中国西北汛期极端降水事件分析

利用中国西北五省（区）1960—2004年125个台站汛期（5—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,然后统计出了不同台站近45 a逐年汛期发生极端降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析,结果表明:中国西北汛期极端降水事件发生频次同降水量的空间分布有很大的差异;一致性异常分布特征是中国西北汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;中国西北汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为以下6个分区:高原东部区、南疆区、北疆区、西北东部区、青海高原区及河套区;从长期变化趋势来看,高原东部区近45 a来汛期极端降水事件发生频次没有明显的变化趋势,北疆区、南疆区、青海高原区及河套区表现为较明显的的增长趋势,而西北东部区表现为较明显的减少趋势;中国西北汛期极端降水事件发生频次的各主要空间分区中,近45 a来13 a左右的周期振荡表现得比较显著。     

近45 a来中国西北年极端高、低温的变化及对区域性增暖的响应

利用中国西北五省(区)1960-2004年129个台站逐日最低、最高温度资料,从中统计出年极端高温发生频次、年极端低温发生频次、年极端高温强度、年极端低温强度以及年极端高温和低温开始和结束日期,分析了它们近45 a来的变化情况。结果表明:近45 a来中国西北年极端高温发生频次的增加趋势是明显的,而年极端低温发生频次的减少趋势更显著;中国西北近45 a来年极端高温的强度在不断增强,而极端低温的强度在不断减弱;近45 a来中国西北年极端高温开始日期逐渐提前,结束日期逐渐推迟,而年极端低温的开始日期在逐渐推迟,结束日期在逐渐提前;年极端低温发生频次的减少对于西北区域增暖的响应比年极端高温发生频次增加更显著,而年极端低温强度的减弱要比年极端高温强度的增强对西北区域性增暖的响应偏弱,年极端高温发生频次的增加同年极端高温强度的增强对西北区域性增暖的响应程度基本相当。     

中国西北极端降水事件年内非均匀性特征分析

 基于中国西北五省（区）1960—2004年112个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,引入了表征时间分配特征的新参数——极端降水事件集中度和集中期,对中国西北极端降水事件的年内非均匀性特征进行了分析,结果表明：西北年极端降水事件集中度及集中期的平均和异常空间分布都存在很大的区域差异,并且其异常空间分布均可分为6个关键区;而从时间演变来看,各个关键区年极端降水事件的集中度与集中期均表现出了显著的年代际振荡特征,但各分区年代际变化特征并不一致;另外西北东、西部年极端降水事件集中度与集中期表现出反向的变化趋势。     

近50年四川盆地汛期极端降水事件的时空演变

利用四川盆地1961-2006年145个台站汛期的逐日降水资料,分析了该地区汛期极端降水事件的时空演变特征,结果表明:该地区汛期极端降水事件的发生频次分布与降水量分布差异较大,由西向东呈阶梯状递减趋势;川西高原与四川盆地之间以及盆地东西部之间的反位相变化是川渝地区汛期极端降水事件发生频次最主要的两个空间异常模态:该地区汛期极端降水事件发生频次的空间分布可以分为8个区;分别是四川盆地中部区、东部区、南部区、西部区、川西高原西部区、中部区、川西南山地区和重庆东部区;从长期变化趋势来看,汛期极端降水事件发生频次除在四川盆地西部区和重庆东部区分别呈较弱的减少和增长趋势以外,在其余各区的线性趋势都较为明显,其中四川盆地东部区、川西南山地区、川西高原西部和中部区表现为增长,四川盆地中部和南部区表现为减少;从气候因子分析看,汛期西太平洋副高位置的南北变化、东亚以及南亚季风的强弱变化分别对四川盆地东部区、中部区以及西部区的极端降水事件存在显著影响.     

中国西北近45a来夏季无雨日数的诊断分析

利用中国西北五省(区)1960-2004年125个台站夏季(6-8月)逐日降水资料,从中统计出夏季无雨日数,通过EOF、REOF、趋势分析、Morlet小波分析等方法进行了时空特征分析,结果表明：中国西北夏季无雨日数空间分布高值区在新疆的南疆地区,而低值区在青海南部；整个西北地区一致性异常特征是其夏季无雨日数的最主要的空间分布型,高原东部和新疆北部的少部分地区同其它地方呈反向变化的空间分布型也是比较重要的；中国西北夏季无雨日数的空间分型主要有：高原东部型、南疆型、北疆型、青海高原型、河西走廊型及西北东部型；在中国西北夏季无雨日数的6个主要空间异常分区中,近45a来其夏季无雨日数北疆区呈微弱的下降趋势,南疆区和青海高原区表现为较明显的下降趋势,河西走廊区、高原东部区呈较明显的上升趋势,西北东部区呈明显的上升趋势；中国西北夏季无雨日数的各主要空间异常分区中,近45a来其夏季无雨日数11 -13a和7-9a的周期震荡表现得比较明显,而3-5a的高频震荡大多分区也有所反映。     

