东亚土地覆盖动态与季风气侯年际变化的关系

以东亚地区 １９８２～１９８９年时间序列降水资料及 ＡＶＨＲＲ ８ ｋｍ ＮＤＶＩ数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（５－９月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（ＳＶＤ）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。     

东亚土地覆盖动态与季风气候年际变化的关系

以东亚地区1982－1989年时间序列降水资料及AVHRR 8km NDVI数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（5－9月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（SVD）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。     

华北降水变化研究进展

由于近60 年来华北降水量呈现减少趋势, 使该地区本已紧张的水资源形势更加严峻, 给工农业生产、居民生活、城市运行造成严重威胁, 已引起政府和科学界的高度关注, 例如为缓解华北用水紧张形势, 国家实施了南水北调工程。华北降水发生变化的机理是什么, 搞清这个问题对认识华北降水未来变化趋势及转型很有借鉴意义。本文重点从华北降水年代际变化特征出发, 回顾了海温、东亚夏季风、副热带高压、积雪和海冰变化影响华北夏季降水的机制。在归纳总结的基础上, 指出了未来研究方向, 主要包括华北降水什么时间发生转型, ENSO影响华北降水的机制以及ENSO长期变化趋势对华北降水年代际变化的影响, 印度洋海温异常影响华北夏季降水的机制, 如何更好地定量描述东亚夏季风季节内、年际、年代际变化及其影响华北夏季降水的机制, 副热带高压季节内变化、长期变化对华北夏季降水的影响。     

Spatiotemporal variations in moisture conditions across Monsoon Asia during the last 500 years

Spatial and temporal variations in moisture conditions across monsoon Asia were investigated using 347 Monsoon Asia Drought Atlas(MADA) grid points and 100 Chinese historical documents sites during the years 1470-2000. We applied Rotated Empirical Orthogonal Function(REOF) analysis to evaluate spatial moisture variability during the past 530 years.The first 13 principal components together explained 61.35% of the total variance, with the First Principal Component(PC1) accounting for 14.1%. After varimax rotation to the first 13 EOFs, we obtained new time series and spatial patterns.These patterns divided monsoon Asia into 13 regions with coherent moisture variability. Drought events were analyzed within these 13 regions. The results indicate that there has been a prominent drying trend in eastern and central Mongolia,Southeast Asia and east China during the last 50 years. Conversely, India and the Tibetan Plateau show a significant increase in moisture around the late 20 th century. We found four drought periods, A.D. 1625-1644, A.D. 1710-1729, A.D.1920 s, and A.D. 1975-1999 occurred widely across monsoon Asia during the past 530 years. On inter-annual time scales,moisture variations in the northwest region of monsoon Asia, the Indian subcontinent and Southeast Asia are influenced by the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO). Thirty-year running correlation coefficient diagnostic analysis revealed that moisture variability in monsoon Asia is associated with the Pacific Decadal Oscillation(PDO).     

山西夏季不同等级降水时空演变特征及其影响要素研究

基于1961—2018年降水观测资料,应用经验正交函数分解（EOF）、大气诊断等方法对山西夏季不同等级降水时空演变特征及其影响要素进行分析。结果表明：① 山西夏季降水量主要由大雨贡献（51.9%）,但在降水频次上以小雨为主。山西大雨与小雨事件存在显著差异。小雨多年平均雨量由南至北递增,而大雨却由南至北递减。此外,EOF表明全区一致型均是不同等级降水中的主空间模态,但在小雨和大雨中高载荷区存在明显差异。② ENSO在影响山西降水特别是大雨中占据主导,而NAO在小雨中作用更为突出。对大气环流异常结构的诊断分析表明,冷（暖）ENSO位相时,源于热带西太平洋并经由南海北上的季风水汽输送增强（减弱）,同时在ENSO和中高纬度大气活动联动调控下,在东亚地区建立的异常反气旋（气旋）可通过其西支南（北）风气流引导（抑制）季风水汽向山西进一步纵深推进,两者共同调配使得山西大雨事件增多（减少）;NAO主要通过一条沿西欧?东欧?乌拉尔山?蒙古高原的高纬度路径对降水施加影响,NAO正（负）位相时,在蒙古高原甚至山西建立的深厚异常（反）气旋通过其南支西（东）风一方面阻挡低纬度季风水汽进入山西,另一方面增强（减弱）山西有限的内陆水汽供应,从而引起山西小雨事件的增多（减少）。     

