气候变暖背景下祁连山西部山区水循环要素的变化——以疏勒河干流上游山区为例

根据祁连山区西部托勒气象站与疏勒河上游昌马堡水文站、鱼儿红雨量站的气温、降水、径流等观测数据,对近50年来疏勒河山区流域气温、降水、径流等水循环要素的变化特征与趋势进行了分析.结果表明,近50年来祁连西部山区年平均气温呈持续上升的态势,并在1990年代中期后出现一个突变,突变后气温上升速率较突变前明显加快.从气温的季节变化上看,冬季升温的幅度明显大于其他各季,从气温的区域变化来看,中低山地带的气温升幅要大于中高山地带.分析结果还显示,祁连山区西部年降水量总体上亦呈增长的态势,但年际波动比较剧烈.少雨年主要在1990年代以前,多雨年在近20 a;从季节变化上看,夏季降水量变化比较稳定,增减趋势不明显,其他各季降水量均有明显的上升趋势,冬季降水量增幅明显.受降水与气温加速上升所带来的冰雪融水增加的影响,疏勒河出山径流的年平均与四季流量亦呈显著增加的态势.考虑到山区夏季降水并未增加,故占年径流量比重较大的夏季径流量的增加主要是冰雪融水的贡献.     

乌鲁木齐地区近50a降水特征分析

根据乌鲁木齐地区分布在不同垂直高度上的4个气象站近50 a的实测降水资料,运用回归分析、趋势分析、Mann-Kendall检验、小波周期分析及变异分析等方法,分析了乌鲁木齐地区近50 a来降水变化特征。结果表明:(1)乌鲁木齐地区降水量时空分布极不均匀,空间分布上中山带的年平均降水量最大,为551.4 mm,其次是高山带,为458.4 mm,乌鲁木齐市区263.2 mm,达坂城最小,仅为71.8 mm;从时间分布来看,表现为较明显的季节分布差异,各地降水量主要集中在夏季,春季大于秋季,冬季最少。(2)近50 a来乌鲁木齐各地区的降水都呈明显增加的趋势,其中山前平原乌鲁木齐市区增加的幅度最大,降水趋势倾向率为26.02 mm/10 a,其次是高山带,倾向率为21.84 mm/10 a,中山带和达坂城倾向率分别为10.23 mm/10 a和8.55 mm/10 a。各地在年代际变化趋势上变现的不完全一致。(3)降水突变的时间各地不完全相同,山前平原区乌鲁木齐气象站降水发生突变时间出现在1982年,达坂城出现在1991年,高山带出现在1994年,而中山带没有明显的突变。(4)乌鲁木齐地区各地的降水量均存在准6 a的周期,6 a的周期可能是影响乌鲁木齐地区降水量的主导周期;山前平原区达坂城和乌鲁木齐降水波动较大,中山带和高山带表现相对稳定。     

近60a来新疆不同海拔气候变化的时空特征分析

全球变暖是当前全球气候变化研究的热点之一，新疆深居亚欧大陆内陆，地形气候复杂，探讨该区域气候变化与海拔的关系对全球气候变化研究具有重要的参考意义。基于1958—2017年新疆41个气象站的月和年平均气候数据，采用一元线性回归、Mann Kendall（M-K）趋势分析和突变检验等方法分析该地区气候变化的时空分布与海拔的关系。结果表明：1958—2017年新疆年均气温、年均降水量均呈上升趋势，但增加幅度具有时间和空间差异。在时间上，北疆四季平均气温增温幅度均大于南疆（冬季除外），四季降水量增幅北疆大于南疆（夏季除外）；在空间上，北疆气温和降水的增幅均大于南疆。研究区各个站点气温呈现出南部高而北部低的空间格局，年均降水量北部多，南部低。各个站点气温倾向率总体随海拔增加而减少，年均降水量变化率随海拔升高而增加，在不同海拔带内部存在差异。综上所述，受全球气候变暖的影响，近60 a来新疆年均气温和年均降水量均呈上升趋势，尤其是北疆对全球气候变暖的响应较为敏感。     

塔克拉玛干沙漠腹地的气候表现

通过塔克拉玛干沙漠腹地满参、肖塘两地气候观测数据和北缘山前绿洲轮台的气象站资料进行对比分析，结果表明：从沙漠外缘至腹地温度呈升高超势，气温日较差和年较差最大值在位于外缘和腹地之间的肖塘；降水表现为外缘多于内部，某一时期内部降水又明显多于外缘，并且年降水量决定于某一次降水过程；愈深入沙漠内部，湿度越低、蒸发越大。     