西北地区5—9月极端干期长度异常的气候特征

利用西北地区107个测站1960—2004年逐日降水资料,统计5—9月连续无雨日数 (日降水量小于0.1 mm),得到西北地区5—9月的逐年极端干期长度,在此基础上分析了极端干期长度的基本时空分布特征;对资料标准化后进行经验正交展开（EOF）和旋转经验正交展开（REOF）,研究其异常的空间结构及时间演变规律;并利用小波分析方法,分析了极端干期的周期性及突变的时间。结果表明：西北地区极端干期长度的气候平均分布与海拔高度及地理位置有较大的关系。西北地区极端干期长度异常在空间上主要表现为整体一致型,其次表现为东西相反的变化趋势。旋转载荷向量场（RLV）反映出极端干期长度的5个异常气候区：高原东北区,南疆区,青海区,北疆区和西北东南区。5个异常区极端干期长度均存在较明显的2~3 a高频振荡;其次西北东南区存在明显的16 a低频变化周期,而其他各区存在明显的8~11 a低频变化周期。新疆及青藏高原20世纪80年代后极端干期有缩短之趋势。高原东北区,青海区,北疆区的极端干期长度的分布有两个突变点;南疆区、西北东南区则各有一突变点。     

增暖背景下中国东北地区极端降水事件的演变特征

利用中国东北地区93站1959~2002年逐日降水资料,研究该区极端降水事件时空演变特征,结果表明:东北地区极端降水事件阈值由东南沿海向西北内陆逐渐减小,6~9月是极端降水事件集中出现月份;1985~2002年是极端降水事件偏多,且为一突变现象;东北地区短时间内连续发生极端降水事件概率较大,其中1~5天时间间隔极端降水事件占23.7%;80年代中期后东北地区增暖背景下,极端降水事件和有1~5天时间间隔的极端降水事件明显增加,特别是松花江下游和牡丹江流域及西辽河上游地区,频次和强度存在增加或增强趋势。     

中国东部气温极端特性及其气候特征

基于百分位等统计方法构建极端气候指数,分析中国东部气温极端特性变化的时空格局和趋势特征,探讨其与全球变暖和区域气候变率的关联性。结果表明,近60 a来,中国东部长期增暖趋势明显,高纬度北方地区和冬、春季节气温对全球变暖响应最为显著;相比于日最低气温,日最高气温上升趋势不明显,黄河与长江之间部分地区日最高温度出现下降趋势。全域日较差总体亦呈减小趋势;与日气温极值的平均状况和气候趋势相一致,极端低温事件强度下降趋势明显,黄河以北及东南沿海地区减弱显著。极端高温事件强度增加趋势并不明显,黄淮地区出现减小趋势;年霜冻日数和冰冻日数以及寒潮持续期的长期变化趋势以减少为主。高温热浪的持续期则以增加为主;中国东部极端气温事件频次与强度的演变格局存在同向一致性。极端低温影响指数的分布呈现北部大于南部、内陆大于沿海地区的特征,全域以一致性下降趋势为主,特别是东部沿海降低最为明显。另外,春季极端低温的影响指数大于冬季,且未有明显减小趋势。极端高温的影响指数增强趋势不明显,地区差异较大,指数的大值区影响增强的趋势显著。相比于强度,极端气温事件频次对全球气候变化的响应更为敏感。同时,副热带高压、南极涛动和北极涛动等区域性气候变率可能是调控中国东部极端气温事件形成和演化的重要因素。     

中国西北地区大范围极端高温事件的大气环流异常特征

 利用中国西北5省(区)90个台站1961—2005年的逐日气温资料,分析了西北五省(区)发生大范围极端高温事件时的大气环流异常特征。结果表明,当出现大范围极端高温事件时,100 hPa南亚高压强度偏强并北移至西北地区上空,副高脊线偏北,同时500 hPa高度场上有一与温度暖中心相匹配的闭合高压单体控制着西北地区,西北地区上空大气高(中低)层为负(正)温度距平。此外,西北地区上空下沉气流强度明显偏强,下沉运动加强中心在300 hPa高度左右。与此同时,除了新疆西南部,西北其他地区的散度场形势都是大气上层辐合,下层辐散,并且辐合辐散强度都偏强,其中的辐合带主要位于150～300 hPa高度,辐合中心及其加强中心在200 hPa高度左右。     

