基于标准化降水指数的中国冬季干旱分区及气候特征

利用中国614个气象台站1951—2006年历年月平均降水资料,计算各站的标准化降水指数及其干旱等级序列,采用REOF等方法进行气候分区,分析各区域近55 a干旱等级的时空变化,并着重讨论了黄淮—华北冬小麦种植区冬季干旱的大气环流特征。结果表明,我国冬季降水具有显著的年代际变化,西北的新疆地区,华北及黄淮地区自进入21世纪以来,冬季降水量增加十分明显,而西南,青藏高原及华南地区冬季降水量有所减少。根据标准化降水指数的旋转载荷向量可将中国划分为13个区域,其干旱等级序列和代表站资料反映出近55 a西北地区东部、河套及华北北部有变干的趋势,而新疆北部、东北北部、华北南部、江淮、江南地区降水量有增加的趋势。乌拉尔山—青藏高原脊、东亚大槽及西太平洋副高是影响北方冬麦区旱涝最主要的大气环流系统,其对分析、预测旱涝具有十分重要的指示意义。     

2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征及成因北大核心CSCD

利用地面观测资料分析了2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征,同时基于气候动力因子、温度、降水和NDVI资料,研究西北地区区域性沙尘暴成因。结果表明:2000—2020年西北地区区域性沙尘暴年总日数呈波动下降趋势,且存在两个高(低)频期。春季是区域性沙尘暴高发季,其中4月总日数最高,达47 d;相较于上旬和中旬,春季各月下旬更易出现区域性沙尘暴。新疆南部的塔里木盆地、内蒙古中西部和甘肃河西是西北地区区域性沙尘暴高发区,总日数均在10 d以上,其余大部分地方总日数均小于8 d。北半球极涡面积指数、强度指数及亚洲区极涡强度指数均与区域性沙尘暴日数显著正相关,北半球极涡从扩张期到收缩期转变及其强度的减弱,是西北地区区域性沙尘暴减少的重要气候动力因素。西北地区年(春季)降水量和平均NDVI均与区域性沙尘暴日数显著负相关,近21年西北地区大部分地方气候趋于暖湿化,植被覆盖整体以改善为主要趋势,此种转变有利于沙化面积收缩,减少非输入性沙尘暴的发生。     

基于历史文献的1470-2008年中国西北地区气候干湿序列分区重建

基于历史文献中的旱涝灾害记录,采用5级制划分的旱涝灾害等级,使用系统聚类法将中国西北地区19个站点划分为7个分区,利用湿润指数公式重建了西北地区7个分区1470-2008年的年分辨率干湿变化序列,比较分析了各分区干湿气候变化的阶段特征、周期性及跃变现象。结果表明：重建序列信度较高,可用作气候干湿变化研究。西北地区7个分区1470-2008年干湿变化存在着11 a、25~35 a和80~100 a的3类周期变化。其中,11 a和25~35 a的两个周期变化在整个分析时间段内表现得较为稳定;80~100 a的周期变化则表现的较不稳定。世纪尺度和气候代尺度的跃变信号各区皆有出现,位于研究区两边的陕西和玉树地区出现最少,宁夏和格尔木地区次之;位置居中的兰州、张掖、西宁等地区跃变信号出现最多,是气候干湿变化的敏感地带。检测出的干湿跃变信号主要集中在17世纪前后,近百年气候干湿变化则相对稳定。     

西北地区东部冬季降水与次年沙尘暴发生的关系

选用1970-2000年西北地区88个气象站的冬季降水量和1971-2000年沙尘暴日数资料, 用自然正交分解(EOF)分析了冬季降水的时空分布特征。结果表明, 西北冬季降水第一载荷向量分布有一定差异, 第二载荷向量零线位置基本以干旱和半干旱区界限为准, 各自然气候区冬季降水的时空分布具有不一致性的特征; 以民勤为代表站的A区、以敦煌为代表站的C区冬季降水量与次年沙尘日数呈相反的变化趋势。说明冬季降水对次年沙尘多发的春季下垫面土壤湿度、地表粗糙度等特征有一定的影响, 从而对代表了沙漠气候特征的A区和代表西风带影响的沙漠戈壁C区的沙尘暴发生起到抑制作用。     

