端降水呈下降趋势,淮河平原极端降水呈上升趋势,长江下游和巫山山区响应并不明显。     

中国北方农牧交错带春季风速的年际变化与冬季海温的关系

利用中国北方农牧交错带1979—2016年64个气象台站的逐日风速资料、ERSST海温数据以及ERA-Interim再分析资料,探讨了前期冬季海温与北方农牧交错带春季风速年际变化的关系。研究表明,北方农牧交错带春季的风速存在强烈的逐年波动,年际方差占总方差的比例为36%。影响农牧交错带春季风速年际变化的前期冬季海温在北大西洋20°N~65°N区域呈现“负、正、负”的异常分布,在北太平洋10°N~55°N、130°W~180°区域呈现“负、正”的异常分布。冬季的海温异常与研究区春季风速年际变化联系的桥梁是北半球大尺度大气环流的异常。当北大西洋海温从高纬至低纬呈现“负、正、负”的异常分布时,从北大西洋至东亚位势高度呈明显的“正、负、正、负”的波列特征;当北太平洋海温从高纬至低纬呈现“负、正”的异常分布时,从北太平洋至东亚位势高度呈“负、正、负、正、负、正”的三波型分布。二者均能影响东亚地区春季大气环流的变化,导致东亚地区上空产生一个异常的气旋性环流,该气旋性环流在对流层中层与低层均存在,是造成研究区风速变化的直接原因。冬季海温与研究区春季风速的显著相关,说明冬季海温对农牧交错带春季风速的年际变化具有超前指示意义。利用北大西洋和北太平洋海温异常中心区的冬季海温作为预报因子,建立春季风速预报模型,可以解释风速年际变化的32%,回报交叉验证结果表明,海温与风速的时间滞后关系是显著和稳健的。     

秦岭南北降雪异常空间模态识别及其影响因素分析

识别降雪异常空间模态,明晰降雪异常的影响因素,对理解中国南北过渡带气候变化规律具有重要的实践意义。论文基于1970—2020年逐日气象数据,辅以湿球温度动态阈值法、经验正交分解法等气候诊断方法,对秦岭南北冷季(11月—次年5月)降雪异常空间模态进行识别,探讨了不同主导模态与海气异常的相关关系。结果表明：(1)秦岭南北冷季降雪异常存在2个主导模态。第1模态为“全区一致型”,降雪异常偏强区分布于关中平原、秦岭山地、汉江谷地和大巴山区东段;第2模态为“山地主导下降型”,反映山地降雪异常对气候变化的敏感性;(2)在时间变化上,第1模态以年际波动为主,20世纪90年代中期后,空间模态多处于负相位,即全区一致降雪偏少;第2模态以年代转折为主,近期空间模态多处于正相位,即山地降雪异常偏少;(3)在影响因素上,第1模态降雪异常与1月中高纬度500 hPa欧亚遥相关波列相关,第2模态降雪异常与冬季赤道中东太平洋海温异常密切相关。研究将降雪异常格局与环流异常机制组合研究,可为理解中国南北过渡带降雪异常预警信号提供理论基础。     

宁夏7—8月暴雨发生次数与北太平洋海温的相关分析

利用1961—2004年宁夏7—8月暴雨发生次数和北太平洋范围的逐月海面温度资料,运用相关和合成分析方法,分析了近44 a宁夏7—8月暴雨发生次数与北太平洋海温的相关关系。结果表明：赤道区内的5°S—5° N,135°—95° W范围的海区被选定为影响的关键区域,当年4—5月被选定为关键时期;关键区关键时期的海温与宁夏7—8月暴雨发生次数有较好的年代际对应关系,冷（暖）水年与宁夏7—8月暴雨发生次数偏多（少）年有密切的相关关系;关键区关键时期的海温异常导致当年7—8月西太平洋副热带高压和印缅槽的异常,从而影响宁夏7—8月暴雨发生次数。     

1970—2020年秦岭南北夏季昼夜复合高温时空变化及其影响因素

基于1970—2020年逐日最高温和最低温数据,对秦岭南北夏季昼夜复合高温时空变化特征进行分析,探讨不同分区昼夜复合高温变化与海温、大气环流异常的相关关系。结果表明：(1) 1970—2020年,秦岭南北夏季昼夜复合高温显著增加。其中,关中平原昼夜复合高温增速最快（0.93 d/10a）,是秦岭南坡（0.54 d/10a）的1.7倍。(2)空间上,昼夜复合高温天数格局呈现“谷地高、山地低”的分布特征,高值区主要分布于：关中平原、汉中盆地、安康盆地和丹江口水库周边。有35.0%的区域昼夜复合高温呈显著增加趋势,空间分布于：关中平原西段黄土台塬区、嘉陵江流域、秦岭山地西段和大巴山区。(3)在影响因素上,春季青藏高原500hPa气压变化与3个子区夏季昼夜复合高温异常呈显著正相关。即春季青藏高原500hPa气压异常偏强时,秦岭南北夏季昼夜复合高温天气发生风险较高。     

