青海都兰地区公元850年以来树轮记录的降水变化及其与北半球气温的联系

经过精确定年, 建立了青海都兰地区三个地点的祁连圆柏的树轮宽度年表, 重建了青藏高原东北部公元850年以来上年7月至当年6月年降雨量变化. 重建序列的方差解释量: 1385~2000A.D.为54.7%; 1099~1384 A.D.为50.5%; 850~1098 A.D.为45.7%. 整个千年降水序列呈现明显的3峰2谷的“W”型变化. 其中1571~1879 A.D.长达309年中, 降水偏少, 但是1880~2000 A.D.期间降水稳步上升. 20世纪是青藏高原东北部千年以来降水最高的世纪, 而1962~2000年的降水量是千年中最多的时期, 降水变率也是千年中最大的时期. 重建序列还揭示出在降水偏多的时候, 年际间降水变率大; 相反, 在降水偏少的时候, 年际间降水变率小, 在20世纪的明显增温时段, 降水显著偏高, 降水变率加大, 旱涝变化更加频繁. 本地区树轮宽度年际间的高频变化响应当地降水变化, 而在40年滑动平均后, 十年至百年尺度的低频信号在反映降水低频变化的同时, 也响应大范围气温变化, 它与7条北半球气温曲线变化十分一致, 在不同的时段上都显著相关, 如1852~1982 A.D.之间, 与大部分温度曲线的相关系数在0.9左右. 总体上, 都兰地区温度与降水同步变化, 温度低, 降水量少; 温度高, 降水多. 反映了在百年至千年尺度上都兰地区暖湿和冷干的气候组合模式. 40年滑动后的距平序列可以认为是青藏高原东北部地区分辨率为年的千年温度曲线.     

基于小波分析的河北平原降水变化规律研究

利用1955～2000年月平均降水和年平均降水资料, 采用墨西哥帽小波函数, 对河北平原近45年来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析, 揭示了河北平原降水变化的多时间尺度的复杂结构, 分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点, 并根据主周期对未来降水变化进行了预测. 结果表明, 各季节和年降水均存在8～12年左右时间尺度的周期特征; 其次, 4～6年左右时间尺度的周期特征也较明显. 夏季和年降水变化趋势一致, 均有1年和12年尺度的主周期, 夏季降水完全控制年降水. 经降水变化趋势分析, 预测2003年前后河北平原降水将偏少, 大约在2004～2007年河北平原降水将偏多.     

公元1840年以来东亚夏季风降水变化—— 以中国和韩国的树轮记录为例

根据中国和韩国3条树木年轮降水记录, 本文分析了过去160 a以来东亚夏季风降水的变迁历史. 统计分析表明, 年际间中国和韩国季风降水不存在线性相关, 而在10 a尺度上则表现出同步变化的趋势. 1860~1890, 1910~1925, 1940~1960年是3个降水量较多的时段; 1890~1910, 1925~1940, 1960~1998年, 则是3个降水量较少的时段. 3条降水重建序列均揭示1920年代中期东亚夏季风降水快速由多转少. 同时树木年轮季风降水重建序列也被基于中国历史文献记载所划分的旱涝指数和韩国雨量记录所证实.     

青海湖流域圆柏年轮指示的近千年降水变化

根据采自青海湖流域天峻地区树木年轮样本,建立了该地1061a树木年轮年表序列.通过响应函数计算得出,该年表对青海湖区前一年年降水量反映敏感,由其重建了该地的年降水量序列,并应用交叉检验方法对校准方程进行了检验,证明重建方程稳定,重建的年降水变化比较可靠,具有一定的代表性.在10a时间尺度上年降水经历了11个偏多和偏少时段,其中6(7)个显著的偏少(多)时段分别是1001-1060、1131-1320、1411-1510、1691-1740、1811-1850年和1911-1940年(961-1000、1061-1110、1321-1410、1511-1650、1741-1790、1881-1910年和1941-2000年).平均约53a发生一次突变,13-14世纪是年降水的多变时期,12、17和20世纪是年降水的相对稳定时段.     

