近50年来西北半干旱区气候变化特征

选用西北半干旱区33个气象站1951-2004年温度、降水、相对湿度、风速、蒸发量等气象观测资料,分析主要气候要素变化规律,揭示了近50年来西北半干旱区气候变化的一些新特征.结果表明,西北半干旱区降水量近50年来年际变化趋势除个别地方外绝大多数地区呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率在-59.168～-1.143 mm/10 a之间,秋季降水量减少最多,春季次之,而夏季部分地区和冬季大部分地区降水量呈略增趋势.降水量存在3年、6～8年的周期振荡特征,3年周期振荡在1962-1966年为中心的局部时段内最强,之后逐渐减弱.6～8年振荡在1980-1985年为中心的局部时段内最强.气温距平呈上升趋势,气温距平变化曲线线性拟合倾向率在0.074～0.507 ℃/10 a之间,大部分地区呈先降后升型,转型时间为20世纪60年代后期至70年代前期.冬季气温增高最多,秋季、春季次之,夏季陕、甘、宁交界区及陇中地区气温增高而其余地区气温距平略呈下降趋势.相对湿度近50年来年呈波动变化.平均风速近50年来年际变化趋势除个别地方略增外,其余各地均呈下降趋势.蒸发量近50年来年际变化趋势除个别地方呈上升趋势外,其余各地蒸发量呈下降趋势.     

中国黄土高原地区降水时空演变

为揭示黄土高原地区降水资源在全球气候变化背景下的演变特征,利用黄土高原地区7省区51站43 a的降水资料,主要采用EOF、CEOF和小波分析等方法,研究了黄土高原降水近43 a的时空演变及其资源信息在空间的流动。结果表明：黄土高原年季降水对全球变化区域响应不同;年降水和秋季降水在1985年附近发生气候突变,降水明显减少;降水年际变化存在2～4 a振荡和11～18 a的年代际振荡,以2～4 a短周期振荡为主;降水响应敏感区在黄土高原腹地,空间演变信息在向东传播。     

1971-2011年青藏高原干湿气候区界线的年代际变化

气候变化是沙漠化的重要影响因素,了解青藏高原的气候背景变化是探讨高原沙漠化的基础。利用1971-2011年青藏高原81个站点逐日气温、降水等多种气象要素资料,采用面积权重方法研究了近41a高原干湿气候变化的年代际波动特征。结果表明：近年来高原气温持续升高,降水显著增加,于20世纪90年代中后期变得更暖更湿;平均风速由显著下降趋势转变为平稳变化;相对湿度由上升趋势转为下降趋势,且下降幅度明显;日照时数自80年代开始显著下降,进入21世纪转为上升趋势。在这5个因子共同作用下潜在蒸发量于90年代中后期发生明显转折,由下降趋势转为上升趋势。20世纪90年代中后期是高原气候变化的重要节点。高原干湿界线年代际波动明显,不同干湿气候区的面积存在年代际差异,整体表现为各界线均向西北方向移动,极端干旱区、干旱区面积有所减小,半干旱区、半湿润区及湿润区面积有所增大。干湿指数0.5线与高原沙漠化界线重合,干湿界线波动变化在一定程度可反映高原沙漠化变化情况。     

中国西北干旱区地-气温差变化成因分析

利用1961—2000年中国西北干旱区49个气象台站百叶箱气温、0 cm地温、降水和近地层风速月平均资料,以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了我国西北干旱区地-气温差变化的原因。结果表明,20世纪后40 a西北干旱区冬季地-气温差呈减小趋势,其可能原因是20世纪80年代后全球进一步变暖,西北干旱区对流层中层高度场升高、气温升高,风场易出现反气旋式环流距平,寒潮活动减少,近地层风速减弱使得气温增暖高于地温。而春初对流层中层高度场偏低时,气温偏低,降水偏多,风场易出现气旋式环流距平,近地层风速减弱使得气温增暖低于地温,所以春初地-气温差呈上升趋势。     

