1961-2004年新疆气候突变分析

利用1961-2004年新疆53个气象台站逐日平均最高气温、平均最低气温和降水数据,采用Mann-Kendall法分别对北疆、天山山区和南疆气温、日较差和降水年序列进行了突变分析,同时利用滑动t检验和Yamamoto法对突变点的真伪做了验证.结果表明:1961-2004年北疆、天山山区和南疆年平均最低气温上升速率均明显高于年平均最高气温,年平均日较差均呈显著下降趋势,年降水量均有增加趋势.北疆年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1988年、1979年和1984年发生了突变;天山山区年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1985年、1983年和1992年发生了突变;南疆年平均最高气温、年均最低气温及年平均日较差分别在1993年、1991年和1981年发生了突变.20世纪80年代中期以来北疆、天山山区、南疆均进入增温多雨时期.这些结果对进一步研究和预测新疆气候有着重要意义,为研究全国甚至全球气候变化提供重要依据,同时也为决策者提供决策依据.     

新疆区域近50a积雪变化特征分析

利用新疆91个气象台站1960-2011年的观测资料, 对南北疆及天山山区冬春年(10月-翌年5月)的积雪日数、最大积雪深度、积雪初始、终止日期等因子进行了统计分析, 并通过Kringing插值计算了新疆区域平均最大积雪深度的空间分布.结果表明: 新疆冬春季积雪主要分布在天山以北, 厚度可达30 cm以上, 天山以南积雪比较浅薄, 大部分在10 cm以下;50 a来, 南北疆及天山山区的积雪深度均呈小幅增长(天山山区增幅最大), 积雪日数呈略微降低趋势, 积雪初始、终止日期无明显变化. 天山山区的积雪变化与北疆有较高的相关性, 它们积雪深度和积雪日数的相关系数分别达0.708和0.614, 南疆积雪变化与它们几乎没有相关性;积雪深度与冬春年降水量的变化均有很好的一致性, 尤其在北疆,二者相关系数高达0.702, 但与平均温度呈低的负相关;积雪日数与冬春年降水量变化没有明显相关关系, 但均与气温呈较好的负相关, 在北疆二者的相关系数达-0.742.     

黑河流域气候平均降水的精细化分布及总量计算

利用黑河流域气象观测站降水资料和DEM资料,分析了气候平均年和月降水量与地理地形参数的关系.结果显示,黑河流域气候平均降水量与测站的海拔、纬度、坡度显著相关,据此建立了降水量与地理地形参数的关系模型;拟合分析表明,年降水量拟合值与实测值的相关系数达0.94,二者在大部分地区分布特征基本一致,拟合值稍大;逐月降水量拟合相对误差在上游和中游都很小.基于降水量与地理地形参数的关系模型,利用高分辨率DEM资料,扩展得到了黑河流域上中游100m×100m精细化分布的气候平均年降水量和各月降水量.结果表明,精细化分布的降水量场能够表现出更多与地形和地势有关的细节,这是只利用气象测站资料的分析结果所不能反映的.在黑河流域气候平均降水量空间精细化分布基础上,按照黑河流域上中游面积5.08×104 km2计算,其气候平均年降水总量约为150.6×108 m3,降水主要集中在5-9月.     

1981-2006年西北干旱区NDVI时空分布变化对水热条件的响应

气候是植被变化的重要驱动因子. 利用1981-2006年GIMMS归一化植被指数（NDVI）时间序列数据,结合68个气象站降水、气温数据和DEM地形数据等资料,研究分析了西北干旱区植被活动的年、季变化和空间差异. 结果显示：在1981-2006年的26 a,西北干旱区植被的覆盖率增加了4.5%,年平均NDVI增加了3.2%;植被的生长季延长,主要表现在生长季的推迟. 从总体来说,植被覆盖率、生长季和NDVI值在2000年以前显著增加,而在2000年以后都呈现减小的趋势;其中,减少明显的区域是在伊犁河谷、中天山及平原区,在河流上游山区或源头以及部分河流两岸呈现增加态势;在年际变化上,大部分区域的气温、降水与NDVI相关性不强. 而年平均气温在4.58 ℃以下低温区和年降水在180 mm以上的相对湿润区,气温和降水都呈现正相关;在季节变化上,NDVI值在春季和秋季与温度相关显著,而夏季与降水相关性强. 2000年以后,植被覆盖率和NDVI值开始出现降低趋势与气温持续升高、降水量增幅下降有关.     

