1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪灾害时空聚类特征

基于京津冀及周边34个气象站点逐日气温、相对湿度和降水数据,辅以Mann-Kendall趋势分析、SatScan时空重排扫描等数理统计方法,对1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪灾害时空聚类特征进行分析。结果表明：① 1960~2013年京津冀地区干旱-暴雨-热浪变化具有阶段性,2000年之前干旱-热浪频次多为负距平,暴雨频次相对较多;2000年后干旱和热浪频次呈上升趋势,暴雨频次呈下降趋势;② 综合考虑多种致灾因子,京津冀地区高致灾因子区集中于东部沿海区和西部太行山地区,低致灾因子区分布于中部平原区;③ 1960~2013年京津冀地区干旱和热浪空间分布具有明显的重叠性,两者空间叠加区主要分布于5个区域：北部沿海区、北部燕山山区、西部太行山区、南部平原区。对于北京、天津、保定等中部平原区的城市而言,其为多灾种叠加的“平静区”,干旱-暴雨-热浪灾害时空群集事件相对较少。     

1961—2017年华北地区高温日数及高温热浪时空变化特征

利用华北地区85个气象站1961—2017年逐日最高气温资料，统计分析了华北地区高温日数及高温热浪（频次、持续时间、强度）的时空变化特征。结果表明：① 华北地区年高温日数整体呈增加趋势，自20世纪90年代中期之后年均高温日数明显增多；高温多出现在华北地区的南部和西部，华北地区大部分站点的高温日数呈增加趋势。② 就气候平均态而言，高温初日有略提前趋势，高温终日则明显推迟；空间上，绝大多数台站的高温终日呈推迟的趋势，其中京津冀中北部地区尤为明显。③ 累计高温热浪次数、轻度和中度热浪次数均整体增加，并在1990年左右明显由少变多，重度热浪次数增加趋势更为显著；1987年之后，平均每次高温热浪事件的高温有效积温明显增加，表明高温热浪的平均强度增大。④ 不同等级高温热浪总频次的空间分布特征相近，高频次区域均集中在内蒙古西部、山西西南部和河北南部；热浪累计频次的变化趋势在内蒙和山西以增多为主，在京津冀地区以减少为主。除山西南部和河北南部的个别站点以外，绝大多数站点的热浪平均持续天数和平均高温有效积温的变化呈增多增强趋势。总体来看，华北大部分区域自20世纪90年代以来，高温日数及热浪事件明显增强，同时存在明显的空间差异，研究结果将有助于进一步认识华北高温的区域性特征。     

1960-2016年黄土高原多尺度干旱特征及影响因素

明晰黄土高原干旱特征对于生态工程建设和社会经济可持续发展具有至关重要的作用。基于1960—2016年黄土高原59个气象台站数据和标准化降水蒸散指标（SPEI）,本文分析了黄土高原多尺度干旱时空变化特征,并探讨了遥相关指数对黄土高原干旱变化的影响。结果表明：① 黄土高原SPEI指数呈下降趋势,其中70年代初和90年代末为显著干旱时期,80—90年代初为较湿润时期;② 年尺度SPEI呈下降趋势的区域遍布整个黄土高原,以山西西部、宁夏北部和甘肃中东部最为显著,而黄土高原西北和西南部则表现为变湿趋势;③ 春、夏和秋三季SPEI均呈下降趋势,且夏、秋季下降趋势较大,趋势系数均为-0.03/10a。春季干旱趋势与年际变化较为一致,秋季干旱趋势范围较大,占总面积的64.53%,冬季干旱范围较小且不显著;④ 多尺度干旱同时受IOD、NAO、PDO、AMO和ENSO3.4等遥相关指数的共同影响,且该影响存在明显的年际和年代际相位转换特征。多元回归分析显示,IOD和NAO对黄土高原干旱解释率较高,分别为22.98%和12.23%,而ENSO3.4解释率较低,表明黄土高原降水变化与西南季风具有较好的关联性。     