中国西北干旱半干旱区近46 a秋季气候变暖分析

 利用中国西北干旱、半干旱区137个测站,近46 a年平均地面气温资料,采用线性趋势分析、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了西北区秋季气温对气候变暖的响应。结果表明：①中国西北干旱、半干旱区秋季气温增温明显,近46 a增温率0.36 ℃/10a. 从1971年开始气温呈增加趋势,1988年有一次显著突变,其后达到一个更显著的增暖时期。②秋季气温标准差在青海高原西部、新疆东部—北疆和内蒙古是一个高值区。③秋季区域平均气温单调增温而无明显转型期,全区性的前10个偏热年,80%出现在1990年以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右和22 a的周期,无论从年代际的变化来看,还是从20 a以上的气候变化层次来看,振幅向高温增大,气温趋势仍在居高不下的位置。④秋季气温存在演变的地域差异,新疆区和蒙陕甘宁青区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区秋季气温异常细分为蒙陕甘宁区、北疆区、南疆区和高原区。西部干旱、半干旱区秋季气温的转折大致在20世纪60年代末期至70年代初期,由下降转为上升;各区秋季气温在1987—1988年发生一次突变。     

1957—2011年中国中部不同气候带气候变化及其与ENSO的关系

依据湖北、河南与山西三省的气象资料,以湖北中部、河南中部、晋东南豫北和晋西北作为典型区域,研究1957—2011年中国中部亚热带湿润、温带半湿润、温带半干旱3个气候带气候变化特征及其与ENSO事件的关系。研究结果显示:研究区气候差异显著,自南向北降水集中程度增强、集中期明显缩短。湖北中部、河南中部降水年际波动大且无明显变化趋势,晋东南豫北地区、晋西北降水呈波动减少趋势。自20世纪80年代以来升温趋势显著,在90年代出现升温突变并呈持续上升趋势,且南北增温快,河南中部增温慢。暖事件(El Nio)具有使中部地区各气候带不同程度的降水减少和气温升高作用,冷事件(La Nia)则相反。暖事件使半干旱区和湿润区降水减少较多,使半湿润区减少幅度较小;冷事件使半湿润区的河南中部降水增加较多,使湿润区和半干旱区增幅较小。暖事件使半干旱区升温幅度最大,半湿润区的河南中部升温幅度最小;冷事件使气温下降幅度均较小,且不存在明显区域差异。     

黄河上游主要产流区气候变化及其对水资源的影响——以甘南高原为例

 利用黄河上游主要产流区甘南高原地面气象观测资料和水资源定位观测资料,分析气候、水资源变化特征，及其二者的关系，建立水资源气候模式。分析表明：黄河上游主要产流区甘南高原大部分区域降水量年际变化呈下降趋势，降水量变化线性拟合倾向率在-22.6～-9.6 mm/10a之间，降水量递减以秋季降水量递减为主，降水量减少突变点在1980—1990年之间，年际变化主要存在6～7 a短周期振荡和15 a的长周期振荡特征。气温年际变化趋势呈显著上升趋势，增温速度均大于全国增温速度，增温率以冬季最大，气温增高突变点在20世纪70年代。草地年干燥指数变化呈显著上升趋势，近50 a来甘南高原气候趋于暖干化。水资源呈显著下降趋势，水资源存在2～3 a、7～8 a、20～23 a的年际周期变化。水资源与降水量呈显著正相关，与干燥指数呈显著负相关，降水量减少，草地干燥指数上升，导致水资源减少。     

