1980～2014年中国生态脆弱区气候变化特征分析

为了全面把握20世纪80年代以来中国生态脆弱区气候变化的特征,利用基于全国2000多个站点的格点化逐月资料,对中国典型生态脆弱区1980～2014年的日平均气温、日最高和最低气温、降水、相对湿度、风速和蒸发皿蒸发量的变化特征进行了分析。结果表明:（1）中国生态脆弱区日平均气温、日最高和最低气温几乎都呈上升趋势;日平均气温增幅北方大于南方;北方生态脆弱区日平均气温、日最高和最低气温、南方生态脆弱区日最低气温的季节增幅多为春季最大,秋季或冬季最小。（2）全区平均降水变化趋势不明显;生态脆弱区降水距平百分率春季多为增长趋势,夏季多为减少趋势,秋、冬季和年北方多为增长趋势,南方多为减少趋势。（3）相对湿度以减少趋势为主,只有黄土高原南部脆弱区秋、冬季和干旱半干旱区脆弱区冬季相对湿度距平百分率的趋势为正,这几个正值区同时也是降水增长大值区。（4）风速基本为减少趋势,春季减少趋势最大。（5）全区平均蒸发皿蒸发量春、夏季和年为减少趋势,冬季为增长趋势;北方生态脆弱区蒸发皿蒸发量四季和年多呈减少趋势;南方生态脆弱区蒸发皿蒸发量春、夏季以减少趋势为主,秋、冬季和年呈增长趋势。     

基于多区域模式集合的中国西部干旱区极端温度未来预估

利用CORDEX-EA计划11个区域模式模拟结果,集合预估了中国西部干旱区16个极端温度指数未来的变化趋势及空间分布。结果表明:1)区域模式基本上能够再现近30 a西部干旱区极端温度的空间分布。2)多模式集合预估的西部干旱区21世纪中期霜冻日数(FD)和冰封日数(ID)呈现显著的下降趋势,而热夜日数(TR)和夏季日数(SU)则呈现明显的上升趋势。3)未来异常暖昼持续指数(WSDI)和生长期(GSL)呈现增加趋势,异常冷昼持续指数(CSDI)和日较差(DTR)则呈现下降趋势。4)未来气候增温导致冷昼日数(TX90p)、暖夜日数(TN90p)增加,而暖昼日数(TX10p)和冷夜日数(TN10p)减少。5)未来月最高温度极大值(TXx)、月最低温度极大值(TNx)、月最高温度极小值(TXn)和月最低温度极小值(TNn)都呈现增加的趋势。因此,西部干旱区未来发生极端低温事件的概率减小,发生极端高温事件的概率则会增大,但不同的极端温度指数变化的空间分布并不均一,存在明显的区域差异。     

近54年京津冀地区热浪时空变化特征及影响因素

基于1960—2013年京津冀及周边地区34个气象站逐日最高气温和相对湿度资料,利用高温热浪模型,辅以趋势分析、突变检验及相关分析等方法,研究近54年京津冀地区热浪时空变化特征,探讨城市化对热浪变化的影响,并尝试寻找对热浪异常具有稳定指示意义的环流因子。结果表明:1960—2013年京津冀地区热浪变化具有明显的阶段性,以20世纪70年代中期为转折,热浪呈先减少后增加趋势;京津冀地区热浪空间格局变化整体呈南减北增,东南平原区热浪呈下降趋势,北部生态涵养区呈现增加趋势;在区域尺度上,城市化或迁站影响并未改变北京极端热浪变化趋势,主要影响以轻度和中度热浪变化为主;西太平洋副热带高压和青藏高原反气旋环流与京津冀地区热浪异常关系最为显著,对热浪异常是一种稳定且强烈的指示信号。当青藏高原高空反气旋环流异常偏强,西太平洋副热带高压明显偏北,京津冀地区发生超级热浪可能性较大。     

中国夏季和冬季极端干旱年代际变化及成因分析

依据1961～2009年中国区域540个气象站的夏、冬季气温和降水数据,首先采用气候变化趋势转折判别模型（简称PLFIM）分析了中国区域8个分区夏、冬季气温和降水的年代际变化,而后利用PDSI干旱指数研究了夏、冬季极端干旱在年代际尺度上的时空变化特征及其成因。结果表明:1961～2009年中国夏季极端干旱发生率北方大于南方,冬季则为在东部多而在西部少。夏季和冬季极端干旱发生概率在最后一次年代际转折后都呈增加趋势。在区域尺度上,夏季东北、华北和西北地区增加明显,冬季东北、华北、华南、西南地区增加显著。其中,降水在20世纪90年代以前的极端干旱变化中起主导作用,而后由于气候变暖所引起的极端干旱增加趋势逐渐增大,与降水变化的作用相互叠加。     

