中国对流性天气现象观测资料质量控制及其年、季节特征分析

基于2 474个国家级气象台站1954-2015年观测的对流性天气现象（包括雷暴、闪电、冰雹、大风）数据,进行了有效的质量控制,并采用气候统计学方法,研究了中国对流性天气的时空变化特征和气候趋势。结果表明：全国平均的雷暴、闪电、冰雹、大风发生频率分别为11.0%、6.8%、0.33%和3.8%,且季节变化明显。我国雷暴、闪电日数自北向南基本呈逐渐增多的格局。在内蒙古地区、青藏高原、沿海地区等三个平均风速较大的地区,发生大风天气现象的日数也相应较多。对流性天气现象年发生日数呈下降趋势。分别有68.3%、67.5%、0.8%、41.6%台站雷暴、闪电、冰雹、大风日数年变化存在显著减少趋势。     

近45年中国扬沙和沙尘暴天气

本文利用1954～1998年中国681个站的气象实测资料,分析了近45年我国扬沙和沙尘暴天气的时空分布特征.结果表明,我国西北、华北、东北和青藏高原地区是扬沙和沙尘暴的主要影响区,其中西北地区是多发区,并有两个明显的高频中心;扬沙和沙尘暴的季节变化大致可划分为3种类型;45年间除青海、内蒙古和新疆的小部分地区扬沙和沙尘暴日数呈增长趋势外,我国北方大部分地区扬沙和沙尘暴日数在减少.进一步分析表明,扬沙、沙尘暴日数与大风日数的年际振荡及多年变化趋势有一致性;70年代以后由大风日数减少所引起的扬沙、沙尘暴减少可能是气候准周期性变化的反映.     

青藏铁路沿线的大风特征及风压研究

选取青藏高原及周边66个气象站资料, 分析了青藏高原及青藏铁路沿线1971-2000年大风日数的空间分布特征及建站以来大风和风向特征, 计算了百年一遇的最大风速和风压. 分析发现: 青藏高原大风日数主要集中在青藏铁路沿线地区, 年际和年代际变化明显; 铁路沿线极端最大风速和历年平均最大风速都出现在铁路中部的托托河, 风向多为偏西风; 铁路沿线50 a、 100 a一遇的10 min平均最大风速和风压都出现在安多地区. 以新疆达扳城为参考站, 推算出青藏铁路沿线各站的列车停驶临界风速. 为确保列车运营安全, 建议在昆仑山口至错那湖间的高山地段风口和列车转弯处建造防风设施.     

基于GRACE 和GLDAS 的塔里木河流域地下水储量演变规律研究

塔里木河流域位于中国西北干旱区,降水稀少,生态脆弱,水资源是维系当地社会经济发展和生态健康的关键因素。文章利用GRACE重力卫星数据和GLDAS全球陆面同化系统数据识别了塔里木河流域2003~2019年地下水储量变化,并分析其时空分布规律。结果显示,2003~2019年间塔里木河流域地下水储量整体呈下降趋势,速率为-2.13 mm/a。在空间分布上,由北向南,地下水储量的下降降幅逐渐减少,天山南坡中段地区地下水亏损最大,而塔里木河下游地下水储量稳步回升,与近十多年的应急生态输水有关。此外,塔里木河流域地下水储量变化与年降水量存在比较一致的年际变化特征。2004、2006~2009年降水量偏少,地下水储量显著减少,降水量多的年份,地下水储量出现回升。基于GRACE和GLDAS的地下水储量分析方法对于对监测缺乏地下水站网的塔里木河流域地下水资源具有较大应用潜力。     

1961-2012年中国5类主要冰冻天气的气候及变化特征

利用1960/1961-2011/2012年中国有冰冻天气观测且序列完整的1 600多站逐日冰冻现象数据, 研究了中国地区冰冻天气的时空气候变化特征. 结果表明: 年平均霜日数超过180天的地区主要分布在青藏高原东北部、天山、大-小兴安岭一带. 霜日数在我国中北部和青藏高原地区以增加趋势为主, 长江流域及其以南地区为减少趋势. 全国平均的霜日数为显著增长趋势, 超过0.05的显著性水平, 线性增长率达到2.03 d·(10a)^-1, 霜日发生频率增强; 年平均积雪日数超过90 d的地区分布在青藏高原东北部、天山、大-小兴安岭一带. 积雪日数无明显时间变化趋势; 年平均结冰日数超过210 d的地区分布在青藏高原、大兴安岭及天山部分地区. 结冰日数全国范围以减少趋势为主. 全国平均结冰日数有明显的年代际变化趋势, 1980-1990年为结冰日数最多年份; 年平均雾凇日数超过30 d的地区主要在天山地区、大兴安岭地区以及四川峨眉山. 雾凇日数以减少趋势为主, 长江中下游部分地区有增加趋势. 全国平均雾凇日数有显著减少趋势, 超过0.01的显著性水平, 线性递减率达到0.60 d·(10a)^-1; 年平均雨凇日数主要分布在南方云贵高原地区以及长江中下游地区的一些高山区域. 雨凇日数在华北平原地区以减少趋势为主, 长江中下游地区部分站点有增加趋势. 全国平均雨凇日数随时间有弱的增加趋势.     

