Interdecadal fluctuation of dry and wet climate boundaries in China in the past 50 years

Based on the mean yearly precipitation and the total yearly evaporation data of 295 meteorological stations in China in 1951–1999, the aridity index is calculated in this paper. According to the aridity index, the climatic regions in China are classified into three types, namely, arid region, semi-arid region and humid region. Dry and wet climate boundaries in China fluctuate markedly and differentiate greatly in each region in the past 50 years. The fluctuation amplitudes are 20–400 km in Northeast China, 40–400 km in North China, 30–350 km in the eastern part of Northwest China and 40–370 km in Southwest China. Before the 1980s (including 1980), the climate tended to be dry in Northeast China and North China, to be wet in the eastern part of Northwest China and very wet in Southwest China. Since the 1990s there have been dry signs in Southwest China, the eastern part of Northwest China and North China. The climate becomes wetter in Northeast China. Semi-arid region is the transitional zone between humid and arid regions, the monsoon edge belt in China, and the susceptible region of environmental evolution. At the end of the 1960s dry and wet climate in China witnessed abrupt changes, changing wetness into dryness. Dry and wet climate boundaries show the fluctuation characteristics of the whole shifts and the opposite fluctuations of eastward, westward, southward and northward directions. The fluctuations of climatic boundaries and the dry and wet variations of climate have distinctive interdecadal features.     

近50年来中国干湿气候界线的10年际波动

利用中国北方1951～1999年降水量和年蒸发量资料，计算了干燥度指数（D）。并据此将中国划分为干旱区（D（0.20）），半干旱区（0.20-0.50）和湿润区（D(0.50）），近50a中国干湿气候波动显著，区域差异大；50a波动幅度东北区为20～400km，华北区为40～400km，西北东部为30～350km，西南区为40～370km，以80年代为界，在20世纪80年代以前（包括80年代），西南区气候具有显著变湿趋势；西北东部稍变湿；华北区和东北区具有变干趋势，且华北区变干程度比东北区严重。进入90年代。西南区和西北东部气候有变干迹象。华北区西部气候的干旱程度有所增加，华北区东部有所减弱，东北区气候进一步变湿，半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，是中国季风的边缘地带，也是环境变化的敏感区，20世纪60～70年代中国（北方）干湿气候存在一次突变，由较湿润变为干旱。50年来干湿气候界线呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征，当干湿气候界线同时向西或向北移动时，中国北方气候就变得相对湿润；当同时向东或向南移动时，北方气候就变得相对干旱；当干湿气候界线东西、南北相异移动时，北方气候的干旱程度就介于二者之间。     

1951-2010 年中国主要气候区划界线的移动

根据采用同一区划方法、指标体系划分的1951-1980 年及1981-2010 年中国气候区划结果,对比分析了过去60 年中国气候区划的主要界线变化特征。结果表明：1951-1980 年至1981-2010 年,我国寒温带界线西缩、北移;暖温带北界东段北移,其中最大北移幅度超过1个纬度;北亚热带北界东段平均北移1 个纬度以上,并越过淮河一线;中亚热带北界中段从江汉平原南沿移至了江汉平原北部,最大移动幅度达2 个纬度;南亚热带北界西段北移0.5~2 个纬度;青藏高原亚寒带范围缩小,高原温带范围增加。东北湿润、半湿润区虽转干与趋湿并存,但其中温带地区的湿润-半湿润东界东移,大兴安岭中部与南部的半湿润-半干旱界线北扩;其他地区的干湿分界线虽未出现明显移动,但北方半干旱及华北半湿润区总体转干,河西走廊、新疆及青藏高原的干旱、半干旱区总体转湿;而南方湿润区则趋干与转湿并存。     

基于标准化降水指数的1960—2011年中国不同时间尺度干旱特征

利用1960—2011年中国566个气象站逐日降水资料,采用标准化降水指数对近52年中国的干旱特征进行了详细分析。结果表明：近52年来,中国存在一条由东北向西南延伸的干旱趋势带,东北、内蒙古中东部、华北、西北地区东部以及西南地区东部趋于干旱,而西北地区西部的北疆地区、青海中部以及西藏中北部等地呈显著变湿趋势;华北地区干旱化主要是夏季趋于干旱引起的,东北和西南地区的干旱化主要是夏、秋季趋于干旱引起的,西北地区东部和长江中下游地区主要是春、秋季趋于干旱。东北地区20世纪70年代和2000年后轻旱以上日数较多,60年代干旱日数最少;华北地区和西北地区东部90年代最多,60—80年代旱日较少;西南地区东部2000年后干旱日数最多,60—70年代较少;长江中下游地区60年代和21世纪后干旱日数偏多,80年代较少。60年代,易旱区主要位于西北地区中、西部以及长江中下游部分地区;70年代,西北西部和东北地区是干旱的高发区;80年代,易旱区位于华北、黄淮、内蒙古中西部以及西南东部等地;90年代,易旱区转移到中部,西北地区东南部、华北、黄淮、江淮以及江汉等地是干旱的高发区;进入21世纪后,东北、内蒙古东部、西北地区东部、西南东部以及长江中下游的部分地区干旱高发。     