气候变化对重庆高温和旱涝灾害的影响

利用重庆地区1961—2006年逐日气象观测资料,研究了气候变化对重庆高温和旱涝灾害的影响。结果表明:重庆区域显著的增暖开始于20世纪90年代后期,突变检验结果显示气温距平的突变出现在1997年。增暖后,极端高温事件发生频次增加趋势明显,高温热浪风险显著上升,极端降水事件发生频次也呈现出显著增加趋势,洪涝灾害的风险不断上升。进一步分析了区域平均各级别降水日数的变化趋势,结果显示小雨和中雨日数减少趋势明显,使得干旱的风险增大。将区域平均气温距平序列分为全球气候变化对重庆区域平均气温的影响和重庆区域平均气温的自身变率两部分,发现在增暖后,全球气候变化对区域气温变化的贡献较增暖前增大。分别计算2006年全球气候变化和区域自身变率对重庆异常气温的贡献,发现2006年重庆异常高温可能是受全球气候变化和区域自身的变率共同作用的结果,但以区域自身的变率为主。     

鲁中地区极端高温变化特征分析

基于1966—2015年鲁中地区8个气象站日最高气温、日最低气温和相对湿度气象观测资料,利用年最高气温、高温日数、极端高温日数、暖夜日数、炎热日数和高温热浪日数等指数,研究其极端高温天气变化特征。结果表明:鲁中地区近50 a年最高气温随时间变化呈增加趋势,1990年后增加趋势明显,有6 a左右的主要变化周期,主要空间变化规律一致;极端高温天气呈增强趋势,尤其在1990年以后,年炎热日数和轻度高温热浪日数最多出现在1994年,年高温日数最多出现在1997年,年极端高温、暖夜日数和重度高温热浪日数均出现在2005年;中部地区发生极端高温天气频率高,南部山区发生频率低。     

近70a来中亚极端高温事件时空分布

基于NCEP/NCAR 1948—2017年逐日平均气温资料,利用百分位阈值法确定中亚地区极端高温事件的阈值,进而分析该地区近70 a极端高温事件强度、频次时空分布特征。结果表明:中亚地区暖季平均气温的空间分布受地形影响显著,从西南向东北逐渐降低。极端高温事件的强度和频次在1967年前后发生年代际转折,其中强度在转折后要显著高于转折前,频次在转折前呈现负趋势、转折后转变为正趋势。极端高温事件发生的区域也存在显著的年代际变化特征。极端高温事件强度趋势增加最显著的地区位于乌兹别克斯坦西部,负趋势最显著的区域位于中国南疆;频次趋势增加最显著区域位于哈萨克斯坦西部的乌拉尔地区,负趋势显著区域则位于帕米尔高原。     

中国东部地区夏季极端高温的特征分析

利用中国东部地区449个气象站的日最高气温资料,应用趋势分析法等,分析了1960-2012年夏季极端高温日数、持续高温日数的时空变化特征。分析发现:北方地区、华南地区和杭州湾周围地区两个高温指数都呈现增加趋势,长江与黄河之间的中部地区都减小。而在长江下游南部地区极端高温日数显著增加,但持续高温日数却明显减少。从季节特征上看,淮河以北的地区两个高温指数主要集中在6、7月;而以南的区域主要集中在7、8月。各个地区的这两个高温指数与降水日数均呈现显著的负相关,但南北有明显的差异,北方地区负相关的在年际变率以及5 a尺度都很显著,而中部地区则只在年际尺度上显著。杭州湾与华南地区持续高温日数与降水日数的相关体现在5 a尺度上。北方极端高温的显著增加与该地区降水日数与降水量明显减少密切相关。西北太平洋副热带高压显著的西伸,与东南地区的两个高温指数的变化有关。     

