新疆地区夏季降水研究进展与展望

新疆地区面积占中国陆地面积的六分之一,具有典型的温带大陆性气候。新疆的夏季降水量约占全年降水量的54%,夏季也是新疆强降水的高发期。在全球变暖的大背景下,新疆地区暖湿化趋势明显,夏季降水量呈增多趋势。本文回顾了新疆夏季降水的研究进展,主要包括新疆夏季降水的时空分布特征、新疆夏季降水气候影响因子、新疆夏季降水影响系统、新疆夏季降水天气机制以及未来变化趋势,最后对新疆夏季降水研究进行了展望,为对其后研究提供相关参考。     

新疆地区夏季降水研究进展与展望

新疆地区面积占中国陆地面积的1/6，具有典型的温带大陆性气候。新疆的夏季降水量约占全年降水量的54%，夏季也是新疆强降水的高发期。在全球变暖的大背景下，新疆地区暖湿化趋势明显，夏季降水量呈增多趋势。回顾了新疆夏季降水的研究进展，主要包括新疆夏季降水的时空分布特征、新疆夏季降水气候影响因子、新疆夏季降水影响系统、新疆夏季降水机制以及未来变化趋势，最后对新疆夏季降水研究进行了展望，为后期研究提供相关参考。     

1991-2020年新疆降水的时空变化特征

利用新疆35个观测站1991—2020年逐日降水量资料,采用降水变差系数、线性趋势分析、Morlet小波分析等方法研究了新疆天山南、北坡与山区的降水时空变化特征。结果表明:新疆降水量空间分布差异大,从北向南减少的梯度明显且西部多于东部。夏季降水量占全年降水量45%,山区降水量相对稳定,北坡降水四季分布更均衡,南坡降水量主要在夏、春两季。近30年降水量总体呈显著增加趋势,而且秋季降水量增加更明显,降水量具有准10和准20年的周期。     

新疆北部夏季大范围极端降水及其环流异常特征

基于1961—2017年夏季新疆北部45个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用百分位法确定夏季极端降水事件阈值,分析新疆北部夏季不同等级极端降水频数的时间变化特征及雨量与夏季最大日降水量、同月降水量的关系,并通过欧式距离法对12个5级大范围极端降水个例进行聚类分析,重点探讨大范围极端降水分布的环流特征。结果表明:近57 a新疆北部夏季不同等级(4级除外)极端降水频数均呈显著上升趋势,多数站点5级大范围极端降水量为当年夏季最大日降水量,平均占研究区同月降水量的28.6%。夏季大范围极端降水空间分布表现为3种类型,对应200 hPa西亚副热带西风急流轴偏南,40°N以南地区西风加强,500 hPa乌拉尔山高压脊引导冷空气南下,西西伯利亚或中亚地区低值系统活跃,下游贝加尔湖地区高压系统强盛,但系统位置、范围和强度不同,导致大范围极端降水落区不同。同时,中亚地区和新疆东部下游地区分别存在异常的气旋式和反气旋式水汽通量距平,新疆北部异常偏南或偏东的水汽输送为大范围极端降水的发生提供了有利条件。     

1971~2017年新疆夏季分级降水特征

利用1971~2017年新疆100个气象观测站的逐日降雨资料,在降水分级的基础上,采用EOF分解、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对新疆夏季降水特征进行研究,结果表明:受天山山脉影响,新疆夏季降水主要集中在天山山脉附近,呈由北向南递减的空间分布特征;近47年新疆区域平均的夏季降水呈持续增长趋势,存在明显的多时间尺度波动,并在1987年发生由少到多的突变;EOF分析的前四个模态依次反映出新疆夏季降水具有整体一致、南-北向相反、东-西向相反以及中部与周边地区相反的变化特征;从空间分布看,新疆夏季各级降水的雨量与雨日均呈现明显上升趋势,其气候变化趋势系数与夏季降水基本一致,表现出北疆大于南疆、西部大于东部、山区多于盆地和谷地的空间分布特征;从时间变化看,新疆区域平均的夏季各级降水的雨量与雨日以上升趋势为主,其中暴雨的上升趋势最为显著,大雨次之,小雨和中雨最弱;新疆区域平均的夏季各级降水均表现出多尺度周期振荡特征。      