气候变化和生态建设对秦岭—淮河南北植被动态的影响

论文基于2000—2019年秦岭—淮河南北MODIS-NDVI植被覆盖数据,对中国南北过渡带植被时空变化进行分析,并探讨植被动态变化驱动因素。结果表明：① 在趋势变化上,2000—2019年秦岭—淮河南北植被显著恢复。其中,秦巴山区植被恢复面积占比最高,其次是巫山山区和关中平原;植被退化区面积占比仅为6.4%,主要分布于长三角城市群。② 在气候因素上,NDVI变化与气温显著相关(P<0.05)面积占比为9.1%,低于降水(13.1%)和日照时数(14.5%)显著区域,无显著相关区域分布面积最广,说明在关键生长季(5—9月),区域水热条件较好,植被年际波动受气候变化影响区域较少。③ 在驱动因素上,受气候因素和生态建设驱动绿化占比分别为19.2%和30.0%,其中,生态建设驱动绿化区与秦巴山区、大别山生态修复工程,川东、长江中下游撂荒地空间格局一致,说明耕地转为生态用地是区域植被快速恢复的主要原因。研究结果对量化湿润—半湿润地区植被驱动因素,优化生态建设评估模型具有启示意义。     

长江中下游流域旱涝急转事件特征分析及其与ENSO的关系

基于长江中下游流域75个雨量站1960-2015年的日降水资料,通过对原有的旱涝急转指数加以改进,定义了日尺度旱涝急转指数（Dry-Wet Abrupt Alternation Index, DWAAI）,全面分析长江中下游流域夏季（5-8月）旱涝急转事件的时空演变特征,并讨论了旱涝急转事件与事件发生前太平洋海表温度的关系。结果表明：① 改进的DWAAI综合考虑了事件前后期旱涝差异与急转快慢程度,筛选事件更加全面。② 总体来说,自20世纪60年以来,流域内发生旱涝急转事件的区域范围越来越广,事件频率和强度均具有逐年增长趋势。旱涝急转事件主要发生在5月和6月,且汉江水系、中游干流区间、洞庭湖水系北部和鄱阳湖水系西北部地区为事件高发区。③ 旱涝急转事件与事件发生前Nino 3.4区域海温持续异常偏低存在一定关系。在发生时间上,La Ni?a现象具有一定的先兆作用,41.04%的事件发生在La Ni?a现象衰亡期或现象结束后8个月内;在事件强度上,流域内站点的DWAAI与事件发生前第1~6个月的Nino 3.4区域海温异常值存在显著的负相关性,尤其是在鄱阳湖水系和中游干流区间,二者负相关性最强。研究结果可以为长江中下游流域防洪抗旱工作提供一定的依据。     

长江流域径流量变化过程及其对ENSO和PDO的响应

根据宜昌站、汉口站和大通站的径流量数据,运用M-K检验和小波分析等方法,对1900年以来长江流域径流量的趋势和周期变化进行分析,探究径流量变化对厄尔尼诺?南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）的响应。结果表明：1900 年以来长江流域径流量呈显著的减少趋势,并具有2~8 a的年际周期变化和14~17 a的年代际周期变化。流域径流量与ENSO具有相同的2~8 a周期变化,在El Ni?o发生期,径流量较低,在La Ni?a发生期,径流量较高。14~17 a的周期变化与PDO相关,在暖位相期径流量偏少,在冷位相期径流量偏多。PDO影响着ENSO和径流量之间的相关性,在暖位相期,El Ni?o对径流量的影响增强,在冷位相期,La Ni?a对径流量的影响增强。因此,在分析和预测流域径流量长时间尺度上的变化时要综合考虑ENSO和PDO的影响。     

