1960—2017年河西地区降水时空变化特征

利用1960—2017年日降水量资料,采用线性倾向趋势分析、滑动分析和泰森多边形法等,对河西地区多年降水时空变化特征及不同量级降水日数及降水强度的变化趋势进行了研究。结果表明：河西地区年均降水量为99.0 mm,呈现明显的逐年上升趋势,平均倾向率为8.72 mm?（10a）^-1,月降水量为单峰分布,5—10月夏秋汛期降水量占年降水量的89.2%,各季节降水量均呈现显著上升趋势;年均降水日数为36.7天,呈现明显的上升趋势,增幅为3.18 d?（10a）^-1,降水日数主要分布在夏季,约占总降水日数的54.6%;平均降水强度为2.70 mm?d^-1,呈现减弱趋势,变化速率为-0.04 mm?d^-1?（10a）^-1;零星小雨和小雨降水日数均呈现增加趋势,而二者平均降水强度均为下降趋势,小到中雨降水日数和降水强度呈现增加趋势,中雨及以上的降水变化趋势不明显。     

近46年来东江流域降水变化趋势分析

运用非参数检验Mann-Kendall方法对东江流域近46年来降水变化趋势的时空特征进行分析,结果表明:近46年来东江流域年降水量呈现出增加趋势,但未达到显著性水平,增加速率为16.02mm/10a;流域年降水日数表现为不显著的减少趋势,递减率为0.51d/10a,6月份降水日数的显著减少对全年降水日数的减少趋势贡献率最大;流域年平均降水强度总体变化趋势不明显,变化率为0.16mm/d·10a,其中7月份增强幅度最大(0.9mm/d·10a),对全年降水强度的变化趋势贡献率最大;近46年来东江流域年降水量、降水日数及平均降水强度的变化趋势在空间分布上都存在一定的区域差异性.     

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。     

1961-2015年新疆和田地区不同级别降水事件变化特征

为探究新疆和田地区降水事件特征及在全球气候变化影响下的变化趋势,分析了该地区1961-2015年,7个气象站点的逐日降水数据,研究了不同级别降水量、降水日数和降水强度的年、季特征及变化趋势.结果表明:年平均降水量、 日数、 强度均为增加趋势,其变化率分别为3.7 mm·(10a)-1、1.15 d·(10a)-1、0.046 mm·d-1·(10a)-1,1986年为和田地区年平均降水和降水日数发生气候转折的年份,春、夏季转折时间与年际转折时间一致,冬季转折年份不明显.全地区年平均降水量为44.0 mm,小量降水占各级降水量的42.4％,夏、春季降水量占全年的78.4％;年均降水日数为49.8 d,微、小量降水日数占各级降水日数的95.3％,夏季降水日数占全年的48.0％.各级降水量和降水日数年际间均为增加趋势,其中小、中降水量和降水日数的增加是年际增加的主要原因,小量降水强度的增强是年降水强度增强的主要原因;四季降水量和降水日数变化趋势也是增加的,其中夏季增加趋势最明显,降水强度除春季减弱趋势外,其他季节均为增加趋势.在和田地区,春夏两季降雨量决定了全年的多寡,小量级别的降水量和降水日数是年降水量和降水日数的主要形式,降水日数是决定年降水量的主要因素;降水量和降水日数都存在明显气候转折年,目前正处于转折点后的增加阶段,小、中降水量和降水日数的增加是降水事件年际变化的主要特征.     