黔东南州近40 a夏季降水时空分布及异常年环流特征分析

利用1981—2020年6—8月近40 a黔东南州16个国家站的月降水量资料和国家气候中心新130项监测指数,采用M-K检验、小波分析等方法,对黔东南州夏季降水时空变化和同期异常年(偏多、偏少)的环流特征指数进行分析。结果表明:近40 a,黔东南州夏季降水量呈现2个波峰、2个波谷的分布特征,2个波峰的相对丰水期为1991—2001年和2014—2020年,2个波谷的相对枯水期为1981—1990年和2002—2013年。降水时间尺度具有11～25 a周期变化,并在20世纪90年代发生了显著变化。降水空间分布主要呈现南北反相和东西反相两种类型。西太平洋副热带高压位置偏南偏西,强度偏强,一定程度上造成了黔东南州夏季降水异常偏多;反之,西太平洋副热带高压位置偏北偏东、强度偏弱,一定程度上造成了黔东南州夏季降水异常偏少。     

新疆巴州地区夏季降水的变化特征及其预测

使用统计方法对新疆巴州地区夏季降水的空间分布和时间演变特征进行了分析。结果表明 :( 1 )巴州夏季降水主要存在两种空间分布型式 ;( 2 )近 4 0年巴州夏季降水呈增加趋势 ;( 3)巴州夏季降水存在明显的 5年和 2年周期变化。最后 ,建立了夏季降水的预报方程并进行了预测试验     

近45a辽宁夏季降水的气候特征

利用1961～2005年辽宁省53个测站,6～8月降水量资料,采用EOF、趋势分析等方法,对辽宁地区夏季降水量的空间分布特征和时间演变规律进行了诊断分析研究。结果表明：辽宁地区夏季降水的空间分布既有整体一致的性质,也存在东南部和西北部相反变化的差异。近45 a来,辽宁地区夏季降水有减少趋势,并且存在着4～6 a的周期变化。辽宁夏季及其各月降水都有明显的年代际变化特征,20世纪60年代夏季降水处于偏多时段,70年代偏少,80年代和90年代偏多,进入21世纪的前5 a降水偏少。     

西藏雅江中西段流域夏季降水量变化特征

利用西藏雅鲁藏布江流域6个代表站降水资料,研究了雅江流域近53年的夏季降水量变化特征。主要结论包括:1963~2014年雅江流域6个站各站年平均降水量在286.2~447.9mm,夏季(6~8月)平均降水量在221.4~355.4mm,占年降水量的71%~85.5%。年最大降水量出现在拉萨,其次是日喀则和泽当,位于雅江偏西段的定日和江孜降水量最少;夏季降水量空间分布特征与年降水量的分布特征基本一致。雅江流域年降水量存在显著的年际和年代际变化特征,降水总量呈增多趋势。夏季降水量对年总降水量的贡献最大,占年降水总量的77%。夏季(6~8月)降水量变化与年降水量的变化趋势一致,即总体呈增多趋势。拉萨、定日、日喀则、浪卡子夏季降水量的变化趋势与雅江流域整体趋势特征一致,其中拉萨最明显,而泽当和江孜降水量呈减少趋势。雅江流域夏季降水量在1998年出现了明显突变,21世纪以来的十几年内存在短时间的突变现象。雅江流域夏季降水量主要存在2~4a和7~8a的变化周期。      

1961—2010年我国夏季总降水和极端降水的变化

利用1961—2010年我国753站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了近50年我国夏季降水的变化,包括夏季总降水量、极端降水量和极端降水频次的变化。结果表明,夏季总降水量和极端降水量的空间分布大致相似,在我国东南和西南部呈上升趋势,在东北和西北部呈下降趋势。用泊松回归拟合出的极端降水频次变化趋势显示,江淮流域及其以南地区测站的降水频次普遍增加,以北地区则呈减少趋势。进一步分析得到,我国大部分地区的夏季总降水量变化由降水平均强度的变化引起,而极端降水量的变化多由降水频次的变化引起。通过比较温度和水汽变化对降水量变化影响的相对重要性得到:在黄河以北大多数地区,水汽变化主导夏季总降水量的变化;而在江淮流域及华南大部分地区,温度变化为主导。     

