气候系统翻转点的早期预警方法研究

针对气候系统的非线性特征导致预测/预警气候突变困难的问题,本文从气候系统的长程相关性出发,利用零维气候模型和两个折叠模型,研究了在一个动力系统缓慢趋近其临界翻转点的过程中,系统的长程相关是否有某种一般性变化规律。结果显示,3个不同分岔模型在趋近其自身临界翻转点的过程中,表征系统长程相关性的Hurst指数均呈持续增大趋势(显著性水平α=0.05),表明监测和检测气候系统长程相关性的变化可为气候系统翻转点的预警提供有利信息。     

中国近530年干湿变化及其持续性特征研究

采用中国530年旱涝指数序列,并将其划分为华北和西北东部地区(Ⅰ区)、长江流域地区(Ⅱ区)以及中南和东南沿海地区(Ⅲ区)3个区域.应用功率谱、滤波方法、BG算法等研究旱涝指数序列各相对平稳均值段之间的干湿转化特征.结果表明,近130年的干旱时段和历史上的干早或偏旱时段相比,Ⅰ区干湿转化频率有所加快;Ⅱ区于湿转化频率没有太大变化;Ⅲ区干湿转化频率有所降低.并且重大干湿转折时期大多对应突变点比较集中,即这一时期气候态不稳定,容易发生突变或符种极端气候事件.结合小波系数的周期分析结果发现,Ⅰ区从1920年左右开始的干旱,在经历了20世纪70年代末以来的严重干旱以后,有可能在21世纪再持续50到70年,其后再一次发生由干旱向湿润的转型;Ⅱ区则有可能在接下来的几十年中持续湿润期相对集中的情况.此外,Ⅰ-Ⅲ区干湿变化的特征与北半球的气候变化有一定的对应关系;Ⅰ区的干湿变化与当地温度变化具有较好的止相关;Ⅱ区和Ⅲ区干湿变化与温度变化的联系较Ⅰ区差一些;太平洋年代际涛动可能对3个区域的干湿转化均有不同程度的影响.在此基础上,定义旱(涝)尺度因子,可以定量描述旱涝持续性的区域特征;滑动计算旱(涝)尺度因子,可以检测哪一时段对应有旱涝群发性事件及重大干湿期的转折.     

近百余年我国气温变化的突变点分析

用墨西哥帽小波和哈尔小波函数分析了我国气温变化的突变点位置，并用气温序列的5a滑动平均序列计算了信噪比(S／N)，进一步验证了突变点的位置。同时还通过小波逆变换分析了我国温度变化趋势。结果表明：从不同气候层次来看，1920年前后气温发生了急剧的变化。目前我国气温处于偏高阶段，并将持续一段时间。     

1960—2008年淮河流域极端降水演变特征

采用地理空间统计、时间序列分析和趋势诊断等方法,研究1960—2008年淮河流域极端降水时空演变特征:流域大部分地区全年及四季的极端强降水量、降水强度、强降雨日数无明显变化趋势;≥15 d的持续无降水事件发生次数由南向北递增,平均每年2~5次,冬季最多、夏季最少;≥5 d的持续降水事件由东北向西南递增,平均每年1~8次,潢川—正阳—郑州一线的西北部秋季最多,其他地区夏季最多;40%的站点持续无降水事件有明显增多趋势,气候倾向率为0.22~0.60次/a,且大多在1970s发生气候突变;30%的站点持续降水事件有明显减少趋势,气候倾向率为-0.24~-0.70次/a,普遍无气候突变;持续无降水(降水)事件与年降水总量没有明显的联系。     

500 hPa温度场时间序列的年代际突变过程统计特征

本文利用Logistic 模型,推导出描述均值突变的分段函数,用该函数对可能存在突变的时间序列进行拟合,并结合概率分布理论,确定突变幅度最大的时段即为发生突变的过程,由此确定并分析序列中突变的开始时刻、突变幅度、突变变率、突变持续时间、系统不稳定特性等参数。对全球500 hPa 温度场单点时间序列的突变持续过程展开研究:（1）对突变过程的开始时刻进行统计,发现1956～1959、1970～1979、1986～1994、1994～2004 年开始的突变所占比重较大,几次突变过程中,平均来看除了1986～1994 年开始的突变表现为降温,其余几次突变均表现为增温;并且每次突变时,增温幅度比较大的突变,其变率也较大;（2）从突变先后的空间分布上看,1956～1959、1970～1979 年检测到发生突变的格点在海洋上空的突变偏早、欧亚大陆上空偏晚,而1986～1994 和1994～2004 年突变期间这一情况正好相反;（3）针对每次突变过程中的突变幅度,低纬度区域温度发生突变的变化幅度较小、高纬度区域较大;（4）对突变持续时间的检测结果表明,在全球增暖背景下,完成一次突变的持续时间正在逐渐变短;（5）当系统突变正在进行时,系统的不稳定性较强。     