1965-2015年新疆夏季不同等级降水的空间分布特征

根据新疆51个台站1965-2015年夏季逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨及大雨3个等级,分析了新疆近51 a夏季不同等级降水量、降水日数及降水强度的空间分布特征,并讨论了各等级降水日、降水量及降水强度与总降水量的空间相似程度以及各等级降水对夏季总降水的贡献。结果表明：新疆降水主要集中在夏季,并以小雨为主。以天山山脉为界,南北两疆降水空间分布存在明显差异,北疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的36%~45%（36%~39%）,南疆夏季降水量（日）占年降水量（日）的51%~63%（48%~60%）;新疆夏季不同等级降水量、降水日及降水强度的空间分布不均匀。新疆夏季总降水量与各等级降水量的空间相似系数最为密切,与各等级降水强度的空间相似系数相对较小;新疆夏季小雨贡献率最大,中雨其次,大雨最小,夏季降水量和降水日的变化主要受小雨的影响。     

近50 a来新疆区域与天山典型流域极端洪水变化特征及其对气候变化的响应

以年极端洪水超标率来反映区域极端洪水, 分析了新疆区域极端洪水变化; 以年最大洪峰记录分析了天山山区主要河流极端洪水变化规律, 并用14站资料分析了天山山区气候变化特征, 讨论了天山主要河流极端洪水变化对区域气候变化的响应. 结果表明: 受气候变暖影响, 1957-2006年全疆极端洪水呈区域性加重趋势, 尤其南疆区域极端洪水明显加剧, 北疆区域也有加重趋势, 但相对较缓. 全疆及北疆、 南疆在20世纪90年代中期以来都处于洪水高发阶段. 近50 a来, 在新疆区域洪水呈加重趋势的变化背景下, 发源于天山南坡的托什干河和库玛拉克河年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 发源于天山北坡的玛纳斯河与乌鲁木齐河年最大洪峰流量虽有增加, 但是变化趋势较缓. 以年最大洪峰流量发生转折年为界, 天山典型流域托什干河、 库玛拉克河、 玛纳斯河和乌鲁木齐河在20世纪90年代(或80年代)以来与前期相比, 呈现出相似的变化特征: 年最大洪峰流量明显增大, 年际间变化更加剧烈, 洪水年更频繁. 以年最大洪峰流量发生转折年份为界, 玛纳斯河、 托什干河和乌鲁木齐河后期的年最大洪峰集中日期较前期推迟2~9 d, 库玛拉克河却提前5 d. 玛纳斯河、 乌鲁木齐河和库玛拉克河后期的集中度较前期增加0.8%~8.3%, 托什干河减小1.1%. 1961-2010年, 新疆天山山区气温明显上升, 升温率为0.34 ℃·(10a)^-1, 1997年以后明显增暖; 天山山区降水显著增加, 增加速率15.6 mm·(10a)^-1, 同时极端降水强度增大、 频数增多. 近50 a来天山主要河流极端洪水变化与区域增温以及天山山区极端降水事件增多等有密切关系.     

1961—2005年河西走廊东部极端降水事件变化研究

利用1961—2005年河西走廊东部5个气象站的逐日降水资料,研究了河西走廊东部近45 a极端降水事件变化的空间分布以及时间变化特征.结果表明:在空间分布上,年极端降水分布与地理位置、海拔密切相关,也与影响本地的天气系统有关.河西走廊东部极端降水总量、降水频数呈南-北走向,最大值出现在乌鞘岭,最小值出现在民勤;极端降水强度也呈南-北走向,但最强中心在古浪,最小在民勤.近45 a来极端降水总量和强度呈增加趋势,总量增加最大的是乌鞘岭,武威最小;强度增加最明显的是武威,最不明显的是古浪;年极端降水频数在古浪和民勤呈减少趋势,其它地区为增加趋势,降水频数增加最明显的也是乌鞘岭,降水频数减少最明显的是民勤.全球大幅度变暖水循环加快使得河西走廊东部年极端降水指数都呈增加趋势,其中年极端降水总量、年极端降水强度、年极端降水频数都是90年代增加最明显;极端降水指数在6~7 a和9~10 a周期上反映明显,在60年代年极端降水指数都发生了突变.     