我国大陆极端高温基于去趋势波动及排列熵法的时空分布特征研究

为进一步掌握我国大陆极端高温的时空分布特征,利用去趋势波动分析法确定全国83 个站点极端高温阈值,通过排列熵方法检测全国10 个区的极端高温周期和突变。结果表明,我国大陆极端高温频数主要以7 年、10～13 年和16～20 年三大周期变化;突变主要发生在1960 年代、1970 年代末和1980 年代初;1950 年代初极端高温频率年值最大,而后急剧下降,直至1980 年代中后期才出现明显的增长趋势;极端高温年频数均值南方较北方大,且大、小频数分布区域集中。      

1960～2018年中国高温热浪的线性趋势分析方法与变化趋势

高温热浪直接影响人体健康和作物生长。研究全球变暖背景下我国高温热浪发生率的趋势是气候变化研究的基本问题之一,可为人们的生产生活等提供重要的科学信息。目前对于高温热浪趋势的研究大都使用最小二乘（Ordinary Least Squares,OLS）方法估计趋势,结合学生t检验判断趋势的统计显著性。本文审视了以往常用方法在研究我国高温热浪发生率的线性趋势时的适用性。首先,以2018年东北局部地区因当年高温日数异常多而形成离群值的例子展开,说明OLS方法估计趋势时对离群值非常敏感,造成虚假趋势。进一步,通过正态分布检验和自相关计算,发现1960~2018年中国至少有91.14%站点、90.06%格点的高温日数和92.18%站点、87.74%格点的热浪次数的序列不服从正态分布,而且多数存在自相关。采用一种不易受离群值影响并考虑自相关的非参数方法,本文对1960～2018年中国站点和格点、4个典型区域以及全国平均的高温日数和热浪次数的线性趋势做出了更为准确的估计。研究发现,高温日数显著增多的站点主要出现在华南和西北地区,热浪次数呈显著增多趋势的站点目前几乎仅限于华南地区和新疆的个别站点;区域平均而言,仅有华南区域和西北区域的高温日数和热浪次数是显著增多的,华北区域和东北区域趋势并不显著;全国平均的高温日数和热浪次数都是显著增多的。本文对高温热浪的趋势及其显著性估计、统计预测的方法选择上有重要参考价值。     

INVESTIGATION OF THE SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF EXTREME HIGH TEMPERATURE IN CHINA WITH DETRENDED FLUCTUATION AND PERMUTATION ENTROPY

With temperatures increasing as a result of global warming,extreme high temperatures are becoming more intense and more frequent on larger scale during summer in China.In recent years,a variety of researches have examined the high temperature distribution in China.However,it hardly considers the variation of temperature data and systems when defining the threshold of extreme high temperature.In order to discern the spatio-temporal distribution of extreme heat in China,we examined the daily maximum temperature data of 83 observation stations in China from 1950 to 2008.The objective of this study was to understand the distribution characteristics of extreme high temperature events defined by Detrended Fluctuation Analysis(DFA).The statistical methods of Permutation Entropy(PE)were also used in this study to analyze the temporal distribution.The results showed that the frequency of extreme high temperature events in China presented 3 periods of 7,10—13 and 16—20 years,respectively.The abrupt changes generally happened in the 1960s,the end of 1970s and early 1980s.It was also found that the maximum frequency occurred in the early 1950s,and the frequency decreased sharply until the late 1980s when an evidently increasing trend emerged.Furthermore,the annual averaged frequency of extreme high temperature events reveals a decreasing-increasing-decreasing trend from southwest to northeast China,but an increasing-decreasing trend from southeast to northwest China.And the frequency was higher in southern region than that in northern region.Besides,the maximum and minimum of frequencies were relatively concentrated spatially.Our results also shed light on the reasons for the periods and abrupt changes of the frequency of extreme high temperature events in China.     

中国西北地区东部近546年干旱事件特征分析

以西北地区东部的17个代表站1470—2008年的旱涝等级资料和1958—2015年5—9月气象站降水量数据为基础，建立了546年中国西北地区东部旱涝等级序列，采用经验正交函数分解、滑动t检验等统计方法，对其干湿演变规律进行分析，详细讨论了546年极端干旱事件及干旱持续性特征。结果表明:旱涝等级资料能够较好地反映西北地区东部干旱变化的时、空特征；在百年尺度上，20世纪发生旱、偏旱最为频繁，且高值区位于宁夏及陕北；干旱尺度因子的空间分布表明宁夏东部及陕北地区的干旱持续性相对较强，陇南及陕西南部地区的干旱持续性较差；空间范围较大且强度较大的重大干旱事件对干旱的持续发生起重要作用，历史上发生在1470—1500年和1910—1940年的两次西北地区东部百年甚至两百年一遇的极端干旱事件，对该地区干旱持续性的影响较为显著。      