长江中下游流域旱涝急转事件特征分析及其与ENSO的关系（英文）

During recent decades,more frequent flood-drought alternations have been seen in China as a result of global climate change and intensive human activities,which have significant implications on water and food security.To better identify the characteristics of flood-drought alternations,we proposed a modified dry-wet abrupt alternation index(DWAAI)and applied the new method in the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin(YRB-ML)to analyze the long-term spatio-temporal characteristics of dry-wet abrupt alternation(DWAA)events based on the daily precipitation observations at 75 rainfall stations in summer from 1960 to 2015.We found that the DWAA events have been spreading in the study area with higher frequency and intensity since 1960.In particular,the DWAA events mainly occurred in May and June in the northwest of the YRB-ML,including Hanjiang River Basin,the middle reaches of the YRB,north of Dongting Lake and northwest of Poyang Lake.In addition,we also analyzed the impact of El Ni?o Southern Oscillation(ENSO)on DWAA events in the YRB-ML.The results showed that around 41.04%of DWAA events occurred during the declining stages of La Ni?a or within the subsequent 8 months after La Ni?a,which implies that La Ni?a events could be predictive signals of DWAA events.Besides,significant negative correlations have been found between the modified DWAAI values of all the rainfall stations and the sea surface temperature anomalies in the Nino3.4 region within the 6 months prior to the DWAA events,particularly for the Poyang Lake watershed and the middle reaches of the YRB.This study has significant implications on the flood and drought control and water resources management in the YRB-ML under the challenge of future climate change.     

气候要素及El Niño/La Niña事件对中国陆地NPP变化的影响

植被净初级生产力（NPP）是表征陆地生态系统碳循环的重要指标,也是人类社会赖以生存与发展的物质基础。基于遥感—过程耦合模型（GLOPEM-CEVSA模型）模拟的中国区域NPP数据和气象站点观测资料以及厄尔尼诺/拉尼娜（El Ni?o/La Ni?a）事件信息,利用GIS空间分析技术和数理统计方法研究了中国植被NPP的时空格局、动态变化以及气候要素和El Ni?o/La Ni?a气候事件对其影响。结果表明,1982-2011年,中国植被NPP总体上以5.66 gCm^-2(10a)^-1的趋势增长,空间上,植被NPP在中国西部和东北北部、东部地区增加,而在东北中部、华北平原、内蒙中东部、长三角和珠三角地区减少。中国江淮地区植被NPP的降低与日照时数的减少具有较好的对应关系,在华北地区和新疆北部,NPP的增减取决于降水量的增减。东北地区日照时数的增加和气温的升高则是NPP增加的主要原因。就全国整体而言,在El Ni?o年植被NPP增加的区域略多于减少的区域,在La Ni?a年NPP增加的区域则与减少的区域基本相等,日照时数是造成El Ni?o年与La Ni?a年植被NPP差异的主要气候因子。未来需要更加关注辐射、极端气候事件以及人为空气污染对中国不同地区植被的影响。     

中国东部夏季降水的年代际变化格局——观测与CESM控制试验模拟结果的对比

根据1961-2005年中国东部389站的夏季降水观测资料,以及通用地球系统模式（the community earth system model,CESM）在固定边界条件驱动下的650年控制试验模拟结果,采用经验正交函数分解和功率谱分析等方法,辨识了中国东部夏季降水年代际变化的主导格局。观测分析与CESM的控制试验模拟结果均表明：中国东部夏季降水年代际变化的主导空间型为“南北反相”（大致以淮河流域为界）和由南到北的多带相间分布（长江流域、东北同相但与华南、华北反相）格局。对比证明：在无任何外强迫变化下,CESM可模拟出观测到的1961-2005年中国东部夏季降水年代际变化的主导空间型和相应的时间位相转折特征。这为深入辨识区域降水年代际异常的主控因子,分析气候系统外强迫变化和内部变率对中国降水年代际变化的影响机制提供了重要依据。     

秦岭南北地区环境变化响应比较研究

利用气象水文部门截止1999年的气象水文实测数据,计算分析在气候变暖过程中中国秦岭具有的区域响应分界意义。由于气候变暖,在百年时间尺度上,通过旱涝指数分析证明秦岭以北进入干旱期,秦岭以南为湿润期;在10年时间尺度上,陕南气温变化较小,而关中气温增高较快,陕南与关中年均气温差值变小;关中和陕南降水量差值变小,二者同时干旱或陕南更干旱,反映出秦岭在气候变化中显著的分界作用。气候变暖,渭河与汉江年径流系数同步减小,其中渭河径流系数由50年代的02下降为90年代的01以下,渭河流域已变为少水带,即相当于气候上的干旱区。秦岭以北地区较其以南地区环境干暖化的趋势更明显,这对于认识全球变化的区域响应差异有参考意义。