TRMM多卫星降水分析资料揭示的青藏高原及其周边地区夏季降水日变化

本文在对比了TRMM多卫星降水分析TMPA(TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis)资料和中国643个气象站观测降水量时空分布的基础上,采用2002~2006年夏季TMPA每小时降水量资料,用合成分析和谐波分析的方法研究了青藏高原及其周边地区夏季降水量和降水频率的日变化特征.分析结果表明,平均降水量和降水频率日变化谐波分析的标准振幅显示出青藏高原地区夏季降水具有显著的日变化特征,高原中部地区对流活动日变化最强,其次是高原西南方向的印度半岛地区.谐波分析的位相表明降水量和降水频率最大值出现的时间具有选择性,高原中部降水量最大值多集中在傍晚前后,高原以东的四川盆地通常在夜晚,尤其是在后半夜达到最大值,而长江上游和中下游地区对流活动则分别在上午和下午最为活跃.青藏高原以东地区降水量日变化的位相明显不同于其他陆地地区,也不同于高原中部,具有自西向东传播的信号,四川盆地的夜雨现象可能是高原地区对流活动日变化自西向东传播的结果.     

中国日极端降水和趋势

利用中国2000多站50年以上的日降水资料,提取各站6个极端降水指数,即历年最大值(top-1)、历年10个最大值(top-10)累积量、历年总降水量、历年夏季top-1、历年夏季top-10累积量、历年夏季总降水量,分别形成各站各极端降水指数时间序列.统计了历年全国及6个子区域整个研究资料时段内出现top-1和top-10值的总站次,分别形成历年全国及6个子区域极端降水总站次时间序列.各极端降水指数时间序列的趋势分析表明,中国各站top-1和top-10累积量时间序列趋势分布存在较为一致的3个明显趋势区域,即中国东南正趋势区、西北正趋势区和华北负趋势区,但各时间序列的趋势分布区域特征和趋势幅度增减程度不尽相同;正负趋势明显地区的大多数站点趋势增(减)幅度比(趋势幅度与平均值的比值)达10~30%,部分站点达30%以上.top-1和top-10降水全国年总站次时间序列表明了一致的线性增加趋势,平均每十年分别增加2.4站和15站,但年际差别较大;极端降水年总站次表现为三段极端降水多发期,分别出现在20世纪60年代初、90年代中后期和21世纪初,6个区域极端降水年总站次趋势特征与全国年总站次不尽相同,极端降水全国年总站次出现较多的年份在区域上表现不一样.与降水有关的环流形势要素的时间序列趋势分析表明,华北及上游蒙古高原地区呈现明显的位势高度增加趋势,而低层从中国南部沿海地区到华北地区呈现一条南风风速减弱的趋势带和华北地区水汽含量减少的趋势区,这些趋势特征有利于华北地区极端降水的减少.经验回归水平分析表明,50年一遇重现水平从南部沿海的400~600mm减少到西北地区的50mm以下,相比20年一遇重现水平提升率平均达6.8%,但比降水最大值可小一倍以上.     

40 ka以来青藏高原的4次湖涨期及其形成机制初探

40 ka来青藏高原现在封闭湖区至少经历了4次显著的湖泊扩涨期. 40~28和9.0~ 5.0 kaBP湖涨期是高原暖湿气候时段的产物, 分布范围最广, 湖涨最为显著; 其产生于岁差周期高太阳辐射阶段, 强劲的夏季风形成的丰沛降水是造成湖涨的主要原因. 40~28 kaBP湖涨期, 高原湖域浩瀚, 河湖串联, 湖泊呈现40 ka以来的最高最大湖面. 19~15和13~11 kaBP期间, 高原湖泊扩涨存在区域性, 前者同高原冷湿气候与季节性冰融水增加有关, 后者则与末次冰消期冰融水与夏季风降水增加有关. 造成湖涨期表现形式与环境机制复杂多样的原因, 是北方冷气候事件, 特别是Heinrich事件叠加在由岁差周期太阳辐射变化驱动的夏季风强弱变化背景之上, 高原阶段性冷湿与暖湿环境及其由此形成的高原冰融水阶段性增加的结果.     