淮河流域高温热浪时空演变规律及成因分析

基于淮河流域1960—2014年39个气象站点数据、太平洋气候因子和NECP/NCAR再分析数据基础,利用空间Ward-like层次聚类分析划分4个子区域,通过体感温度的高温热浪指数分析淮河流域不同分区的夏季高温热浪时空演变特征,并通过EOF分析、相关性分析和大气环流遥相关等进一步揭示淮河流域高温热浪演变机理。研究表明：① 1960—2014年淮河流域夏季高温、高温热浪开始时间和持续时间均呈先增后减的趋势,20世纪80年代由暖相位进入冷相位,2010年后由冷相位进入暖相位;② 淮河流域各分区高温热浪开始时间呈现区域差异,分区1的高温热浪事件开始时间最早（平均为5月28日）,分区3次之（平均为6月1日）,分区2和分区4高温热浪开始时间最晚;③ 淮河流域轻度热浪发生频次最多平均为1.24次/a,中度热浪发生频次次之,平均为0.37次/a,重度热浪发生频次最少,平均为0.04次/a;淮河流域高温热浪事件与太平洋东部变暖（厄尔尼诺）或变冷（拉尼娜）变化相同。④ 青藏高原和内蒙古低压减弱导致了热浪高温事件的增加。分区4和分区1发生热浪的时间主要发生6、9月,分区2和分区3热浪发生时间集中在7、8月。分区1（西部）和分区4（东部）与Niño3、Niño1+2、MEI和PDO的相关性较高,分区2和分区3与Niño3.4、PNA相关性较高。     

黄土高原热浪型和缺水型骤旱时空变化特征及其影响因素

骤旱是一种以快速发展为主要特征的干旱。全球变暖背景下,近年来骤旱频发且不断加剧,严重影响我国农业生态系统和人类健康。了解骤旱事件的时空特征及其影响因素,对骤旱的监测、预警和防治至关重要。基于1981—2020年ERA5-LAND数据,辅以趋势分析和相关分析等气候诊断方法,对黄土高原生长季(4—9月)热浪型和缺水型骤旱的时空特征进行分析。结果表明：(1)近40 a黄土高原2类骤旱呈波动增加趋势。其中,缺水型骤旱增加速率[0.54候·(10a)^-1]高于热浪型骤旱[0.46候·(10a)^-1];年代变化上,黄土高原2类骤旱变化具有相似性。1998年之前,2类骤旱以低位波动为主;1998—2010年,骤旱迅速增加;2010年后,骤旱增速停滞且呈下降趋势。(2)空间上,热浪型、缺水型骤旱分别有36.5%、37.5%的区域呈显著增加趋势(P<0.05)。黄土丘陵沟壑区、河套平原东部、汾渭河谷平原、黄土高原沟壑区东部,为2类骤旱共同显著增加区。(3)在影响因素上,青藏高原北部气压、赤道印度洋中部(0°～10°N、50°～90°E区域)海温异常,与黄...     

西南地区冬季旱涝特征及其与北极涛动关系

利用1951-2010年我国西南地区内32站月平均降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,对西南地区冬季旱涝时空分布特征及其与北极涛动(AO)的关系进行了研究分析.结果表明:近60a西南地区冬季降水量和旱涝事件平均发生频次均呈东南向西北递减分布,其中滇、黔、桂交界处和四川南部为降水偏多事件多发区,而渝、滇西南、黔东部及四川盆地是干旱事件多发区,特旱事件的发生概率也较高,并有逐年增加的趋势;冬季旱涝以周期为12 a、8 a左右的低频振荡最为显著,近几年均处于负位相;冬季AO与西南地区同期降水呈显著的正相关,AO异常偏强(弱)时,则西南地区降水异常偏多(少).     

