我国干旱半干旱区气候变化特征及其对干湿波动的影响

气候干湿状况是表征区域气候特征的重要指标,是在全球气候变暖背景下,水循环与陆面蒸散发作用的综合结果。本文从湿润度指数入手,结合降水与潜在蒸散的时空变化,分析了我国干旱半干旱区气候特点与干湿变化特征及对土壤湿度的影响。分析发现：近50年来,我国干旱与半干旱区均呈变湿趋势。干旱区与半干旱区潜在蒸散与降水月差值在年内出现时间上存在不一致,且干旱区明显大于半干旱区;3～9月为干旱气候区潜在蒸散与降水差值大值期,3～6月半干旱区潜在蒸散明显大于降水,7月起差值明显减小。作用分析表明,在干旱区,降水对湿润度指数的影响更大,而对于半干旱区,降水与潜在蒸散作用相当。长期以来,我国整个干旱与半干旱区大部分土壤湿度在逐渐变干,尤其是农业耕作层的浅层土壤,几乎全区域一致呈现变干趋势,说明我国干旱半干旱区农牧业生产存在较大的潜在干旱风险。     

青藏高原及其典型区域土壤湿度的分布和变化特征

基于土壤湿度融合分析产品及气象观测资料,分析了青藏高原及其典型区域的土壤湿度分布特征以及影响因素.结果表明：青藏高原土壤湿度与高原降水季节有较好的对应关系,降水量多的季节对应大的土壤湿度,反之亦然,即夏季土壤湿度最大,春季和秋季次之,冬季最小;高原外围土壤相对较湿,中部较干,夏季土壤高湿度区从藏东南向西北、塔里木盆地向藏东北扩展,冬季土壤高湿度区向藏东南和塔里木盆地收缩;土壤湿度垂直层次呈现出浅层和深层低、中间层高的特点,从浅层到深层土壤湿度的变化幅度逐渐减小;高原典型区域土壤湿度逐日变化规律与高原区域平均的土壤湿度时间演变接近一致,降水量的多少和湿润区、半干旱区土壤湿度高低值有较好的对应关系,湿润区垂直梯度大,干旱区和半干旱区垂直梯度小;蒸发量、风速、气温以及植被状况均会影响到土壤湿度的分布特征.     

1961—2010年云南干湿气候变化

利用15个站点1961—2010年日照时数、降水量和平均温度等气候资料,计算云南5个区域各季节相对湿润度指数,分析云南干湿气候变化特征。结果表明,相对湿润度指数可定量、准确地表达云南各区域自然气候干湿程度,能客观反映云南干湿气候的波动变化和区域性差别。20世纪90年代中期以来,云南干季、雨季潜在蒸散量呈增大变化趋势,同期降水量有减小的趋势变化,从而在气候变暖背景下引发云南气候的干旱化趋势。干季各地相对湿润度指数年际波动变化大,年代际差异明显;雨季各地干湿状况年际波动相对较小,且呈现明显的周期性波动变化趋势。云南5个区域的干湿气候变化既有一致性也有差异性：滇中和滇西南比较一致,滇西北与滇东南差异明显,滇西北与滇东北雨季差异突出、干季较为相似。     

全球增暖背景下中国干湿气候带变化规律研究

用中国区域561个气象站1961—2010年的逐日气象资料,计算了多时间尺度的湿润指数。用ArcGIS软件平台对站点的降水量和湿润指数进行反距离加权插值,得到其空间分布图,进而分别从全球气候变暖背景下和年代际两个角度分析了湿润指数与干湿气候带界线的变化特征。结果表明:在气候变暖背景下,新疆的极干旱区范围缩小;内蒙东部半干旱区东伸增大,西部干旱区南移扩大;山东半湿润区南移扩大;陕西半干旱区加大,湿润区缩小。从年代际变化而言,湿润指数和干湿气候带界线分布有明显的区域特征。东北地区总体呈现干湿交替特征;1970s起,西北地区总体趋湿;华北东南部持续趋干;新疆南部(极干旱区)持续趋湿;南方地区在2000s四川南部和贵州中南部趋干,出现部分半干旱区。另外,根据中国农业区划方案,分别计算7个一级农业类型区湿润指数。发现7大农业区50 a来湿润指数都呈下降趋势(青藏区除外),尤其西南地区在2000s湿润指数下降最为显著,其主要原因是2001年以来该地区潜在蒸散增加和降水偏少造成的。     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

