基于SPEI的陕西近40年干旱时空特性分析基于SPEI的陕西近40年干旱时空特性分析

根据1971—2012年陕西省96个气象观测站月降水、气温数据计算出标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),运用经验正交函数分解EOF(empirical orthogonal function)、线性趋势分析及Morlet小波分析等方法,分析了近40 a来陕西省干旱时空演变特征、干旱化趋势、变率及周期性特征,结果表明：（1） 陕西地区具有整体干旱变化特征一致的特点,总体呈现出干旱化趋势增强的特征,其中西安地区增强最明显,关中及陕北干旱变率最大;（2）干旱呈现明显的区域分布特征,以秦岭为界将陕西省分为秦岭以南和秦岭以北两大区域,两区域干旱呈现南北相反的分布特征,突变分析表明这种相反分布特征在1994年之后加剧;（3） 从周期上看,整个陕西地区干旱呈准10 a震荡,且关中与陕北地区呈现干旱特征相反的震荡步调。

     

陕西省汛期极端降水时空演变特征

基于陕西省78个气象站1961—2013年汛期(5—9月)逐日降水资料,统计了陕西汛期极端降水阈值,并利用线性倾向率、Morlet小波分析、经验正交函数分解(EOF)等方法研究分析了汛期极端降水事件的时空演变特征。结果表明:(1)陕西汛期极端降水阈值为25.5~57.5 mm·d~(-1),平均33.4 mm·d~(-1),空间上以秦岭为界,以南大部分站点高于平均值,以北低于平均值。(2)汛期极端降水事件频次月际变化较为集中,7月最多,5月最少;年及年代际变化较大,1975—1981年呈增加趋势,1982—1993年呈下降趋势,1993年以后又呈上升趋势,但整体上呈微弱增加趋势,其中关中、陕南地区汛期极端降水事件频次年及年代际变化与全省变化趋势基本一致,而陕北地区年际变化较小,与全省差异较大。(3)各分区汛期极端降水事件频次均存在多时间尺度特征,陕南、关中大尺度和中尺度的时间周期性基本一致,大尺度周期24~32 a,中尺度周期6~10 a,而小尺度周期略有不同;陕北完全不同,大尺度周期26~30 a,中尺度周期15~18 a。(4)陕西汛期极端降水事件频次的第1模态是陕北北部与其他地区呈反位相变化,第2模态是以秦岭为界的南北反相变化,第3模态是关中与陕南、陕北反相变化。     

陕西盛夏极端降水频次及其与全球海温的遥相关研究

基于陕西省78个测站1961~2011年盛夏逐日降水量资料以及NOAA全球2°×2°海温场资料,分析了陕西盛夏极端降水事件气候特征及其与海温场的遥相关关系。结果表明:(1)盛夏,陕西南部、关中西部及陕北南部是极端降水事件高发区;(2)近年来盛夏极端降水事件呈上升趋势,1976年后显著上升;(3)极端降水事件与前期海温场具有较好的遥相关关系,与同期(同月)海温场相关性不显著;(4)上年秋季、冬季赤道中东太平洋和上年秋季阿拉伯海海温异常偏暖,赤道中东太平洋南北两侧海温偏冷,以及前期2月印度洋和中国近海海温异常偏暖,关中中东部及陕南中东部局地7月极端降水偏多,反之亦然;上年秋季印度洋和赤道东太平洋、上年冬季及当年春季印度洋西部海温异常偏暖,关中中西部地区8月极端降水偏多,反之亦然。     

豫北地区气温、降水变化的时空分布特征

利用中国国家级地面气象站均一化数据集中1971—2010年豫北地区28个测站的温度、降水资料,基于GIS技术对该地区温度和降水变化的时空分布特征进行研究。结果表明:豫北地区气温整体呈升高的趋势,其中冬春季节升温明显。气温变率空间分布表现为北中部增温明显,东部和西部增温幅度较小。降水变化各季节差异较大,春季降水整体呈现增加趋势,其他季节各地降水增减不一;空间变化分布特征为太行山沿线西部山区降水减少趋势明显,东部地区降水略有增加趋势。从整体变化情况来看,豫北地区的气候变化区域间差异加大,局地性变化趋向不稳定。文中用温度与降水的趋势比来分析豫北地区的干旱化发生趋势,结果发现太行山沿线干旱化趋势明显,沿黄河区域干旱化趋势较低,太行山脉和黄河是导致豫北地区气候变化区域性分布的主要地形因子。     