1982-2015年柴达木盆地不同流域植被气候响应差异

基于1982-2015年生长季（5~10月）GIMMS-MODIS融合数据、气象数据,利用一元线性回归和相关分析等方法研究柴达木盆地及各流域植被NDVI的时空演变及其与气候要素的关系。结果表明：（1）柴达木盆地植被整体上趋于改善,NDVI与气温和降水呈显著正相关。（2）盆地内各流域NDVI呈现不同程度的增长趋势,区域气候差异明显,盆地东部NDVI平均值与气温和降水的关系表现为以1989年和2002年为转折点的3段式特征,而盆地西部呈现出以1994-1995年为节点的2段式特征。（3）盆地东西部植被对气候要素响应的差异性显著,这可能与高原季风、西风环流及下垫面等因素有关。     

东亚土地覆盖环境背景数字地面模型研究

应用地理信息系统、遥感技术及数字地面模型方法,选取影响东亚土地覆盖环境背景的主要因素高程带、坡度、坡向、气温、降水量、最大可能蒸散量、湿润度及植被指数等指标,在统一的投影、统一的空间分辨率、统一的空间范围等前提下,对它们进行单要素的专题数字地面模型研究,并用主成份分析方法将各单项数字地面模型进行集成,生成包含各单项要素特征的综合性的数字地面模型,最后对综合性数字地面模型所反映的东亚土地覆盖环境背景特征作了分析     

厄尔尼诺与亚洲季风对港澳地区降雨影响

分析研究了香港1853～1997年（145年）、澳门1901～1997年（97年）的月和年降雨量的一些特征。主要结论是：（1）香港、澳门年降雨量存在准2～6年的周期振荡，澳门年降雨量有很强的长期趋势，香港年降雨量无明显趋势；（2）香港、澳门年内雨量的峰值出现在西南季风期（6月和8月），而谷值在东北季风期（12月）；（3）EI Nino事件年，香港、澳门年降雨量距平百分率多为正，降雨偏多。在La Nila事件年，香港、澳门年降雨量距平百分率多为负，降雨偏少。     

INTERANNUAL TO INTERDECADAL VARIATIONS OF THE REGIONALIZED SURFACE CLIMATE OF THE UNITED STATES AND RELATIONSHIPS TO GENERALIZED FLOW PARAMETERS

This analysis attempts to discern primary causes of interannual and interdecadal climate variations for precipitation and temperature regions of the conterminous United States. Varimax rotated principal components analysis of annual climate division data is used in the derivation of nine precipitation and five temperature regions. Each region's time series is examined for underlying linear trends, representing long-term climate change, and tests for variance changes, to determine regional climate variability shifts. The first six precipitation components, representing the entire eastern half of the country and the Northwest, displayed significant temporal increases. Of these, four displayed significant increases in interannual variability through time. For temperature, only the Southwestern region showed a significant change (increase) through time. However, significant reductions in temperature variability were confirmed for three regions. To determine the causes of the derived climate shifts, correlation analysis was performed with various atmospheric teleconnection indices. Precipitation trends are most strongly associated with variations in the Southern Oscillation Index (SOI) at the interannual time scale while interdecadal variations are associated more with variations in the Pacific/North American (PNA) teleconnection. Both interannual and interdecadal variations of regional temperature are most strongly related to the PNA, except for the Southwest, which showed a significant correlation to the SOI. This suggests that El Niño/Southern Oscillation (ENSO) events are the source for much of the precipitation change evident in the eastern and Northwestern United States and temperature change in the Southwest. [Key words: climate change, precipitation, temperature, El Niño, Southern Oscillation, United States climate.]     

中国气溶胶分布的地理学和气候学特征

中国人口地理分界线——胡焕庸线根据人口、地理,气候和经济等特点把中国(不包括港、澳、台地区)分为东、西两部分。用2000~2010年MODIS大气气溶胶光学厚度(AOD)资料,分析气溶胶分布的地理学和气候学特征后发现,胡焕庸线还可被视为中国气溶胶地理学的分界线,在其两侧气溶胶的性质和浓度都有明显差别。在人口稠密和海拔较低的东部,由人类活动产生的气溶胶为主,年平均AOD约为0.45;在西部,自然过程释放的气溶胶主导的AOD约为0.25。近10 a来东部AOD的年际间变化呈现增加趋势,西部AOD出现微弱减少的趋势。东部人为气溶胶年际间变化受亚洲季风影响。西部自然气溶胶年际间变化主要受沙漠地区沙尘气溶胶排放源的影响,沙尘天气过程主要控制其气溶胶的释放。     