黄淮海地区1961~2006年干湿状况时空变化

自20世纪60年代以来,黄淮海地区的气候出现了降水减少、气温升高的变化趋势,分析气象要素之间的关系及其变化规律,对于合理规划水资源,保障经济可持续发展具有积极的意义.利用干燥度指数对该地区的干湿状况进行了分析,将该地区划分为湿润、半湿润、半湿润半干旱、半干旱半湿润和半干旱5个干湿气候区,其中以半干旱区范围最大.不同干湿类型区域间有明显的纬向分布特征,地势起伏亦对于湿区域的空间分布产生影响.对季节间干湿状况差异分析结果表明,该地区以夏季最为湿润,而冬春两季最为干燥.对年代间干湿状况变化分析表明,20世纪60年代和80年代半干旱区的范围相对较大,80年代半湿润和半湿润半干旱区的范围最大.对逐年干燥度变化趋势的分析表明,随着时间的推移.黄淮海地区干湿区域间的差异有变得更加显著的趋势,即半干旱区干燥度指数逐渐增大,而半湿润和湿润区的干燥度指数趋向减小.     

基于3种指数的全球干湿变化年代际特征

通过对比AI指数、PDSI指数和土壤湿度的变化发现,3种指数能够较为一致地反映全球干湿变化的时空分布特征,在此基础上,研究了全球及不同气候区干湿变化的长期变化趋势和周期信号,并重点分析干湿指数的年代际演变及其变化机制。结果表明:近67 a来,全球整体呈现干旱化趋势,其中半湿润区干旱化最为显著,其次为极端干旱区、湿润区和半干旱区,而干旱区表现为变湿趋势;全球干湿变化存在准20 a的显著周期信号,但不同气候区的主要变化周期存在差异,其中干旱区、半干旱区和湿润区的主周期为准20 a,而极端干旱区和半湿润区为准30 a;潜在蒸散量的显著增加趋势是导致全球干旱化的主要原因,而全球干湿变化的准20 a周期主要由降水振荡所控制。     

辽宁省新旧气候平均值变化及影响分析

根据辽宁省61个气象站1961—2020年逐日气温和降水量数据，对比分析1991—2020年和1981—2010年新旧气候平均值变化及对辽宁省气候业务的影响。结果表明：1—11月平均气温、平均最高气温、平均最低气温均升高；10—12月降水量增幅最大。年及四季平均气温、平均最高和最低气温均升高，增幅自东部和西部山区向中部平原地区增大，中部区域增幅最为显著；平均气温和平均最高气温均以春季增幅最大，平均最低气温夏季增幅最大。年、夏季和秋季降水量减少，春季和冬季增加；7—8月降水量总体减少，东部山区和大连沿海地区降水量增加；7月下旬—8月上旬降水量增加，辽宁西部和南部地区增幅最大，为5%～6%，北部地区增幅最小。气候平均值改变后，四季平均气温及降水量评价等级均发生了变化。     

多时间尺度下黑龙江省1980—2014年干湿演变特征及主导因子分析

利用黑龙江省1980—2014年28个气象台站常规观测资料,计算得到全省的相对湿润度指数。运用ArcGIS反距离权重空间插值法、趋势系数及相关分析法对全省作物生长季及各个季节干旱分布、干湿发展趋势及主要影响因素进行具体分析。结果表明:就相对湿润度指数年际分布而言,生长季干旱主要集中在2000—2010年,夏季和秋季干旱主要集中在1995年之后,春季干旱则在全时段均有发生,其中重旱和特旱居多;就相对湿润度指数变化趋势而言,春季全省整体呈微湿润化的趋势,冬季呈显著地湿润化发展趋势,其余时段则呈现干旱化发展,但不同时段空间差异显著;分析降雨量、潜在蒸散量与相对湿润度指数的相关系数发现,降雨量始终是黑龙江省生长季及各个季节相对湿润度指数变化的主导因子,但夏季潜在蒸散量的影响有所增加。     