中国西北汛期极端降水事件分析

利用中国西北五省（区）1960—2004年125个台站汛期（5—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,然后统计出了不同台站近45 a逐年汛期发生极端降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析,结果表明:中国西北汛期极端降水事件发生频次同降水量的空间分布有很大的差异;一致性异常分布特征是中国西北汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;中国西北汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为以下6个分区:高原东部区、南疆区、北疆区、西北东部区、青海高原区及河套区;从长期变化趋势来看,高原东部区近45 a来汛期极端降水事件发生频次没有明显的变化趋势,北疆区、南疆区、青海高原区及河套区表现为较明显的的增长趋势,而西北东部区表现为较明显的减少趋势;中国西北汛期极端降水事件发生频次的各主要空间分区中,近45 a来13 a左右的周期振荡表现得比较显著。     

大理河流域干旱变化特征及其与极端降水的关系

基于标准化降水指数(SPI)方法,对1971—2017年大理河流域干旱变化特征及其与极端降水的联系进行了分析。结果表明:(1)不同时间尺度SPI对降水量变化的敏感程度不同,SPI1和SPI3适用于短期气象旱涝特征的识别,而SPI6和SPI12对揭示区域长期旱涝影响及持续时间效果较好。2种时间尺度SPI(SPI3和SPI12)的时间变异性均呈显著增加趋势。(2)不同季节SPI的变化趋势和干旱等级频次存在差异,仅冬季有一定的下降趋势,其余季节呈增加趋势,秋季最显著。年SPI波动幅度较大,总体上呈增加趋势,2001年以来最明显。干旱等级均以轻旱和中旱为主(21.2%～36.1%),夏、秋季发生干旱的频率最高。(3)干旱事件持续时间呈不显著的减少趋势,长时间尺度干旱事件平均持续时间、最长持续时间以及下降速度均大于短时间尺度。(4)降水集中程度增大会导致SPI1减小,增加干旱发生的可能性。典型极端降水可能会降低干旱发生的概率。     

陕西省近47a来降水变化分析

利用陕西省78个气象观测台站1961—2007年逐日降水量资料,分析了陕西地区降水变化特征及其对旱涝的影响。结果表明,47a来陕西地区的年降水量呈明显的减少趋势,减少幅度为18.4mm/10a,主要表现为春秋季降水的减少;降水日数的变化呈减少趋势,递减率为3.2d/10a,主要体现在小雨和中雨事件频率的下降;但是平均降水强度总体呈微弱的增强趋势,主要原因是大雨和暴雨频次的增加。在显著变暖的20世纪90年代以后,雨日减少,但暴雨增多,强度增强,该区域降水有向不均衡、极端化发展的趋势,旱涝灾害也有加重趋势。     

京津风沙源区干旱时空特征及对植被变化的影响

本文基于京津风沙源区27个站点1960—2014年逐月气温和降水数据,采用标准降水蒸散指数(SPEI),从干旱趋势、干旱面积和干旱频率等方面分析了研究区干旱的时空变化特征;在此基础上,利用SPEI和NDVI指数,分析了干旱对区域植被变化的影响。结果表明:(1)1960—2014京津风沙源区SPEI呈显著下降的趋势,多次严重干旱均出现工程实施的近15年。过去55年京津风沙源区大部分区域SPEI呈下降趋势,显著下降的区域主要集中在内蒙古草原地区。(2)1960—2014年轻度干旱、中度干旱和严重干旱的面积均呈上升的趋势。2001年和2009年严重干旱面积分别占整个研究区的49.00%和41.10%。(3)1960—2014年干旱频率从西北向东南呈递减趋势。1996—2014年干旱频率比1978—1995年和1960—1977年分别增长了7.59%和9.09%。京津风沙源区最长干旱持续时间都接近或超过半年。(4)1982—2014年研究区92.52%的区域SPEI和NDVI呈正相关关系,表明干旱会对区域植被产生重要影响。干旱趋势、干旱面积和干旱频率均表明,京津风沙源区干旱情况加重,尤其治理工程实施的近15年干旱程度更加严重。本文研究结果对京津风沙源区植被恢复重建具有重要的指导意义。     