近30a来天山西部积雪与气候变化--以天山积雪雪崩研究站为例

利用位于天山西部的中国科学院天山积雪与雪崩研究站1967-2000年近33 a来的观测记录, 检验了天山西部中山带季节性积雪、冬季降水、冬季平均气温的变化趋势. 结果表明: 季节性积雪的长期变化呈增加趋势, 近33 a来年平均增加1.43%; 冬季气温和降水的变化趋势也是增加的, 其中冬季降水每年平均增加0.12%, 而冬季气温近30 a来升高了0.8 ℃. 对气温时间序列的一次线性倾向估计的倾向值为0.02, 气温变化表现出稳定的升温趋势, 最大熵谱分析表明气温的变化存在2.1 a、 3.6 a、 10.7 a的变化周期. 对多年气温季节的变化研究表明, 升温的季节主要是冬季, 而夏季升温不明显;最大熵谱分析表明降水变化存在2.1 a、 6.4 a、 10.7 a的周期变化, 降水量的变化没有表现出很强的趋势性特点;逐年最大积雪深度在波动中成逐年增加的趋势, 积雪日数和最大积雪深度之间密切相关, 33 a来的积雪日数是增加的. 通过对相关因子和影响因子分析表明, 季节性积雪与冬季气温之间存在着弱的负相关关系, 与冬季降水呈显著的正相关关系.     

基于TRMM降水数据的山区降水垂直分布特征

选择天山和祁连山区为典型区,利用台站降水数据验证以上两区多卫星降水数据(TRMM)精度的基础上,借助TRMM数据分析了所选山区年降水梯度效应,并探讨了天山及祁连山最大降水高度带.结果表明,多卫星降水数据在天山和祁连山区精度较高,天山及祁连山年降水量都明显受到海拔影响,降水随海拔升高而增加,但天山降水与海拔正相关关系最好,南、北和西坡相关系数分别为0.90、0.81和0.58,多年平均降水直减率分别为11.0mm/100 m、6.3 mm/100 m、7.4 mm/100 m,最大降水高度带则分别位于海拔2 200~3 500 m和3 200~3 700 m和3 000m左右;祁连山东、中、西段降水随海拔有增加趋势,但降水梯度效应在祁连山东段明显高于祁连山中西段地区,梯度效应由东向西呈现递减趋势,其最大降水带主要分布在东段4 000~4 500 m的高山带.     

天山北坡内陆河流域山地-平原绿洲和荒漠气候变化差异分析——以三工河流域为例

对中国天山北坡三工河流域山地、绿洲、荒漠不同下垫面区域1961-2007年气象资料序列进行了分析, 结果表明: 近50 a平原绿洲区平均温度以0.3 ℃·(10a)~(-1) 趋势上升;流域山区增温趋势较慢, 平均每10 a以0.17 ℃的趋势增温, 但本世纪初增温速率加快, 绿洲区和山区分别增加0.7 ℃和 0.5 ℃. 流域CO_2浓度和CH_4浓度持续上升, 且高于全球平均水平.原绿洲区1987-2007年比1961-1986年平均降水量偏多35%;山区降水量平均每10 a增加速率和绿洲区基本一致, 但波动较大, 20世纪80年代降水增加较显著, 90年代降水量减少到70年代水平, 本世纪初降水量显著增加. 气候变化序列用Mann-Kendall方法检验认为, 山区温度和降水没有达到突变水平, 平原绿洲区降水在1984年发生了由低向高的突变, 温度在1995年发生了由低向高的突变. 夏季荒漠空气相对湿度、太阳辐射量均小于绿洲, 但温度却始终高于绿洲, 绿洲"湿岛效应"和"冷岛效应"特征明显. 荒漠-绿洲温差有3 h、 20 h的主要周期, 温差突变一般发生在凌晨.     

