利用再分析与探空资料对0℃层高度和地面气温变化特征及其相关性的分析

利用北京多年ERA-Interim再分析资料和探空观测资料分析地面气温及0℃层高度特征,对比再分析资料和探空资料的差异,并利用北京和寿县资料分析0℃层高度与地面气温的相关性,拟合0℃层高度与地面气温的线性关系,另外,利用未参与公式拟合的观测资料进行验证。结果表明:地面气温与0℃层高度存在明显季节变化;与探空观测值相比,无论是全年还是分季节,再分析资料的地面气温和0℃层高度值都偏低,地面气温平均偏低2℃,0℃层高度平均偏低200 m;再分析与探空资料的相关性较好,相关系数都大于0.89;地面气温与0℃层高度的变化趋势一致,再分析资料和观测资料地面气温与0℃层高度的相关系数均大于0.9,20:00大于08:00(北京时),都通过了0.01的显著水平统计检验,且观测资料获得的线性关系优于再分析资料;线性拟合得到的地面气温与0℃层高度的线性关系,可为天气雷达判别0℃层和预报降水等应用提供辅助信息。     

高亚洲地区夏季0℃层高度变化及其影响特征研究

基于探空资料与空间分辨率为3°×3°、2.5°×2.5°、2°×2°、1.5°×1.5°、1.125°×1.125°、1°×1°、0.75°×0.75°、0.5°×0.5°的ERA-Interim再分析资料,运用气候倾向率和线性插补法,分析了1979—2012年高亚洲地区夏季自由大气0℃层高度的时空变化特征,并探讨了其与纬度、海拔的关系,以及不同空间分辨率的ERA-Interim再分析资料与探空实测资料之间的相关性。结果表明:不同空间分辨率的ERA-Interim再分析资料与探空实测资料得到的0℃层高度自20世纪70年代末以来普遍表现为上升趋势,并且分辨率为0.75°×0.75°的再分析资料所得的0℃层高度在4800~5000 m之间波动与探空实测资料所得的0℃层高度接近。不同空间分辨率的ERA-Interim再分析数据与探空实测数据得到的0℃层高度有相似的空间分布,并且其空间变化通常与纬度和海拔相关。高亚洲地区0℃层高度表现出了从北到南,从低海拔到高海拔增加的趋势。从1979—2012年将不同空间分辨率的ERA-Interim再分析数据插值到各个站点得到绝大部分站点的内插格点数据与实测资料偏差为负值,也就是说再分析资料得到的0℃层高度与探空实测结果存在冷偏差,并且分辨率相对较高的ERA-Interim再分析资料与探空实测结果的冷偏差较小的比例更大。     

近30年我国高空风速变化趋势分析

1980-2006年间采用全国119个探空站14个等压面的月平均风速资料,分析了我国高空对流层和平流层下层风速变化的时间和空间特征,并和同期地面风速变化进行了对比.结果表明,我国近27年对流层中下层和对流层上层风速呈下降趋势,年平均风速线性变化速率分别为-0.10 m·s-1·(10a)-1和-0.17 m·s-1·(10a)-1,均未通过0.05显著性水平检验;平流层下层全国年平均风速呈上升趋势,上升速率为0.24 m·s-1·(10a)-1,亦未通过O.05显著性水平检验.同期全国地面风速则呈现更显著的降低趋势,年平均风速线性变化速率为-0.16 m·s-1·(10a)-1,通过了0.05显著性水平检验.我国地面气象站记录的平均风速减弱可能受到大尺度大气环流变化的影响,更可能与台站附近观测环境变化和城市化等人为因素影响有密切关系.     