基于SPEI法的陇东地区近50 a干旱化时空特征分析

选取陇东地区近50 a平均逐月降水和气温数据,采用Mann-Kendall方法、反距离加权插值（IDW）、功率谱分析、标准化降水蒸散发指数（SPEI）等方法分析了陇东地区近50 a来干旱变化的时空特征。研究显示：近50 a来陇东地区干旱化趋势非常明显,特别是20世纪90年代以来干旱趋势显著。持续干旱事件次数增多,持续干旱累积时间增长,以春夏连旱、伏秋连旱的次数增多为显著特征。发生干旱的周期在不同的时间尺度上表现不一致,随着时间尺度的增长,干旱出现的周期也在变长。干旱发生频率不断加快,尤其是在20世纪90年代以来,极端干旱事件的频率显著上升。近50 a来干旱频率较高的区域在环县西北部和六盘山以西静宁等地,干旱高频区逐步向中南部和东部转移。通过与其他方法对比分析和历史资料比对,证明SPEI在陇东地区有较好的适用性。     

黄土高原塬面保护区降雨侵蚀力时空分布特征及其影响因素研究

通过采用Mann-Kendall趋势分析法、小波分析方法、地统计插值等方法，基于黄土高原塬面保护区及临近的21个站点的逐日降水量数据，对区域内降雨侵蚀力的时空变化，趋势及主要影响因素进行了分析。结果表明：(1) 黄土塬面保护区1960—2017年多年平均降雨量为599.2 mm；多年平均降雨侵蚀力为1 871.91 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1，降雨侵蚀力在过去60 a来呈微弱上升趋势且变化的季节差异显著。(2) 黄土高原塬面保护区降雨侵蚀力的空间分布大体呈由南部向两侧递减的趋势，Mann-Kendall Z值除研究区北部、东部呈下降趋势，其余区域都为上升趋势。(3) 黄土高原塬面保护区降雨侵蚀力多年存在32 a的大周期，在大周期内还存在13 a、52 a的小周期。(4) 影响北半球中高纬度地区的主要的大气环流因子中仅Cold & Warm Episodes by Season因子的波动对整个区域和陕西塬区的降雨侵蚀力有一定影响，二者存在一定的负相关性，其余环流指数与降雨侵蚀力没有显著的关联性；此外太阳黑子与陕西塬区降水侵蚀力变化规律存在一定的正相关，与其他塬区并无显著关联性。     

黄土高原气象干旱和农业干旱特征及其相互关系研究

选择标准化降水指数（SPI）和植被状态指数（VCI）分别作为评价黄土高原气象干旱和农业干旱的指标，使用干旱频率和Sen斜率分析了黄土高原地区干旱的分布特征与变化趋势，并探讨了气象干旱与农业干旱的相关性。结果表明：① 黄土高原西部干旱频率总体上高于东部。气象干旱和农业干旱变化趋势在空间上表现有所不同，黄土高原西部、北部气象干旱呈不显著减缓趋势，东部和南部呈不显著加重趋势，但绝大部分地区的农业干旱呈减缓趋势，尤其是400 mm等降水量一线两侧区域。② 季节上，黄土高原夏季和秋季气象干旱频率较高，春季和冬季气象干旱频率相对较低。黄土高原农业干旱频率春季最高，夏季其次，VCI对农业干旱实时监测的适用性更强。③ 不同季节，农业干旱滞后气象干旱的时间长短不同，冬季滞后约2个月，春季滞后约1个月，夏季和秋季滞后少于1个月。黄土高原一熟制种植区的SPI-12值与VCI值具有较好的正相关性。研究结果可以为黄土高原的干旱监测和预警、干旱区划以及干旱灾害风险评估提供科学依据。     

Soil erosion and its response to the changes of precipitation and vegetation cover on the Loess Plateau