基于广义Pareto分布的广东省近50年极端降水事件研究

利用广东省平均和5个代表站点1961-2010年近50年的逐日降水量资料,采用基于广义Pareto分布的平均剩余寿命图法计算极端降水阈值,并与传统的百分位法进行比较,对广东省极端降水的时间变化和空间分布特征进行了分析。结果表明,平均剩余寿命图法是计算极端降水阈值的一种有效方法,计算结果更能反映极端降水事件的区域差异。近50年来,广东省及各区域极端降水事件的强度和发生频率年际变化较大,均没有明显的上升趋势;热带、南亚热带和中亚热带3个自然分区的变化特征差异明显,空间上表现为南高北低的分布形式。     

中国西北干旱半干旱区近46 a秋季气候变暖分析

 利用中国西北干旱、半干旱区137个测站,近46 a年平均地面气温资料,采用线性趋势分析、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了西北区秋季气温对气候变暖的响应。结果表明：①中国西北干旱、半干旱区秋季气温增温明显,近46 a增温率0.36 ℃/10a. 从1971年开始气温呈增加趋势,1988年有一次显著突变,其后达到一个更显著的增暖时期。②秋季气温标准差在青海高原西部、新疆东部—北疆和内蒙古是一个高值区。③秋季区域平均气温单调增温而无明显转型期,全区性的前10个偏热年,80%出现在1990年以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右和22 a的周期,无论从年代际的变化来看,还是从20 a以上的气候变化层次来看,振幅向高温增大,气温趋势仍在居高不下的位置。④秋季气温存在演变的地域差异,新疆区和蒙陕甘宁青区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区秋季气温异常细分为蒙陕甘宁区、北疆区、南疆区和高原区。西部干旱、半干旱区秋季气温的转折大致在20世纪60年代末期至70年代初期,由下降转为上升;各区秋季气温在1987—1988年发生一次突变。     

气温变暖对西北西风带冬季气温的影响分析

利用中国西北西风带139个气象站1961—2006年历年冬季气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、滑动t-检验、子波分析和功率谱分析等方法,分析了46 a西北西风带冬季气温对气候变暖的响应。结果表明:①中国西北西风带冬季气温近46 a增温率为0.55 ℃/10a. 增温显著的地方是陕西西部、甘肃、宁夏、内蒙古大部、青海中北部-塔里木盆地。仅青海的河南州局地有显著的下降趋势。表明除青海高原局部地区外其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖。②大部分区域冬季气温的年际变化稳定性差,青海高原相对稳定。③冬季气温的演变在西风带一致性程度较高。从20世纪60年代中期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期,21世纪初略有回落;全区性的前10个偏热年,80%出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右的年际周期,在20 a以上的气候变化层次上,气温趋势还处在偏高的位置。④冬季气温演变存在地域差异。一是蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反;二是蒙陕甘宁区和青海新疆区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区冬季气温异常细分为蒙陕甘宁区、高原区、北疆区和南疆区4个分区。冬季气温的转折高原区有异于其他区域,高原区单调增温,无明显转折,而其他区基本一致,在70年代初期转为上升,90年代中期转为下降阶段;冬季气温的突变也是高原区有异于其他区域,高原区1997年发生一次突变,而其他区域则一致为1986年突变。     

近半个世纪中国西北干湿演变及持续性特征分析

 利用1960-2007年中国西北地区248个气象台站的逐日降水、温度资料,通过降水和潜在蒸发均一化干湿指数,从年际演变、季节内变化以及持续性特征等方面较系统地揭示了近半个世纪来西北地区的区域性干湿演变事实,结果表明:在温度与降水双重因子驱动下西北地区的干湿演变特征同降水单一要素驱动下的干旱特征存在明显的差异,说明气候变暖对西北干旱化趋势的贡献程度比较显著;自20世纪90年代后期以来,西北各分区每年异常干旱月份发生概率呈增多趋势,而异常湿润月份发生概率除了北疆地区外,其它分区近10 a异常偏少,这种现象在西北东南部表现得尤为突出。从四季干湿变化来看,冬季表现为湿润化趋势,而春、夏、秋三季呈现出了干旱化趋势。另外西北东南部、青海高原东侧以及南疆地区自20世纪90年代以来,很少出现过持续性湿润事件,而持续性干旱事件却明显多于90年代以前,而且持续性干旱的最长持续时间长,强度大,北疆地区和青海高原48 a来持续性干湿事件发生频次、强度以及持续时间没有明显的趋势变化,而青海高原地区相比其它区域持续性干湿事件偏少,强度偏弱,最长持续时间也偏短。     

