全球变暖背景下皖南气象要素时序分析

基于1957—2018年芜湖、黄山、宁国和屯溪气象站点逐月气象观察数据,采用线性回归趋势分析和Mann-Kendall突变检验等统计方法,分析了气温、降水量、气压、日照时数和相对湿度的时间序列变化特征。结果表明:1)近62年以来皖南地区及其代表气象站点多年平均气温呈明显的上升趋势,四季的气温变化趋势中春季气温增温最显著。冬季突变时间比春季早近10年发生。2)降水量的年际和季节变化总体上表现为不明显,呈现微弱的增加趋势,夏季和冬季部分站点出现突变点。3)各站点平均气压变化的差异较大,芜湖与黄山年平均气压上升趋势明显,宁国与屯溪的平均气压变化趋势相反,呈显著下降趋势。4)日照时数下降趋势明显,年际和季节日照时数都有突变时间,夏秋冬季日照时数有突变性的下降趋势。5)年际和春季平均相对湿度均表现为减小趋势,年际突变检验并不明显,春季相对湿度突变较显著。本研究丰富了全球变暖的区域响应研究,可为研究区社会经济可持续发展提供理论参考。     

东北高空湿度变化特征及其与地面气温和降水的关系

利用1971~2005年探空和地面观测资料,详细分析了东北地区高空比湿和相对湿度的时空变化特征,并探讨了比湿和相对湿度与地面气温、降水量的关系。结果表明：东北地区比湿空间分布主要受到水汽来源的影响,地面由东南向西北递减,高空由南向北递减;相对湿度受水汽、海拔高度和纬度的共同影响,地面和对流层下层由南向北先减后增,对流层中层由南向北递增,赤峰向通辽延伸的西南-东北向干舌地面最明显,随高度增加逐渐减弱。1971~2005年,东北地区比湿从地面到高空均为增加趋势,对流层中下层的增加趋势更加显著;相对湿度在地面呈显著减小趋势,对流层中层呈显著增加趋势。大气比湿与地面气温在年、季尺度上存在一致的显著正相关关系,大气相对湿度与地面气温在季节尺度上存在显著负相关关系;对流层中下层相对湿度与降水量相关最显著;地面气温升高对东北气候趋于干旱化起了重要作用,高空相对湿度增加有利于降水增加,气温与比湿的相互消长,影响了气候的干、湿变化。     

1971-2010年三江源地区干湿状况变化的空间特征

 依据1971-2010年地面观测气象数据,计算了三江源地区湿润指数。利用经验正交函数分解（EOF）和偏相关系数,对近40 a三江源地区干湿状况变化的时空特征及其影响因素进行了分析。结果表明:三江源地区干湿状况的变化在其北部与南部、东部与西部间存在明显反相位变化特征。北部和东部的部分区域分别在20世纪90年代和21世纪后表现出气候湿润化趋势,其余大部地区的持续干旱化趋势始于20世纪80年代初,其中南部与西部变干趋势显著,其湿润指数线性趋势率达到-8%/10 a。虽然三江源地区干湿状况主要决定于降水量和相对湿度的变化,但20世纪90年代中期后气温的显著上升,使得气温也成为关键的影响因子之一,即使在降水明显增加的背景下,也引起三江源主体区域湿润指数的明显下降。气候变暖情景下,北部和东部地区在近十几年暖湿化趋势明显,其余大部地区表现为不同程度的暖干化趋势。     

腾格里沙漠周边地区1960-2012年气候变化特征

根据腾格里沙漠周边地区9个气象站点1960-2012年逐月平均气温、平均最高气温、平均最低气温、降水量、平均相对湿度、日照时数和平均风速的观测资料,利用线性回归、滑动平均和Mann-Kendall突变检验分析了该区1960-2012年气候变化特征。结果表明:1960-2012年,腾格里沙漠周边地区年平均气温以0.34 ℃/10a的速率呈显著上升的趋势,并于1989年发生显著突变;从季节变化来看,冬季升温幅度最大,达0.52 ℃/10a;年平均最高、最低气温均呈显著上升的趋势,但是年平均最低气温的升温速率0.44 ℃/10a明显大于最高气温升温速率0.25 ℃/10a,增暖的不对称性导致年平均气温日较差以0.18 ℃/10a的速率显著减小。年降水量以1.08 mm/10a的速率增加,但变化趋势不显著,四季降水量均有不同程度的增加;湿润指数的变化亦不显著,年、春季、夏季和秋季湿润指数均有减小趋势,冬季湿润指数有增加趋势;年、季平均风速皆呈显著减小的趋势,年平均风速减小的速率为0.15 m·s^-1·(10a)^-1,日照时数以5.6 h/10a的速率呈不显著的增加趋势,各季节日照时数有不同的变化趋势,春季和夏季日照时数呈增加趋势,而秋季和冬季的日照时数呈减小趋势。     