极点对称模态分解下陕西气候变化特征及影响因素

全球变暖背景下,受人类活动和气候系统波动共同影响,气候要素响应具有非线性、非平稳特征,如何识别气候变化多时间尺度信息,是当前研究的热点话题。基于1970-2017年气温和降水逐日数据,辅以滑动平均、趋势分析和极点对称模态分解(ESMD)等方法,对陕西3大地理单元气候时空特征进行分析,进而探讨不同海区厄尔尼诺指数与气温、降水变化的响应关系。结果表明:1970-2017年,陕北气候变化经历“暖干-冷湿-暖湿”的变化过程;关中和陕南气候在20世纪80-90年代末呈现暖干化,随后增温停滞,降水增多,近期再次呈现暖干化;利用ESMD对陕西气温和降水变化信号进行分解,发现区域气温响应变暖停滞,是受年代波动影响,周期为9.2~11.5 a左右;从趋势项分析,除陕北气温平稳波动之外,关中和陕南气温增速并未减缓;在影响因素上,不同海区海温异常与陕西气温、降水变化相关性存在差异。其中,气温影响主要在中国东部海区,且与NINO A区、黑潮区海温显著正相关;影响降水变化的关键海区在赤道太平洋,即赤道太平洋中部海温异常偏高时,关中和陕南降水呈现下降,而赤道太平洋东部海温异常偏高,陕北降水减少更为明显。     

基于树轮重建的宁夏河东沙地西部公元1899年来年降水量的变化

在分析我国季风区西北缘宁夏河东沙地西部的油松(Pinus tabulaeformis)树木年轮宽度年表与气温降水相关关系基础上,建立了树轮宽度指数与年降水量的转换方程。交叉检验结果表明转换方程比较稳定,重建结果合理可靠。公元1899年来降水量重建结果表明:研究区在20世纪40年代以前,降水变化波动幅度较大,年际间干湿变化明显,20世纪40-80年代间降水波动幅度变小且频率增加,20世纪80年代以后降水变化波动幅度又趋于增大且频率减小;与昌灵山、贺兰山和祁连山东段降水变化对比分析发现河东沙地西部的降水量变化与周边地区气候演变存在一定的同步性;宁夏河东沙地西部20世纪10年代、20世纪20-30年代初期、20世纪末以及2004-2006年的相对干旱时期有利于该区沙漠化范围的扩大,对该区沙漠化治理不利,而20世纪初期、20世纪10年代末期、20世纪30-40年代、20世纪90年代的相对湿润时期在一定程度上减缓了暖干化趋势,有利于沙漠化范围的缩小。周期分析结果表明,宁夏河东沙地西部1899年来降水量变化存在2~4 a、5~7 a和10 a左右变化周期。     

1951年以来ENSO事件对中国西北不同气候区的影响

通过对中国西北典型半湿润区、半干旱区、干旱区和半荒漠区4个不同气候区1951-2015年降水和气温资料的搜集、整理和处理,分析研究区1951年以来降水和气温的变化,并对其进行M-K突变检验,总结ENSO事件对气候与旱涝灾害的影响.研究结果表明:①4个气候区降水量逐年变化幅度差异明显,半干旱区为变化幅度最小区域,半湿润区和干旱区变化幅度最大但出现降低的趋势,而半荒漠区则是降水量增长最明显的区域;降水的集中度由东往西变化逐渐增大,东部比西部滞后5d左右.②4个气候区气温上升幅度存在差异,半湿润区气温上升幅度最大,干旱区气温上升幅度最小.③El Ni(n)o事件使4个气候区发生不同程度的降水减少、气温升高,而La Ni(n)a事件则使降水增加、气温降低.④El Ni(n)o事件会给4个气候区当年带来旱灾,次年带来涝灾;La Ni(n)a事件则会给当年带来涝灾,次年带来旱灾.     

陇东黄土高原土壤水分演变及其对气候变化的响应

以西峰为例,利用近45 a气象观测资料和近25 a的土壤水分观测资料,分析全球气候变暖背景下陇东主要气象要素及土壤水分的变化特征,探讨了气候变化对土壤水分的影响,以及影响土壤水分变化的主要气象因素。1993年以后,土壤水分以负距平为主,土壤干旱严重,0—50 cm和60—100 cm土层土壤水分含量在1997年和1995年降到最低值。春季是土壤水分减少最明显的季节,其中表层土壤水分对气候变化的响应更为明显,而夏秋季,较深层的水分变化更为明显。影响土壤水分的气象因子以降水、蒸发为主,气温通过影响蒸发间接产生影响。通过对土壤水分演变特征及其影响因子的分析,为进一步理解土壤水分条件的恶化原因,采取措施,合理利用气候资源,调整农业生态布局,恢复生态环境,积极应对气候变化提供决策方面的参考。     