西北地区沙尘天气的时空特征及影响因素分析

利用1960—2005年西北地区135个台站的沙尘日数、月降水和气温资料,以及500 hPa高度场和太平洋海表温度资料,通过常规统计和诊断方法,分析了沙尘天气的时空特征及其影响因素。结果表明,除北疆北部外,西北地区大部分地方年平均沙尘日数在5 d以上,沙尘日数25 d以上的地方主要在南疆、青海西部、甘肃河西及中部地区以及宁夏、内蒙古中西部和陕北一带,而50 d以上沙尘高频区主要集中在塔克拉玛干沙漠周边地区以及巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和毛乌素沙地一带。沙尘天气在春季发生最频繁,而很少发生在秋季。近46 a年沙尘日数总体上呈显著下降趋势,在沙尘天气高发区的下降趋势更为明显。20世纪70年代中期开始,沙尘天气发生频数由较多期跃变为一个相对较少期。当北太平洋地区位势高度偏低,青藏高原至新疆500 hPa高压脊异常偏强,亚洲大陆中高纬高度场较常年偏高时,西北地区沙尘日数偏少,反之亦然。当春季太平洋海温表现为厄尔尼诺(拉尼娜)典型态时,同期沙尘日数偏少（多）。     

地理因子在北疆极端气温趋势变化中的作用

论文利用1961—2017年北疆地区37个观测站的逐日气温资料以及高程数据,选取了3类(冷指数、暖指数和极值指数)15项极端气温指数,采用相关分析和灰色关联度统计分析方法,研究了地理因子在北疆极端气温趋势变化中的作用。结果表明：① 北疆地区气候变暖显著,极端气温冷指数呈非常显著的下降趋势,暖指数及极值指数呈显著或非常显著的上升趋势;气候变暖主要体现为极端冷事件频次降低、夜间温度以及极端低温升高,具有白天和夜间变化的不对称性以及低温和高温变化的不平衡性等特征。② 极端气温指数在北疆中部盆地地区上升(下降)趋势最强,在北疆北部及南部山区地带,上升(下降)趋势相对较小。地形分布对气候趋势的影响程度暖指数大于冷指数,海拔高度对极端气温事件的出现频次有较大影响。③ 极端气温指数趋势的经向分布是其空间分布的主导模态。北疆地区极端气温指数趋势性变化北部大于南部、西部大于东部,南北趋势性变化差异最大处位于北疆中部地区。极端气温指数趋势性变化的南北差异与海拔高度呈负相关,在山地地区,纬度对于极端气温指数的气候趋势影响较小,而在盆地地区,纬度为影响极端气温指数气候趋势的重要因子。经向上,除炎热夜数增加趋势与海拔高度的相关性较低外,北疆东部极端气温指数的趋势性变化与海拔高度相关性高于北疆西部。④ 地理因子对极端气温指数的趋势变化具有显著的影响(灰色关联度均大于0.6,为高度关联),影响程度暖指数大于冷指数。地理因子对冷指数的影响在山地、丘陵地区较强,而对暖指数的影响主要为地势较为平缓的丘陵和盆地地区。     

中国西北地区降水异常的气候分析

利用中国西北地区128个气象站1971—2009年逐月的降水资料,用经验正交函数（EOF）、旋转经验正交函数（REOF）、小波分析以及突变分析等方法对西北地区降水的空间异常特征和时间变化规律进行了诊断分析。结果表明:西北地区降水类型可分为降水一致型、东-西型、以及南-北型,并且重要程度依次递减;整个西北地区可以分为6个降水区域,分别为高原东北侧区、北疆区、渭河流域区、高原区、河西走廊区、南疆区;尽管在1971—1909年近40年中西北地区整体呈现出少雨、多雨交替的波动变化特征,却未有明显的变干或变湿的倾向,但是各个异常区的气候变化呈现出了不同的趋势倾向;每个降水异常区域都有明显的周期性和年际、年代际变化特征,普遍存在3~5年左右的短周期和10年、20年左右的长周期,各个异常区所盛行的主要周期以及同一异常区在不同年代所盛行的主要周期均有所差异。