陕西省日照时数和日照百分率时空分布演变特征

根据陕西省96站1971—2005年年日照时数、日照百分率资料,应用EOF和REOF等统计方法分析了陕西省年日照时数的时空演变特征,结果表明：陕西省年日照时数可分为全省一致、陕南地区为中心、延安地区为中心、榆林地区为中心等多种分布型。日照百分率与日照时数的分布十分相似。且各种分布型都具有明显的年代际变化特征,即近40a来日照时数、日照百分率,秦岭山区及以南地区、陕北长城沿线及渭北高原地区呈缓慢减少趋势,延安地区及关中西北部呈缓慢持续增加趋势。     

陕西近四十年来降水变化诊断分析

本文根据1951—1988年的降水资料,对陕西降水变化作了初步分析,结论如下:1.近四十年来,陕西降水变化有阶段性波动,全省大部分地区五十年代为多雨期,六十至七十年代为少雨期,进入八十年代,多雨洪涝是陕南和关中的主要气候问题,陕北地区与陕南地区的降水变化趋势相反,这种变化和我国大范围的气候背景基本一致.2.根据降水演变趋势,展望未来5—6年陕西降水变化趋势大致是:陕北仍以干旱少雨为主,关中地区降水正常到偏多,陕南仍以多雨为主.     

近55年来中国西北地区降水变化特征及影响因素分析

利用1961-2015年中国西北地区128个站的降水观测资料和NCEP再分析资料,分析了年、季降水量与降水日数变化总趋势及其区域分布特征,并采用与平均温度、气候指数相关性来分析和讨论其所受的影响因素。结果表明:(1)西北中西部年降水量呈增加趋势,增加趋势位于0.1%·(10a)-1~10.0%·(10a)-1;西北东部年降水量呈减少趋势,减少趋势均小于5%·(10a)~(-1);春季、夏季和秋季西北西部大部分地区降水量是以增加趋势为主;东部主要为减少趋势,但是在冬季几乎所有站点的降水量呈增加趋势;(2)西北西部降水日数以增加趋势为主,东部地区降水日数以减少趋势为主,大部分站点年降水日数在冬季呈现增加趋势,其他季节则基本表现为西北西部增加、西北东部减少;(3)河西走廊西部、青海高原边坡、西北东部年降水量与年平均气温呈负相关,青海高原年降水量与年平均气温呈正相关,西北地区大部分年降水日数与年平均气温呈负相关;(4)北疆、南疆和西北东部37°N以南地区年平均降水量变率与年平均温度变率呈现负相关,且相关系数较大,而其余地区为正相关;(5)西风带影响西北大部分地区年降水量,东亚季风和南亚季风主要影响西北地区中北部和南部的年降水量。     

关中平原旱涝时空变化分析

基于陕西省关中地区39个气象站点逐月降水观测数据,计算各站月、季及年尺度标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,简称SPI),结合该区域旱涝灾害的已有研究,利用标准降水指数及线性趋势分析等统计方法,对关中地区1961—2012年旱涝灾害的时空演变规律进行分析。结果表明:(1)1961—2012年,关中平原多年平均降水量为537mm,多年来年平均降水量呈下降趋势,表明关中平原干旱频次增加。(2)关中平原无雨日数和暴雨日数呈现上升趋势,小雨日数和大雨日数呈下降趋势,表明关中平原极端降水发生频次增多。(3)春季、秋季、年SPI整体呈现较为一致的下降趋势,这表明关中平原春季、秋季、年尺度均呈干旱化的趋势;而夏季、冬季SPI则呈上升趋势,表明这两季趋于湿润化。(4)渭南西部、咸阳东部、宝鸡东部发生干旱的频率较高;西安中部户县、长安等地,宝鸡西部、咸阳北部发生雨涝灾害的频率则更高。     

近48年陕西夏季降水场的时空变化特征

选用陕西78站1961—2008年夏季降水量,通过经验正交函数分解、小波分析和趋势分析等方法,分析了近48a陕西夏季降水量时空分布特征,结果表明:陕西夏季降水量主要呈全省一致型、南北反位相型和中间多南北少等三种典型场,其中第一模态(全省一致型)的解释方差为40.5%,因此其时间系数的变化基本上代表了全省夏季降水量的整体变化趋势;近48a陕西夏季降水整体呈增加趋势,M-K检验显示陕西夏季降水在1977年前后存在由少到多的突变;小波分析发现陕西夏季降水量存在13a的周期和3～5a的周期;降水趋势分析结果显示陕西夏季降水主要表现为关中、陕南一致增多,陕北长城沿线减少,其中关中中部和陕南东部、南部增多显著,通过了95%的显著性检验。     

