西北地区5—9月极端干期长度异常的气候特征

利用西北地区107个测站1960—2004年逐日降水资料,统计5—9月连续无雨日数 (日降水量小于0.1 mm),得到西北地区5—9月的逐年极端干期长度,在此基础上分析了极端干期长度的基本时空分布特征;对资料标准化后进行经验正交展开（EOF）和旋转经验正交展开（REOF）,研究其异常的空间结构及时间演变规律;并利用小波分析方法,分析了极端干期的周期性及突变的时间。结果表明：西北地区极端干期长度的气候平均分布与海拔高度及地理位置有较大的关系。西北地区极端干期长度异常在空间上主要表现为整体一致型,其次表现为东西相反的变化趋势。旋转载荷向量场（RLV）反映出极端干期长度的5个异常气候区：高原东北区,南疆区,青海区,北疆区和西北东南区。5个异常区极端干期长度均存在较明显的2~3 a高频振荡;其次西北东南区存在明显的16 a低频变化周期,而其他各区存在明显的8~11 a低频变化周期。新疆及青藏高原20世纪80年代后极端干期有缩短之趋势。高原东北区,青海区,北疆区的极端干期长度的分布有两个突变点;南疆区、西北东南区则各有一突变点。     

1947-2006年东半球陆地干旱化特征——基于SPEI数据的分析

 利用1947—2006年逐月全球陆地高分辨率(0.5°×0.5°)标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)资料,分析了过去60 a东半球(40°S—80°N,20°W—180°E)陆地的干旱化趋势和变率、干旱面积变化、干旱事件的持续性和周期性以及可能的变化成因等。结果显示,东半球80%的陆地上目前处于干旱化进程中,其中北非及中蒙边界等地干旱化趋势最为显著。干旱变率最大地区出现在非洲北部、中国青藏高原、中国西北东部及中蒙边界一带、俄罗斯中北部以及东北部。北非、中蒙边界中段及中国青藏高原地区也是持续性异常干旱事件出现频次最高的地区。基于功率谱的周期分析则显示,东半球大部分地区第一显著周期为1.5～3 a左右,中亚部分地区存在准4 a周期振荡,而北非地区存在准12 a周期的年代际变化。SPEI距平场的经验正交函数(EOF)分析第一模态反映了东半球陆地大部分地区干旱化总体上具有一致性,对应的时间函数与全球陆地气温距平相关系数高达0.81,表明全球变暖与东半球干旱化趋势有着紧密联系;第二模态对应的时间函数与超前8个月的南方涛动指数(SOI)的相关系数为0.60,因而大尺度的干旱周期性振荡受ENSO活动影响显著。     

西北地区东部夏季水汽输送特征及其与降水的关系

采用ERA Interim 再分析资料和160 站逐月站点降水资料,运用经验正交函数（EOF）分析、合成分析等方法揭示了西北东部3 个分区的水汽输送的区域气候特征、与降水EOF气候模态相对应的整层水汽输送特征以及降水偏多（少）年的水汽输送异常特征。结果表明：西北地区东部夏季经向水汽输送的大值区处于900 hPa~800 hPa 高度上;纬向水汽输送大值位于700 hPa~500 hPa 高度上。对西北东部降水做EOF 分析,第一模态为全区一致型,与降水相对应的西风影响区主要盛行西风水汽输送,季风边缘区的南部盛行西南风水汽输送;第二模态为东南-西北型,东风、东北风水汽输送流入西北东部地区;第三模态为东北－西南型,西风和西北风水汽输送将水汽带到西风影响区内。     