Soil erosion is a major threat to our terrestrial ecosystems and an important global environmental problem. The Loess Plateau in China is one of the regions that suffered more severe soil erosion and undergoing climate warming and drying in the past decades. The vegetation restoration named Grain-to-Green Program has now been operating for more than 10 years. It is necessary to assess the variation of soil erosion and the response of precipita- tion and vegetation restoration to soil erosion on the Loess Plateau. In the study, the Revised Universal Soil Loss Equation （RUSLE） was applied to evaluate annual soil loss caused by water erosion. The results showed as follows. The soil erosion on the Loess Plateau between 2000 and 2010 averaged for 15.2 t hm-2 a 1 and was characterized as light for the value less than 25 t hm-2 a-1. The severe soil erosion higher than 25 t hm-2 a-~ was mainly distributed in the gully and hilly regions in the central, southwestern, and some scattered areas of earth-rocky mountainous areas on the Loess Plateau. The soil erosion on the Loess Plateau showed a deceasing trend in recent decade and reduced more at rates more than 1 t hm 2 a 1 in the areas suffering severe soil loss. Benefited from the improved vegetation cover and ecological construction, the soil erosion on the Loess Plateau was significantly declined, es- pecially in the east of Yulin, most parts of Yah＇an prefectures in Shaanxi Province, and the west of Luliang and Linfen prefectures in Shanxi Province in the hilly and gully regions. The variation of vegetation cover responding to soil erosion in these areas showed the relatively higher contribution than the precipitation. However, most areas in Qingyang and Dingxi pre- fectures in Gansu Province and Guyuan in Ningxia Hui Autonomous Region were predomi- nantly related to precipitation.     

1959-2008 年黄土高原地区年内降水集中度和集中期时空变化特征

本文基于黄土高原地区1959-2008 年51 个地面气象台站的逐日降水资料, 计算了降水集中度(PCD)和集中期(PCP), 并结合EOF、趋势分析以及相关分析等方法对我国黄土高原地区年内降水不均匀性特征及其趋势进行了分析。结果表明:①黄土高原地区PCD在0.53~0.75 之间, 自东南向西北逐渐增加, 而PCP变化不大, 主要集中在7 月中旬和下旬;②近50a 黄土高原地区PCD主要以南北反向型分布为主;③从变化趋势来看, PCD增加趋势较明显的区域主要分布在宁夏的同心和山西的五台山等地, PCD减小比较明显的区域主要分布在山西的阳泉以及青海的门源等地区;而PCP整体上呈现提前趋势, 只有青海的门源站附近有小幅推迟趋势;④年降水量与PCD有较好的相关性, 大部分地区都通过了显著水平为0.05 的检验;而年降水量与PCP的相关性并不显著, 通过显著水平0.05 检验的区域仅分布在山西的兴县、陕西的洛川以及宁夏的固原等地。     

甘肃省黄土高原区夏季极端降水的时空特征

借助ArcGIS和Matlab数据软件平台,运用复值Morlet小波分析和数理统计方法对甘肃省黄土高原区夏季极端降水的频数和强度在时空上的变化特征进行分析。结果表明:①近半个世纪以来,该区极端降水事件发生的频数和强度在6、7月周期较长,8月周期较短:即6、7月极端降水事件发生的主周期是11~12 a,8月是4~5 a的周期。②从空间尺度来看,该区夏季极端降水带移动由西向东表现为:大致以庄浪、秦安、天水一线为界,6月频数和强度大值区在这一线以西海拔相对高的山区,而7—8月在这一线以东地区,尤其是陇东地区的东南部。③总体趋势是6月极端降水频数和强度明显呈上升趋势;7月极端降水频数和强度呈下降趋势;8月极端降水频数呈下降趋势,强度呈微弱上升趋势。     