巴丹吉林沙漠周边地区近50 a来气候变化特征

 利用巴丹吉林沙漠周边9个气象站的1960—2009年逐月平均气温、平均最高气温、平均最低气温、降水量、平均相对湿度和日照时数及1960—2008年逐月平均风速的观测资料,运用线性回归、滑动平均和Mann-Kendall突变检验分析了该区近50 a来气候变化特征。结果表明,近50 a来,巴丹吉林沙漠周边地区年平均气温以0.40 ℃/10a的速率显著升高;四季平均气温的升高亦很显著,以冬季的升温速率最大;年、季节平均最高气温和平均最低气温均呈显著升高趋势;年、季平均日较差则显著减小,且以最低气温的升温速率大于最高气温的升温速率为特点。年降水量以0.87 mm/10a的速率呈不显著增加趋势;各季节降水量变化略有差异且均不显著,春季降水量略有减少,夏、秋和冬季略有增加。湿润指数的变化不明显,总体来看,年和冬季湿润指数略有增大,春、夏和秋季湿润指数略有减小。年日照时数以34.8 h/10a的速率显著增加,各季节日照时数亦均有增加趋势,其中春季增加最为明显。年平均风速以-0.092 m·s-1·(10a)-1的速率呈显著减小趋势;各季节平均风速均显著减小,以冬季的减小速率最大。     

近46年来昆明市日照变化特征分析

分析了昆明市1961~2006年日照时数变化特征及与日照百分率、总云量、低云量、水汽压和地面定时能见度之间的关系。结果表明：日照时数呈减少趋势,日照时数的减少幅度为115 h/10 a,其中又以春、夏季减少最快。年日照时数存在突变现象,突变点在1980年。日照百分率与日照时数变化趋势相一致。年低云量、总云量、水汽压略呈增加趋势,总云量和水汽压与日照时数变化呈显著的负相关,是昆明市日照时数减少的主要因素。地面能见度呈下降趋势,表明大气气溶胶含量上升,影响日照时数变化,但不是主要因素。     

新疆不同季节降水气候分区及变化趋势

利用新疆88个测站1961—2006年逐日降水量资料,采用EOF（主成分分析）、REOF（旋转主成分分析）、线性趋势、kendall-τ检验以及累积距平、t检验、信噪比相结合等方法,对新疆四季降水量的空间特征、变化趋势以及突变时间等进行了对比诊断分析\.结果表明,新疆四季降水量EOF的前3个载荷向量场均表现为全疆一致的降水偏多或偏少型、南北疆反变化的南多（少）北少（多）型以及东西反向的东多（少）西少（多）型等3大整体异常结构;在同一约束条件下,不同季节REOF分析所揭示的降水气候分区不同,冬季大致可划分为3个区,春季6个区,夏季7个区,秋季5个区;除南疆偏西地区冬季降水量未出现显著突变增加趋势外,新疆大部地区于1986年前后冬夏降水量同时显著突变增多,与其上空大气可降水量(APW)的增加有关;北疆春季降水量既没有显著的增加趋势,也未发生过突变;南疆大部地区春季降水量曾出现过显著突变增加,但突变时间早晚不一;从长期变化趋势看,北疆北部、中天山两侧及其以东地区秋季降水量虽增加不显著,但在1978年前后出现过突变增加,是季降水量突变最早区域;北疆西部冬、夏、秋降水量均显著增加,是新疆降水量增加最敏感区域,但秋季降水量的突变增加是从1997年开始的,比冬夏突变晚11 a左右,比其东部地区偏晚30 a左右。     