1961-2009年中国区域干旱状况的时空变化特征

 利用1961—2009年中国589个气象站月降水和月平均气温资料,采用经验正交函数(EOF)／旋转经验正交函数(REOF)、小波变换及Mann-Kendall 突变检验等方法,对年标准化干旱指数的空间异常特征和时间变化规律进行了研究。中国前10个主要干旱异常区为:河套-华北、长江中下游、华南地区、东北大部、陕西南部-青海东部、滇黔-广西丘陵地区、新疆北部、川西高原-青藏高原东部地区、辽东及山东-河南东北部。有7个区域呈现干旱化趋势,其中干旱化最明显的区域为滇黔-广西丘陵地区,其次为河套-华北地区。新疆北部、川西高原-青藏高原东部地区和长江中下游地区呈现变湿趋势,其中变湿最显著的区域为新疆北部。选择变干和变湿最典型的区域进行突变分析。滇黔-广西丘陵区突变发生在1980年前后,新疆北部突变点也出现在1980年前后。小波能量谱显示,中国区域干旱化变化存在多时间尺度特征,2～4 a左右的时间尺度的周期振荡最显著。小波谱分析结果表明,中国区域干旱化主要存在3 a左右的显著主周期,其中陕西南部-青海东部还存在显著8 a和22 a主周期。     

1960-2010年中国降水区域分异及年代际变化特征

利用1960-2010年中国1840个台站年降水量数据,采用经验正交函数(EOF)和旋转经验正交函数分解方法(REOF)对降水进行分区,并对各区降水的变化特征进行了研究.结果表明:基于多站点资料结合REOF方法实现的降水分区与中国降水实际区域分异特征比较符合,并与中国气候区划相一致.中国各区降水变化特征分析表明,东部各区降水在20世纪70年代末、80年代末-90年代初和21世纪初发生雨带的南北移动过程,其中夏季雨带的移动主要受东亚夏季风和大气环流年代际变化的影响.西北地区降水以1985/1986年为突变年,西北西部地区降水由前期偏少转为偏多,主要与来自阿拉伯海和里海异常偏多的水汽输送有关;西北东部地区降水由前期偏多转为偏少,主要与季风的年代际减弱有关.东北地区降水在80年代初由前期接近正常转为偏多,90年代末降水由前期偏多转为偏少,主要与季风和西北太平洋水汽输送的年代际变化相关.西南部各区降水阶段性变化明显,2000年以前西南东北部地区降水与西部地区基本呈反向变化,主要受青藏高原地形、东亚季风和副热带高压等因素的影响,降水阶段性变化明显、成因复杂.     

黄河中上游流域夏季异常降水的变化特征及环流分析

 从中国气象局信息中心提供的全国地面台站逐日观测资料中选取黄河中上游流域66 个台站资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,运用小波分析等统计方法,对黄河中上游流域夏季降水异常的变化特征、周期分布及影响降水的因子进行分析,研究结果表明：（1）流域旱涝年夏季降水空间分布上差异显著,易涝区位于河套平原,易旱区位于黄土高原东北部;（2）1960-2008年,流域夏季降水量线性趋势变化不明显,但年际间波动较大,多雨年少雨年相间出现,近50 a中降水整体呈现平稳—少雨—多雨—平稳—多雨—少雨的过程;（3）黄河中上游流域降水变化周期复杂多样,总体以2 a周期振荡为主,异常少雨年多表现为9 a周期振荡,异常多雨年多表现为15 a周期振荡,且流域主周期的空间分布可能与地形地貌、海拔高度及流域分布等地理因素有关;（4）丰、枯雨年环流形式差异显著,影响流域降水的环流系统有季风,西太平洋副高,温带气旋及贝加尔湖低压。     

中国东北地区夏季旱涝的分析研究

利用东北三省及内蒙东北部均匀分布的80个测站40年（1961-2000年）夏季（6-8月）月降水资料以及正态化Z指数变换、小波分析和正交旋转主成份分析等方法，对东北地区夏季降水进行了旱涝等级划分，并探讨了旱涝发生的时间演变规律和空间分布特征。结果表明，东北地区夏季不同级别旱涝出现的几率存在着一定的差异，并且旱涝异常还具有明显的年际、年代际和周期性变化以及阶段性和群发性持征，地理分布上，可将东北地区夏季降分为7个旱涝型（或敏感区），各敏感区内旱涝异常具有相对一致的性质。     

1961-2007年内蒙古降水时空分布

利用1961-2007年内蒙古43个气象站点长时间序列的降水资料,采用EOF(经验正交函数)、功率谱方法等,结合GIS的空间分析功能,分析了内蒙古自治区47 a里年、季降水量的时空分布特征.研究结果表明:内蒙古年降水大致存在三种主要的类型场:总体一致型、东北一西南向多区域反位相型、相间混合型.四季降水主要有:总体一致型...     