基于两种潜在蒸散发算法的SPEI对中国干湿变化的分析

利用美国普林斯顿大学高分辨率的全球陆面同化数据集和美国国家环境预测中心的辐射再分析数据,根据Thornthwaite和Penman-Monteith公式分别计算了1948～2008年中国区域潜在蒸散发量;而后,使用降水和两套潜在蒸散发数据分别计算得到标准化降水蒸散发指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),并以此研究了1949～2008年中国区域干湿变化时空特征以及两种SPEI结果之间的差异;最后,给出了两种SPEI在中国的适用区域。结果表明:两种SPEI均显示中国地区整体上存在变干趋势,季节上以春季的变干趋势最为显著;空间上表现为以长江为界的南涝北旱,显著变干的区域有内蒙古中部、华北、东北以及四川东部地区,显著变湿的地区主要位于新疆北部和西部。同时,各种不同等级干旱也呈增加趋势,其中以中等干旱增加最为显著。1990年代中后期以来是中等和极端干旱发生最多的时期,空间上与SPEI显著减小的区域相对应。两种SPEI在 冬、春季差异最大,这主要是由于期间两种潜在蒸散发的计算结果之间存在很大差异。在Penman-Monteith公式中,由于空气动力项对冬、春季北方潜在蒸散发的贡献显著增加,基于该公式的SPEI相对而言能更合理地描述干湿变化特征。     

A Comparative Analysis of Primary and Extreme Characteristics of Dry or Wet Status between Asia and North America

In this study, the Palmer Drought Severity Index (PDSI) was used to analyze the average and extreme dry/wet states of Asia and North America from 1953 to 2003. The results indicate that the two continents underwent drying trends during this period. Compared with North America, Asia showed more severe drought trends. However, more significant and regular seasonal variation for drought was found in North America. The driest regions in Asia were located in the northern region of China, Mongolia, and eastern mid-Siberian plateau. Most regions in central North America were relatively wetter than other regions. The northern and southwestern regions of North America, as well as the Atlantic and Pacific coastal areas, experienced the most drought during this period. A sharp increase of the drought area and the number of extreme drought events took place from 1997 to 2003 in both Asia and North America. Severe drought events were more likely to occur during the summer on both continents. Asia had the most extreme drought events during July, but North America reached its highest drought frequency from June to September. In Asia, a persistent increasing trend of extreme drought emerged throughout the studied period. However, a more complex evolution of drought emerged in North America: a decreasing trend appeared before the mid-1960s and an increasing trend appeared after the late 1970s. A relatively steady dry/wet status was observed between the mid-1960s and the late 1970s. The role of exceptional, extreme drought events with respect to the La Nin?a event was considered during 1997–2003.     

1960—2010年中国西南地区区域性气象干旱事件的特征分析

利用区域性极端事件客观识别法（Objective Identification Technique for Regional Extreme Events,OITREE）和1960—2010年中国西南地区（四川、云南、贵州省和重庆市）101个站综合气象干旱指数（CI）进行区域性气象干旱事件识别研究,确定了相应的OITREE方法参数组,并识别得出87次中国西南地区区域性气象干旱事件,其中9次达到极端强度,而2009年9月—2010年4月发生的特大干旱是中国西南地区近50年最严重的区域性气象干旱事件。进一步分析表明,中国西南地区区域性气象干旱事件的持续时间一般为10—80 d,最长可达231 d;11—4月是西南地区的旱季。云南和四川南部是西南干旱的频发和强度中心地区;强的（极端及重度）干旱事件可分为5种分布类型,其中南部型出现机会最多。过去50年西南地区区域性气象干旱事件频次显著增多,强度有所增强,其主要原因可能是该地区降水量显著减少所致,而气温升高也起到了推波助澜的作用。     

锡林郭勒盟近50a降水变化及早涝年分析

利用1961—2010年锡林郭勒盟15个气象站的年及夏季（6—8月）逐月降水量资料,分析了锡林郭勒盟降水的时空变化特征和夏季旱涝年。结果表明：锡林郭勒盟降水量总体上呈南多北少,东多西少的分布特征;近50a降水量没有明显的增减变化趋势,但年际波动特征明显,近10a降水量显著减少。用区域夏季降水指数确定出1998年为涝年,而1980、2001、2005和2010年为夏季旱年。     