中国西部及邻区现代年降水时空分布初步研究

传统上认为中国东部、西南以及青藏高原南部的降水主要受亚洲夏季风的控制,以夏季降水为主;而青藏高原北部以及新疆受西风带的影响,以冬、春季降水为主。最近一些地质记录和数值模拟结果显示,在万年时间尺度上新疆降水在地质历史时期的间冰期增加,和亚洲季风区类似。用TRMM 3B43降雨数据和气象台站观测降水数据,研究了中国西部及邻区现代年降水的时空分布。研究结果显示现代中国西部地区以夏季降水为主,中国边境线以西的中亚干旱区(介于25°⁴5°N,58°45°N,58°⁷0°E之间)以冬、春季降水为主。中国新疆的降水模式不同于西风带影响区,但其降水也不全是亚洲夏季风带来的。     

西北地区5-9月极端干期长度的概率特征分析

应用西北地区131个测站1961-2000年逐日降水资料,统计逐年5-9月极端干期长度,分析近40 a年平均极端干期长度的空间分布特征以及极端干期长度与降水量的关系,采用概率加权法(PWM)估计其分布函数的参数,探讨用Gumbel分布拟合我国西北地区极端干期长度的适用性,进而给出我国西北地区极端干期长度的概率以及≥20 d、≥50 d极端干期长度的重现期概率特征。结果表明:西北地区近40 a平均极端干期长度总体上自东南向西北递增,但极端干期最短的地方并不在降水量最大的陕南地区,而在海拔较高的青海南部以及甘肃甘南高原。极端干期长度与5-9月降水总量呈负相关。≥20 d界限的极端干期长度的概率与50 a一遇极端干期长度的空间分布基本相似,降水较少的南疆、青海西部、河西走廊西段,基本上每年多雨期都存在20 d以上的连续无雨期,而祁连山以南的青海、甘肃中南部、宁夏南部、陕西中南部≥20 d极端干期长度的概率不到0\^1。     

新疆叶尔羌河流域温度与降水序列的小波分析

利用1961—2006年叶尔羌河流域7个气象站点的气温和降水系列资料,采用Morlet小波函数,分析了不同时间尺度下气温和降水序列变化的周期和突变点,确定了各序列中存在的主周期。结果表明：该流域暖湿化趋势比较明显,气温和降水的变化趋势与西北地区和新疆区的气候变化基本一致;小尺度的变化嵌套在较大尺度的复杂背景之中,不同时间尺度下突变的年份有所差异。     

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。     

近45 a广西降水和气温的气候特征

应用1957～2001年广西76站月降水和气温资料,利用趋势分析和旋转经验正交函数分解,对近45 a广西降水和气温的气候特征进行了分析.结果表明:广西年降水量没有明显的长期变化异常,但有地域特征,其中南部沿海年降水有明显增加的趋势;降水趋势也有明显的季节差异,春播期降水有全区性增加的趋势,且在上世纪70年代末有突变特征;在春播期、后汛期和冬季,降水场均可分为3个气候区,而全年、前汛期和秋季降水难以进行分区.广西年平均气温有极明显的增温趋势,变暖最显著的是广西北部、西南部及南部沿海;变暖主要发生在6、8、1     

