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。     

1960-2015年青海三江源地区降水时空特征

青海三江源地区是中国生态系统最为敏感和脆弱的地区,其降水特别是生长季降水的波动,是影响本区及江河中下游水资源安全、生态系统可持续发展的关键因素。综合线性趋势、Mann-Kendall检验、BG分割算法、R/S、EEMD等多方法细致辨识了1960-2015年研究区降水量序列的时空特征。结果显示：① 三江源降水量总体呈现弱增趋势,21世纪以来降水量显著增加,各子源区气候倾向率不尽相同;② 年、季降水量自东南向西北递减,澜沧江源区夏季降水和黄河源区秋季降水呈弱减趋势,雨量弱减区在空间上呈斑块状分布;③ 年、季降水量年代际变化和增湿率的空间差异较明显,春夏季降水气候倾向率与经纬度、海拔的复相关性显著高于冬季;④ 20世纪90年代中后期,各子源区降水总体显现增强信号,并于2002年前后发生突变;⑤ 年际和低值年代际显著周期是造成降水量变动的主要因素;⑥ 除澜沧江源区夏季降水趋于减少外,其他年、季降水量变化呈现增幅不一的转湿趋势;⑦ 横向比较各子源区可见,长江源区降水变化更能表征高原气候变化。研究结果显示,研究区降水时空序列变化具有明显的区域和季节差异性特征,与以往类似研究存在些许差异,可见为有效提高气候序列演变过程及突变诊断的准确性,仍需进一步融合多方法实施集成分析。     

青海湖周边年代际气候振动及其对青海高原气候变化的响应

利用青海高原1958—2005年常规气象观测资料,统计了青海高原、青海湖周边的降水、气温序列,应用气候诊断方法分析了其年代际的变化规律及其成因。结果表明：青海湖周边1958年以来年度和四季平均气温均呈明显的上升趋势,秋、冬两季和20世纪90年代升温比较明显。降水量除秋季呈减少趋势外,年度和其他季节均呈增加的趋势。60—90年代青海湖周边除70年代冬季、80年代秋季、90年代夏季气候类型与青海高原不一致外,其他年代和季节气候类型均与青海高原完全一致,该区域年代际气候的振动主要是由青海高原自然的气候波动和人类活动引起的。     

黑河流量对祁连山气候年代际变化的响应

利用祁连山区8个气象站自建站至2003年观测的月降水、气温资料, 在分析各站气候要素互相关的基础上, 建立了代表祁连山整体气候变化的1944-2003年历年各月、季降水距平百分率和气温距平序列, 以及黑河上游莺落峡水文站观测的径流量, 分析了黑河流量与祁连山区降水、气温的年代际变化。结果表明: 祁连山气候演变存在非常明显的年际和年代际变化。自1970年代以来, 除夏季降水量呈上升趋势外, 秋、冬、春三季均表现出明显的变干, 尤其是秋、冬两季。本世纪初降水量又有增加趋势。比较过去60a气温变化, 1940年代最暖, 1960年代最冷。自1980年代以来, 祁连山区气候明显变暖, 各季气温显著升高, 尤以冬季升温最快, 目前已超过1940年代的暖期。1980年代的流量是过去60a中最大的10a, 1990年代有所减小。1990年代后期流量明显增加, 目前除春季外, 夏、秋、冬季已转入上升趋势。     

10个CMIP5模式预估中亚地区未来50 a降水时空变化特征

利用CRU月降水资料首先对参与IPCC第五次评估报告（IPCC AR5）的10个CMIP5模式对1951-2005年中亚地区年降水气候平均态、年际变率以及线性趋势等特征参数的模拟能力进行了系统评估,并选取具有较好模拟性能模式的未来预估试验结果作多模式集合平均预估未来50 a（2011-2060年）中亚地区在不同代表性浓度路径下降水量各特征参数的空间分布特征,结果表明：多数模式能够模拟出中亚地区年降水气候平均态、年际变率以及线性趋势的空间分布特征,同时发现中亚地区年降水量在过去50 a整体以轻微增加为主,趋势不显著。根据定量评估结果,从10个模式中选取4个具有较好模拟性能的模式结果做集合平均,同时利用历史回报试验数据进行检验,发现集合平均的模拟结果无论在量级还是高、低值中心的位置和范围与CRU资料非常接近。未来预估结果表明4种排放情景下4模式集合平均的中亚年降水在未来50 a增加较为明显,尤其在中国新疆南部（由低值区转变为高值区）。总体来看,未来50 a中亚降水增加趋势随着RCPs的增加而增加,且降水增加显著的区域随着RCPs的增加而明显增大。     