人工固沙植被区土壤水分动态及空间分布

土壤水分是干旱区固沙植被生长发育最主要的限制因子,了解其动态变化特征对沙区人工植被建设具有重要意义。本研究利用EnviroSMART土壤水分监测系统,于2009-2013年对宁夏沙坡头地区人工固沙植被区的土壤水分动态进行连续监测。结果表明:(1)降水对土壤水分状况及动态变化有较大的影响。土壤水分总体处于过度消耗状态,在非生长季,土壤水分没有明显的回升现象。(2)生长季初期(4-5月)为土壤水分弱消耗阶段;生长旺盛期(6-8月)为土壤水分快速消耗阶段,水分变化波动较剧烈,空间异质性最强;生长季末期(9-10月)的土壤水分处于相对稳定状态。(3)土壤水分随深度增加呈“S”形变化趋势,浅层的土壤含水量明显高于其他深度,200 cm深度土壤含水量较低且年际间变化不大(1.53%~2.10%)。湿润年份土壤水分剧烈变化的土层深度为0～100 cm,而干旱年份为0～20 cm。(4)相对于干旱年份,湿润年份的土壤含水量不但较高,而且水分变化波动较为剧烈。当土壤水分较低时,其变异性会随着土壤水分含量的增加而增加。(5)试验区灌木盖度在5年间呈下降趋势,一年生草本受降水量影响年际变化较大。受降水时空分布影响的土壤水分是沙坡头人工植被演替的重要驱动力。     

陕北黄土高原红枣种植区水热资源变化及未来趋势预测

为了揭示陕北黄土高原红枣种植区水热资源变化特征,给当地红枣产业适应气候变化提供科学依据,利用陕北黄土高原红枣种植区8个气象站1971-2019年的气温、降水资料,及中等(RCP4.5)和高等(RCP8.5)排放气候情景下2021-2050年的气候变化预估数据,采用线性倾向估计、M-K检验、Morlet小波分析方法对气温、降水变化特征进行分析。结果显示:近49 a,红枣种植区年和生长季平均气温呈显著上升趋势,分别在1991年和1993年发生突变,存在44 a的周期变化。年和生长季降水量呈不显著增加趋势,存在31 a左右的周期变化,未发生突变。2021-2050年,RCP4.5、RCP8.5两种情景模式下,年和生长季平均气温呈上升趋势,RCP8.5排放情景下升温更显著,年平均气温在2027年发生了突变。两种排放情景下,年和生长季平均气温存在31 a左右的周期变化。年和生长季降水量在RCP4.5排放情景下呈不显著减少趋势,在RCP8.5排放情景下呈不显著增加趋势;降水量没有发生突变现象。RCP4.5情景下,年和生长季降水存在23~31 a周期变化;RCP8.5情景下存在7 a的变化周期。陕北红枣种植区应积极适应气候变化,调整种植布局,选择适宜的红枣品种,促进陕北红枣产业可持续健康发展。     