近58年南岳高山气温变化特征及与低海拔地区对比

运用线性回归对南岳高山气象站自建站以来(1953-2010年)的年、季平均气温、最高(低)气温进行气候趋势分析,同时用非参数Mann-Kendall检验(MK检验)和滑动T检验确定其突变位置.通过上述方法,获得半个多世纪以来在近对流层自由大气底部这一特定高度上,南岳高山气温变化规律.通过与衡山县、衡阳市近50年气温变化对比,分析南岳高山与低海拔地区气温变化的差异性及城市化对其影响程度,结果表明:近58年来,在周边环境变化很少且受人类活动影响不大的前提下,南岳高山年平均气温、最高(低)气温呈显著上升趋势,分别上升了1.0℃、0.8℃和1.1℃;四季平均气温和最低气温均呈上升趋势,而最高气温除了在夏季出现呈微弱下降趋势外,其余季节呈上升趋势;年平均和最低气温在1996年发生了突变,而最高气温突变点不明显;城市化发展对当地气温上升有一定的加强作用,但观测环境改变,对夏季气温变化影响更为明显.     

近50年乌鲁木齐浅层地温变化特征分析

根据乌鲁木齐站1962—2011年近50a的地面和浅层日平均地温资料,采用气候倾向率、Cramer法、Yamamoto法和Mann—Kendall法进行变化趋势以及突变检验。结果表明:乌鲁木齐近50a0cm地表温度和5~20cm年平均浅层地温总体呈上升趋势,其中:1962—1985年呈下降趋势,1985年之后明显上升。年平均浅层地温在春、夏两季呈现下降趋势,尤其是在1962—1985年地温下降的趋势均达到了0.01显著性水平,秋、冬两季,则是上升趋势,其中:冬季地温在近50a增温最为显著,并且随深度增加增温的趋势减缓。1976—2001年乌鲁木齐0~20cm各层地温均处于相对偏冷的气候态,年平均地温在1986年前后发生转折,在2005年左右发生增暖的突变现象,至2011年一直处于上升趋势,但尚未出现突变时间区域。     

近30a光热水资源对乌拉特前旗向日葵发育期的影响

利用乌拉特前旗国家基本站1987—2016年地面和农业气象观测资料,对乌拉特前旗光热水资源及向日葵各发育期日数与≥0℃积温、日照时数和降水量的相关性进行分析。结果表明:全发育期天数呈减少趋势,各发育期天数呈增加趋势,各发育期天数和全发育期天数均通过信度p=0.01的显著性水平检验;全发育期≥0℃积温、日照时数和降水量的变化呈减少趋势,出苗和开花期≥0℃积温、日照时数趋势系数均通过信度p=0.01的显著性水平检验,全发育期日照时数通过信度p=0.01的显著性水平检验,降水量年际变化不显著;出苗期与≥0℃积温和日照时数的相关系数通过信度p=0.01负相关显著性检验,全发育期与≥0℃积温和日照时数的相关系数通过信度P=0.01正相关显著性检验。     

地基35通道微波辐射计观测资料的初步分析

选取2008年6月的微波辐射计观测数据和同期探空数据进行对比分析。结果发现两者温湿度的相关系数分别为0.994和0.697,都通过了置信度为0.001的显著性水平检验,表明其总体趋势是相近似的。对于廓线的分析采用的是各层的平均值,微波辐射计和探空的结果都反映了温度随着高度呈现递减趋势,而且经过方差分析两者在0.05水平差异不显著。但相对湿度的廓线结果经过方差分析在0.01水平差异极显著。     

龙川县近50年气温变化的特征分析

根据龙川县气象站1961—2010年气温资料,利用线性回归方程、Mann-Kendall突变检验等方法分析龙川县近50年气温变化特征,结果表明:龙川县气温变化呈上升趋势,气候倾向率为0.020 6℃/年;四季度气温都有不同程度的上升趋势,下半年气温上升趋势大于上半年;极端高温天气日数呈现上升趋势,极端低温天气日数呈现下降趋势,极端低温日数下降趋势明显大于极端高温日数上升趋势。     

水城近50a气温变化特征分析

利用水城站1957-2006年的逐月平均气温、平均最高气温及平均最低气温资料,采用线性倾向估计对水城近50a季平均气温及年平均最高、最低气温的年际、年代际变化进行了统计分析。结果表明：近50a来水城年平均气温呈上升趋势,其线性倾向率为0．134℃／10a,春季气温距平近50a来却呈下降趋势,夏、秋、冬季气温呈上升趋势,上升趋势不一致,从各季节平均气温变化幅度来看,秋季最大,夏、冬次之,春季最小。50a来年平均最高气温、年平均最低气温均呈上升趋势。     