黄土高原沟壑区干旱阳坡的地域分异特征

针对黄土高原沟壑区干旱阳坡这种典型的困难立地进行因地制宜的植被恢复建设。本文选取甘肃西峰、山西吉县、陕西安塞、宁夏固原为研究区,采用25 m分辨率的DEM为数据源,基于GIS提取相关地形信息研究其干旱阳坡的地域分异特征。结果表明：①不同类型沟壑区干旱阳坡面积比例占45%～54%,表现为高塬沟壑区＞过渡地带＞丘陵沟壑区。②不同类型沟壑区干旱阳坡面积比例随坡度的变化规律不同,高塬沟壑区呈左偏态分布,其他样区均基本呈近似正态分布,且丘五区和过渡地带呈双峰现象。③不同类型沟壑区梁峁坡面积比例关系为：高塬沟壑区>过渡地带>丘陵沟壑区;沟坡面积比例为：丘陵沟壑区>过渡地带>高塬沟壑区;川台地面积比例为：丘五区＞过渡地带＞丘二区＞高塬沟壑。④不同类型沟壑区各立地类型组所占的面积比例各不相同,除高塬沟壑区外基本呈阳向缓坡组＞阳向陡险坡组＞坡顶或沟底。研究成果可为黄土高原地区开展抗旱造林与植被重建提供理论依据。     

西北地区东部汛期降水季节内分布特征分析

基于西北地区东部1961-2015年54个台站汛期（5~9月）逐日降水资料,通过表征时间分配特征的参数-降水集中度和集中期,对西北地区东部5~9月逐旬降水的季节内非均匀性分布特征进行分析,结果表明：西北地区东部5~9月降水集中度和集中期的平均空间分布存在明显差异,从集中度来看,其东北部降水较集中,西南部较分散,而集中期主要在7月中旬到8月上旬,相比较甘肃陇东地区集中期较晚;从降水集中度与集中期的异常特征来看,第一模态均表现为全区一致性,第二模态均表现西北和东南反向变化特征,而集中度第三模态表现为东北和西南反向变化特征,集中期第三模态表现为东西反向变化特征;从降水集中度与集中期的变化趋势来看,近50 a来降水集中度越来越小,而降水集中期越来越早;另外从汛期降水量同同期降水集中度与集中期的关系来看,其与两者均存在正相关,其中集中度与降水的显著相关区在内蒙古西部以及陕西和宁夏北部,而集中期与降水的显著相关区在陕西和甘肃南部。另外利用前期大气环流指数对降水集中度和集中期建立的预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东部汛期降水的季节内非均匀性分布特征的短期气候预测提供参考依据。     

气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化

利用1961─2017年山西省67个台站观测资料和FAO Penman Monteith模型，运用统计学方法，研究了山西省近57 a地表干燥度的时空变化，分析了干湿区界限的年代际波动和面积变化，探讨了影响本区域干燥度的主要影响因素，结果表明：以年干燥度指数2.0为标准，山西全省可划分为半干旱和半湿润2个分区，其分区与植被覆盖度十分吻合；山西省北部和东南部地区呈变湿趋势，2000年之后尤为明显，而西南部大部为变干趋势；干燥度指数在1960─1990年代呈波动上升趋势，之后呈下降趋势；降水量在1990年代前呈下降趋势，之后呈上升趋势；蒸散量的变化分3个阶段，1960─1970年代为上升趋势，1980─2000年代较为稳定，之后呈增加趋势；干湿区界限经历了1960─1990年代的东南向位移和之后的西北向位移2个阶段，相应的干旱区面积占总面积的比例由52%扩展到73%，之后缩减到23%；降水量和蒸散量均同干燥度有显著相关性，且降水量同干燥度的相关性大于蒸散量，而相对湿度、平均风速和日照时数同干燥度相关不显著，但同蒸散量显著相关，最高和最低气温同干燥度或蒸散量的相关性均不显著；晋西北沙漠化年代际变化趋势与干燥度变化趋势一致，干湿状况是晋西北沙漠化变化趋势的重要影响因子。