西藏地温的年际和年代际变化

利用1971-2005 年西藏10 个站的0.8 m、1.6 m 和3.2 m 逐月平均地温资料,采用气候倾向率等现代统计诊断方法,研究了近35 年西藏年、季平均地温的变化趋势、气候突变和异 常年份。结果表明：0.8 m 年平均地温在西藏东部的林芝、昌都呈现为下降趋势,其他各站以0.19~0.81 ^oC/10a 的速率升高;有5 个站的1.6 m 年平均地温呈显著的升高趋势,升温率为 0.20~0.60 ^oC/10a;3.2 m 年平均地温6 个站均表现为升高趋势,为0.13~0.52 ^oC/10a,以拉萨升温率最大。在0.8 m 处,① 大部分站点季平均地温呈明显的上升趋势,其中西藏西部、南 部以夏季升幅最大,特别是狮泉河达1.61 ^oC/10a;北部以冬季增温最突出。东部地区四分之三的季平均地温呈降温趋势。② 大部分站点年平均地温呈逐年代升高趋势,而昌都表现为逐年代降低趋势。③ 狮泉河春、夏季平均地温分别在1996 年和1983 年发生了气候突变;拉萨和日喀则年、季平均地温发生的气候突变是从一个相对偏冷期跃变为一个相对偏暖期,前者 出现在20 世纪80 年代,后者发生在20 世纪90 年代初;而林芝1993 年夏、秋季出现的气候 突变是从一个相对偏暖期跃变为一个相对偏冷期。④ 西藏西部年、季平均地温以异常偏高年份居多,且发生在20 世纪末至21 世纪前5 年;南部年、季平均地温均为异常偏高年份,主要出现在20 世纪90 年代中后期;北部年、季平均地温异常偏高年均出现在21 世纪前5 年, 异常偏低年份以20 世纪80 年代居多;东部年平均地温以异常偏低年为主。青藏铁路沿线西藏境内测站最大冻土深度以-4.5~-25.4 cm/10a 的速率呈显著减小趋势,安多减幅最大     

青海高原近40 a降水变化特征及其对生态环境的影响

 利用青海省1961-2002年26个代表站逐日雨量资料和高原东部地区10个站的降水自记资料,分析了近40 a来降水量、雨日、雨强的气候变化特征。结果表明:青海高原近40 a来年降水量无明显的变化,但夏半年降水量呈减少趋势,冬半年降水量呈明显的增多趋势；夏半年降水量和雨日虽在减少,但降水强度在增大；夏半年降水量的减少主要是降水日数的减少造成的,而冬半年降水量的增加是由于雨日增多和每个降水日平均雨量的增大所造成；随着气候变暖,夏、秋季降水明显偏少,出现暖干化的气候趋势。     

1960-2012年西藏林芝气温和降水变化

基于1960-2012年日平均气温和日降水量数据,利用小波分析和Mann-Kendall突变分析方法,分析了西藏林芝气温和降水的变化特征。结果表明：林芝年平均气温增长速率0.028℃·a^-1;年平均气温受3~4 a尺度波动的影响,无明显主周期;年平均气温序列有3个突变点,分别是1972-1973年、1975-1976年和1977-1978年。年降水量增长率1.218 mm·a^-1;年降水量受4 a、10 a和20 a尺度波动的影响;有两个主周期,分别为2 a、19 a;年降水量序列有4个突变点,分别为1960-1961年、1965-1966年、1977-1978年、1982-1983年。     

Quantitative estimation of climate change effects on potential evapotranspiration in Beijing during 1951-2010

Climate change is likely to affect hydrological cycle through precipitation, evapotranspiration, soil moisture etc. In the present study, an attempt has been made to study the climate change and the sensitivity of estimated evapotranspiration to each climatic variable for a semi-arid region of Beijing in North China using data set from 1951 to 2010. Penman-Monteith method was used to calculate reference crop evapotranspiration (ETo). Changes of ETo to each climatic variable was estimated using a sensitivity analysis method proposed in this study. Results show that in the past 60 years, mean temperature and vapor pressure deficit (VPD) were significantly increasing, relative humidity and sunshine hours were significantly decreasing, and wind speed greatly oscillated without a significant trend. Total precipitation was significantly decreasing in corn season (from June to September), but it was increasing in wheat season (from October to next May). The change rates of temperature, relative humidity, VPD, wind speed, annual total precipitation, sunshine hours and solar radiation were 0.42℃, 1.47%, 0.04 kPa, 0.05 m·s-1, 25.0 mm, 74.0 hours and 90.7 MJ·m-2 per decade, respectively. In the past 60 years, yearly ETo was increasing with a rate of 19.5 mm per decade, and total ETos in wheat and corn seasons were increasing with rates of 13.1 and 5.3 mm per decade, respectively. Sensitivity analysis showed that mean air temperature was the first key factor for ETo change in the past 60 years, causing an annual total ETo increase of 7.4%, followed by relative humidity (5.5%) and sunshine hours (-3.1%); the less sensitivity factors were wind speed (0.7%), minimum temperature (-0.3%) and maximum temperature (-0.2%). A greater reduction of total ETo (12.3%) in the past 60 years was found in wheat season, mainly because of mean temperature (8.6%) and relative humidity (5.4%), as compared to a reduction of 6.0% in ETo during corn season due to sunshine hours (-6.9%), relative humidity (4.7%) and temperature (4.5%). Increasing precipitation in the wheat season will improve crop growth, while decreasing precipitation and increasing ETo in the corn season induces a great pressure for local government and farmers to use water more efficiently by widely adopting water-saving technologies in the future.     