近46年青藏高原干湿气候区动态变化研究

利用青藏高原62个气象站1961～2006年逐日气象资料, 用世界粮农组织 (FAO) 在1998年推荐的、并唯一承认的Penman-Menteith模式计算潜在蒸散量; 比较了降水量、积温降水比、气温降水比、蒸散降水比和降水蒸散比5种湿润度指标在青藏高原的适用性, 用常规统计方法和墨西哥帽小波变换分析青藏高原各气候区干湿状况及其界线的动态变化。结果表明: 5种指标中, 用降水蒸散比得到的青藏高原湿润、半湿润、半干旱、干旱和极端干旱气候区的分区结果比较合理; 近46年来青藏高原大部分地区湿润度和每个气候区的平均湿润度均呈增加趋势, 半干旱和半湿润气候区的界线呈向西北推进趋势, 气候在向暖湿方向发展。     

近30年江苏人体舒适度指数变化特征分析

利用江苏地区37个观测站1980－2009年逐日气象资料,通过线性趋势以及通径分析法,对人体舒适度指数（CIHB）的时空演变特征进行了分析。结果表明：（1）近30年来,江苏年均CIHB呈现显著的上升趋势,线性趋势为0.11/年,淮北、江淮之间、苏南的CIHB年际变化特征与全省平均的演变特征基本保持一致;（2）除夏季外,其余三个季节的CIHB均有较明显的上升趋势,其中春季的上升趋势最为明显,秋季次之,冬季的年际变化幅度最大,CIHB春、夏（秋、冬）两季的南北差异较小（较大）;（3）CIHB与温度（相对湿度和风速）存在显著的正（负）相关,其中温度对CIHB的正影响最大,相对湿度和风速对CIHB的最终影响是通过温度起负作用;（4）虽然近30年江苏整个夏季的CIHB不存在明显的变化趋势,但自20世纪90年代初期以来,7、9月份还是存在着弱上升趋势。研究表明,在全球气候变暖的大背景下,对江苏地区的CIHB气候变化特征的研究可为人们应对气象要素变化采取有效防范措施以及旅游、能源业的气象服务提供一定的科学依据。     

近40年夏季江苏引发暴雨的江淮气旋统计分析

使用Lu(2017)改进的温带气旋识别和追踪方法得出的江淮气旋资料,统计分析了近40年夏季江苏引发暴雨的江淮气旋概况、路径、形势特征和对应暴雨的主要落区。结果表明,夏季江淮气旋造成江苏暴雨的频次空间上在江淮之间最多,并向北和向南依次递减;时间上在6月最多,约占该月暴雨总次数的1/3。致暴江淮气旋暴雨落区与江淮气旋的路径有一定的对应关系,在淮北和江淮地区,暴雨在致暴江淮气旋过境地区均匀分布,但在苏南地区,暴雨主要集中在苏南的中西部。致暴江淮气旋天气形势可分为偏西气流型和低槽型两类,其中低槽型出现的次数约为偏西气流型的2倍。偏西气流型暴雨区位于500hPa南侧暖湿的西南气流与北侧西北气流的过渡带中,低槽型暴雨区位于槽前西南气流中。850hPa两种类型基本相似,都为闭合的低涡,且低涡位置相比于700hPa明显南移。江淮和苏南地区的暴雨落区大都位于700和850hPa低涡中心的南侧、700hPa急流的北部和850hPa急流的北侧。偏西气流型和低槽型造成的暴雨范围基本相当,但低槽型产生的暴雨量要大于偏西气流型。     