古尔班通古特沙漠腹地与周边的降水特征分析

沙漠腹地的降水问题历来是研究中的难点。多数学者利用沙漠周边气象站资料或短期科学考察数据来研究新疆沙漠环境及气候变化,有些研究涉及到沙漠腹地短时降水过程及降水云系特征,但很少有人利用沙漠腹地长期的实测气象资料对其降水特征进行相关研究。根据1996-2005年古尔班通古特沙漠腹地人工气象站获取的长期连续气象资料,使用变差系数和相对差分析技术,分析沙漠腹地10 a降水量的年、季、月的分布及变化,并与同期沙漠周边地区的资料进行对比分析,结果表明:(1)古尔班通古特沙漠腹地10 a平均降水量为123.4 mm,比沙漠周边地区平均偏少32%。(2)沙漠腹地降水的年、月、季的分布与沙漠周边地区基本一致。10 a来沙漠腹地降水量总体呈增加趋势,但冬季为下降趋势,夏季呈增加趋势,其它两季变化不明显,说明夏季降水对年降水的增加贡献显著。(3)沙漠腹地年和季降水量、水汽压、相对湿度的变差系数均大于沙漠周边地区,说明沙漠腹地气象要素变率大,相对不稳定。(4)沙漠腹地10 a各月平均降水量均小于沙漠周边的同期值,其中3月降水偏少最多,降水相对差为52.3%。(5)观测资料表明10 a间沙漠腹地只出现过一次日降水量大于25 mm的降水。最长连续降水日数为8 d;最长连续无降水日数共计44 d。     

近50年乌鲁木齐河流域垂直气候带的异同变化特征

依据乌鲁木齐河流域各站点近50 a的观测数据,分析垂直带内气候变化的异同特征。结果表明,年增温趋势最强的是低山带0.554℃/10 a,贡献最大是冬季温度。温度距平变化幅度除中山带为进入21世纪最大外,其他均为1990 s最大。显著增温突变年际尺度(2 a)上,低海拔带响应早于中、高山带;年代际尺度(16~23 a)上高山带最早,中山带最晚。年增湿趋势最显著是高山带20.8 mm/10 a,贡献最大是夏季降水。降水距平幅度除高山带1990 s振幅最大外,其他均为1980 s最大。降水突变特征为随着海拔高度的增加突变的响应时间依次推后。     

塔克拉玛干沙漠南缘小绿洲近50a来气候变化特征

干旱区的绿洲明显影响着绿洲局地气候。研究表明:近52 a来,策勒绿洲和安迪尔绿洲气候变化的总体趋势基本一致,两处绿洲的气温均呈现上升趋势,其中最低气温上升明显,但最高气温没有显著变化,气温年较差减少;降水增加,并且均存在降水异常年份,其中安迪尔绿洲降水增加趋势显著,并且存在突变;两处绿洲总体相对湿度呈现轻微下降趋势,但逐年变化幅度不大。塔里木盆地南缘绿洲降水存在从西向东倾向率逐渐增加的趋势;绿洲的"冷岛效应"与绿洲面积有关,面积较大的绿洲气温倾向率较小。     

陕西省气温降水变化特征的区域差异

以陕西省境内47个气象站点1959～2009年逐月气温、降水数据为基础,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验和滑动t检验,分析陕西省近51a气温、降水变化趋势和突变特征的时空分布差异.结果表明：（1）年平均气温以陕北黄土高原区和关中平原区增温显著,且前者增暖突变最早;春季和秋季平均气温以关中平原区增温幅度最大,春季平均气温陕北黄土高原区增暖突变最早;秋季平均气温关中平原区增暖突变最晚;冬季平均气温以陕北黄土高原区增温幅度最高,陕南秦巴山地区最低,且关中平原区增暖突变最早,陕南秦巴山地区最晚.（2）年降水量变化趋势不显著,减少突变发生在陕南秦巴山区;春季平均降水量以关中平原和陕南秦巴山区减少趋势显著;夏季和秋季平均降水量变化趋势不显著,但关中地区在夏季发生增加突变,陕北黄土高原区在秋季发生减少突变.     

祁连山区气候变化的区域差异特征及突变分析

利用8个气象站的气温和降水资料,运用一元回归分析法和5年趋势滑动,进行了气候变化的趋势分析,结果表明:祁连山区在20世纪80年代中后期气温持续升高,90年代以后明显变暖,其中秋、冬季升温幅度较大;60年代降水量最少,之后逐渐增多,80年代达到最多,90年代又减少,2000年以来又明显增多;气温变化在空间上表现为南北差异,以黑河干流为界,中东部升温幅度从南到北呈增大趋势,而中西部从南到北呈减小趋势;降水变化的空间差异也明显,东部表现为东西差异,降水量增加幅度从东到西呈减小趋势,而中、西部表现为南北差异,降水量增加幅度从南到北呈减小趋势。在此基础上,利用滑动T检验法、Cramer法、Mann-Kendall法进行气候突变分析,结果表明:祁连山区气温突变比降水突变明显,不同方法检验的结果比较一致;春、夏季气温在1997年发生突变,而秋、冬季在1985年左右发生突变。     