新疆40a来气温、降水和沙尘天气变化

根据1961-2001年新疆代表北疆的8个气象站、天山山区的8个气象站、南疆的8个气象站的实测资料, 分析了40 a来新疆气温、降水、沙尘暴、扬沙、浮尘年代际变化特征.结果显示: 40 a来新疆气温呈明显上升趋势, 后10 a(1991-2000年)比前30 a平均气温升高, 北疆偏高0.8℃, 南疆和天山山区均偏高0.℃; 降水变化的总趋势是增湿明显, 后10 a与前30 a相比降水增加, 南疆偏多20.4%, 北疆偏多11.3%, 天山山区偏多9.8%; 南疆与北疆各类沙尘天气年际变化趋势基本相似, 80年代以来呈减少趋势; 南疆沙尘暴、扬沙、浮尘总日数之和与同期的温度、降水在春季有相对较好的线性相关关系.     

祁连山中段北坡最大降水高度带观测与研究

2006年6月至2008年9月,在祁连山中段北坡黑河流域上游进行了降水空间变化的统观测.结果表明:在黑河上游流域中山区,夏季降水量从东向西呈减少趋势,递减率约为80 mm·(100 km)-1;最大降水高度带位于海拔4 500～4 700 m左右,年降水量为485 mm.该高度带与本区最大相对湿度高度层(海拔4 600 m左右)以及夏季气温零温层高度(海拔4 680 m左右)相一致.研究区域2008年夏季的凝结高度大致位于海拔4 900 m左右,个别降水日的凝结高度可降至海拔4 460 m左右.在最大降水高度带以下的高山和中低山区,年降水量随海拔升高的递增率为17.2 mm·(100 m)-1,夏季降水量的递增率为11.5 mm·(100m)-1.     

邯郸市西部山区水资源状况及变化分析

通过对邯郸市西部山区1960-2015年的逐月降水实测资料与逐月气温资料分析,掌握区域降水特征和水资源状况。经分析研究表明:历年旱涝交替明显,降水量时空分布不均,并呈下降趋势。21世纪以后年降水量较平均值明显减少;全年降水呈单峰型,其中汛期(6-9月)为降水集中月份,占总降水76.6%;西部山区全年降水66.8%被蒸发掉,仅有33.2%的降水可被利用。春季(3-5月)表现尤为明显,蒸发率大于80%。邯郸西部山区可利用水资源呈减少趋势。季节可利用降水量变化趋势为春冬季呈增长趋势,夏秋季呈现减少趋势。     

中天山及其北麓的降水变化及其原因分析

利用中天山地带85.0°～90.0°E,42.5°～45.0°N范围内17个气象站1961-2000年的降水、气温观测数据及美国NCEP/NCAR1950-2000年再分析月平均资料进行计算和分析,结果表明:这一区域近年来降水呈现上升趋势,且冬、夏季相对显著,山区降水增幅大于山前平原地带.年代际变化表现为60-70年代降水量减少,80-90年代逐步增加.大气可降水量多年也表现为增加趋势.近50a来该地区上空的水汽输送状况显示,年平均大气水汽输入为9217.8×10⁸m³,输出水汽8625.7×10⁸m³,净收支为592.0×10⁸m³,且水汽收支主要取决于夏半年的水汽输入量,境外全年输入的水汽只有6.4%转化为降水.从50-90年代水汽净收支总体上呈减少趋势,只在90年代有略微增长.结合该地区的河流径流增加、冰川物质平衡一直处于亏损状态,说明中天山北麓近年来降水量增加的主要原因是由于该地区内部的水循环量增加和水循环速率提高.     