春季江淮气旋及影响的统计分析

以Lu[1]改进的温带气旋识别方法为基础,结合江苏省73个人工气象观测站的降水资料,统计分析了近35年来春季江淮气旋及其与江苏春季暴雨的关系。结果表明,近35年来,春季江淮气旋发生的次数呈现趋势性递减的变化,其源地主要集中在安徽西南部的大别山东侧和西北部的淮河上游平原。江淮气旋对沿江苏南的春季暴雨有重要影响,而对淮北地区暴雨的影响最弱,给江苏春季带来区域性暴雨的江淮气旋主要是介于中尺度和天气尺度之间的次天气尺度系统。引起淮北和江淮之间两个区域暴雨的江淮气旋源于皖、豫、鲁三省交界处的比例较高。春季江淮气旋造成的暴雨区主要位于气旋中心附近和气旋的南部。其中,淮北地区雨区主要位于气旋中心附近,沿江苏南的雨区在气旋中心和南部均有分布。气旋中心涡度和风速大小、低空西南急流的位置和水汽通量辐合的位置是暴雨落区差异的主要原因。     

我国西部冬季扰动源涡与东部夏季雨带分布

我国西部 (85°10 5°E)冬季“扰动源涡”的位置对夏季东部雨带的配置具有支配作用。当西部“源涡”位于 35°N以北时 ,东部雨带多出现在黄河流域及其以北 (Ⅰ类雨型 ) ;源涡位于 32°35°N之间时 ,夏季雨带多出现在淮河流域 (Ⅱ类雨型 ) ;当源涡位于 32°N以南时 ,雨带多出现在长江流域或江南 (Ⅲ类雨型 )。藏东南热点区冬季的中强地热脉冲对我国夏季江淮和川黔的大水具有很强的指示作用     

基于决策树算法的江苏省不同区域 短时强降水预报研究

采用2000—2019年13个地级市气象站地面观测站点观测资料以及ERA5再分析资料,基于机器学习中的经典的C4.5算法对江苏省不同区域是否出现短时强降水建立气象要素预报模型。结果表明:基于C4.5算法的决策树预测模型能够较为直观准确的对江苏省不同区域是否发生短时强降水进行预测,并且该决策树模型具有较高的泛化能力。决策树模型利用各区域总样本的前15 a数据样本进行自学习,学习准确率在淮北地区为89.70%,在江淮之间地区为87.89%,在长江以南地区为87.88%,利用各区域剩余5 a样本对该决策树模型的泛化能力进行测试,测试准确率在淮北地区为85.73%,在江淮之间地区为83.39%,在长江以南地区为93.92%。     

江南茶区茶叶生产现状和气候资源特征分析

开展气候资源分析对茶叶生产具有重要的指导意义。本文采用历史资料收集和实地调查等方式,对江南茶区的茶树品种、茶园面积、茶叶产量等现状,以及气候资源、主要农业气象灾害特征进行了调查和分析,并提出了茶叶生产中存在的问题和灾害应对措施。结果表明：江南茶区茶树主要品种有乌牛早、龙井43、福鼎大白茶、迎霜、鸠坑、黄山种、翠峰、安吉白茶等;江南茶区中,湖北省的茶园面积和茶叶产量位居第一,但单位面积经济效益江苏第一,其次是浙江,尔后依次是湖南、江西、安徽、湖北。全区年平均气温15~20℃,≥10℃活动积温4 500~6 500℃·d,年降水量1 000~1 600 mm,年平均相对湿度达70%~80%左右,年日照时数1 500~1 900 h。热量较优,空气湿润,光照充足,是绿茶生产的气候适宜区域。同时,江南茶区也是茶叶主要农业气象灾害高发区,应加强茶树资源监测和农业气象灾害风险评估等方面的研究,在充分利用3S技术基础上提高茶叶生产应对气候变化的能力,大力推进茶叶精细化气象服务。     