过去45年中国干湿气候区域变化特征

利用中国1960-2004年降水、平均气温、风速和相对湿度等资料,分别采用降水指数和干湿分类函数作为干湿区域的划分标准,将中国划分成三个干湿等级的区域:干旱区、半干旱区和湿润区。结果发现无论以哪种指数作为衡量干湿的标准,我国过去45年的干旱总面积,即干旱区面积和半干旱区面积之和,均为扩大趋势,湿润面积则为减小趋势,这种情况在近十年表现得尤为显著。而半干旱区面积在分析时段变化的幅度最大,是干湿变化的敏感区。但两种结果之间也存在不同:降水指数的结果表明干旱区和湿润区的面积减小,半干旱区的面积增大;而干湿分类函数得到的各个干湿区域的面积则表明干旱区的增大,半干旱区和湿润区的减小。从定量的角度讲,干湿分类函数估算的干旱区面积的45年平均值比降水指数估算的干旱区面积的45年平均值约大15%,其估算的半干旱面积的45年平均值比降水指数的结果约小9%,而两者湿润区面积的45年平均值相差约6%。最后给出了仅分析降水指数就能反映干湿状况的地区和必须分析干湿分类函数才能确定干湿状况的区域。     

中国土壤湿度的时空变化特征

基于中国155个农业气象观测站1981-2010年逐旬土壤湿度资料,分析了全国和12个气候区域0~50 cm逐层的土壤湿度时空分布规律,采用趋势分析和Cramér-von Mises（CVM）方法探究了土壤湿度的变化趋势及突变性。结果表明：西南、江淮、东北、江南、江汉、黄淮和华南地区各层土壤湿度均高于全国平均值,内蒙古地区最低;随着深度增加,西南地区土壤湿度增加最明显,仅青藏高原地区土壤湿度减小。不同区域0~50 cm各层土壤湿度年变化和季节变化差异明显,并具有阶段性特征,大部地区深层土壤湿度高于浅层;总体上,新疆、华南、华北、青藏高原、东北、黄淮地区1981-2010年土壤湿度减小趋势显著,其中新疆地区减小最为明显。除江淮地区外,各区域土壤湿度均存在较为明显的年际差异,突变时段主要集中在20世纪80年代后期至90年代初期、90年代后期两个时间段。     

两种干湿气候类型评价方法在内蒙古地区应用比较

Holdridge可能蒸散率(PER)和徐文铎湿润指数(HI)在内蒙古地区的应用结果表明:两种干湿气候类型划分差异主要体现在半干旱和亚(半)湿润区,其余气候类型地域分布比较一致。其年代变化的共同点是半干旱区+干旱区+极干旱区面积逐年增加,亚(半)湿润区+湿润区面积逐年减少。PER分类与降水量分布规律明显,而HI分类更多体现了温度和降水的综合影响。在考虑下垫面特征的情况下,徐文铎湿润指数更符合内蒙古地区干湿气候带划分。30 a温度与降水相关分析表明:温度呈显著增加趋势,而降水的下降趋势属正常气候波动。     

中国过去2000年气候变化的评估

根据近20年中国在过去2000年气候变化研究领域的主要文献,对中国(特别是中国东部)过去2000年气候变化进行了综合评估。主要结论有：(1)在中国东部,虽然20世纪暖期的温暖程度非常明显,但至目前为止的研究结果显示,其温暖程度和波动幅度可能尚未超过过去两千年曾经出现过的最高水平。(2)中国东部降水同样存在数百年的趋势变化,且存在明显的区域差异,特别是华北与江南的低频变化趋势几乎相反。就东部地区的总体变化趋势而言：280′sAD以前,相对湿润;自280′SAD开始,逐渐变干;而至1230′SAD以后,则维持在一个相对较干的水平上。(3)中国西部的温度变化趋势与东部基本一致,但中世纪暖期与小冰期不如东部明显。(4)中世纪暖期,中国东部的华北地区相对干旱,江南则相对湿润;而在小冰期,华北地区则相对湿润,且整个东部地区的降水变率增大。     