城市化建设对广州夏季降水过程的影响

城市化造成城区下垫面的热力学、动力学特性以及大气成分发生显著变化,从而对降水过程产生显著影响。基于广州市近30年土地遥感数据,分析了该市城市化历史进程,并用城区上风向、城区和城区下风向1984~2015年夏季逐时降水资料,分析了城市化建设对城区及周边降水过程的影响,结果表明:(1)城市化对城区和下风向降水过程产生显著影响,对城区上风向降水过程作用不明显;(2)与城市化前期对比,城市化后期城区和下风向夏季降水总量、降水日数、降水强度和极端降水等指标均发生明显变化,具体表现为城市化后期大雨以上级别降水明显增加,强度增大,极端降水向短历时演化,过程雨量分布更加集中。     

北京地区降水极值时空演变特征

为了科学评估变化环境下城市地区降水结构变化和深入认识特大型城市降水极值演变特征,以北京市为例,采用《北京市暴雨图集》中6种历时（10 min、30 min、1 h、6 h、24 h和72 h）的年最大暴雨统计数据和北京地区45个雨量站点1960-2012年汛期（6-9月）逐日降水观测资料,分别选择年最大值法和百分位阈值法,基于暴雨图集中的6种历时暴雨的统计特征值和两种百分位阈值下（95%和99%）的3种极端降水指标（发生次数、降水量和降水贡献率）分析北京地区降水极值的时空变化特征。研究结果表明:① 北京地区降水极值的空间分布受地形特征和城市化发展等因素影响而呈现出从东向西递减的趋势,且形成了局部区域高值中心;② 近50年来北京地区极端降水发生频次、极端降水量和极端降水的贡献率均表现出显著的下降趋势,在95%（99%）阈值条件下极端降水发生次数、极端降水量和极端降水贡献率的下降速率分别为0.13次/10 a（0.04次/10 a）、11.59 mm/10a（5.28 mm/a）和2%/10 a（1%/10 a）;③ 两个阶段（1960-1985年和1986-2012年）的城区与近郊的极端降水指标差异表现不同,1960-1985年在极端降水频次方面郊区占优,而极端降水量和贡献率则是城区较高,1986-2012年3个指标均表现为城区较高。     

我国过去50 a来降水变化趋势及其对水资源的影响(Ⅰ):年系列

应用全国范围内的678个气象站1951-1998年长系列降水资料, 用线性回归方法研究降水量、降水日数和降水强度的变化趋势, 同时结合长江和黄河主要控制水文站同期的径流资料, 研究径流对气候变化的响应. 结果表明: 近50 a来年降水量表现出明显的区域性变化特征, 东部地区降水日数减少显著, 西部地区年降水日数以增加为主; 日平均降水强度的变化趋势除西南地区有一带状的微量减少外, 全国大部分地区表现为增加趋势. 气候的上述变化趋势对我国干旱的西北地区有利, 该区河流径流量有明显增加; 另一方面, 降水强度的增加导致洪水事件的濒发. 但对干旱的华北、多雨的华东和华南地区却不利, 华北呈现愈加干旱, 华东华南愈多洪涝. 黄河20世纪90年代持续的严重断流和长江淮河近10 a的洪涝大灾频发, 就是一个例证.     

新疆伊犁河谷夏季降水日变化特征

基于2007-2011年伊犁河谷4个气象站逐时降水资料, 分析了伊犁河谷夏季降水日变化特征. 结果表明: 降水量最大值出现在北京时间22:00, 最小值出现在13:00, 其中, 降水量高值区主要集中在21:00至次日08:00. 一天中最易发生降水的时间为23:00至次日10:00, 03:00是降水频数最多的时刻, 16:00则发生频数最少. 降水强度最高值出现在16:00, 最低值出现在13:00. 降水主要以短持续时间的降水为主, 持续1 h的次数最多, 持续2 h的降水量最多, 对总降水量的贡献也最大, 贡献率最小的为持续14 h的降水事件. 伊犁河谷夏季的降水主要发生在夜间, 且以短时间的降水为主.     