1980~2013年安徽霾天气变化趋势及可能成因

对1980~2013年安徽省霾日数的时空变化趋势及可能原因进行了分析,结果表明:(1)1980年以来,霾天气年均发生日数总体呈上升趋势,年际波动较大。不同年代,霾高发区的位置不同:20世纪80年代平均为5.5 d,沿江到江淮之间有零星的高发区;20世纪90年代平均为8.5 d,高发区在沿江中西部的望江和池州、省会合肥、淮北北部的萧县和灵璧;2000年代,平均发生日数为8.7 d,有3个高发区,分别是以合肥为中心的江淮之间中部、沿淮中部地区和沿江中东部地区。(2)按地理位置把安徽省分为6个子区,不同子区年霾日数的变化趋势不同:皖南山区变化较平缓,沿淮地区2000年后上升明显,淮北北部和沿江有先升后降的趋势。(3)地级市平均霾日数呈显著上升的趋势,而县城霾日数上升速度缓慢,且在2008年之后有下降趋势。(4)城市化和汽车拥有量激增导致氮氧化物排放量快速增多,可能是2000年之后地级市霾日数显著增多的主要因子,而县城霾日数变化的驱动因子可能是气候变化原因,如东亚季风强度的变化。     

中国南方旱涝时空分布特征分析

用1955-2001年我国南方81个测站全年逐月降水量资料,利用Z指数确定单站旱涝等级.结果表明,春季华中地区和两广交界处更易发生干旱,湖南与华南沿海地区降水偏多,出现洪涝的几率较大;夏秋两季106～115 °E,23～32 °N区域和四川西北部地区出现干旱的频率较高,洪涝频率较高地区主要集中在长江流域,同时四川南部、云南中部、华南沿海出现大涝的频率较高;冬季南方大部分地区发生旱涝的频率较小,干旱多发区主要集中在云南中部以及江苏、安徽两省,西南部出现降水偏多的频率较高.通过对降水资料的EOF分析发现,我国南方春季降水主要为南旱北涝、南涝北旱两种分布型.夏季降水区域主要分为长江流域与华南沿海地区、云南两个区域,而秋、冬季南方降水分布比较均匀,表现为南方一致旱或涝.     

Simulations of Water Resource Changes in Eastern and Central China in the Past 130 Years by a Regional Climate Model

Anthropogenic influences on regional climate and water resources over East Asia are simulated by using a regional model nested to a global model. The changes of land use/land cover (LULC) and CO₂ concentration are considered. The results show that variations of LULC and CO₂ concentration during the past 130 years caused a warming trend in many regions of East Asia. The most remarkable temperature increase occurred in Inner Mongolia, Northeast and North China, whereas temperature decreased in Gansu Province and north of Sichuan Province. LULC and CO₂ changes over the past 130 years resulted in a decreasing trend of precipitation in the Huaihe River valley, Shandong Byland, and Yunnan-Guizhou Plateau, but precipitation increased along the middle reaches of the Yangtze River, the middle reaches of the Yellow River, and parts of South China. This pattern of precipitation change with changes in surface evapotranspiration may have caused a more severe drought in the lower reaches of the Yellow River and the Huaihe River valley. The drought trend, however, weakened in the mid and upper reaches of the Yellow River valley, and the Yangtze River valley floods were increasing. In addition, changes in LULC and CO₂ concentration during the past 130 years led to adjustments in the East Asian monsoon circulation, which further affected water vapor transport and budget, making North China warm and dry, the Sichuan basin cold and wet, and East China warm and wet.     

气候变化对江苏省小麦生产的可能影响

根据国内外研究结果综合分析,得到ＣＯ２倍增时江苏省温度、降水的变化值,初步确定了ＣＯ２倍增时江苏省小麦生长季内的可能气候情景。分析未来ＣＯ２倍增时对小麦作物的直接影响、间接影响及紫外辐射影响。具体估算了温度升高、降水增加、ＣＯ２浓度上升、紫外辐射增强后江苏省小麦生育期不变和生育期缩短两种情景下的气候生产潜力,并由此分析了气候变暖对江苏省不同地区的利弊影响。结果表明：江北大部分地区小麦产量有所增加,