古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭群落蒸散特征

根据2016年古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭生育期定点观测的土壤水分、气象要素等资料,基于水量平衡原理估算了梭梭生育期蒸散量,分析了蒸散变化规律。结果表明：（1）在梭梭生长季,降雨量为206.7 mm,降雨分布不均,梭梭萌发期,降雨量最多;梭梭生长旺盛期,月降雨量逐月减少;梭梭枯落期,降雨量最少。（2）在梭梭生长季,梭梭群落0~400 cm土壤贮水量变化整体呈下降趋势,梭梭萌发期是土壤贮水量盈余期,生长旺盛期和枯落期为土壤贮水量亏损期;梭梭群落发挥土壤水库效应,依靠生长季前土壤蓄水来弥补梭梭群落生长季需水缺额。（3）在梭梭生长季,蒸散量变化特征为多峰曲线,峰值主要出现在降雨集中期,最低值出现在土壤贮水量亏损期。（4）在梭梭生长季,梭梭群落累积蒸散量增幅始终高于累积降雨量增幅,累积蒸散量大于累积降雨量。     

近60年昆明市气候变化特征分析

利用线性倾向率、Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验(MTT法)和小波分析等数理统计分析方法,分析昆明市近60 a气候变化趋势和气候突变特征。结果显示:近60 a昆明市气候变化呈气温升高、降水量略微减少的暖干化趋势;气温上升率0.24℃/10 a,降水量下降率3.89 mm/10 a;干季增温强于雨季,而雨季降雨量下降趋势明显;2001~2010年是近60 a来昆明气温最高、降水量最少的10 a;昆明市气温变化包含5~10、10~15 a左右周期,其降水量变化有10~15 a左右的周期变化特征。     

1983—2019年黑龙江省春季土壤湿度时空变化特征及影响因素

春季土壤湿度是影响东北粮食产量和品质的重要因素。在气候变暖的背景下,东北春季土壤湿度如何变化,鲜有研究。本文基于1983—2019年黑龙江省22个农业气象站的土壤湿度和气象观测资料,采用方差分析、突变分析及空间分析等方法,分析20世纪80年代以来黑龙江省春季土壤湿度的时空变化特征及其影响因素。结果表明：1983—2019年黑龙江省春季0~30 cm土壤湿度均值为88.22%,0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤湿度平均值分别为82.63%、89.66%、92.36%,土壤湿度随深度增加而增加,各层均未出现干旱状态。但各层土壤湿度均出现极显著下降趋势,21世纪最初10年较20世纪80年代各层土壤湿度下降6%~15%,在20世纪80年代末进入偏干期。黑龙江省春季土壤湿度呈现由东到西逐渐减小的趋势,32%左右的观测站点呈现显著下降趋势,主要集中在黑龙江省西部及东部地区。前秋季降水量、积雪期长度和积雪初日是影响各层及各月份土壤湿度最重要的因素,其对土壤湿度的影响能持续到5月份,并能影响到20~30 cm。积雪深度及积雪终日对4月份表层土壤湿度有重要影响。地表温度、日平均气温、日平均风速和降水量也是影响不同时期不同深度土壤湿度的关键因素。