塔里木灌区近40年气候变化研究

根据塔里木灌区阿拉尔气象站 1 96 1年 1月～ 1 999年 1 2月的气温及降水资料 ,对塔里木灌区近4 0a的气候变化做了分析 ,分析结果表明 ,近 4 0a塔里木灌区年降水量呈上升趋势 ( 4 .6 0mm/ 1 0a) ,秋季降水量却呈下降趋势 ( -3.4 5mm/ 1 0a) ;年平均气温呈上升趋势 ( 0 .0 6 5℃ / 1 0a) ,冬季变暖的趋势 ( 0 .84 9℃ / 1 0a)远大于夏季变凉的趋势 ( -0 .1 71℃ / 1 0a) ;年极端低温的上升趋势 ( 0 .5 6 9℃ / 1 0a)大于年极端高温的下降趋势 ( -0 .0 95℃ / 1 0a)。可以以 70年代末为界将塔里木灌区气候近 4 0a分为冷、暖两个阶段 ,前为冷期 ,后为暖期     

中国探空观测与第3代再分析大气湿度资料的对比研究

为评估中国探空观测与第3代再分析大气湿度资料的差异,基于ERA-Interim、JRA-55、MERRA和CFSR再分析和中国118探空站1979-2015年逐月850-300 hPa大气比湿和相对湿度的原始值及均一化序列,通过分析探空与再分析资料的相对偏差、相关系数、标准差比和变化趋势,研究了两者在多年平均值、年际变率、离散度及长期变化趋势等方面的差异。结果表明,中国探空原始湿度序列存在显著的非均一性问题,均一化提高了序列的连续性,但存在显著的低偏差,总体较原始湿度偏低5%-43%。再分析中国平均对流层大气比湿和相对湿度较探空观测偏高,相对湿度的偏差幅度（7%-48%）较比湿大（4%-13%）,对流层高层较低层大,春秋季偏差较夏季显著。各再分析资料间的差别较小,JRA-55在对流层高层较其他再分析资料偏低,与探空观测较接近。再分析与均一化后中国探空比湿和相对湿度年际变率和离散度在对流层低层较为一致,对流层中高层再分析资料的离散度明显高于探空。再分析与均一化探空中国平均比湿在对流层低层一致呈上升趋势;对流层中层探空为上升趋势,再分析资料为下降趋势。再分析与均一化探空相对湿度变化趋势差异较大,探空为上升趋势且对流层中高层上升显著,对流层再分析为下降趋势。      

河西走廊0℃层高度与汛期降水及灾害性天气的关系

应用河西走廊敦煌、酒泉、张掖、民勤四站2006—2015年5—10月逐日07:00(北京时,下同)和19:00探空资料,分析0℃层高度的变化特征,以及与干湿、降水、灾害天气的关系。结果表明:0℃层高度与日极端气温、0 cm最低地温关系最为密切,日极端气温地温越高,0℃层高度越高,在19:00相关性最好,系数大于0. 95;温度露点差(T-Td)值与日降水量、日最低气温和0 cm最低地温成反相关,而与气温日较差成正相关,最大相关系数大于0. 7。河西0℃层高度在3300～5000 m,气压在680～560 h Pa,T-Td在10～17℃,早上低而湿,夜间相反。干湿天气对比中,干天气时0℃层高度高且早晚变化明显,19:00较高;而湿天气时T-Td早晚变化明显,07:00较小。有降水时,0℃层高度在3000～4800 m,气压在750～570 h Pa,T-Td8℃,07:00 T-Td6℃;昼夜变化中夜间降水07:00高度低,而白天降水19:00高度低。不同降水量级中,T-Td从小到大为大雨、中雨和小雨,相应最大值分别为2℃、5℃和9℃。雷暴0℃层高度在3600～4900 m,气压在660～560 h Pa,T-Td≤7℃。风沙天气0℃层气压在700～540 h Pa,沙尘暴0℃层高度7—9月07:00明显较高,7—8月达5000 m以上;沙尘暴天气出现时早上干而夜间湿,19:00 T-Td5℃,因而汛期沙暴多发生在午后且伴有降水。≥35℃高温天气0℃层高度在4600～5300 m,气压在570～530 h Pa,T-Td≥13℃。     