Holocene climatic change reconstructed from trace elements of an aeolian deposit in the southeastern Mu Us Desert,northern China

In semi-arid and arid desert regions of northern China, aeolian deposits document the framework variation of an Asian monsoon during the late Quaternary. However, there is still a lack of detailed data pertaining to Holocene Asian monsoonal variation especial in the modern Asian summer monsoonal boundary belt. In this study, we reconstructed Holocene millennial-scale climatic changes in the Mu Us Desert, northern China, through systematic analysis of the variation of trace elements(324 samples) in different lithological units of the palaeosol-aeolian sand deposit, in combination with14 C and OSL chronology. Statistical results, correlation and clustering analysis indicate that the high content of 11 trace elements(V, Y, Cr, Nb, P, Mn, Cu, Zr, As, Ni and Rb, represented by P) and lower Sr content corresponding to periods of palaeosol development, marked increase of vegetation, weathering degree, and enhanced Asian summer monsoonal strength. In contrast, their opposed variation are coincident with accumulated aeolian sand layers, implying weaker summer monsoons and less geochemical weathering and degraded vegetation. These associations can be considered as signaling regional humid and dry changes of the Holocene environment. Accordingly, relatively arid conditions dominated the region before 7.2 ka, and there was an optimal humid climate in 7.2-4.6 ka. Afterwards, the climate became obviously dry, accompanied with several cycles of relatively wet and dry, such as relatively wet intervals around 4.1-3.7 ka, 3.5-3.3 ka and 2.5 ka. In addition, six millennial-scale dry events were recorded, and these events were consistent with weaker Asian summer monsoonal intervals in low latitudes, declined palaeosol development and precipitation in middle latitudes, as well as increased winter monsoon and periodic ice-rafting events in high latitudes of the Northern Hemisphere, within limits of accuracy of existing dating ages. This possibly suggests a noteworthy synchronism between millennial-scale climatic changes in this region and on a global scale.     

亚洲季风与中国干湿、农牧气候界线之关系

基于中国553个气象站点1958~2000年日降水量资料、北方295个气象站点同期(20(cm)蒸发皿资料,界定出半干旱区和农牧交错区各自的范围。利用东亚夏季风强度指数(1951~1995年)与印度夏季降水量(1951~1998年)资料, 分析了半干旱区和农牧交错区东南-西北界10年际空间变化与亚洲夏季风的关系。近50年中国干湿、农牧气候界线的动态变化是影响中国的季风环流强弱作用在空间上的实物表现, 季风环流的强弱变化控制着气候界线空间摆动的范围与方向, 其年代际变化是中国干湿、农牧气候界线呈现出年代际变化特征的根源。分析显示, 在现代情况下, 农牧气候界线位置的空间摆动主要反映人类生产活动强度的强弱差异, 人为因素起主导作用。     

东北地区植被分布全球气候变化区域响应

根据东北地区生态气候环境和生物地理规律对Holdridge生命地带分类系统进行修正,将东北地区植被分为寒温带湿润森林、寒温带潮湿森林、温带湿润森林、暖温带湿润森林、温带半湿润森林草甸草原、温带半湿润草甸草原、温带半干旱典型草原、暖温带半湿润草甸草原和暖温带半干旱典型草原等9 个生命地带并分析了其空间分布特征。运用大气环流模式分析东北地区由于温室气体增加导致的气候变化趋势。以此为基础评价东北地区植被分布的区域响应。全球气候变暖情景下,东北地区暖温带和温带范围明显扩大,而寒温带范围缩小甚至退出东北地区,植被分布界限显著北移;同时湿润区面积减少半湿润区和半干旱区扩大,导致森林面积缩小草原面积扩大。     