基于CI指数的昔年地区1961-2012年春季干旱分布特征

_{选用1961-2012年西南片区(四川、贵州、云南和重庆市)90个地面气象观测台站的逐日降水、日平均气温的实测气象要素资料,运用综合气象干旱指数(CI) 来统计分析近52年来西南春季干旱的时空变化特征。研究得出：西南地区干旱主要发生在春季和冬季,其中春季干旱的频次最高,而冬季的干旱强度最强,春季干旱的频次和强度均为3级干旱(中旱)较偏多偏强;春季干旱的频次和强度均为略有下降趋势;年代距平均在20世纪60至80年代的为正,而后为负;频次在1980年左右有个突变,而强度在1981年左右有突变;频次主要在21世纪初之前具有8a的年际周期变化,有明显的缩短趋势,强度主要具有8a的年际周期变化和12a的年代际周期,也均具有明显缩短的趋势;频次和强度指数均在云南中部、贵州东部和四川西北部边缘有3个明显的高值中心,而四川南部和重庆东北部为低值中心。}     

Spatiotemporal patterns of drought at various time scales in Shandong Province of Eastern China

The temporal variations and spatial patterns of drought in Shandong Province of Eastern China were investigated by calculating the standardized precipitation evapotranspiration index (SPEI) at 1-, 3-, 6-, 12-, and 24-month time scales. Monthly precipitation and air temperature time series during the period 1960–2012 were collected at 23 meteorological stations uniformly distributed over the region. The non-parametric Mann-Kendall test was used to explore the temporal trends of precipitation, air temperature, and the SPEI drought index. S-mode principal component analysis (PCA) was applied to identify the spatial patterns of drought. The results showed that an insignificant decreasing trend in annual total precipitation was detected at most stations, a significant increase of annual average air temperature occurred at all the 23 stations, and a significant decreasing trend in the SPEI was mainly detected at the coastal stations for all the time scales. The frequency of occurrence of extreme and severe drought at different time scales generally increased with decades; higher frequency and larger affected area of extreme and severe droughts occurred as the time scale increased, especially for the northwest of Shandong Province and Jiaodong peninsular. The spatial pattern of drought for SPEI-1 contains three regions: eastern Jiaodong Peninsular and northwestern and southern Shandong. As the time scale increased to 3, 6, and 12 months, the order of the three regions was transformed into another as northwestern Shandong, eastern Jiaodong Peninsular, and southern Shandong. For SPEI-24, the location identified by REOF1 was slightly shifted from northwestern Shandong to western Shandong, and REOF2 and REOF3 identified another two weak patterns in the south edge and north edge of Jiaodong Peninsular, respectively. The potential causes of drought and the impact of drought on agriculture in the study area have also been discussed. The temporal variations and spatial patterns of drought obtained in this study provide valuable information for water resources planning and drought disaster prevention and mitigation in Eastern China.     

1961～2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析

利用1961～2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2～4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2～4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2～4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。     

四种气象干旱指数在新疆区域适用性研究

利用降水量距平百分率(PA)、标准化降水蒸散指数(SPEI)、自适应帕默尔干旱指数(scPDSI)和气象干旱综合指数(MCI)四种气象干旱指数，进行变化趋势、相关性和干旱频率的分析，并与历史灾情进行对比，来研究1961—2020年新疆不同区域干旱指数适用性。结果表明，scPDSI和MCI指数显著上升，干旱程度呈减轻趋势，其干旱监测结果一致率高。PA指数变化趋势均平稳，但与其他三种干旱指数在全频域和高频域干旱监测结果一致率较好。SPEI指数在东疆和南疆东部区域显著下降，干旱程度呈加重趋势，与其它三种指数低频域干旱监测结果存在显著负相关。干旱频率分析结果显示，PA指数的特旱等级判定存在异常情况，特别是南疆和东疆。与历史灾情对比结果显示，MCI指数是对干旱灾害反映最好的。总体上，MCI指数在新疆地区的适用性要优于其它三种干旱指数。近60年来，全疆不同区域的MCI指数均呈上升趋势，各区域的干旱程度均有所减轻。空间上，新疆西北部发生干旱显著比南疆和东疆区域概率大。全疆不同区域在1962—1967年、1974—1977年、1989—1991年、1997年、2020年均发生干旱，并且主要集中在春夏两季较多，其中北疆西部和伊犁河谷区域易出现干旱灾情。