近30a来天山西部积雪与气候变化--以天山积雪雪崩研究站为例

利用位于天山西部的中国科学院天山积雪与雪崩研究站1967-2000年近33 a来的观测记录, 检验了天山西部中山带季节性积雪、冬季降水、冬季平均气温的变化趋势. 结果表明: 季节性积雪的长期变化呈增加趋势, 近33 a来年平均增加1.43%; 冬季气温和降水的变化趋势也是增加的, 其中冬季降水每年平均增加0.12%, 而冬季气温近30 a来升高了0.8 ℃. 对气温时间序列的一次线性倾向估计的倾向值为0.02, 气温变化表现出稳定的升温趋势, 最大熵谱分析表明气温的变化存在2.1 a、 3.6 a、 10.7 a的变化周期. 对多年气温季节的变化研究表明, 升温的季节主要是冬季, 而夏季升温不明显;最大熵谱分析表明降水变化存在2.1 a、 6.4 a、 10.7 a的周期变化, 降水量的变化没有表现出很强的趋势性特点;逐年最大积雪深度在波动中成逐年增加的趋势, 积雪日数和最大积雪深度之间密切相关, 33 a来的积雪日数是增加的. 通过对相关因子和影响因子分析表明, 季节性积雪与冬季气温之间存在着弱的负相关关系, 与冬季降水呈显著的正相关关系.     

新疆不同区域牧业雪灾损失时频变化特征

选用新疆1952-2013年75个县707条雪灾害资料, 采用灰色关联评估模型以县为单位将新疆分为特重雪灾区、 重雪灾区、 一般雪灾区、 小雪灾区. 用气候趋势系数与五阶函数分析各雪灾区牲畜死亡数额的长期变化趋势, 并用morlet小波分析其振荡周期. 结果表明: 全疆及各雪灾区牲畜死亡数额基本都存在23 a左右的长周期, 14～17 a中周期, 10 a左右的小周期, 另外, 还存在5～7 a的小波动, 各区周期振荡的强弱及时间范围不同. 全疆及特重雪灾区牲畜死亡数额长期以来有减少趋势; 而重雪灾区和一般雪灾区牲畜死亡数额长期以来有微弱的增加趋势. 特重雪灾区牲畜死亡数额长期变化趋势决定了新疆雪灾牲畜死亡数额的长期变化趋势, 全疆平均每年因雪灾牲畜死亡数额以0.4%的速率递减, 特重雪灾区每年按上一年度总额1.4%的速率递减. 由于20世纪80年代开始, 新疆有计划、 大规模推行牧民定居工程, 从而大大提高了新疆牧业抗御自然灾害的能力, 以及冬春气温升高的缘故, 使得全疆及各雪灾区牲畜死亡数额大大减少. 因为各牧业区实施牧民定居工程开始的时间不同, 使全疆各雪灾区牲畜死亡数额高值期(年代际与年际尺度振荡的活跃期)进入低值期(少发时期)的临界时间存在差异.     