基于历史文献的1470-2008年中国西北地区气候干湿序列分区重建

基于历史文献中的旱涝灾害记录,采用5级制划分的旱涝灾害等级,使用系统聚类法将中国西北地区19个站点划分为7个分区,利用湿润指数公式重建了西北地区7个分区1470-2008年的年分辨率干湿变化序列,比较分析了各分区干湿气候变化的阶段特征、周期性及跃变现象。结果表明：重建序列信度较高,可用作气候干湿变化研究。西北地区7个分区1470-2008年干湿变化存在着11 a、25~35 a和80~100 a的3类周期变化。其中,11 a和25~35 a的两个周期变化在整个分析时间段内表现得较为稳定;80~100 a的周期变化则表现的较不稳定。世纪尺度和气候代尺度的跃变信号各区皆有出现,位于研究区两边的陕西和玉树地区出现最少,宁夏和格尔木地区次之;位置居中的兰州、张掖、西宁等地区跃变信号出现最多,是气候干湿变化的敏感地带。检测出的干湿跃变信号主要集中在17世纪前后,近百年气候干湿变化则相对稳定。     

中国内陆区湖泊沉积所反映的全新世干湿变化

湖泊沉积记录的环境演变是全球变化的重要研究领域之一,通过对中国内陆区中30 个湖泊研究成果的总结和梳理,探讨了全新世以来该地区干湿变化的规律和区域分异。通过降水量结合传统分区方法将中国内陆区分为西北干旱区、东亚季风边缘区和青藏高原区。对每个湖泊样点以500 年为时间间隔,以孢粉为主要干湿指标,综合氧同位素、有机质及碳酸盐等,将湖泊干湿状况划分3 个干湿等级（干旱,半湿润,湿润）,建立区域干湿指数。结果表明,中国内陆不同区域全新世可能经历了不同的干湿变化过程：①西北干旱区基本上是早中全新世干旱,中晚全新世相对湿润,但区域差异明显;②东亚季风边缘区早全新世早期干旱,早全新世晚期和中全新世相对湿润,晚全新世干旱;③青藏高原区的湿润时期主要发生在早中全新世,但是不同地区有所不同。对比分析显示：西北干旱区的干湿变化可能受西风环流控制,但在时间和强度上区域内部差异较明显;东亚季风边缘区可能主要受东亚季风控制;青藏高原地区早中全新世的湿润可能与印度季风的增强相关。     

Variation of Dry Days Since Last Rain (DDSLR) as a measure of dryness along a Mediterranean – Arid transect

Dry periods between rainstorms control the soil moisture conditions, and are the antecedent conditions for various geomorphological, hydrological and ecological processes. An annual distribution of dry condition, based on the Dry Days Since Last Rain (DDSLR) approach is presented, showing the duration and timing of dry periods for various daily rainfall thresholds and probabilities.Daily rainfall data from five stations along a climatic transect in Israel, extending from the Judean Mountains, which have a Mediterranean climate, to the Dead Sea arid region were studied. The results show that DDSLR values increased with increasing aridity. At a 0.1 mm rainfall threshold, the DDSLR values were similar along this transect. However, at higher daily thresholds, differences among different locations along the transect, become more noticeable.     

中国蓼科花粉类型的地理分布格局及其与生态因子的关系

从蓼科植物的孢粉类型角度,研究了中国蓼科花粉类型的地理分布格局及其与生态因子的关系。根据中国蓼科植物赖以生存的生态因子,得出中国蓼科花粉类型分布区的主要生态因子,包括地理位置(分布中心)、海拔高度、年降水量、年积温及生境数量。在此基础上,根据同一区域内相同或相似的生态环境条件下分布的现代蓼科各种花粉类型,确定一定花粉类型组合所指示的现代气候和环境,为利用地层中蓼科化石花粉重建古气候、古环境及气候变迁提供了现代孢粉学证据。     

宁夏地表湿润状况及极端干湿事件演变规律

利用宁夏1961—2004年月平均气温、月降水量资料,计算了地表湿润指数,以此为基础对宁夏地表湿润状况及极端干湿事件的分布特征进行了较为深入的研究。结果表明:近40多年来,宁夏大致经历了冷湿期、冷干期、暖干期;自20世纪60年代以来,宁夏年极端干旱频率有增加的趋势,极端湿年高频区逐渐缩小; 80年代以来,宁夏极端干旱年事件高频区明显扩大;不同气候型态下,极端干湿事件频率具有明显差异,冷干期极端干旱事件最多,极端湿润事件最少,冷湿期极端干旱频率最小,极端湿润频率最大。     