新疆夏季降水异常的时空特征及北极涡与阻塞高压对其的影响

采用新疆地区50个站1960-2000年6～8月降水资料,运用标准化距平、二项式系数加权平均、Morlet小波分析及线性倾向估计等方法分析了新疆夏季降水异常的时空特征,并基于NCEP/NCAR的500hPa再分析高度场资料对极涡、阻高与新疆夏季降水做奇异值分解,从而讨论了极涡与阻高对新疆夏季降水的影响,得到了一些结果。新疆夏季降水具有明显的空间不均匀性,天山山脉附近的降水量最大,而南疆的塔克拉玛干沙漠周边及新疆东部戈壁滩地区的降水量最小。新疆夏季降水存在明显的年际差异,20世纪80年代初之前年际变化振幅较小,之后年际差异急剧增大。新疆夏季降水的年代际变化、周期性也很显著,降水量总体上呈现明显的线性增长趋势。同期及前期冬春季极涡与阻高对新疆夏季降水均有重要影响。     

近50 年来祁连山及河西走廊地区极端降水的时空变化研究

利用1960~2009年的日降水量资料,选用13项极端降水指数,采用线性趋势、10年趋势滑动、Mann-kendall等方法,对祁连山及河西走廊地区极端降水的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端降水日数呈增多趋势,极端降水强度呈减小趋势,极端降水总量呈增加趋势,连续干旱日数、连续湿润日数呈减少趋势,一日最大降水量、五日最大降水量呈增大趋势;极端降水变化存在一定区域差异,走廊平原中西部的降水明显增加,降水变率在减小,走廊平原中部极端降水的日数在增多,降水极值在增大,走廊平原祁连山东部的降水在增加,降水极值在增大,但连续极端降水的总量在减少,祁连山中部的降水在明显增加,降水的极端性在明显增大,对气候变暖的响应最敏感;不同极端降水指数分别在20世纪60年代中期、70年代中期、80年代初期、80年代中后期、90年代中期发生了突变,这些突变点与东亚季风、南亚季风、西风环流等大尺度环流系统强弱变化的时间点是一致的。     

1961-2010年新疆极端降水过程时空特征

采用新疆50个气象测站1961-2010年逐日降水资料,选用14个极端降水指数探讨新疆极端降水事件的发生与变化。结果表明：无论平均降水过程还是极端降水过程,均能反映新疆明显的湿润化趋势。伴随降水量的增加,降水强度及降水频率均增大,除CDD变化表现为下降趋势外,其他指数变化均呈上升趋势。分析各极端降水指数序列变化,20世纪60-70年代年际变化幅度小,稳定性好;80-90年代年际差异大,稳定性差;新疆东部各极端降水指数上升与下降趋势小幅交替出现,而北疆、南疆及全疆极端指数序列则呈明显且单一的上升趋势。各极端降水指数最大概率变异年为1986年、2009年;降水变异后,新疆弱降水过程变化不明显,但强降水过程变幅增大,易导致洪旱灾害等极端气象水文事件的发生。     

内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡及环流特征分析

利用内蒙古中西部50个气象观测站1961—2000年春季沙尘暴日数资料,国家气候中心提供的北半球月平均500 hPa高度场网格尺度为10°(经度)×5°(纬度)的网格点资料、北半球500 hPa月平均环流特征量资料、东亚季风资料分析研究冬春季中高纬度大气环流的年代际尺度的演变特征及其对内蒙古中西部沙尘暴的影响,进一步揭示内蒙古中西部春季沙尘暴年代际变化的原因。结果表明：青藏高原位势高度、贝加尔湖地区位势高度、乌拉尔山地区位势高度、东亚冬季风、亚州经向环流、印缅槽、西太平洋副热带高压强度都对内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡产生不同的影响。为内蒙古中西部春季沙尘暴的短期气候预测提供年代际尺度上的基本环流背景。     

应用EOF方法分析新疆降水变化特征

使用新疆89个测站1960-1998年降水量和1、4、7、10月降水量资料,通过EOF分解法,分别计算出各降水场的特征向量分布和时间系数序列。并根据特征向量方差贡献,确定出若干个降水变化基本空间分布型,给出年降水变化分区图;同时结合分解出的时间系数,分析降水量年际变化特征,为今后作年、月气候预测提供一种方法和基本类型图。     