黄河与长江流域水资源变化原因

利用1951～2008年黄河与长江流域逐月降水和径流资料,对流域年径流变化进行趋势性检验,分析年降水量和径流量的相关关系变化,比较不同时段流域降水和径流的变化趋势和双累积曲线,以及径流对降水的敏感性变化.结果表明,黄河干流上游年降水量微弱下降,中下游降水减少趋势显著,为8.8～9.8mm/10a;而全流域径流量均呈现显著递减的趋势,为7.8～10.8mm/10a(通过95%置值度检验);径流系数也明显下降,下降范围为0.013～0.019/10a,流域产流能力下降,径流减少趋势在20世纪80年代末至90年代初发生突变.长江流域大部降水减少趋势显著,为18.2～24.7mm/10a;上游(寸滩站,宜昌站)径流减少趋势显著,为9.9～7.2mm/10a,中游(汉口站)和下游(大通站)径流呈微弱下降趋势,为2.9～2.1mm/10a;长江流域上游径流系数增加不显著,中下游径流系数呈显著增加趋势,速率分别0.005/10a和0.005/10a,表明中下游产流能力增强.根据水文参数公式计算,与1951～1969年相比,1970～2008年,降水减少和人类活动引起的下垫面变化对黄河流域径流减少量的贡献率分别为11%和83%;在长江流域,降水减少对径流量变化的贡献占29%,人类活动引起的径流量增加占71%.1980～2008年,黄河流域由于下垫面变化造成径流量减少的比例在兰州、三门峡、花园口、利津分别为97%,83%,83%和91%,降水引起的径流量减少比例分别为3%,17%,17%和9%.长江流域降水减少对寸滩、宜昌、汉口、大通径流量减少的贡献分别为89%,74%,43%和35%,下垫面变化对径流增量的贡献分别为11%,26%,57%和65%.人类活动的作用强度逐年增大,2000年之后,下垫面变化对黄河、长江流域径流变化量的贡献率上升到84%和73%.下垫面变化引起了黄河下游径流减少和长江下游径流增加,在干旱区和湿润区对径流变化的作用相反.造成这一现象的原因是:黄河流域人类的活动用水量的增加直接造成径流减少;长江流域因太阳辐射下降引起实际蒸发量下降,同时湖泊面积减少,下垫面硬化也在一定程度上造成产流能力增加.     

中国东部诸流域的干旱和湿润期:模式和预测

降水观测记录是近50a来中国九大流域干旱和湿润期时空变化分析的基础.以两年为时间尺度引入标准降水指数(SPI)来分析评价气候变化情景,结果表明黄河流域、长江流域和淮河(或珠江)流域等三个主要的区域表现为低频率变化指数:另外分析显示北方地区自20世纪70年代以来干旱更频繁的出现,在SPI时间序列中呈现负趋势变化.这也许与表征SPI信号的长周期有关(24a和48a周期).与这些长周期一起,也有一些其它方面的因素有助于频谱变化,范围从3a到9a不等.在指数时间序列中这些周期成分的存在为长期预测干旱和湿润期提供了很好的条件.     

城市化进程对北京地区冬季降水分布的影响

根据北京地区城市化程度将城市化进程分成两个时期: 即以1980年为分界点, 将1961~1980年划分为城市化慢速期, 1981~2000年为城市化快速期. 利用北京地区14个标准气象站40 a的降水量资料. 研究了城市化进程对北京地区降水分布的影响. 结果表明: 北京地区冬季降水分布发生了显著的、系统性的变化; 城市化缓慢期, 北京地区南部为降水相对较多地区, 北部为降水相对偏少地区; 城市化快速期, 相对降水量的分布正相反, 南部地区变为降水相对较少地区, 而北部变为降水相对偏多地区. 随着城市规模的扩大, 北京冬季“城市热岛”和“城市干岛”效应增强, 加速了云下降水物的蒸发过程, 使城区及南部地区的降水相对减少. 这可能是造成北京冬季降水分布变化的重要原因之一.     