应用R/S方法分析NDVI时间序列

针对1982--2001年月合成PALNDVI时间序列,应用R／S方法计算中国陆地范围内的赫斯特指数。结果表明：全国范围内的赫斯特指数普遍大于0．5,意味着NDVI时间序列不是马尔科夫序列,而是存在明显的趋势性;中国陆地范围内的赫斯特指数分布存在“西高东低”的特点,说明西部NDVI时间序列表现出更强的持久性;通过分析赫斯特指数分布与陆地覆盖类型的关系发现,在同一生态地区内,裸地的赫斯特指数最高,与其它覆盖类型差异明显。陆地覆盖类型之外的自然条件和人为因素对赫斯特指数空间分布的影响有待进一步研究。     

西南地区冬季气候异常的时空变化特征及其影响因子

利用1961-2010 年的多种观测资料,对西南地区冬季气候异常的时空演变特征及其影响因子进行了分析。结果表明：西南地区冬季气温变化主要存在全区一致和东、西部反位相两种模态,这两种模态均存在显著的年代际变化。全区温度的一致变化与东亚冬季风的异常有关,东、西反位相的变化与西太平洋副热带高压和冷空气的异常活动有关。冬季降水异常主要表现为全区一致的变化特征。北半球环状模(NAM,AO) 和ENSO对西南地区气温没有显著的影响。当NAM偏强(弱) 时,西南地区降水偏多(少)。El Niño 年,西南地区降水一致偏多;La Niña 年,西南地区中部降水偏多,东、西部降水偏少。2010 年冬季西南地区的干旱更有可能是由NAM异常引起的,而不是El Niño。     

河西地区绿洲NDVI的演变特征及与气候因子的关系分析

选取NOAA和NASAPathfinder AVHRR陆面资料中的1982-2000年中国区域的NDVI逐月数据,进行河西地区植被覆盖状况分析,探讨河西绿洲植被的演变规律,分析研究河西地区NDVI的年际变化特征,发现近20年来额济纳绿洲是明显退化的;临泽和民勤是明显的正值,金塔绿洲也为正值,但值较小。从时间段上来说,1982-1984年,NDVI处于相对高值段,各绿洲有所发展;1985-1989年是NDVI的低值段,绿洲退化;1990-1995是NDVI的高值段,绿洲的发展很明显;1996年开始,NDVI有所下降,绿洲有所退化。对1982-2000年河西绿洲的降水、气温、地温、及各内陆河的径流资料与河西绿洲中部临泽、民勤、金塔、额济纳旗四个绿洲的NDVI作了相关分析,研究了河西中部地区绿洲发展和气候变化及水资源的关系,发现河西中部地区绿洲NDVI与前期3、4月份的气温、降水、内陆河径流的关系较好,与5月份地气温差的相关关系较好。     

中全新世7～6ka东亚季风气候的高分辨率石笋记录

基于神农架青天洞石笋两个²³⁰Th年龄、582条纹层计数和183个氧同位素数据,重建了7～6ka B.P.期间平均3年分辨率的δ¹⁸O变化序列。持续约580年振幅达1.8‰的δ¹⁸O在平均值-9.66‰上下波动,指示了东亚季风降水强度的长期演化趋势和高频振荡信息,大致划分为4个百年尺度旋回。青天洞与阿曼石笋δ¹⁸O记录的对比表明,东亚季风和印度季风在百年或更短时间尺度上同相位变化,可能反映了两地季风气候受统一的印度洋/太平洋大尺度水汽循环控制。功率谱分析揭示出163、81、16和11年的周期,大致与树轮Δ¹⁴C百年至数十年尺度太阳活动变化周期相同。     

洞庭湖流域降水同位素与ENSO关系研究

基于洞庭湖流域内长沙市2010年1月至2012年12月降水事件、GNIP(Global Network for Isotopes in Precipitation)长沙站1988~1992年月降水同位素资料及ENSO（厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动）的2个常用指标（南方涛动指数SOI和Nino3区海面温度SST）,分析了流域降水同位素与ENSO关系。结果表明：洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与降水量、气温在日、月尺度上均呈负相关且只有月度上与降水量的负相关不显著。洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与ENSO的SST指标则呈显著正相关。ENSO对洞庭湖流域降水同位素的影响机制可能如下：春季,La Nina年源自西太平洋的东南风强盛,其转向为西南风的区域达到印度洋,而El Nino年,东南风转向为西南风的发生区域位于印度洋以东,前者有利于挟带印度洋远源水汽向中国东部区域输送,进而造成降水同位素的贫化;夏季,La Nina年印度洋水汽输送在中国南海转为经向继而向北延伸,而El Nino年,源自印度洋的水汽沿纬向穿过南海,在东海转向往北延伸,后者有利于挟带西太平洋的近源水汽输送到中国东部季风区,进而引起降水同位素的富集。     