西北地区4月降水异常的环流特征及前兆海温信号

利用1981—2019年西北地区4月降水站点资料、美国国家环境预报中心第二套再分析资料(NCEP/DOEⅡ)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)海温场资料,研究了西北地区4月降水的异常特征以及对应的同期环流场特征,寻找可能的前兆海温信号并讨论其影响机制。结果表明:(1)西北地区4月降水以全区一致性分布为主,具有明显的年际与年代际变化。(2)当东北大西洋至东亚上空存在一个"负、正、负、正"的异常波列分布时,使得巴尔喀什湖低槽偏强,东亚大槽减弱,西北地区盛行显著的偏南气流,上升运动加强,加之来自东部海洋与孟加拉湾充足的水汽输送,在西北区形成强烈的水汽辐合区,有利于该区降水偏多;反之,情况则相反。(3)前期2月北大西洋三极子指数与西北地区4月降水呈显著的正相关关系,可作为4月降水预测的前兆信号。进一步分析表明,北大西洋海温异常产生的非绝热加热可以激发Rossby波能量的下游频散,致使欧洲西部、乌拉尔山、巴尔喀什湖、东北亚地区呈现"负、正、负、正"的遥相关波列,而这种异常Rossby波能量频散与4月降水异常对应的Rossby波能量频散非常相似,从而影响到西北地区4月降水异常。     

内蒙古地区气温变化的季节和区域差异

利用内蒙古地区1961~2003年101个气象站的月平均气温资料和旋转经验正交函数分解的方法,根据四季气温变化的一致性进行区域的划分,并分析气温变化的季节和区域差异。结果表明:内蒙古地区的四季气温变化存在着明显的东、西分异,春、秋、冬季的气温场划分为东部和西部两大区域,而在夏季,则划分为西部、东南部和东北部三大区域;在年际波动方面,除夏季的东南区以外,近43年中各区四季气温的变化都经历了一次显著的由降而升的转折,转折点大致出现在80年代中、后期或90年代初、中期;在线性趋势方面,东部区春、夏季的升温幅度和显著性大于西部区,而西部区秋、冬季的升温幅度和显著性则大于东部区。一般而言,冬季和夏季升温最为显著,其次是春季,秋季升温最为微弱。     

中国西北近45a来夏季无雨日数的诊断分析

利用中国西北五省(区)1960-2004年125个台站夏季(6-8月)逐日降水资料,从中统计出夏季无雨日数,通过EOF、REOF、趋势分析、Morlet小波分析等方法进行了时空特征分析,结果表明：中国西北夏季无雨日数空间分布高值区在新疆的南疆地区,而低值区在青海南部；整个西北地区一致性异常特征是其夏季无雨日数的最主要的空间分布型,高原东部和新疆北部的少部分地区同其它地方呈反向变化的空间分布型也是比较重要的；中国西北夏季无雨日数的空间分型主要有：高原东部型、南疆型、北疆型、青海高原型、河西走廊型及西北东部型；在中国西北夏季无雨日数的6个主要空间异常分区中,近45a来其夏季无雨日数北疆区呈微弱的下降趋势,南疆区和青海高原区表现为较明显的下降趋势,河西走廊区、高原东部区呈较明显的上升趋势,西北东部区呈明显的上升趋势；中国西北夏季无雨日数的各主要空间异常分区中,近45a来其夏季无雨日数11 -13a和7-9a的周期震荡表现得比较明显,而3-5a的高频震荡大多分区也有所反映。     