中国近海海平面变化特征分析

用经验正交函数分析方法,对中国近海14年多的测高海平面同化格网资料进行分析,给出了黄海、东海和南海各海平面变化主要主成分的空间变化和时间变化特征.用标准Morlet小波变换方法分析了各海区主成分时间变化序列的时频特征.分析结果表明,各主成分的空间分布特征与当地的海洋环流或洋流特征相对应.时频分析结果显示,中国近海海平面变化的显著周期主要为年周期信号.其次,黄海和东海还显示准2个月的非稳态信号,东海和南海具有较显著的半年周期信号,东海半年周期信号的能量不稳定.此外,在南海及台湾东部海域,首次发现存在较为显著的准540天周期信号,其动力学机制目前尚不明确.坎门和西沙验潮站资料的时频特征分析也验证了该信号的存在.最后本文给出了中国近海海平面在1993~2007年间的平均上升速率和其区域分布特征.     

采用树轮稳定碳同位素重建贺兰山1890年以来夏季(6~8月)气温

贺兰山油松稳定碳同位素分析结果表明, 当年6~8月的平均气温越高, 树轮a-纤维素中的d13C值则越高; 反之, 6~8月的平均气温越低, δ¹³C值越低. 在此基础上, 采用转换函数对贺兰山地区夏季6~8月气温进行了模拟重建, 重建序列的解释方差为34.9% (F = 15.01, p<0.001). 中国夏季(6~8月)的最高气温时段(20世纪20年代后期至30年代)在重建序列中被证实. 同时1910年以来贺兰山地区夏季气温与热带太平洋海温遥相对应, 尤其是1920年前后、1947年前后的极端低温时段与热带太平洋海温的冷气候态非常一致. 表明贺兰山地区气候信号不仅含有区域特征, 同时也受全球大尺度气候变化的影响. 功率谱分析表明, 贺兰山地区夏季(6~8月)气温存在2.56~2.63 a的准周期.     

中国东部夏季降水准两年振荡空间分布及背景场特征

本文采用经验正交函数展开(EOF)及相关分析等方法,使用中国气象局整编的160站1951~2005年月平均降水资料和NCEP/NCAR再分析资料研究了中国东部夏季降水准两年周期振荡的空间模态及其大气环流背景场.结果表明:(1)中国地区降水季节性差异明显,夏季是主要的降水期并具有明显的准两年周期振荡(TBO)特征,中国东部地区是降水TBO方差变化最大的区域.(2)中国东部夏季降水TBO存在两个主要的空间模态,第1模态以27°N为界南北成反位相的变化关系,降水振幅较大;第2模态降水振幅相对较小,大值中心位于河套-华北地区.(3)形成中国东部夏季降水TBO的两个主要空间模态环流背景场明显不同.第1模态与西太平洋海温成正相关,与东太平洋海温成负相关.第2模态则主要与日本海附近的海温成正相关.当夏季降水TBO以江淮偏多时(第1模态),西太平洋海温偏高,东太平洋海温偏低,中国东部及沿海上空850 hPa有异常反气旋,500 hPa高度相关场东亚上空呈"正负正"波列特征,200 hPa南亚高压加强,西风急流位置偏南.当夏季降水TBO降水位置偏北时(第2模态),中国东部及沿海上空有异常气旋,200 hPa南亚高压偏弱,西风急流位置偏北.     

达索普冰芯积累量记录和过去400 a来印度夏季风降水变化

达索普冰芯恢复的积累量指示了过去400 a来的西南季风降水的变化. 积累量与青藏高原温度在年代际时间尺度上有较好相关性. 积累量的准两年周期变化与欧亚雪盖面积变化有很大相关性, 这意味着热带和中纬度地区气候变化存在相互作用. 青藏高原温度与海温也与达索普积累量变化存在相关性. 陆海热力对比加大和减弱是达索普积累量变化的一个直接原因. 这一因素影响降水的长期趋势. 积累量在1921年左右发生的突变是青藏高原-海面温度热力对比加大的直接结果.     