黑河山区气温与降水的季节变化特征及其区域差异

基于黑河干流上游山区(以下简称黑河山区)及周边有关台站的观测数据,对该区域1960—2013年气温、降水的季节变化特征及区域差异进行分析。结果表明:黑河山区干、支流各区的气温变化与全球气温变化有着较好的一致性,气温升幅率明显高于过去50 a全球与中国平均气温的升幅,年平均气温的年代际变化的上升趋势比年际变化的更为显著,但不同区域年与各季气温的上升幅度存在着一定的差异,各区气温的气候倾向率变化呈现出一种由南向北逐步减小的趋势。其中,位于中高山地区的东、西支流域冬季气温升幅最大,位于中低山区的干流区则以秋季气温升幅最大,且各区均以春季气温升幅最小。东、西支流各区年平均与各季节气温发生变暖的突变时间基本上出现在1990年代中后期;干流区年平均与各季节气温发生变暖的突变时间差异较大。尽管山区干、支流各区各季节降水均呈波动增长的态势,但年降水量增幅差异较大。其中,以东支增幅最大,干流区增幅最小;各区各季降水量的年际变化总体上亦呈波动增长的态势;夏秋季降水增加比较明显,冬、春季降水量变化趋势不明显。各区年与各季降水量的年代际的变化较年际变化波动更为剧烈。冬春季降水波动幅度大于夏、秋季降水;各区各年代降水量增加或减少并不完全同步。东、西支两区年降水量系列均在1974年发生降水量增加的突变,而干流区年降水则无明显的突变点;东、西支两区春、夏、秋三季降水量系列均有明显增加或减少的突变点,但出现时间不一致;干流区除夏季降水在1970年初发生明显增加的突变外,其他各季降水量均无明显突变点;除西支冬季降水量在1970年中期后发生明显增加的突变外,整个山区冬季降水量均无明显突变点。总体上讲,黑河山区气候持续转向暖湿,受其影响,黑河出山径流目前的丰水态势仍将会持续下去。     

黄河流域降水格局及影响因素北大核心CSCD

黄河流域位于干旱、半干旱与半湿润过渡地带,是中国重要的经济地带和生态屏障,研究流域降水时空格局及其对多驱动因素的响应具有重要意义。本文分析了近70年降水的时空格局规律、多尺度特征以及降水对不同气象要素与环流因子的响应。结果表明:黄河流域降水量呈下降趋势,降水变率为-0.88 mm/10a,而上游地区呈增加趋势。流域降水存在显著的年周期尺度;年际周期尺度为主导模态,集合经验模态分解(EEMD)的累积方差贡献率为94.85%。偏小波相干性(PWC)分析表明蒸散量为降水多尺度特征的主导气象因素,气象因素主要调制降水的季节性与年周期,环流因子主导降水的年际和年代际周期;不同类型因素的耦合可以增强对降水在所有周期尺度的解释能力。     

西北地区春季沙尘暴气候分析及预测方法研究

利用甘肃、宁夏1955-2002年的气象实测资料, 北半球500hPa月高度场, 月平均太平洋海表温度场资料, 将沙尘暴发生的变化趋势看作每年春季的一个气候现象, 分析其发生的气候变化趋势、年代际变化以及与大气环流、海温的相关关系, 得出沙尘暴气候趋势预测的着眼点, 建立沙尘暴短期气候预测概念模型。此模型对沙尘暴发生变化趋势的预测具有一定的实用价值。     

近百年北极涛动对中国冬季气候的影响

北极涛动 (AO) 是北半球冬季热带外行星尺度大气环流最重要的一个模态,对北半球及区域气候有重要影响。利用中国近50年和近百年气温和降水资料分析了北极涛动对我国冬季气候的影响。当AO指数偏强时,我国大部分地区冬季气温偏高,同时降水也偏多。AO和西伯利亚高压对我国冬季气候的影响在年际和年代际尺度上有不同的特征, 在年际尺度上西伯利亚高压对我国气温的影响要远强于AO,而AO对我国降水的影响则比西伯利亚高压的影响要显著。这种关系也可以通过比较分析对流层低层和中高层环流形势在AO不同位相时的变化得到进一步验证。这说明AO对我国冬季气温和降水影响的机制是不一样的。在年代际尺度上,AO对气温和降水都有显著的影响。AO和西伯利亚高压一起能解释近百年来我国冬季温度和降水方差的35% 和11%。     