西北地区大气水汽含量时空分布及其输送研究

利用ECMWF和NCEP/NCAR 1979-2016年逐月再分析资料,分析了我国西北地区大气水汽含量的时空分布及其输送特征。结果表明：（1）西北地区水汽含量在20世纪80年代中期至90年代末呈增多趋势,从90年代开始至21世纪初呈减少趋势。就季节而言,西北地区夏季水汽含量最多,占年平均水汽含量的46.6%。（2）西北地区水汽分布与降水分布具有一致性,水汽含量主要集中在西北地区东部及其西部的天山山脉、塔里木盆地东部一带,达12～30 mm,中部水汽含量较少,不足10 mm,水汽含量的空间分布呈现出“两边高中间低”的分布形式。（3）西北地区水汽输送以西风和季风两大环流系统为主,纬向西风水汽输送可达100～500 kg·m^-1·s^-1,在全年水汽输送中占主要地位,夏季从印度洋来的强度可达100～200 kg·m^-1·s^-1的西南季风水汽输送对西北地区东部影响较显著。（4）西北地区水汽源主要位于新疆天山山脉、青海中东部、甘肃河西走廊中西段、宁夏和陕西北部等地区,而水汽汇则位于甘肃南部、陕西南部一带。     

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。     

1960～1997年新疆北部降水序列的趋势探测

利用非参数统计检验法（Mann-Kendall法）分析了新疆北部地区13个气象台站1961-1997近40年降水序列的趋势。因季节性差异，对1月、4月、7月、10月的降水序列也进行了分析。结果表明，1961-1997年新疆北部地区年降水序列大致存在增加的趋势，但不是很普遍；多数测站的年降水序列无趋势。以4月、10月为代表的春秋季降水量没有趋势存在；在少数测站以1月为代表的冬季降水序列出现了上升趋势，说明1961-1997年间新疆北部冬降水量有一定量的增加；3个测站在以7月以代表的13个夏季降水序列中出现了上升趋势，还有一个测站出现了下降趋势，说明新疆北部地区夏季降水在1961-1997年间有少量的增加，并且降水变化趋势存在一定的地区差异。     

中国西北地区降水异常的气候分析

利用中国西北地区128个气象站1971—2009年逐月的降水资料,用经验正交函数（EOF）、旋转经验正交函数（REOF）、小波分析以及突变分析等方法对西北地区降水的空间异常特征和时间变化规律进行了诊断分析。结果表明:西北地区降水类型可分为降水一致型、东-西型、以及南-北型,并且重要程度依次递减;整个西北地区可以分为6个降水区域,分别为高原东北侧区、北疆区、渭河流域区、高原区、河西走廊区、南疆区;尽管在1971—1909年近40年中西北地区整体呈现出少雨、多雨交替的波动变化特征,却未有明显的变干或变湿的倾向,但是各个异常区的气候变化呈现出了不同的趋势倾向;每个降水异常区域都有明显的周期性和年际、年代际变化特征,普遍存在3~5年左右的短周期和10年、20年左右的长周期,各个异常区所盛行的主要周期以及同一异常区在不同年代所盛行的主要周期均有所差异。     

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。     

玉溪地区降水变化特征分析

利用玉溪市9个代表站1961 ～2010年50年的降水观测资料,使用趋势分析、连续小波变换分析的方法,对玉溪50年来降水变化的基本特征进行了分析.结果表明:近50年来玉溪年均降水量处于缓慢减少的趋势,减少率为3.73mm/10a,特别是2000年以后减弱趋势明显增大.从降水的周期变化特征来看,玉溪地区50年降水小波变换系数都存在着20 ～25年和10年左右两个显著周期,目前玉溪地区正处于干旱期.     

新疆南部地区暖冬年与春夏季降水的相关分析

利用春夏季(3~8月)12个站降水资料以及冬季(12~02月)温度资料,通过统计方法选取新疆南部地区温度异常年份与春夏季降水异常年份,并进行相关分析,结果表明:暖冬年份对应的来年春夏季总降水量偏多;反之,冷冬年对应的春夏季降水总量偏少。再利用NCEP/NCAR1960-2000年全球月平均网格点资料分析500 hPa高度场环流特征,结果表明:暖冬年前期环流特征为西低东高型,冷冬年前期环流特征为西高东低型,具有反位相关系。暖冬年后期才为西高东低型,与冷冬年前期相较起点晚,从而影响到来年的环流入夏时间,这可能就是导致暖冬年份来年降水增多的原因之一。     