塔里木灌区近40年来气候变化特征

根据塔里木灌区阿拉尔气象站1961年1月－1999年12月的气温及降水资料，分析了塔里木灌区近40年的气候变化，得出近40年来塔里木灌区降水量呈上升趋势（4．60mm/10年），秋季降水量却呈下降趋势（－3．45mm／10年）；年平均气温呈上升趋势（0．065℃／10年），冬季变暖的趋势（0．849℃／10年）；年平均气温呈上升趋势（－0．171℃／10年）；年极端低温的上升趋势（0．569℃／10年）大于年极端高温的下降趋势（－0．095℃／10年）。可以70年代末为界将近40年塔里木塔区气候分为冷、暖两个阶段，前为冷期，后为暖期。     

渭北旱腰带近60年气候变化及其对农作物的影响

利用渭北旱腰带地区24个国家气象站1961—2020年逐月气温、地表温度、降水、相对湿度等气象观测资料,采用气候倾向率和相关分析等方法研究近60 a以来渭北旱腰带地区的气候变化特征,并探讨区域气候变化对渭北地区主要农作物（小麦、玉米和苹果）的影响。结果表明：（1）近60 a平均地表温度和气温分别为134 ℃和111 ℃,且呈显著上升趋势（通过了001的显著性检验）;四季的地表温度和气温均缓慢上升,且冬季、春季、秋季的地表温度和气温上升显著（通过了001的显著性检验）。（2）年降水量呈缓慢增多趋势,年平均相对湿度缓慢减小;冬季和夏季降水量缓慢增多而春季和秋季明显减少,以春季最显著;春季、冬季和秋季平均相对湿度呈减小趋势,以春季最显著（通过了001的显著性检验）,夏季缓慢增大。（3）渭北旱腰带地区可以利用气候变暖带来的热量资源提高复种指数,在农业选种育种方面应培育晚播早熟小麦品种与晚熟玉米品种,苹果主产区可以向黄土高原迁移。     

基于探空风资料的大气边界层不同高度风速变化研究

利用1981—2014年我国资料齐全的93个高空气象观测站(距离雷达300、600、900 m高度)的探空风资料,按照气象地理区划,借助GIS分析了边界层内不同高度风速及其趋势的时空变化,得到以下结论:300～900 m,东北和华北地区累年平均风速较大,西南和西北地区累年平均风速较小;边界层内各高度同一地区平均风速的月变化趋势基本一致,但各地区季节风速变化不同,同一地区月平均风速的年较差随高度上升而增大;300 m.各地区年平均风速均显著减小:在600和900 m.华北、西北、华中地区年平均风速呈增加趋势,东北地区年平均风速呈减小趋势,但均未通过显著性水平检验;各高度年平均风速空间分布均为东北地区较大,尤其大兴安岭和东北平原地带;从沿海到内陆,由东至西风速逐渐减小;在300 m.全国年平均风速以减小趋势为主;在600 m,全国大部分地区年平均风速呈增加趋势,尤其是中部、西北和华东沿海地区;在900 m高度,全国年平均风速变化趋势呈现由边界向内部的包围态势,中心地区呈增加趋势,边界地区均呈减小趋势,但是通过显著性水平检验的地区不多。     

基于高空与地面观测的阿克苏河流域气候水文要素变化分析

本研究基于地面和高空资料,分析了阿克苏河流域1960—2015年的气候和水文变化特征,并探讨了高空气候变量在径流反演中的作用。结果表明,在全球变化背景下,阿克苏河流域地表温度呈显著升高趋势,线性倾向率为0.18℃/10a（-0.09~0.43℃/10a);流域降水总体呈增加趋势,增加速率为10.42 mm/10a（2.23~21.11 mm/10a)。阿拉木图、伊宁和库车3个高空探测站的0℃层高度总体呈上升趋势。相对于1960—1989年,1990—2015年3个站的0℃层高度分别增加了88.9 m、29.4 m和7.2 m。联合使用地面气温、降水和高空0°层高度资料,能显著提高阿克苏河流域夏季流量反演效果。     