1953 - 2016年华山积雪变化特征及其与气温和降水的关系

利用华山气象站1953 - 2016年气象观测资料和1989 - 2016年Landsat TM卫星遥感影像数据, 分析华山积雪变化的基本特征及其与气温、 降水和大气环流的关系。结果表明： 1953 - 2016年华山平均积雪日数78.5 d, 积雪主要出现在每年的10月 - 次年5月, 64 a来积雪初日推迟, 终日提前, 初终间日数减少, 年度、 冬半年、 冬季积雪日数分别以8.3 d?（10a）^-1、 7.6 d?（10a）^-1、 4.7 d?（10a）^-1的减少率显著减少。1981 - 2016年华山年度最大积雪深度减少趋势不显著, 年度累积积雪深度以88.2 cm?（10a）^-1的减少率显著减少, 一年中积雪日数、 最大积雪深度和累积积雪深度的减少（小）趋势均以3月最为显著。1989 - 2016年华山区域积雪面积、 浅雪和深雪面积减少趋势不明显。1953 - 2016年华山年度、 冬半年、 冬季平均气温升高, 降水量减少。积雪日数与平均气温存在显著的负相关, 与降水量存在显著的正相关, 气温是影响华山积雪日数的最主要因素。年度、 冬半年和冬季积雪日数突变年份与相应时段平均气温突变年份相近。1953 - 2016年华山冬半年、 冬季平均气温和降水量均与大气环流指数相关显著, 华山冬半年和冬季积雪日数与同期西藏高原指数、 印缅槽强度指数、 南极涛动指数和西太平洋副高西伸脊点指数为明显的负相关, 与850 hPa东太平洋信风指数、 亚洲区极涡面积指数为明显正相关。     

近300a来塔里木河流域旱涝灾害特征分析

干旱与洪涝是极端水文事件中最具有代表性的水文事件,在气候变化的影响下旱涝灾害事件越来越引起人们的关注. 采用传统的气象干旱指标-标准化降水指数SPI和小波分析法、反距离加权法以及线性回归分析,研究了近300 a来塔里木河流域旱涝灾害分布特征及关键影响因素. 结果表明：近300 a来塔里木河流域旱涝灾害呈增加的趋势,且洪涝事件较干旱事件明显. 其中,喀什、阿克苏等地的发生频率最高,并表现为群发性;近60 a塔里木河流域自西向东旱涝灾害事件呈交替现象. 小波分析结果表明,塔里木河流域旱涝灾害呈现15 a的周期性,由此推断未来5~10 a研究区湿润化面积仍有扩大的可能. 大气环流指数与多尺度下的SPI指相关性检验表明,PNA对秋季和冬季的SPI值的影响较为显著;旱涝灾害对农牧业的影响较为严重,其中,洪涝灾害的影响大于干旱.     

基于被动微波遥感反演雪深的时间序列分析我国积雪时空变化特征

利用1978-2005年逐日中国积雪深度数据集,分析了我国积雪空间分布特征和季节时空分布特征,并运用趋势线分析方法和均方根差模拟了积雪深度和积雪日数的变化趋势及异常空间变化特征.结果表明:青藏高原东南、青藏高原西部和南部、新疆北部和东北山区为我国积雪空间分布四大高值区.近28 a来,积雪深度和积雪日数呈增加趋势,20世纪80年代青藏高原明显增加和明显减少趋势并存,90年代整体明显增加,2000-2005年整体基本不变.青藏高原中东部、新疆北部以及东北山区为积雪深度异常变化敏感区,而青藏高原西部则为积雪日数异常变化敏感区.     

基于集对分析的赣江中上游流域汛、枯水期分期研究

南方红壤丘陵区洪涝和季节性干旱灾害并存,合理划分汛、枯水期可为旱涝灾害防控提供科学依据。本文选取并统计赣江上中游国家气象站、水文站旬最大1日降水量、旬最大3日降水量、旬降水总量和旬平均流量,采用集对分析,将赣江上中游流域汛期划分为2月1~28日为汛前期,3月1~31日为前汛期,4月1日~6月30日为主汛期,7月1日~9月10日为汛后期,9月11日~次年1月31日为枯水期。集对分析汛期分期结果与传统汛期相近,理论基础完善,可用于赣江上中游流域水资源综合管理。     

基于GRACE重力卫星数据的黄河源区实际蒸发量估算

利用GRACE卫星数据反演得到黄河源区唐乃亥流域2003-2008年流域水储量变化, 结合同时间段黄河源区降雨及径流资料, 根据水量平衡方程, 估算流域逐月实际蒸发量. 结果表明: 估算的结果与20 cm蒸发皿观测值和SiB2模型模拟的结果具有较好的一致性和相关性. 黄河源区2003-2008年年平均实际蒸发量约为506.4 mm, 其中, 春季(3-5月)为130.9 mm, 约占全年的25.8%; 夏季(6-8月)为275.2 mm, 约占全年的54.3%; 秋季(9-11月) 为74.3 mm, 约占全年的14.7%; 冬季(12月至翌年2月)为26.2 mm, 约占全年的5.2%. 2003-2008年源区降水基本保持不变, 蒸发呈减少趋势, 径流略有增加, 径流峰值期提前, 黄河源区水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 相当于82.6×10⁴ m³·a^-1, 总增加水量约496.6×10⁴ m³. 降水平均增加速率为0.019 mm·month^-1, 水储量增加速率为0.51 mm·month^-1, 而蒸发的下降速率为0.52 mm·month^-1, 径流的增加速率为0.034 mm·month^-1. 因此, 在降水量变化不大的情况下, 蒸发的下降和冻土消融导致水储量的增加明显, 这也是引起地表径流增加的原因.     