中国西北东部近50 a降水异常分布及变化特征

基于主成分分析和旋转主成分分析方法,应用陕、甘、宁、青4省（区）170个测站的降水量观测资料,分析了西北东部1961-2010年降水量区域分布、地域相关和年际变化特征。结果表明：西北地区东部降水异常在空间上主要表现为较高的整体一致性,其次表现为东西相反和南北相反的变化趋势。西北地区东部降水异常存在4个基本相关的区域：陇东南和陕西中南部区、陇中宁夏和陕北区、青海高原区和河西走廊区。近50 a来,陇中宁夏和陕北区、河西走廊区各年代降水呈反位相变化;陇东南和陕西中南部区、青海高原区1961年以来的前40 a各年代变化趋势一致,本世纪初的10 a变化相反。河西走廊区、青海高原区则向湿转变,陇中宁夏和陕北区、陇东南和陕西中南部区干旱程度更为明显。     

贵州旱涝变化特征及其与西太平洋副高和海温的联系

利用国家气象信息中心整编的全国753站中贵州省16站逐日观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA的月平均海表温度资料,采用经验正交函数(EOF)展开、Morlet小波分析等方法对基于标准化降水指数(SPI)的贵州省旱涝时空分布特征进行研究,并分析贵州旱涝异常时的环流特征及与全球海表温度的关系。结果表明:(1)贵州SPI的各季节主模态空间分布均为全区一致型,春秋两季还表现出一定的干旱化趋势;春季和秋季的旱涝分布存在2 a、10 a左右的振荡周期,而夏季和冬季的振荡周期则以2 a、3 a及5 a左右为主;(2)春秋两季,当西太平洋副热带高压主体强度偏强(弱)、位置偏西(东)时,贵州地区降水偏少(多),易发生干旱(洪涝);而冬夏两季,当西太平洋副热带高压主体偏北(南)、位置偏东(西)时,贵州地区降水偏少(多),易发生干旱(洪涝);(3)贵州秋季SPI与前期、同期东印度洋—西太平洋区域的海温存在显著的负相关。     

陕西夏季不同等级降水时空变化特征分析

利用1961—2015年中国地面降水日值05°×05°格点数据集（V20）（下称V20格点资料）及同期陕西省内55站逐日降水资料,评估了V20格点资料在陕西地区的适用性,并分析了近年来不同等级降水事件在陕西地区的时空变化特征。结果表明：V20格点降水资料在陕北地区的误差较小,在关中大部较实况降水偏大,在陕南地区较实况偏小;各等级降水在全省呈现出南多北少的分布特征,V20中雨和大雨等级降水空间分布与实况较为一致,V20小雨雨量及雨日大于实况,V20暴雨事件较实况显著偏少;观察不同等级降水的时空变化特征发现,小雨在全省大部呈下降趋势,中雨在陕北北部、关中大部及陕南东部呈增加趋势,在陕北南部及陕南西部等地减少,大雨和暴雨在全省大部增加,V20各等级降水变化幅度小于实况变幅,暴雨事件变化趋势差异最大。     

陕西省秋季区域旱涝异常强信号及预测研究

利用1961—2012年陕西气象观测资料与国家气候中心74项环流指数,分析陕西十地市(36个代表站)秋季(9—11月)降水时空变化特征及74个环流特征量与陕西陕北、关中、陕南秋季降水相关关系,确定了影响陕西秋季典型旱、涝年的前期强信号并建立秋季降水预测概念模型,用逐步回归法分别建立陕西三个区域秋季降水预测模型,并对预测模型进行了检验。     

陕西干旱半干旱地区的气候改造

陕西干旱半干旱地区主要指陕北、渭北高原和关中东部。其气候特点是降水稀少且变率大,大风、冰雹频繁,低温、霜冻危害严重等等。给农业生产带来很大威胁,是实现农业现代化的巨大障碍。因此,在干旱半干旱地区实现农业现代化的重大战略措施之一是气候的改造。使之向有利于农业生产的方向变化。通过调     

1978—2017年西南地区干湿时空变化特征

利用1978—2017年91个气象站点1、3、6和12个月的标准化降水蒸散指数SPEI,采用极点对称模态分解ESMD、M-K突变检验和空间插值等方法,对西南地区的干湿时空变化特征进行分析。结果表明:(1)过去40 a里,西南地区呈干旱化趋势;ESMD分解的模态分量有年际振荡(2 a)和年代际振荡(10 a)特征,趋势分量呈波动性下降,2010年后未出现回升,表明干旱化程度在逐步加深。(2)综合ESMD和M-K突变检验得到2000年代初为干湿的突变时间。(3)西南地区干旱强度与湿润强度呈现负相关,大部分区域主要以干旱为主,其中四川西北部和贵州中东部干旱最严重,而四川南部湿润强度级别较高。(4)春季有极端干湿出现,夏季大部分地区以湿润为主,局部发生了极端干旱,秋冬两季发生了不同程度的干旱,局部出现湿润。     