沾益气温和降水的多尺度演变特征

利用1951～2005年沾益气温和降水观测资料,采用DB16正交小波分析了年平均气温和冬春季气温、年平均降水量和雨季、旱季降水量的多时间尺度演变特征。结果表明:年平均气温和冬季气温均具有年际和年代际变化特征,春季气温的年际变化是最显著的,年平均气温的年代际变化、气候基本态的变化相对较强。在气候基本态的变化尺度上,年平均气温和冬季气温都在20世纪70年代发生了变异,春季气温则是在20世纪90年代才发生了变异;在年代际变化尺度上,年平均气温变率相对较弱,冬春季气温变率相对较强。年平均降水量、雨季和旱季降水量都具有年际和年代际变化特征,其中7年以下的年际变化最为显著,其中年平均降水量年际变化、旱季降水量年代际变化以及雨季降水量气候基本态的变化相对较强。年平均降水量和雨季降水量在20世纪80年代以前是相对多雨时段,以后是相对少雨时段。此外,20世纪60年代中期以前年平均降水量和雨季降水量均是逐渐增加的,而20世纪60年代中期以后则在减少。旱季降水量则明显不同,20世纪70年代以前是相对少雨时段,以后是相对多雨时段,近55年来旱季降水量是逐渐增加的。     

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。     

太平洋副热带高压、西风环流、极涡指数变化与中国夏季降水相关的研究

探讨了副热带高压、西风带环流、极涡指数的年际和年代际变化规律,揭示了来自副热带、中纬度和极地的大气环流系统的强迫对中国夏季降水的影响.结果表明初夏,当纬向环流指数偏弱时,中国东北和华北大部分地区降水量偏多,这表明东亚中高纬地区盛行阻塞和冷涡偶极子系统,呈有利于东北的冷涡雨季形势;盛夏,西太平洋副热带高压脊线位置和亚洲区极涡强度指数与中国同期降水量场相关波列,均为自北向南呈"-、 、-、 "经向波列分布;春季亚洲区极涡强度、亚洲纬向环流指数、西太平洋副热带高压北界位置以及前一年冬季北半球极涡强度指数与盛夏中国降水量相关显著.中国盛夏降水带,从东北地区开始,由北向南分4个雨带.     

近50 a来祁连山及河西走廊极端气候的时空变化研究

 在全球变暖背景下,极端气候发生的频率增大,气象灾害造成的损失也随之增加。利用20个气象站1960-2009年的日平均气温和日降水量资料,运用线性趋势法、Spline空间插值法、Morlet小波分析法,对祁连山及河西走廊极端气候的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端高温天数呈显著增加趋势,年际变化率为0.79d/a,20世纪90年代中后期之后极端高温天气发生的频率较高;极端低温天数呈显著减少趋势,年际变化率为-0.54d/a, 80年代中后期以来极端低温天气发生的频率较低;极端降水天数也呈显著增加趋势,年际变化率为0.02d/a,70年代中后期之后极端降水天气发生的频率较高。极端气温和降水的年际变化幅度存在区域差异,南部山区比走廊平原对全球气候变暖的响应敏感。极端高温天数和极端低温天数在8a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;极端降水天数在6a、10a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;从22a的周期变化推测,2010年以后11a左右极端高温天数偏少,极端低温天数偏多,极端降水天数偏少。     

云南元谋干热河谷降水的数学统计预测模型

干热河谷是横断山区的一类典型生态退化区域,逐年分季节降水量(SP)的变化对其景观格局及农业生产活动具有重要影响.运用年际增量方法把南方涛动指数(SOⅠ)与降水量联系起来,建立了一个预测局地降水的新方法:把1958～2002年分季节南方涛动指数年际增量(SOⅢ)作为预测因子,采用多元线性回归方法建立一个干热河谷分季节降水年际增量的预测模型,模型通过了F检验、R检验、T检验和DW检验等显著性检验,在1958～2002年的模拟及2003～2008年的后报中显示了很高的预测能力.因此,此方法能显著地提高局地降水预测水平,并具有潜在的应用价值.     

近47a塔克拉玛干沙漠周边地区气候变化

根据新疆塔克拉玛干沙漠周边12个气象台站1961—2007年的历史气候资料,采用线性回归、Morlet小波、Mann-Kendall突变检测和自然正交分解(EOF)等方法,对近47a的年平均气温、降水量、潜在蒸散量和地表干燥度等气候要素的基本变化特征进行了分析,结果表明:①年平均气温呈升高趋势,降水量呈增多趋势,年潜在蒸散量和地表干燥度总体呈减小趋势。受其综合影响,气候总体呈较明显的暖湿化趋势。但20世纪90年代初、中期以来,在气温持续上升的同时,潜在蒸散量和地表干燥度呈增大之势,即气候出现了"暖干化"的迹象,该现象值得关注。②突变检测表明,年平均气温在1970年发生了突变性的升高,降水量在1981年发生了突变性的增多,而潜在蒸散量和地表干燥度在1981年发生了突变性的减小。③气温、降水、潜在蒸散量和地表干燥度分别存在准3a、8a的年际尺度和16～23a的年代际尺度的周期性变化。④12站的年平均气温、降水量、潜在蒸散量和地表干燥度等4要素的最主要空间分布特征均是同向变化。