新疆地区25 a地面风场特征分析

 地面风除了受大范围环流影响外,还受地形影响较大。新疆既有大的盆地,又有高山垭口,造就了特殊的新疆地面风场。利用新疆54个气象站1980—2004年,每日4个时次的地面风资料,分析了该地区地面风场的长期特征,并进行经验正交函数分解。研究表明,新疆长期地面风场北疆、东疆和南疆有显著差别,主要表现在风向的转变,即北疆总体表现为西北风,南疆表现为偏东风,东疆表现为由西北风向偏东风转换的反气旋性弯曲气流;新疆经向风的长期变化表现为南风距平加强,而纬向风则表现为东风距平加强;经向风在整个时间序列上有3~5 a的短期变化,而纬向风在整个时间序列上有3~6 a的短期变化,且都表现为随时间延续周期变长;经向风南风距平增大趋势的最大值发生在七角井,而北风距平增大趋势的最大值则在阿拉山口。纬向风西风距平增大趋势的最大值在七角井,东风距平增大趋势的最大值位于安德河;EOF分析表明,第一特征向量的贡献达到87.5％,而第一特征向量对应的时间系数的距平值以1987年和1999年为界,表现为“正负正”的趋势。     

1951-2008年中国西北干旱区降水时空变化及其趋势

在全球气候变化背景下,地处生态脆弱区的中国西北干旱区降水响应特征及其未来变化趋势的量化研究极为重要,依据中国西北干旱区95个站点1951-2008年月降水资料,运用自然正交分解法(EOF)、Morlet小波分析、轮次分析、游程理论、极差分析、季节性指数分析、Mann-Kendall检验及气候趋势系数分析等方法分析了西北干旱区降水时空变化特征及其未来趋势。结果表明:西北干旱区降水场前4个特征向量累计方差贡献率达81.61%,第一特征向量最高为48.53%,属"相间复杂"型,依据其荷载空间分布特征将研究区划分为北疆子区、南疆子区、河西子区、青海子区及内蒙古子区;西北干旱区及各子区降水存在9年及12年主周期;各地的极大丰水历时均小于极限枯水历时,单独丰水年的概率高于单独枯水年,连枯年的概率高于连丰年,干旱主要发生在新疆和河西地区;降水序列具有长期相关性,Hurst系数在0.629～0.845间波动;西北干旱区40.0%的地区降水具有明显的季节性分布;61%地区重现性指数大于0.7,降水年内分配的年际差异较小;86.3%地区降水量呈增加趋势,其中20.0%通过信度0.01的显著性检验,48.4%通过了0.05显著性检验,增幅16.6～0.1 mm/10a;11.6%地区呈减少趋势,减幅为5.2～0.3 mm/10a。     

中国西北极端降水事件年内非均匀性特征分析

 基于中国西北五省（区）1960—2004年112个台站逐日降水资料,根据百分位值方法定义了不同台站的极端降水阈值,引入了表征时间分配特征的新参数——极端降水事件集中度和集中期,对中国西北极端降水事件的年内非均匀性特征进行了分析,结果表明：西北年极端降水事件集中度及集中期的平均和异常空间分布都存在很大的区域差异,并且其异常空间分布均可分为6个关键区;而从时间演变来看,各个关键区年极端降水事件的集中度与集中期均表现出了显著的年代际振荡特征,但各分区年代际变化特征并不一致;另外西北东、西部年极端降水事件集中度与集中期表现出反向的变化趋势。     

中国西北近45 a来极端高温事件及其对区域性增暖的响应

 利用中国西北五省（区）1960—2004年100个台站逐日最高温度资料,根据百分位值法定义了不同台站逐日极端高温阈值,然后统计出了逐年逐站极端高温事件的发生频次,并进行了时空特征诊断,同时也分析了同期西北区域性增暖的响应程度。结果表明：一致性异常分布是西北年极端高温事件发生频次的最主要空间模态;西北年极端高温事件发生频次的异常空间分布可分为以下5个关键区：青海北部区、北疆区、南疆区、西北东部区及青南高原区;在西北年极端高温事件发生频次的5个空间分区中,年极端高温事件发生频次均表现为增加趋势,除青海北部区外,其他分区年极端高温事件发生频次均未发生突变现象;在西北年极端高温事件发生频次的5个空间分区中, 12~14 a的周期振荡表现得比较显著;另外西北年极端高温事件发生频次同区域性增暖呈显著的正响应。     