湖北清江和尚洞洞穴温度对气候变化的响应

对湖北清江流域和尚洞内、洞外气温进行同步高频监测,发现洞穴温度响应洞外气温的变化,但由于受到洞穴的“缓冲作用” ,由外及里的温度变化幅度变小,时间滞后,且响应的快慢具有明显的季节性。2003- 2008年度监测的数据统计表明,在150m 洞深处,洞内日温度的变化幅度仅0. 2℃ ,明显低于洞外气温变化幅度( 6. 9℃ ) ;同样,洞内夏、冬季节温差变化( 6. 9℃ )也小于洞外( 31. 8℃ )。比较洞内外温度的时间序列,发现日尺度上,洞内气温滞后洞外0～ 2小时,而在季节尺度上则滞后10～ 40天,其中降温阶段滞后小,升温阶段滞后大。此外,一年四季中,洞内温度对外界气温变化的响应呈现慢( 2- 4月)→快( 5- 7月)→较快( 8- 10月)→较慢( 11- 1月)的特点,可能与不同季节下洞穴“缓冲作用”的强弱变化有关。      

近54年渭干河流域径流变化特征及影响因素分析

基于1960~2013年渭干河流域逐月径流量观测资料及逐日气象数据,采用Kruskal-Wallis阶段转换检验、R/S分析、集合模态分解分析(EEMD)等方法研究了近54年渭干河流域径流量的年内、年际变化特征及其影响因素。结果表明:(1)近54年渭干河流域Cv、Cr较大,径流量年内分配不均衡,径流量夏季秋季春季冬季,未来这种趋势会更加明显。(2)径流年际变化特征可分为三个阶段,1960~1976年的枯水期、1976~1993年的平水期和1994~2013的丰水期。(3)径流量总体呈现增加趋势,其中夏季增长最为显著,其次是春秋季,冬季径流量有轻微减少。未来近期内,渭干河径流量还会继续保持增加。(4)流域气温和降水量亦呈增加趋势,突变点在1970s末和1990s初,与径流变化特征吻合,两者呈正相关关系。其中夏季径流量变化主要受降水影响,秋冬季径流量变化主要受气温影响。     

1961-2010年西藏雅鲁藏布江流域降水量变化特征及其对径流的影响分析

采用1961-2010年雅鲁藏布江流域6个气象站近50 a降水量的实测数据,统计降水量的年、干季、湿季平均序列;结合流域6个水文站近50 a年径流序列资料,分析雅鲁藏布江流域降水变化特征及其对径流量的影响. 研究表明： 雅鲁藏布江流域1961-2010年近50 a年平均降水量表现为不显著增加,增加速率为3.3 mm·（10a）^-1,其中干季、湿季分别为1.9 mm·（10a）^-1 和1.4 mm·（10a）^-1,均为增加趋势;降水量的年代际变化在20世纪60年代相对偏多,70年代较平稳,而80年代为最少,到90年代有所回升,21世纪前10 a降水量处于不显著的增多态势. 雅鲁藏布江径流的变差系数C_V值在0.15~0.40之间,年际变化较小. 径流的年代际变化总体上存在一定的周期性波动,20世纪60年代是一个相对的丰水期,70年代减少,80年代达到最小值,之后径流有所回升,进入21世纪前10 a呈不显著增加趋势. 年、湿季尺度上径流量和降水量的相关显著,湿季作为径流主要形成期,其降水量的多寡直接影响流域径流量的丰枯,湿季降水量的增减影响着流域径流量的增减. 由此可见,降水变化是雅鲁藏布江天然径流最主要影响因子,最终也决定了雅鲁藏布江流域年径流量的丰枯.     