大兴安岭北部满归泥炭孢粉重建的过去2100年古气候

大兴安岭地处季风气候的尾闾区,是一个研究全球变化的关键区域.但由于该地区古气候代用指标(树轮、孢粉、石笋等)获取比较困难,历史文献也缺乏,使得古气候研究受到了限制.本研究通过大兴安岭北部的漠河县满归镇附近一个厚88 cm的泥炭剖面的孢粉记录,根据831个表土样品的花粉数据和附近90个气象台站30年的地面观测数据,运用现代类比法( Modern Analogue Technique,简称MAT)重建了该地区过去2100年的年均温(Tann)、年降水量(Pann)、 1月均温(Tjan)和7月均温(Tjuly),结果表明Tann和Tjan的波动达到2. 4℃, Tjuly的波动为1. 7℃, Pann波动为28. 2 mm.该地区的气候变化分为3个阶段:阶段Ⅰ(150 BC^850 A.D.)温度和降水量相对较低,年均温比现代30年均值低约0. 5℃;阶段Ⅱ(850~1300 A.D.)以温度升高-降低的波动为特征,升温在1070~1170 A. D.期间最明显,年均温比现代 30 年平均值高 0. 2℃,这一时期相当于欧洲中世纪气候异常期( the Medieval Climate Anomaly,简称MCA);阶段Ⅲ(1300~2000 A.D.)早期(1300~1900 A.D.)以气温较低为特征,这一时期相当于小冰期(the Little Ice Age,简称LIA),年均温比现代30年平均值低0. 8℃,晚期(1900~2000 A.D.)呈现升温的趋势.     

祁连山西段冰川区与非冰川区气温梯度年内变化特征

为研究冰川区与非冰川区不同下垫面对气温梯度的影响。本文利用祁连山老虎沟流域4 180 m, 4 550 m和5 040 m处的三个气象站及肃南、肃北、托勒、玉门、酒泉、瓜州、敦煌等七个国家气象站2011-2013年的日平均气温资料,分析了祁连山西段冰川区与非冰川区年内气温梯度特征,并结合相应时段的降水资料以及其他气象因素对其变化特征做了分析。结果表明：（1）在非冰川区,气温梯度随海拔上升而增大,且有明显的月际波动特征,年内梯度呈现先减后增的趋势,夏季最大,冬季最小,年气温梯度为0.50℃·（100m）^-1;（2）在冰川区,气温梯度呈现先增后减的趋势,夏季最小,冬季最大,年气温梯度为0.61℃·（100m）^-1,日内变化特征为白天气温梯度变化幅度大但值较小,夜间变化幅度小,稳定在0.83℃·（100m）^-1左右,日内平均气温梯度为0.49℃·（100m）^-1;（3）冰川区与非冰川区年内温度梯度与降水梯度呈相反的变化趋势,表明降水对气温梯度变化有一定的影响。（4）由于非冰川区与冰川区下垫面不同,气温梯度呈相反的年内变化趋势,在由非冰川区气温推算冰面气温时必须考虑温跃值影响,老虎沟12号冰川年平均温跃值为1.30℃。     

树轮宽度记录的天山东段近200a干湿变化

利用采自天山东部两处不同地点上下限的西伯利亚落叶松(Larix sibirica Ledb.)树轮样芯,分别建立了树轮宽度年表.经相关普查和响应函数的计算表明,天山东段森林下限的树轮年表与该地区3~6月的降水和气温相关显著,通过定义湿润指数,以树轮宽度为指标,重建了天山东段巴里坤地区近200 a来春季至初夏湿润指数的演变历史,解释方差为42%.统计分析表明,重建的湿润指数序列与邻近气象站的器测资料计算得到的湿润指数序列呈显著的正相关关系.重建序列能较好地反映天山东段近200 a来春季至初夏的干湿变化,在200 a中有6个显著的湿润时段和7个显著的干旱时段.天山东段近200 a来3~6月湿润指数序列的显著周期是11 a,然后依次存在16 a、5 a、8 a、3 a和32 a的稳定周期.     