基于SPEI指数的河北省南部夏玉米生长季干旱特征分析

利用河北省南部8个气象站点1962—2018年的逐月气温、降水量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI),通过小波分析、Mann-Kendall检验等方法,分析了河北省南部夏玉米生长季(6—9月)干旱变化特征以期为干旱灾害的监测、预报预警及防御提供理论依据。结果表明:夏玉米苗期干旱发生频率为31.5%,1966年后苗期气候呈湿润化趋势,在1968和2009年附近可能发生了气候湿润化的突变,整个分析期(1962—2018年)干湿变化包含13～18a、5～8a周期振荡;夏玉米穗期干旱发生频率为40.3%,2006年后穗期气候呈持续干旱化趋势,在1980和1997年附近可能发生了气候干旱化的突变,整个分析期干湿变化包含15～22a、6～10a周期振荡;夏玉米花粒期干旱发生频率为29.8%,1989年后花粒期气候呈持续干旱化趋势,可能在1992和2002年附近发生了气候干旱化的突变;夏玉米生长季干旱发生频率约为30%,生长季气候总体呈干旱化趋势,特别是1997年后持续干旱化,可能在1996年附近发生了气候干旱化的突变。     

重庆市涪陵区近56年气候变化特征研究

利用重庆市涪陵区1953～2008年来的气温、降水、日照等资料,通过气候统计诊断分析方法,从气候基本特征、要素变化趋势、气候突变等进行分析.结果表明,近56年来,重庆市涪陵区除夏季外,年和各季节气温呈上升趋势,冬季升温显著.年降水量和春、夏、冬季降水量均为上升趋势,秋季降水量为下降趋势.日照时数经历了一次显著波动,由多到少的突变发生在1973年前后.气温、降水量和日照时数都存在突变现象.气温和降水的异常年份多发生在90年代以后.     

黄河兰州以上气候要素长期变化趋势和突变特征分析

采用1960—2001年黄河流域兰州以上地区23个气象台站的气温、降水、日照时数和蒸发量4个气候要素的资料,分析了42年来兰州以上地区的气候变化和发展趋势。用非参数统计检验方法(Mann-Kendall法)分析了气候变化的长期变化趋势。结果表明,42年来全区平均变暖0.76℃,降水量、日照时数和蒸发量平均减少了17.89 mm,125.6 h和161.3 mm;用距平曲线法分析了气候变化的阶段性特征;用滑动T检验法(MTT法)、Ya-mamoto法和Mann-Kendall法对5年滑动平均的区域季节和年时间序列进行突变检测,讨论了黄河流域兰州以上地区的气候变化问题。MTT法的检测结果表明,气温、降水量和日照时数分别在20世纪80年代的末期、中期和初期发生了突变,蒸发量除了发生在80年代的突变外,90年代也有一次超过0.01显著性水平的突变;Yamamoto法检测结果表明,20世纪80年代的气候突变最为明显,1981年春季蒸发量和1985年的年气温均出现了强突变,年蒸发量突变的S/N值的位相明显提前于其他3个气候要素突变S/N值的位相;Mann-Kendall法检测结果表明,各气候要素年和季的突变年份中,气温主要发生在20世纪90年代,蒸发量主要发生在20世纪60年代,日照时数主要发生在20世纪80年代。这一事实也说明检测方法不同,评价结果会存在一定差异。     

气候突变现象的研究

本文分析了各种时间尺度的气候突变现象，特别是本世纪以来的三次主要气候突变（1900、1920和1960），讨论了十年尺度气候突变现象的几个主要特点:气候突变与全球温度变化的关系、突变的空间尺度以及季风系统 在气候突变中的敏感性等。     

1951—2007年辽宁省农业界限温度变化及其成因探讨

对1951-2007年辽宁省稳定通过0℃、10℃积温和持续日数变化进行了分析.结果表明:(1)近57年来辽宁省稳定通过0℃和10℃积温和持续日数呈递增趋势,其中稳定通过10℃积温和持续日数递增趋势更明显;(2)各标准气候期稳定通过0℃和10℃积温变化趋势不同,第1个和第2个30年标准气候期呈现递增趋势较弱,最近30年标准气候期呈显著递增趋势;各标准气候期稳定通过0℃和10℃持续日数均为递增趋势,而且后期递增较前期更为显著;(3)中部和沿海城市稳定通过0℃、10℃积温和持续日数递增趋势强于北部和西部;(4)城市化引起的热岛效应是观测到的稳定通过0℃、10℃积温和持续日数递增的重要原因,而区域气候变暖则进一步加强了递增趋势.