中国陆地净初级生产力时空特征模拟

应用生态系统机理性模型估算1981～1998年中国陆地生态系统净初级生产力 (NPP) 的时空变化,并分析了NPP对年际间气候变化的响应。结果表明,中国陆地生态系统1981～1998年NPP总量波动于2.86～3.37 Gt C/yr之间,平均约为3.09 Gt C /yr ,单位NPP平均约为342 g C m²/yr。在研究时段内,NPP有缓慢增长趋势,年增长率约为0.32%,NPP总量平均值从 1980年代 (1981～1989年) 的3.03 Gt C/yr上升到1990年代 (1990～1998年) 的3.14 Gt C/yr。在一些厄尔尼诺 (El Nino) 发生年,NPP有明显的下降,但由于地域差异和季风环流的影响,NPP同ENSO的关系还十分复杂。从全国来看,在厄尔尼诺现象发生的1982年、1986年、1991年和1997年,NPP都有一定程度的减少。但在1993年和1994年两个厄尔尼诺发生年,NPP并没有表现为明显的下降趋势,1994年NPP总量甚至比上一年增加了0.12Gt,这主要是由于温度和降水量在不同地区的分布差异以及不同地区对厄尔尼诺现象的响应差异造成的。     

1992-2015年中国沙漠面积变化的遥感监测与气候影响分析

目前，关于中国全域年际分辨率长时间序列沙漠面积变化及影响机制的研究较少。利用1995-2015年全国土地利用数据对1992-2015年地表覆被数据中的裸地进行校正，并采用2000年和2002年腾格里沙漠遥感影像解译结果对校正后的沙漠面积的精度进行验证，同时分析不同大气环流区沙漠面积变化的气候变化影响机制。结果表明：1992-2015年中国沙漠面积减少了86 704 km²，东部季风区沙漠面积减少最明显，其次是青藏高寒区，西北干旱区减少最小，减少面积分别是46 109、23 470、17 125 km²。其中，东部季风区沙漠面积减少占比最为明显，达到18.13%。土壤湿度是影响西北干旱区和青藏高寒区沙漠面积年际变化的关键因素，降水、相对湿度和土壤湿度对东部季风区沙漠面积变化有直接影响，林业生态建设工程、退耕还林还草等措施也有一定关系。近20年来中国北方风力减小和人类保护可能是东部季风区沙漠面积减少的主要因素。     

东亚季风强弱变化及其对初夏我国东部地区降水的影响

本文通过对东亚季风系统的分析,发现东亚季风存在3-4年左右的长期振荡.这类振荡与赤道东太平洋海面温度变化有相互作用,形成一个相互反馈的耦合振荡过程.据此提出海温通过季风系统的变化影响初夏我国东部地区降水分布的可能长期天气过程.     

基于多点树轮序列的1768—2006年甘肃降水量变化

选择12个树木年轮宽度年表和28个气象站的降水量资料分别建立甘肃树轮宽度场和降水量场。树轮气候响应分析发现树轮宽度场第一主成分与甘肃28个气象站上年7月至当年6月降水量第一主成分有较好相关性,相关系数为0.580 (p<0.001)。利用线性回归模型重建甘肃上年7月至当年6月降水量第一主成分,方差解释量为33.6% (1961—2006年)。在1768—2006年期间甘肃有11个降水量较多的时期(高于多年平均值)和11个降水量较少的时期(低于多年平均值),分别反映了东亚夏季风较强和较弱的时期。同时,降水量重建序列的低值与西北地区极端干旱历史事件有着良好的一致性。空间相关分析表明该重建序列能够表征甘肃大范围的降水量变化,与实测降水量资料的第一主成分空间变化较为一致。多窗谱分析发现,甘肃降水量具有36.6年(95%)、11.2年 (95%)、4.8年(95%)、3.4年 (95%)、3.1年(95%)、2.6年(95%)和2.4年(99%)的周期变化。甘肃降水量与亚洲中纬度西风区、季风区树轮降水量序列之间存在一定的关联性,甘肃降水量变化与季风降水量的关联要大于与西风区降水量。     

南极地区冰雪消失对全球大气环流和气候影响的数值模拟

本文利用全球大气环流模式通过数值模拟研究了北半球夏季南极地区冰雪覆盖的消失对大气环流和全球气候影响的过程。结果表明南极冰雪消失不仅影响南半球大气环流异常,而且通过引起热带环流异常如增强东亚季风环流和减弱Walker环流等引起北半球大气环流和我国夏季气候的异常。南极冰雪覆盖的消失将给全球气候带来严重后果。文中也对南极冰雪气候效应的动力学机制进行了讨论。