新疆不同季节降水气候分区及变化趋势

利用新疆88个测站1961—2006年逐日降水量资料,采用EOF（主成分分析）、REOF（旋转主成分分析）、线性趋势、kendall-τ检验以及累积距平、t检验、信噪比相结合等方法,对新疆四季降水量的空间特征、变化趋势以及突变时间等进行了对比诊断分析\.结果表明,新疆四季降水量EOF的前3个载荷向量场均表现为全疆一致的降水偏多或偏少型、南北疆反变化的南多（少）北少（多）型以及东西反向的东多（少）西少（多）型等3大整体异常结构;在同一约束条件下,不同季节REOF分析所揭示的降水气候分区不同,冬季大致可划分为3个区,春季6个区,夏季7个区,秋季5个区;除南疆偏西地区冬季降水量未出现显著突变增加趋势外,新疆大部地区于1986年前后冬夏降水量同时显著突变增多,与其上空大气可降水量(APW)的增加有关;北疆春季降水量既没有显著的增加趋势,也未发生过突变;南疆大部地区春季降水量曾出现过显著突变增加,但突变时间早晚不一;从长期变化趋势看,北疆北部、中天山两侧及其以东地区秋季降水量虽增加不显著,但在1978年前后出现过突变增加,是季降水量突变最早区域;北疆西部冬、夏、秋降水量均显著增加,是新疆降水量增加最敏感区域,但秋季降水量的突变增加是从1997年开始的,比冬夏突变晚11 a左右,比其东部地区偏晚30 a左右。     

西北地区春季多雨与少雨年的高空环流特征

对西北地区1961—2000年119个气象站的春季降水,分析了其空间分布和时间变化及其多雨与少雨年的500 hPa高度场、OLR场、700 hPa风场、湿度场。结果表明:多雨年中纬度500 hPa春季高度距平场东正西负,东亚大槽弱,欧洲低槽强,700 hPa春季矢量风距平场非洲至欧洲、西伯利亚海和菲律滨海盆为辐散区,印度和中国西北地区为辐合区,北半球欧亚700 hPa春季比湿距平场正中心位于阿拉伯海到孟加拉湾和长江流域,OLR主要负距平中心在东南沿海和孟加拉湾,西北地区亦为负距平,主要正距平中心在西太平洋。少雨年500 hPa春季高度距平场西正东负,中亚到新疆的高压脊强,东亚槽偏强,700 hPa春季矢量风距平场欧洲、西西伯利亚、泰国为辐合区,中国西北地区为辐散区,700 hPa春季比湿距平场正中心位于孟加拉湾和菲律宾海盆,OLR负距平中心在东南沿海—青藏高原北—新疆北部,西北地区亦为正距平,主要正距平中心在西太平洋。     

近54年来辽西北地区降水与太阳黑子关系研究

根据1960~2013年辽西北地区50个雨量站逐日降水量数据和同期太阳黑子相对数数据,利用Mann-Kendall检验法对辽西北地区近54 a来的降水量变化趋势进行分析,采用Morlet小波分析技术分析了研究区降水量和太阳黑子的变化周期,并计算了相应的小波系数。结果表明：辽西北地区降水量年际变化表现为微弱的下降趋势,突变点在1996~1997年之间,突变前后降水趋势由升转降。太阳黑子与降水距平值的负相关关系显著,且存在5 a的滞后性,对降水周期影响较小,与降水量相关关系复杂。     

基于植被分区的秦岭年降水分区验证及其年际变化

通过旋转经验正交分解方法对秦岭年降水量进行分区,比较秦岭降水量客观分区与植被南北分界线的一致性,运用滑动t检验、累积距平和小波方法分析了各分区的气候变化特征。主要结论为：秦岭区域可以按年降水量分为4个区域,其中秦岭中段南北分区与植被分区界线相近,走向相同;秦岭各分区多年降水量一致表现为减少趋势,近57年来,各区大约减少了一成左右的降水量;秦岭区域年降水量在近57年里发生了多次转折,最明显的转折期发生在20世纪80年代,2001年前后秦岭区域降水出现了波动增加的趋势,但增加的趋势强度还比较弱,难以达到20世纪80年代的丰水顶峰时期;秦岭各分区最显著震荡周期2~4年。建议在开展气候区划和气候变化研究时,应该考虑年降水量分区与植被自然分区的一致性。