贵州省汛期降水特征及强降水过程分型研究

【目的】为探究贵州省汛期降水的时空分布特征及演变规律。【方法】利用贵州省81个气象观测站1981—2020年汛期降水资料,采用EOF、REOF及交叉小波分析等方法对贵州省汛期降水时空特征进行分析及强降水过程分型研究。【结果】贵州省1981—2020年汛期平均降水量为924.9mm,降水量在682.7~1194.1mm,呈显著上升趋势,上升速率为16.94mm/10a。贵州汛期降水大体上呈现西南向东北递减的趋势,强降水过程次数及持续天数分布及波动变化与汛期降水基本一致。【结论】贵州省汛期降水分布不均,具有显著的年代际变化。贵州省汛期强降水空间场主要有全省一致型、东西反向型和南北反向型3种典型模态。经REOF方法可将贵州省细分为3个强降水区域,根据环流场分析,又可进一步划分为东部型强降水（I型和III型）与西部型强降水（II型）,各类型强降水落区受500hPa环流分布情况以及850hPa水汽来源与强度的影响。     

天山新疆段植被物候特征及其气候响应

基于MODIS的MCD12Q2数据,采用趋势分析和相关性分析方法,结合遥感降水和气温数据产品,探求了天山新疆段2001—2014年植被物候的时空变化及其影响因素的相对作用。天山新疆段植被物候始期呈明显的垂直地带性分布特征,集中于3月10日至5月15日,全区14年平均值为3月20日;植被物候末期具有纬度地带性分布特征,集中于10月1日至10月25日。天山新疆段植被物候始期在山区呈不显著推迟趋势,绿洲和平原呈不显著提前趋势;植被物候末期主要呈不显著提前趋势;降水量和气温是影响天山植被物候期的重要因素。物候始期受当年春季气温的影响最为显著,也受到前一年冬季降水量的影响,其与降水量呈正相关,与气温呈负相关。夏季和秋季降水量是天山新疆段植被物候末期的主要影响因素。     

近50年西北干旱区极端降水的时空变化特征

利用西北干旱区1961-2010年76个测站的逐日降水量,采用线性趋势,Mann-Kendall（M-K）突变检验等现代统计诊断方法,研究我国西北干旱区极端降水的时空变化特征。结果表明:（1）过去50年北疆地区和天山山区极端降水量总体上呈增加趋势,河西-阿拉善地区变化不明显;（2）除南疆地区外,北疆、天山山区、河西-阿拉善地区极端降水量分别于1982年、1990年、1987年发生显著的上升突变;（3）极端降水量空间分布的区域差异性显著,在研究区西部表现为以天山山区大值为中心,呈现北高南低的特点;研究区的东部主要是自东南向西北递减的特点;（4）极端降水频率与极端降水量的空间分布基本一致。     

天山山区近40a年降水变化特征与南、北疆的比较

本文分析了天山山区近40 a来年降水变化的基本特征，并与南疆、北疆进行了比较，所得的主要结果如下：(1)天山山区在年降水量干湿变化阶段上与北疆的相似性强于南疆。(2)年降水量的空间分布的同步变化性以北疆为最好，南疆最差，天山山区居中，而年降水量的空间分布的反向变化性，以天山山区为最大，北疆最小，南疆居中。(3)天山山区与南疆从60年代到90年代，年降水均表现出了持续的增加的趋势，北疆年降水从60年代到90年代，除70年代外，不断增多。     

2006-2015年上海嘉定区气温和降水非均匀分布特征分析

利用上海嘉定区2006-2015年9个自动气象观测站的逐小时观测资料,通过对气温和降水日变化差异、年变化特征、空间分布状况的分析,研究了该地区气温和降水时空非均匀性分布特征。研究结果表明：嘉定区气温和降水日变化存在局地差异和季节差异,日最高气温出现时间在四季中最为集中,而日最低气温出现时间则比较分散;年平均气温呈走低趋势,而年降水量从整体上来说却呈增加趋势;上海嘉定区东南角为气温高值区且降水量相对偏大,中部地区为降水量高值区且气温也相对偏高,而北部降水量偏少且气温偏低,表明嘉定区东南部和中部相对暖湿,而北部偏干冷;气温和降水的标准差空间分布差异大,表明上海嘉定区气温和降水的空间非均匀性特征显著。通过嘉定气温和降水的时空演变规律的揭示,有助于更好地认识小尺度局部区域气候特征,也能为准确认识该地区的极端事件、精细化天气预报及区域气象灾害风险评估提供更加科学的气候变化背景。     