关中夏玉米生育期气象干旱特征分析

利用1971—2012年宝鸡、泾阳、武功、长安、临潼、渭南、大荔7个地面气象观测站点逐日降水、标准化降水指数(ISP30、ISP60、ISP90)、和相对湿度指数(IM30)计算关中夏玉米生育期逐日有效降水和改进的综合气象干旱指数,采用趋势分析、滑动t检验及相关数理统计法分析了近42a关中夏玉米生育期干旱时空分布特征。结果表明:夏玉米生育期有效降水量总体表现出不稳定性,播种至出苗有效降水变化量最大;20世纪90年代初夏玉米生育期有效降水发生由多到少的突变,2002年出现由少到多的转变;7月上旬至8月下旬是夏玉米干旱多发时段;轻旱发生频率最高,为51.7%,发生频率随着干旱等级加重而逐渐降低;20世纪90年代是干旱多发且较为严重阶段,干旱过程累积强度强,且持续时间长,进入21世纪以后有减少趋势;关中西部干旱日呈减少趋势,东部呈增加趋势,有效降水量与干旱日变化相反,关中西部有效降水量呈增加趋势,东部有减少趋势。     

陕西汛期降水时空分布及典型旱涝年环流特征

根据陕西省1959~2002年汛期(6~9月)降水资料,采用旋转经验正交(REOF)分解方法,将陕西省按汛期降水划分为4个自然气候区:Ⅰ区包括关中及渭北地区,Ⅱ区为陕北长城沿线地区,Ⅲ区、Ⅳ区分别为陕南东部和陕南西部地区。对各气候区的降水变化特征进行分析,结果表明:汛期降水除陕南东部呈线性增加趋势外,其余各区均呈线性减少趋势。分析陕西省典型旱(涝)年北半球500 hPa环流形势距平场和环流特征量发现:典型旱(涝)年,Nino 3区海温为明显的正(负)距平;西太平洋副热带高压强度偏强(弱),脊线位置偏南(北)、西伸脊点偏东(西),欧亚地区西风环流指数偏弱(强),以经(纬)向环流为主。     

近50a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,MannKendall(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 a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。     

陕西省雷暴的气候特征

利用陕西省78个代表站1961-2002年月雷暴日数资料和运用数理统计及旋转经验正交函数分解(REOF)等方法,对陕西雷暴的时空特征及其演变规律进行了诊断分析.结果表明陕西省年平均雷暴日数为25.3天,呈现南北多、中部少的分布特点;全年中6～8月为雷暴集中期;近42年来雷暴的发生有逐渐减少的变化趋势.REOF分解将陕西雷暴异常划分为3个区,关中区雷暴频数为减少趋势,陕南区呈现陕南区呈现由多-少-多的变化趋势,陕北区为缓慢增多趋势.各区雷暴异常变化还存在年代际、年际差异.     

全球变暖背景下陕西省夏季极端降水及其大尺度环流特征

基于陕西省99个国家站1979-2021年夏季逐日降水资料和ERA5再分析数据,研究了陕西省夏季极端降水的时空变化以及相应的大尺度环流特征,并对全省典型地区进行水汽追踪分析。结果表明,陕西省夏季极端降水总体呈现出南多北少的空间分布,陕北中部、关中中东部极端降水为增加的趋势,通过REOF分析并计算得到陕北、关中极端降水变化趋势分别为0.36 mm·a^-1, 0.35 mm·a^-1,陕南极端降水变化趋势最小为0.11 mm·a^-1。夏季影响陕西省的水汽来源主要有三支路径,北支水汽来自欧亚中高纬地区,东支水汽主要来自内陆的江河流域,南支水汽主要来自南海和孟加拉湾。此外,陕西省夏季极端降水在2005年后增多是大气高、中、低层大气环流共同作用的结果,大气高层辐散增强有利于上升运动,大气中层西太平洋副热带高压(以下简称,西太副高)西伸北抬造成外围水汽更容易进入内陆,蒙古反气旋南侧的异常东风和低层的异常东南风更有利于水汽进一步向西北地区输送。