近40年西藏怒江河谷盆地的气候特征及变化趋势

利用1971-2008年西藏怒江流域9个气象站逐月平均气温、平均最高气温、平均最低气温、降水量、日照时数等资料,分析了近40a怒江流域年、季气象要素的变化趋势.并计算讨论了变化趋势与经纬度、海拔高度的相关.结果表明:近40a流域年平均气温以0.26℃/10a的速率显著升高,增暖趋势比中国东北和西北弱.比淮河和华南强,与青藏高原相近.最高气温和最低气温都出现了增高的趋势,年平均气温日较差表现为一致的减小趋势,为-0.13-0.57℃/10a:年降水量以21.O mm/10a的速宰显著增加,各季降水均呈现增加趋势;年日照时数平均每10年减少31.7 h,以夏季减幅最突出.减幅比黄河流域、青藏高原东侧大;地温升高明显.流域上游季节性冻土最大冻结深度呈显著变浅趋势,以安多最明显.日照时数与降水量负相关显著.与夏、秋季大气水汽压呈显著的负相关;大部分站点日照时数的减少,与大气水汽压的显著增加和降水量的增多关系密切.总云量与日较差存在显著负相关.与夏季降水量呈显著正相关,相对湿度的变化不是总云量减少的主要原因.随着纬度的增加和海拔高度的上升,年平均气温升温幅度在加大,年降水量增幅也增大.日照时数的变化趋势仅与经度有着很好的正相关,随着经度的增加,冬季和夏季日照时数的减幅都在减小.     

近52年渭河流域气候变化对植被净第一性生产力的影响

利用渭河流域及其周边地区52个气象站1959-2010年的逐日气象资料,采用周广胜-张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法分析了近52年渭河流域气温、降水、湿润指数的时空变化特征及其对植被净第一性生产力(NPP)的影响,并对其未来变化趋势进行预测。结果表明：(1)在渭河流域,气温呈上升趋势（0.4 ℃/10a,p<0.001）,且北部快于南部,东部快于西部;降水呈减少趋势（-20.1 mm/10a,p>0.1）,且南部快于北部。(2)湿润指数总体下降,仅关中部分地区微弱变湿。(3)NPP高值区位于秦岭山区、关中部分地区;NPP总体下降,仅个别站点微弱上升。NPP下降速率南部大于北部,空间分布格局与同一时期降水量和湿润指数的变化较为一致。(4)NPP与降水量、相对湿度和湿润指数均呈显著正相关（p<0.01）,与潜在蒸散量、日照时数和气温负相关,温度对于NPP累积所起到的作用有限,水分是主要制约因素。(5)不同气候变化情景下对NPP的模拟表明,温度和降水同时上升的情况下,NPP增加15%以上;仅温度升高而降水不变时,NPP增加10%左右;温度上升而降水下降导致NPP不升反降,仅个别地区出现小幅上升。     

云南干季月蒸发量与常规气象要素的关系

基于112个站点干旱期4月39年蒸发皿蒸发量和常规地面气象观测8要素数据,应用EOF和典型相关分析,深入论证各常规气象要素与气候蒸发量的相关性,分析并比较各要素对蒸发量场总方差的解释能力;同时应用线性回归分析作为验证,并探寻多气象要素对蒸发量模拟的最优要素组合。结果显示,从单要素影响角度分析,常规地面气象观测要素与蒸发量相关性的排列次序为：平均相对湿度＞平均气温＞平均地面温度＞日照时数＞平均风速＞平均水汽压＞气压＞降水量,这与蒸发的热力学和动力学理论解释相一致。回归分析验证了典型相关的主要结果;单个常规气象要素中平均相对湿度对气候蒸发量的模拟效果最好;基于平均相对湿度、平均气温、风速、日照时数和平均水汽压资料的前3个要素组合和全部5要素组合,分别是简便普通精度和高精度需求下常规气象要素推算模拟气候蒸发量的最优要素组合。本文加深了对气候蒸发量的相关认识,并对其模拟推算和空间分布量化有重要指导意义。     