近30年西藏地区雷暴日数的气候分布特征

利用西藏地区1980~2009年逐月雷暴日数观测数据,分析了近30a来西藏地区雷暴的时空分布特征以及影响雷暴天气的气象因子。结果表明:(1)雷暴天气主要发生在西藏那曲地区,并由该区域向西南、东南部逐渐递减,且雷暴天气发生的中心位置随着季节有所差别。夏季雷暴日数最多,其次是秋季和春季,冬季雷暴日数最少。(2)近30年来年或各季节的雷暴日数基本呈现减少的趋势,尤其以2000年之后最为显著。雷暴日数以2003年为突变点,开始急剧减少。(3)雷暴日数和平均气温呈负相关,与风速、相对湿度、降水量呈正相关,气温升高可能是导致雷暴日数减少的主要气候影响因子。      

基于DEM的新疆克州气候要素空间分布模拟

摘要: 根据新疆克州及其周边13个气象台站1961-2010年的历史气候资料,采用基于DEM的空间插值技术对该地区年平均气温、降水量和日照时数等气候要素的空间分布进行了模拟分析。结果表明：（1）经验证,该方法对克州年平均气温等主要气候要素的空间分布模拟效果较好,精度较高;（2）新疆克州年平均气温的空间分布总体呈现“平原高,山区低”的特点;年降水量呈现“北部多,南部少;山区多,平原少”的空间分布格局;年日照时数的空间分布总体呈现“高山带多,中、低山带和山前倾斜平原少”的特征。     

1960～2010年湖南雨日的时空变化特征

采用湖南省的88个地面气象站点逐日降水资料,运用经验正交分解（EOF）、线性回归、小波分析等方法分析了湖南雨日的空间变化特征和气候变化趋势,以及湖南雨日与降水量的关系。结果表明：湖南雨日空间分布大致是南多北少,平原少于山区丘陵区,呈现出2条少雨日带、4个多雨日区;过去51 a湖南大部分地区雨日呈减少趋势,对比雨日的空间分布发现,未来湖南雨日的空间分布差异可能减小;湖南雨日存在明显的年代际变化,1970年代和2000年代分别为近51 a来雨日最多和最少的10 a。湖南雨日的空间分型既有全区一致性,也存在着东南部—西北部、湘中地区与周围地区及东部—西部相反变化的差异。全区一致型雨日呈下降趋势,存在3 a、8 a和21 a周期变化。东南—西北反向型雨日东南（西北）呈下降（上升）趋势,存在3 a、6 a和18 a周期变化。湖南雨日与降水量呈正相关关系,且雨日和降水量的时空变化特征非常相似。     

Numerical Simulation of CO2 Doubling Impacts on Regional Climate in Northwest China

A numerical study on CO2 doubling effects upon temperature and precipitation in NW China is conducted using an improved regional climate model, with the modeling data from a global climate model (Australian CSIRO R21L9) as the background. Results suggest that the doubling would lead to the rise of surface temperature in the project region, with the maximum occurring in southern Xinjiang Basin and eastern Qilian Mountains in contrast to a relatively smaller increase in northern Xinjiang and southern Shaanxi Provinces. On a seasonal basis the winter temperature warming is most pronounced while the autumn shows a relatively less signi cant rising trend. The study region experiences the greatest warming compared with other parts of the country. With CO2 content doubling, rainfall change varies from place to place in this region, with rainfall increase in the west, particularly in northern Xinjiang, in the vicinity of the Tianshan area, southwestern Qinghai, and Hexi area (west of the Yellow River of Gansu), as opposed to the eastern portion of NW China, where precipitation decreases. If CO2 concentration is doubled, most of the study region would receive more rainfall in spring, implying that spring drought would be alleviated while its eastern part would see varying-degree decreased precipitation in the other three seasons, especially in summer, suggesting that drought there would be intensified in summer and autumn, thereby exerting major influence on rain-fed agriculture there.