气候变化对和田河夏季平均流量的影响

选择和田河流域作为和田地区水资源的典型代表,和田河流域代表站和田市气象站1961～2004年的夏季高空500～300hPa气温、0℃层高度资料、和田河上游(乌鲁瓦提和同古孜洛克站)水文资料,分析了和田河流域夏季高空气温、0℃层平均高度和夏季流量的年际线性趋势变化。结果表明:近44a来和田河流域夏季高空500～300hPa平均气温和0℃层高度呈下降趋势,倾向率分别为-0.322℃/10a、-32.42gpm/10a;夏季流量也呈下降趋势,其倾向率为-7.26m3s-1/10a。和田河流域夏季高空500～300hPa平均气温和0℃层高度的下降等高空气候变化是和田河夏季流量减少的主要原因。     

基于GIS和RS的秦岭主峰太白山积雪变化研究

基于SNOMAP算法及ARCGIS软件,利用2000—2017年Landsat TM数据提取秦岭主峰太白山积雪面积及冬半年雪线,同时结合10个气象站点的气象观测数据,分析太白山积雪变化情况,太白山积雪变化与平均气温、降水量的关系。结果表明：通过与气象观测数据及监督分类结果的比较,应用SNOMAP算法提取太白山积雪面积结果可靠;2000—2017年冬半年,太白山积雪面积在波动中呈减少趋势。较2000年积雪面积减少的年份有13 a,平均减幅为1410%,减幅最大的是2014年,为2868%;太白山冬季雪线高度均在3 000 m以上,且雪线高度在波动中呈上升趋势。积雪面积与冬半年平均气温及降水量之间的相关系数均未通过显著性检验,但与平均气温相关系数更高,积雪面积与冬半年平均气温相关性较降水量大。     

近60年中国探空观测气温变化趋势及不确定性研究

基于118站探空资料研究了近60年中国850—100 hPa气温变化趋势及季节和区域特征,并通过与1979—2017年卫星微波气温的对比研究了中国探空气温均一化的不确定性。研究表明,1958—2017年中国平均对流层气温呈上升趋势,300 hPa升温最为显著,平流层下层（100 hPa）为降温趋势。冬季对流层上层升温趋势和夏季平流层下层降温趋势较强。1979—2017年较整个时段对流层升温趋势较强,平流层下层降温趋势较弱。青藏高原和西北地区对流层上层升温趋势较强。通过与卫星微波气温和邻近探空站探空气温的对比以及均一化前后日夜气温差值检测出中国探空均一化气温仍残存非均一性问题。由于参照序列的局限性,均一化未能完全去除21世纪最初10年中国探空系统变化造成的对流层中、上层至平流层下层气温系统性下降的影响,导致中国对流层上层升温趋势被低估和平流层下层降温趋势被高估。未来可通过参考卫星微波气温和邻近探空站序列调整非均一性订正顺序并增加合理性检验等方法改进中国探空气温均一化方案。      

基于Landsat遥感影像资料的新疆阿尔泰山圆叶桦的空间变化特征

利用1990、2000、2013年6-9月阿尔泰山地区Landsat遥感影像资料,综合运用遥感技术及相关分析方法,研究近24 a阿尔泰山圆叶桦的空间分布及其动态变化。结果表明:(1)阿尔泰山圆叶桦主要分布在86.5°E-89.5°E、47.6°N-49.2°N,近24 a来阿尔泰山圆叶桦的分布面积整体呈增长趋势且幅度较大,增长速率较快;(2)圆叶桦主要分布在海拔2000~2400 m之间,其分布高度随时间整体呈上升态势,上升速率为0.87 m·(10 a)^-1;(3)圆叶桦主要分布在阴坡,占比达58%,近24 a来随着海拔上升在阳坡的分布逐渐增加、阴坡相反。