柴达木盆地气温、降水突变与周期特征分析

利用柴达木盆地6个站1954—2003年逐月气温、降水量资料,分析其近50年来气温、降水突变和周期特征。结果表明,盆地年气温与夏、秋、冬季气温增加趋势超过0.01显著性水平临界值,春季气温增加和年较差减小趋势达到0.05显著性水平。降水序列中,只有年降水与夏季降水增加达到0.10显著性水平。盆地各气温序列均有突变发生,年气温在20世纪80年代前期发生极显著暖突变,秋、冬季气温突变较春、夏季显著,冬季气温突变时间较其他季节偏早,在各气温序列中年较差突变时间最早。年降水在1976年发生突变,四季降水中只有春、夏季有突变。周期分析显示,盆地年气温变化的主周期按强弱依次为12 a、7 a和3 a,年降水主周期则依次为9 a和4 a。     

石羊河流域1961-2005年蒸发皿蒸发量变化趋势及原因初探

 利用1961—2005年石羊河流域上、中、下游当地气象站的逐月20 cm口径蒸发皿蒸发量、平均气温、平均相对湿度、降水量、平均风速、日照时数、最高气温和最低气温资料,研究了近45 a石羊河流域蒸发皿蒸发量变化趋势及原因。结果表明,45 a来,石羊河流域及上、下游年蒸发皿蒸发量呈上升趋势,中游年蒸发皿蒸发量呈下降趋势,上游上升趋势最明显。四季中,春、秋、冬季蒸发皿蒸发量呈上升趋势,上升最明显的是冬季,其次为秋季,春季变化不明显,夏季蒸发皿蒸发量变化呈下降趋势。石羊河流域在不同时段不同区域年蒸发皿蒸发量都存在明显的6～7 a周期和1～2 a的短周期,并都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域及中、下游年蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和降水,上游的主要影响因子是相对湿度和气温。四季中,春季的主要影响因子是相对湿度和降水;夏季影响石羊河流域及上、中蒸发皿蒸发量变化的主要因子是相对湿度和气温,下游的主要影响因子是相对湿度和降水;秋季影响石羊河流域及中、下游蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和气温日较差,上游其主要影响因子是相对湿度和降水;冬季的主要影响因子是气温和相对湿度。影响年以及春、夏、秋最显著的因子是相对湿度,冬季最显著的影响因子是气温。     

乌鲁木齐市城区和郊区近地层比湿分布和廓线特征

利用乌鲁木齐市城区和郊区的5座100 m气象铁塔10层比湿数据和乌鲁木齐气象站L波段探空雷达资料,详细分析了边界层2 km内比湿廓线特征,城区和郊区近地层比湿季节变化和日变化特征,揭示了乌鲁木齐逆湿的原因,得出以下结果：（1） 乌鲁木齐市比湿季节差异明显,冬季最小,春季、秋季稍大,夏季最大,夏季比湿约为冬季的4~5倍,但秋季仅比春季大1 g·kg^–1。除冬季外,比湿均随高度增加而趋于减小,夏季减小最显著,冬季比湿的垂直变化很小。比湿廓线极小值白天和夜间出现高度相近,且有多个极小值。夏季和冬季比湿日变化最大,且位相相反;夏季夜间大、白天小,冬季与之相反。冬季,郊区比湿小于城区;其余季节城、郊比湿差异不明显。（2） 2 km内存在逆湿现象,逆湿出现概率高于35%,概率1月最大、7月最小。1月逆湿最大高度超过1 500 m,7月逆湿最大高度可达到1 900 m,且最大厚度可达到1 550 m。逆湿强度最大在7月和10月可达2. 5 g·kg^–1·（100 m）^–1,而1月最小。（3） 1月逆湿往往与逆温相伴随,逆温层改变了水汽的垂直分布结构,从脱地逆温层顶起出现逆湿现象,逆湿还与水汽输送有关。本研究可以有效地揭示空气湿度的季节特征,为研究城市大气污染形成的气象因素提供了一个思路。     