中国天山地区降水对全球气候变化的响应

天山地区的降水变化及其对全球气候变化的响应是近年来研究的热点。利用中国天山地区40个气象站1951-2014年的月降水数据,运用线性倾向估计、相关分析等气候诊断方法,分析了该区域的降水变化,探讨了主要气候指数与降水同步变化的相关关系。结果表明：年降水呈现出"西多东少,北多南少,高山多外围少"的特征,年降水变化率为6.0 mm·（10a）^-1。SASMI与年降水表现为显著正相关,PDO、PNA和AO与年降水表现为弱正相关,且有局限性。在枯水期,SASMI与天山北坡及部分中高山地带的降水表现为弱正相关,而在西天山南坡表现为弱负相关,ENSO与中、西天山南北坡的中低山带的降水变化相关性较高。在丰水期,SASMI与天山南坡和高山区降水变化相关性较高,PDO与中、西天山南北坡的低山带部分站点的降水变化相关性较高。     

风场变形误差对北京降水记录及变化趋势的影响

风场变形误差是降水观测误差最主要的来源之一,其不仅影响观测值的准确性,也可能导致长期降水变化趋势中隐含虚假成分。结合北京地区20个气象站点1976-2015年逐日观测资料及前人研究成果,评估了风场变形误差对降水记录及其长期变化趋势的影响,结果表明:①近40年来北京地区平均降水捕获率为90%~95%,上升趋势较明显,但空间分布不均匀。城市化进程导致的风速减小是近10年来北京城、乡降水捕获率差异加大的主要原因。②北京地区风场变形误差存在明显的年际及季节差异。近40年来年均降水量订正值为23.1 mm,观测值较实际降水量年均低估了4.0%。订正后年均降水强度从实测的7.9 mm/d增加到8.3 mm/d,年降水量的下降速率从34.4 mm/10 a变为37.0 mm/10 a,观测值将降水强度低估了约4.8%,且将降水量的下降趋势低估了约7.0%。③对于强度越大的降水过程,风场变形引起的观测误差也越明显。对比发现,城市站点的风场变形误差年际振幅要大于乡村站点,弱降水过程中乡村站点的低估比城市站点明显,对大雨及以上强降水过程则相反,城市站点的低估比乡村站更显著。     

1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系

利用新疆89个地面站逐日积雪深度观测资料,研究探讨了1961—2017年新疆区域积雪期、积雪初日、积雪终日的时空变化规律,分析了北疆和天山山区积雪期的年代际和周期变化特征及其与气温、降水的关系。结果表明：新疆各地积雪期、积雪初日和终日存在明显的差异,积雪期以天山为界北多南少;从空间分布看,天山山区和新疆北部阿勒泰、塔城和伊犁河谷的大部地区是新疆积雪最丰富的地区,也是积雪期相对较长的区域。近57年来,北疆和天山山区78%气象站积雪期呈减少趋势,其中塔城地区和阿勒泰东部以及中天山一带的部分地区减少显著;67%气象站积雪初日推迟,显著推迟区域与积雪期显著减少的区域基本一致;积雪终日变化趋势不明显。北疆和天山山区积雪期存在2~3 a的短周期、14~15 a的长周期;积雪初日分别以12 a、15 a长周期振荡为主,但3~5 a短周期振荡出现的时段有所差异,两个区域积雪终日周期信号均较弱。北疆和天山山区积雪期、积雪初日和终日受气温的影响大于降水,其中积雪初日、终日出现的早晚与其所处季节的平均气温显著相关。     

天山南坡台兰河流域冰川物质平衡变化及其对径流的影响

应用控制流域的径流及相关降水资料,通过模型重建了台兰河流域平均冰川物质平衡序列.结果显示,1957—2000年流域冰川平均年物质平衡为-287mm,累计冰川物质平衡-12.6m;44a来由于气温升温引起的冰川净消融相当于每年补给河流径流1.24×10⁸m³,占河流年径流量的15%.1982年以后,流域冰川物质平衡一直呈负平衡,1957—1981年平均物质平衡为-168mm·a^-1,1982—2000年平均为-445mm·a^-1.随着气候由暖干向暖湿转型,降水量增加,但冰川对气温的敏感性更大,冰川消融加快,冰川融水量持续增加.气温和降水量的变化与北大西洋涛动和北极涛动变化一致,其突变年份都在1986—1988年左右.