天山乌鲁木齐河源降水观测误差分析及其改正

乌鲁木齐河源不同雨量计观测降水对比以及普通雨量计湿润损失和蒸发损失实验表明,普通雨量计观测降水中的动力损失(修正量/观测降水量)为13.9％,湿润损失为8.4％,蒸发损失为3.7％,三项之和为26.0％。修正以上观测偏差,得到乌鲁木齐河源1号冰川粒雪线处(4050m)年平均降水量645.8mm。     

1960—2017年中国降水集中程度特征分析

降水集中程度是反映降水结构的重要指标。基于1960—2017年中国773个气象站日降水资料,运用降水集中程度（Q）,研究中国降水集中程度的时空特征,分析其与降水量、海洋状态之间的关系。结果表明:①中国年平均Q值为0.38,南北较低中间较高;冬季和秋季的降水集中程度相对较高,平均Q值分别为0.53和0.51,夏季和春季相对较低,分别为0.39和0.48。②年降水集中程度变化趋势较小,总体上略有上升,东南升高西北降低;在年和季尺度,Q和降水量均表现出较强的负相关性,年尺度相关系数为-0.71,秋季的相关性最强,相关系数为-0.89,春季的相关性最弱,相关系数为-0.70,降水集中程度和降水量共同影响水旱灾害受灾面积。③Q与NINO3.4指数间的相关性随着滞后时间的延长先增大后减小,当滞后时间为2个月时相关系数最大,平均为0.13,由北向南总体呈"-+-"分布;与PDO指数间的相关系数随着滞后时间的延长先减小后增大再减小,当滞后时间为4个月时相关系数最大,平均为0.12,以负相关为主。     

天山地区夏季极端降水特征及气候变化

基于1961—2007年天山地区32站的逐日降水资料,分析了夏季天山地区极端降水事件的气候分布和时间变化特征.结果表明:夏季天山地区的极端降水量、极端降水日和极端降水比分布存在明显的区域差异.局地极端降水频繁,平均3～4d就有1次发生,大范围极端降水较少发生.连续性极端降水以1d为主.极端降水量在天山南北坡均随地形增加而增多,地形高度对降水的影响,北坡要大于南坡.在相同高度范围内,北坡极端降水量基本均大于南坡.天山地区的极端降水事件呈增多趋势,在1970年代中后期至1980年代中前期,极端降水事件为低值期,而1990年代是高值期.     

黑河流域过去40a来降水时空分布特征

对４０ａ来黑河流域降水的时空变化特征进行了分析,在空间上,降水由西北向东南呈现出明显的增加趋势,但平原区和山区,东部和西部之间存在着差异,在纬向上约以９９．５°Ｅ经线为界,降水在水汽补给上存在一定差异,导致流域东,西部降水年内分配具有不同特点,在经向上降水由北向南递增,在东,西部地区,降水随高度的变化有所不同,西部呈线性增加,而东部多为非线性增加,且在海拔２４００～３０００ｍ之间出现最大降水高度带     

五台山区地形雨减少对水资源量的影响

海河流域水资源量减少的原因倍受关注,以五台山地区为例分析地形雨减少对水资源量的影响,分析五台山站与山下周边的5个站点年降水量之比——地形强化因子(R_o)的减少趋势以揭示地形雨的减少;并利用水热耦合平衡方程定量评估地形雨减少对该地区水资源量的影响。结果表明,近50年间R_o减少了0.53(27%),即地形雨大幅度减少;导致南庄水文站控制的五台山地区天然年径流量减少了1.9亿m3/a,占径流总减少量的70%,为多年平均年径流量的26%。中国很多地区的降水观测站网都缺少位于山上的雨量站,难以估计山区地形雨的减少,导致根据降水进行径流计算时,会低估水资源的减少量。     

旱作农田沟种植垅覆盖集水试验

为了在降水不足的旱作农业区,充分接收、贮存大气降水,减少无效蒸发和因径流引起的水、土、肥的流失,笔者设计了作为农田土壤、作物、大气连续系统的调节措施之一,旱农沟种垅覆集水试验;提出了旱作农田沟作地段的水分平衡方程.通过试验说明,该措施使作物沟地的水分收入增加,支出减少,土壤增墒、保墒能力增强.它既有利于抗旱增产,建立稳定的节水型旱作农业,又减少了径流引起的水、土、肥的流失,有明显的经济效益与生态效益.