变化环境下半干旱草原流域径流变化特征及其影响因子定量分析

地表水文过程在气候波动和人类活动的作用下发生了不可忽视的变化,这种变化对于内蒙古半干旱草原流域来说更为显著。采用改进的M-K趋势检验法、双累积曲线法、累积距平法和小波变换法对典型半干旱草原流域——锡林河流域1963～2015年径流序列的变化特征进行了剖析,并以社会经济指标量化流域内人类活动影响及细化降水特征因素,运用统计检验和主成分分析进行了变化环境下流域径流主要影响因素的定量分析。结果表明,锡林河流域径流量在水文年、季尺度呈现显著(p0.05)减少趋势;流域径流的突变年份为1998年,在其前后影响径流变化的主导因素发生变化,1998年以后径流受到人类活动和气候变化的双重影响;水文年和枯水季径流序列均存在6年、25年左右的周期,而丰水季径流不存在显著周期变化;尽管气候因素中的降水、蒸发、相对湿度及所有人类活动因素与径流显著相关而影响径流,但其中人类活动为径流变化的主导因素。     

《翁同龢日记》中的冷暖感知记录及其对气候冷暖变化的指示意义

依据清代《翁同龢日记》（以下简称《日记》）中逐日的冷暖感知记录和同时期的器测月均温资料，采用相关分析和线性回归分析等统计方法，以月为基本统计单元，对《日记》中冷暖感知记录反演气候变化的能力进行了分析。结果说明，《日记》中的冷暖感知记录可以用于气候变化研究，但是最佳代用指标因气候变化的时间尺度和季节而异。总体而言，极热、偏热、偏凉、极冷日数对年内月到季时间尺度气候变化的代表性较好，其中尤以偏凉和极冷日数最佳。 对于年际尺度上的气候波动，从季节对比来看，冷暖感知日数反演夏季（6-8月份）月均温的能力最差；从冷暖感知类型对比来看，极冷日数是多个月份月均温的最佳代用指标，1、3、5、9和12月份的最佳代用指标均是极冷日数。并且，还可以依据极冷日数的多寡识别极端冷、极端热年。由此可见，古代私人日记中的冷暖感知记录可以用于反演历史时期气候的冷暖变化。     

《翁同龢日记》中的冷暖感知记录及其对气候冷暖变化的指示意义

依据清代《翁同龢日记》(以下简称《日记》)中逐日的冷暖感知记录和同时期的器测月均温资料,采用相关分析和线性回归分析等统计方法,以月为基本统计单元,对《日记》中冷暖感知记录反演气候变化的能力进行了分析。结果说明,《日记》中的冷暖感知记录可以用于气候变化研究,但是最佳代用指标因气候变化的时间尺度和季节而异。总体而言,极热、偏热、偏凉、极冷日数对年内月到季时间尺度气候变化的代表性较好,其中尤以偏凉和极冷日数最佳。对于年际尺度上的气候波动,从季节对比来看,冷暖感知日数反演夏季(6—8月份)月均温的能力最差;从冷暖感知类型对比来看,极冷日数是多个月份月均温的最佳代用指标,1、3、5、9和12月份的最佳代用指标均是极冷日数。并且,还可以依据极冷日数的多寡识别极端冷、极端热年。由此可见,古代私人日记中的冷暖感知记录可以用于反演历史时期气候的冷暖变化。     

不同强度热带气旋对中国降水变化的影响

基于1960—2017年2 000多个气象台站逐日降水数据和中国气象局热带气旋(TC)最佳路径资料集,采用客观天气图分析法(OSAT)识别得到TC降水。研究表明,中国TC降水总体呈显著下降趋势,较12年前的研究结果下降趋势变缓;TC盛期(7~9月)降水占到TC总降水的78.5%,TC盛期降水和TC非盛期降水均呈显著下降趋势。TC降水气候趋势在空间分布上以减少为主要特征,并表现出明显的地域差异,自南向北呈"减少—增多—减少"的分布型,减少趋势中心位于广东和海南。按TC影响期最大强度分级(弱TC、中等强度TC和强TC)研究不同强度TC降水的变化,结果显示,强TC降水表现出显著减少趋势,主要决定着TC总降水的影响范围和趋势等主要特征。进一步分析发现,影响TC频数在1960—2017年呈显著减少趋势,并在1995年发生突变;对1995年前后2个时期的对比研究显示,与前一时期(1960—1994年)相比,后一时期(1995—2017年)影响TC活动频次在20°N以南的海域呈现出显著的减少趋势,减少大值中心位于南海北部,而且这一特征也主要由影响TC中的强TC所决定;强TC的这一变化趋势导致了华南地区尤其是广东和海南TC降水日数的减少,进而使得TC降水减少。