玉溪地区降水变化特征分析

利用玉溪市9个代表站1961—2010年50年的降水观测资料,使用趋势分析、连续小波变换分析的方法,对玉溪50年来降水变化的基本特征进行了分析。结果表明：近50年来玉溪年均降水量处于缓慢减少的趋势,减少率为3．73min／10a,特别是2000年以后减弱趋势明显增大。从降水的周期变化特征来看,玉溪地区50年降水小波变换系数都存在着20～25年和10年左右两个显著周期,目前玉溪地区正处于干旱期。     

西北干旱区山区融雪期气候变化对径流量的影响

利用8 个山区气象站1960-2010 年日平均气温、降水和7 个出山口水文站的年径流数据(1960-2008), 统计分析了山区融雪期开始时间、结束时间、天数、温度和降水的变化趋势及其空间差异性, 并定量评估了年径流量对融雪期温度和降水变化的敏感性。结果表明, 近50年来, 山区融雪期平均提前了15.33 天, 延迟了9.19 天;其中, 天山南部山区融雪期提前时间最长, 为20.01 天, 而延迟时间最短, 仅6.81 天;祁连山北部山区融雪期提前时间最短(10.16天), 而延迟时间最长(10.48 天)。这显示山区融雪期提前时间越长, 延迟时间则越短。山区融雪期平均降水量增加了47.3 mm, 平均温度升高了0.857℃;其中天山南部山区降水增量最大, 达65 mm, 昆仑山北部山区降水和温度增量均最小, 分别为25 mm和0.617℃, 而祁连山北部山区温度增量最高(1.05℃)。河流径流量对融雪期气候变化敏感, 降水变化诱发年径流量变化了7.69%, 温度变化使得年径流量改变了14.15%。     

西北地区近50a降水变化及水汽输送特征

用NCEP/NCAR再分析资料和中国西北地区145个站的降水资料,研究了西北地区降水与亚洲季风区水汽输送特征的关系。主要结论为:①西北地区降水具有明显的区域性特征,在20世纪80年代以后,西北地区东部降水明显减少,干旱化趋势严重;在西北地区西部,降水增加,气候逐渐向暖湿型转变;②西北地区东部的水汽在夏季主要来自孟加拉湾、南海和西太平洋;西北地区西部除了受西风带的影响外,来自北方西伯利亚的水汽输送在夏季也有一定的作用;③西北地区东部的南边界和西边界是主要的水汽输入,西北地区西部的西边界是主要的水汽输入。在降水偏多年,其水汽输入在7月达到峰值,且具有明显的年变化特征;④西北地区东部的南边界和西边界水汽输入减少趋势明显,使得水汽总收支逐渐减少。西北地区西部西边界的水汽输入自80年代中期以来有增加的趋势,而北边界的输出在减少,水汽总收支有增加的趋势。     

中国西北地区东部夏季不同等级降水时间演变特征

根据中国西北地区东部59个气象台站1965-2014年的逐日降水资料,将降水划分为小雨、中雨和大雨3个等级,分析和比较了该地区夏季不同等级降水降水量、降水日数和降水强度的时间演变特征,并对各等级降水对总降水贡献的时间变化进行了讨论。结果表明：（1）西北地区东部降水量和降水日集中在夏季。降水等级越高,降水量和降水日的集中程度越高,夏季大雨量（日）达到了全年大雨量（日）的72.15%（69.19%）;（2）西北地区东部各等级降水量、降水日主要在1996年存在一个由多转少的突变,均存在较明显的2~3 a的短周期;（3）西北地区东部夏季降水总量与中雨等级以上降水量具有相似的年际和年代际变化,相关系数高达0.8,主要受中雨和大雨量的影响,仅在东南部和甘肃中部趋于增加,在甘肃南部和内蒙古中部趋于减少。总降水日则与小雨日变化一致,主要呈减少趋势,总降水强度的增强则主要源自大雨强度的增大。