亚洲夏季风5400a BP极端减弱事件与文化演变

根据黄土高原西部万象洞石笋WXB07-4顶部22mm样品的平均误差仅约20a年的230Th绝对定年数据和平均时间分辨率为8a的氧同位素数据,建立了亚洲季风边缘区中晚全新世过渡期亚洲夏季风变迁的时间序列.结果发现,从6420到4920a BP期间,亚洲夏季风呈现出逐渐减弱的趋势,并以6420~6170a BP之间的季风强盛期和较高降水量、6170~5700a BP期间的夏季风平稳波动和在5700~4920a BP期间夏季风出现极端减弱期为主要特征.特别是以5430a BP为突变年代出现在5700~4920a BP期间的亚洲夏季风特征极端减弱事件(5400a或5.4ka事件),经历了约290a的减弱阶段和约350a的增强阶段,在定年误差范围之内与亚洲季风区其他地区洞穴石笋记录具有等时性.通过与过去7000a考古资料的对比发现,中国黄河流域仰韶文化和西辽河流域红山文化早期的衰落发生在夏季风降水由多到少的变化期;5400a BP极端夏季风减弱事件发生造成的降水大幅度减少可能与5500a BP左右黄河流域渭河河谷关中地区杨官寨遗址庙底沟文化、河南西部仰韶中期文化和下游大汶口早期文化、辽河河谷西部红山中期文化的衰落存在一定程度上的联系;5400a BP事件后期(5430~4920a BP)与亚洲夏季风相联系的降水小幅度逐渐增加和随后的剧烈减少可能也与仰韶晚期文化和红山晚期文化的共同繁荣和消失、渭河关中盆地以杨官寨遗址为代表的仰韶晚期文化和上游地区大地湾四期仰韶晚期文化的消失、大汶口中期文化的开始与晚期文化的形成以及龙山文化的兴起、长江中下游崛起的屈家岭文化和良渚文化的相联系.通过与高原石笋降水记录对比发现,高海拔地区夏季风降水在5400a BP事件后期的增加比在低海拔地区显著并具有更大幅度的波动,可能与5300a BP左右马家窑文化在黄河上游河谷地带的兴起及其扩张有关.     

1990s长江流域降水趋势分析

依据国家气象局提供的实测月降水和日降水资料,运用Mann-Kendall(M-K)非参数检验法验证了降水趋势,并通过空间插补法,由点扩展到面,分析了1990s长江流域降水变化特征,发现1990s长江流域降水变化以降水在时间和空间分布上的集中度的增加为主要特点:时间上,年降水的增加趋势以冬季1月和夏季6月降水的集中增加为主;一日降水量大于等于50mm的暴雨日数和暴雨量在1990s也有了较明显的增加.空间上,年降水、夏季降水、冬季降水的增加都以中下游区的增加为主,尤其以鄱阳湖水系、洞庭湖水系的降水增加为主.1990s长江流域春季和秋季降水的减少以5月和9月两个汛期月份的降水减少为主,除金沙江水系和洞庭湖水系等少数地区外,流域大部分地区降水呈减少趋势.上述1990s出现的降水趋势明显与近年来全球变暖背景下长江流域各地区不同的温度及水循环变异有关.     