基于HadCM3模式的我国主要气候区划界线时空预测研究

气候区域分异规律及其时空演变研究是气候变化研究的核心内容之一。以1951-2014年中国气象数据和基于HadCM3模式的1950-2059年气象模拟数据为数据源来分析中国主要气候区划界线的时空变化趋势。结果表明：我国寒温带界线北移,且速度呈加快趋势;中温带和暖温带的北部界线向北移动,且东段界线的移动趋势较明显;亚热带北部界线已越过秦岭-淮河一线,且其东段北移趋势较明显;热带范围逐渐向北扩张。东北地区由湿润转干燥,达到干湿并存的状态;河西走廊、青藏高原和新疆地区总体上呈转湿趋势,虽北方半干旱区有部分区域转换为干旱区,但未出现明显的移动;华北平原等地区的湿润-半湿润界线和干湿区分界线均向西北方向移动;南方湿润区的干湿状况未发生显著变化。     

Three modes of climate change since the Last Glacial Maximum in arid and semi-arid regions of the Asian continent

The westerly winds and East Asian summer monsoon play a leading role in climate change of southwestern North America and eastern Asia since the Last Glacial Maximum(LGM),respectively.Their convergence in arid and semi-arid regions of the Asian continent(AAC) makes the regional climate change more complicated on the millennial-scale.There are still limitations in applying paleoclimate records and climate simulations of characteristic periods to investigate climate change patterns since the LGM in this region.In this study,we adopt two indexes indicating effective moisture and rely on a continuous simulation,a time slice simulation,and numerous paleoclimate records to comprehensively investigate the cli-mate change modes and their driving mechanisms since the LGM in AAC.Results demon-strate a millennial-scale climate differentiation phenomenon and three climate change modes possibly occurring in AAC since the LGM.The western AAC largely controlled by the westerly winds is featured as wet climates during the LGM but relatively dry climates during the mid-Holocene (MH),coinciding with the climate change mode in southwestern North America.Conversely,dry conditions during the LGM and relatively wet conditions during the MH are reflected in eastern AAC governed by the East Asian summer monsoon,which leans to the climate change mode in eastern Asia.If climate change in central AAC is forced by the in-teraction of two circulations,it expresses wet conditions in both the LGM and MH,tending to a combination of the southwestern North American and eastern Asian modes.Precipitation and evaporation exert different intensities in influencing three climate modes of different periods.Furthermore,we identify the significant driving effects of greenhouse gases and ice sheets on westerly-dominated zones of AAC,while orbit-driven insolation on monsoon-dominated zones of AAC.     

中国北方地区40年来湿润指数和气候干湿带界线的变化

本文研究了中国北方地区 196 1～ 2 0 0 0年 4 0年间气候干湿带界线分布和 10年际变化。 4 0年来中国北方地区 ,在东经 10 0°以东地区 ,半干旱区和半湿润区的分界线不断波动向东推进 ,2 0世纪 90年代比 6 0年代向东和向南扩展 ,半干旱区面积扩大 ,半湿润区面积缩小 ,气候趋向干旱化 ;东经 10 0°以西地区 ,极端干旱区面积在缩小 ,湿润指数有增大趋势。如果把温度和湿润指数相结合 ,东经 10 0°以东的黄淮海区和黄土高原区为持续的干暖型 ;东经 10 0°以西的西北地区 ,则由干暖型向湿暖型转变 :河西走廊和东疆盆地转型的时间发生在 2 0世纪 70年代初 ,北疆山地绿洲荒漠地区转型的时间发生 2 0世纪 80年代中期前后。气候干湿带界线的变化取决于降水和潜在蒸发的变化速率。 4 0年来 ,在东经 10 0°以东地区 ,降水和潜在蒸发都呈下降趋势 ,但降水减少速率大于潜在蒸发下降速率 ;在东经 10 0°以西地区变湿的原因 ,研究认为除了降水有所增加外 ,潜在蒸发也在下降 ,而且潜在蒸发下降速率的绝对值大于降水增加速率。     

510年来中国东中部地区气候干湿变化研究

选择上海、武汉、天津和西安为典型区，以1470-1979年逐年干湿等级序列为基本数据源，应用墨西哥帽小波变换方法，对中国东中部地区近510a来不同时间尺度下的气候干湿变化与气候突变特征进行分析，并探讨气候干湿变化的动因。结果显示：19世纪以前气候干湿变化表现出较明显的东西差异；小冰期事件、18世纪气候温和期等非局地性事件在较大区域都有反应，但各地的具体响应程度、方式和时间均有差异；在20世纪气候变暖的大背景下，各地气候均向偏干旱方向演变。百年以上尺度气候干湿变化的原因主要是太阳辐射及其引起的大气环流变化，百年以下尺度的变化则与季风系统短尺度波动、区内各个大气环流系统的相互作用、局地下垫面差异和人类活动等复杂因素的影响有关。