1962-2016年阿勒泰地区风速变化分析

利用阿勒泰地区6个气象站点1962-2016年平均风速日值数据资料,采用滑动趋势分析、Mann-Kendall突变检测、Molet小波分析、ArcGIS中插值等方法,研究近55 a来阿勒泰地区平均风速的变化趋势。分析表明：（1）阿勒泰地区风速整体呈显著下降趋势,平均以0.021 1 m·s^-1·a^-1的速率逐步降低,四个季节风速变化趋势与全年一致,其中,夏季下降最突出,递减率为-0.025 4 m·s^-1·a^-1。（2）平均风速空间分布差异明显,总体表现为自西向东逐渐降低。（3）Molet小波分析显示,全年及四个季节平均风速变化均存在25~28 a变化周期,春、夏、秋、冬季表现强弱不同,体现出季节性差异。（4）全区年平均风速于1990年发生突变,但不同季节突变年份存在较大差异,春季、夏季和秋季平均风速突变分别发生在1994年、1993年和1990年,而冬季发生在1983年。（5）城市化进程不是风速显著降低的关键原因,相对于城市化进程,大气环流的变化可能是引起阿勒泰地区风速降低的关键因素。     

近54a蒙古高原降水变化趋势及区域分异特征

近半个世纪，有关全球气候的话题一直是科学界争论的焦点，拥有世界最大温带草原的蒙古高原降水变化是属于全球变化问题，又是其脆弱环境变化的最主要驱动因子之一。通过利用蒙古高原1961—2014年136个气象站点的月降水量数据，采用Sen’ s斜率法、Mann-Kendall趋势检验法和空间地统计方法，研究了该地区近54 a降水要素基本气候特征及其时空变化规律。结果表明：（1）近54 a蒙古高原年降水量呈减少趋势，趋势为-2.30 mm·（10 a）^-1（P＞0.05），整体上年降水量东南及西北显著减少，东北及中南明显增加（2）夏季和秋季降水量呈减少趋势，趋势分别为-5.75 mm·（10 a）^-1和-0.42 mm·（10 a）^-1（P＞0.05）；春季和冬季降水量呈显著增加趋势，趋势分别为1.95 mm·（10 a）^-1和0.50 mm·（10 a）^-1（P<0.05）；季节降水量出现正负距平的年份和周期有所不同。（3）春季和冬季降水量呈增加趋势的站点居多，占全部站点的89.0%和84.6%，主要分布于高原东北部和中南部地区；夏季和秋季降水量呈减少趋势的站点居多，占全部站点的80.1%和57.4%，主要分布于高原东南部和西北部地区。为准确评估蒙古高原气候变化以及合理提出生态环境决策提供科学参考。     

1960-2009年中国西北地区东部低层风切变对雨日的控制作用及其在不同季节的降水效率

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,结合同时次NCEP全球再分析风场资料,在气旋性风切变辨识算法的支撑下,分析了近50年西北地区东部低层气旋性风切变演变对同期雨日多寡的控制与指示作用,结合低层水汽条件与气旋性风切变的配置关系,对其在不同季节对雨日的可能影响程度及降水效率进行了逐一比对与成因探讨。结果表明:在冷暖空气交汇频繁的春、秋两季,即一年中气旋性风切变多发时段,700 hPa气旋性风切变在干旱区和半干旱区,对雨日产生的差异性最为显著,降水效率相差达24%,而冬季仅为10%;通过对比分析西北地区东部不同季节风切变效率多年和少年比湿分布,发现在在春、夏两季,水汽条件对700 hPa气旋性风切变的降水效率影响最为显著。气旋性风切变降水效率概念的引入,不仅较为符合西北地区的天气气候特点,且能够较好地反映雨日与700 hPa气旋性风切变之间在不同季节与不同区域中的相关性,对现实预报有较重要的指示意义。     

共和盆地气候变化及其环境响应

利用共和盆地1953年以来的气象资料,分析了53年来的气候变化特征。结果显示:(1) 共和盆地多年平均气温呈上升趋势,以每10年约0.28℃的倾向率增高,各季节气温和降水变化趋势不一致,春季(3-5月)和夏季(6-8月)气温上升不明显,但秋季(9-11月)和冬季(12-2月)两季上升明显;年降水量呈现微弱的增加趋势,年内分配不均,夏季和秋季降水减少,春季和冬季降水量增加; (2) 共和盆地气候暖干化是目前导致土地沙化日趋严重、草地退化、灾害频繁、河流径流量减少等环境问题的关键性因子,已经对当地的社会经济发展与环境产生了重大影响;(3)共和盆地是青藏高原乃至全球气候变化的敏感地区。