淮河流域夏季降水的振荡特征及其与气候背景的联系

利用1922~2007年淮河流域和长江中下游夏季降水量资料,使用小波变换、广义极值分布等方法,分析了近86年来淮河流域夏季降水的年际、年代际振荡和概率分布特征.在此基础上,分析了东亚夏季风、太平洋海表温度及东亚遥相关环流等气候背景与淮河流域夏季降水年际和年代际振荡的联系.另外,还比较了淮河流域与长江中下游夏季降水年代际振荡特征及其气候背景的差异.结果表明：①淮河流域夏季降水存在显著的准2年振荡和年代际振荡特征.准2年振荡的强弱变化与年代际振荡强弱变化一致.20世纪90年代末以来,淮河流域夏季降水处在年代际偏多期,准2年振荡特征突出,极端强降水事件的概率亦显著增加;②淮河流域夏季降水年代际振荡与PDO及东亚夏季风年代际振荡关系密切,当PDO处于冷位相年代际阶段且东亚夏季风处于年代际偏弱时,淮河流域夏季降水呈年代际偏多趋势;③淮河流域夏季降水的准2年振荡主要受到东亚夏季风准2年振荡的控制,同时与东亚环流系统从高纬至低纬的＂＋,？,＋＂特定配置有关;④淮河流域与长江中下游夏季降水存在年代际位相差异,其差异主要与西太平洋副热带高压强度和位置的年代际变化有关.     

近50a三峡库区汛期极端降水事件的时空变化

利用三峡库区35个台站1961-2010年汛期(5-9月)的逐日降水量资料,首先定义不同台站的极端降水量阈值,统计各站近50 a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空变化特征.结果表明:三峡库区汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在东西和南北相反变化的差异.三峡库区汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同变化特点的5个主要异常区.滑动t检验表明,三峡库区西南部区代表站巴南的极端降水事件在1974年后发生了一次由偏多转为偏少的突变,北部区代表站北碚在1981年后和1993年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变,中部区代表站武隆在1984年后发生了一次由偏多转为偏少的突变.结合最大熵谱和功率谱分析表明,近50 a来各分区汛期极端降水事件发生频次的周期振荡不太一致,三峡库区东北部区代表站宜昌、北部区代表站北碚和中部区代表站武隆分别存在5、2.4和8.3 a的显著周期.     

全球变暖背景下中亚干旱区降水变化特征及其空间差异

依据Climatic Research Unit（CRU）1930～2009年间的最新0.5°×0.5°网格点的月均降水量序列,本文分析了中亚干旱区近80年来的降水变化特征及其区域差异.结果发现,近80年来主要受西风环流控制的中亚干旱区年降水整体上表现出增加趋势,年降水中以冬季降水的增加趋势最明显（0.7mm/10a）.中亚干旱区近80年来的降水变化存在空间差异,可划分为五个降水变化区域（Ⅰ-哈萨克斯坦西区,Ⅱ-哈萨克斯坦东区,Ⅲ-中亚平原区,Ⅳ-吉尔吉斯斯坦区,Ⅴ-伊朗高原区）,根据年降水分布模式以45°N为界划分为两类：研究区北部的两个区（Ⅰ和Ⅱ区）四季降水较均匀,南部的三个区均以春、冬季降水为主（占全年降水的60%～82%）.在降水变化趋势上,除了中亚干旱区西南（Ⅴ区）在近80年来有微弱的减少趋势外,其他四区均表现为增加趋势,尤以干旱区西部的Ⅰ区和Ⅲ区降水增加显著.近80年来降水增加或者减少的趋势主要取决于冬季的变化趋势.研究还发现,中亚干旱区降水存在较明显的年际变化, 中亚干旱区及其各分区都具有2～3 a的显著周期,南部三区（Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ区）还存在5～6 a的显著周期,在此基础上都具有3～4个阶段性的变化趋势.最近一次趋势性变化开始于20世纪70年代中后期,研究区降水更多的表现出区域的差异性.近80年来,中亚干旱区降水对全球变暖的响应复杂,西风环流变化可能是影响中亚干旱区降水变化的主要因素.     

基于快速傅里叶方法的地震前兆振幅谱分析

利用FFT方法,对地电、地磁、形变及重力等前兆时间序列信号进行分析,结果显示,宝昌地震台及乌加河地震台地电两测向日均值时间序列存在3个主要谐波分量,其中周期近一年的分量物理意义明确.FFT方法在精确确定前兆时间序列中的干扰信息周期时具有较好的效果.