西藏羊卓雍湖流域近45 年气温和降水的变化趋势

利用西藏羊卓雍湖流域气象、水文观测站1961-2005 年逐月的平均气温、降水量等资 料, 分析了近45 年流域气温、降水的年际和年代际变化特征和异常年份, 以及羊湖水位变化趋势及影响因子, 结果表明： 近45 年流域年平均气温以0.25 ^oC/10a 的速率显著升高, 增温主要表现在秋、冬季。近25 年, 流域平均降水量除冬季呈减少趋势外, 其他各季节表现为显 著的增加趋势, 增幅为11.4~30.0 mm/10a, 夏季增幅最大; 年降水量以54.2 mm/10a 的速率明显增加。20 世纪60 年代至90 年代, 除夏季外, 其他3 季表现为逐年代增温趋势。在夏季, 降水量除80 年代偏少外, 其他3 个年代偏多; 而冬季相反, 80 年代降水偏多, 其他3 个年代偏少。流域年平均气温异常偏高年出现过3 次, 且发生在20 世纪90 年代末至21 世纪初; 60 年代后期和70 年代初降水多异常年份。自1997 年发电以来, 降水量呈增加趋势, 流域平均降水量达409.7 mm, 明显高于平衡降水量, 水位呈较明显的上升趋势。降水增多、日照减少, 以及气温明显升高、冰雪融水增加是造成水位上升的主要原因。     

塔克拉玛干地区气候变化对全球变暖的响应

从地面水汽压(大气含水量)、平均风速、湿润指数、相对湿度和气压的角度分析在全球变暖的情况下,塔克拉玛干地区气候的年和季节变化特征,结果表明:①年和四季平均风速呈阶梯式下降趋势,具有显著减小的线性趋势,并于1973年发生了由大到小的突变。②夏、秋、冬季和年地面水汽压(大气含水量)自20世纪80年代以来呈较大幅度波动式上升,具有显著的线性增加趋势。夏、秋季地面水汽压于1969年和1973年发生了由少到多的突变。秋、冬季大气含水量的显著增加并没有导致降水量的增加,降水量的变化不能充分反映大气含水量的变化。③夏季湿润指数有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,而降水量夏季和年有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,说明综合反映气候干湿变化的湿润指数变化与单用降水量表示的气候干湿变化不完全一致。④夏、秋季和年相对湿度呈波动式上升趋势,夏季和年相对湿度分别于1970年和1974年发生了由低到高的突变。⑤年和四季的平均气压40a来无变化。     

石羊河流域1961-2005年蒸发皿蒸发量变化趋势及原因初探

 利用1961—2005年石羊河流域上、中、下游当地气象站的逐月20 cm口径蒸发皿蒸发量、平均气温、平均相对湿度、降水量、平均风速、日照时数、最高气温和最低气温资料,研究了近45 a石羊河流域蒸发皿蒸发量变化趋势及原因。结果表明,45 a来,石羊河流域及上、下游年蒸发皿蒸发量呈上升趋势,中游年蒸发皿蒸发量呈下降趋势,上游上升趋势最明显。四季中,春、秋、冬季蒸发皿蒸发量呈上升趋势,上升最明显的是冬季,其次为秋季,春季变化不明显,夏季蒸发皿蒸发量变化呈下降趋势。石羊河流域在不同时段不同区域年蒸发皿蒸发量都存在明显的6～7 a周期和1～2 a的短周期,并都发生了突变。相关系数法分析表明,影响石羊河流域及中、下游年蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和降水,上游的主要影响因子是相对湿度和气温。四季中,春季的主要影响因子是相对湿度和降水;夏季影响石羊河流域及上、中蒸发皿蒸发量变化的主要因子是相对湿度和气温,下游的主要影响因子是相对湿度和降水;秋季影响石羊河流域及中、下游蒸发皿蒸发量变化的主要影响因子是相对湿度和气温日较差,上游其主要影响因子是相对湿度和降水;冬季的主要影响因子是气温和相对湿度。影响年以及春、夏、秋最显著的因子是相对湿度,冬季最显著的影响因子是气温。     

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。     

Responses to climate warming of hydrological processes in the upper Kelan River in the Altay Mountains, Xinjiang, China

Kelan River is a branch of the Ertix River, originating in the Altay Mountains in Xinjiang, northwestern China. The upper streams of the Kelan River are located on the southern slope of the Altay Mountains; they arise from small glacial lakes at an elevation of more than 2,500 m. The total water-collection area of the studied basin, from 988 to 3,480 m, is about 1,655 km2. Almost 95 percent of the basin area is covered with snow in winter. The westerly air masses deplete nearly all the moisture that comes in the form of snow during the winter months in the upper and middle reaches of the basin. That annual flow from the basin is about 382 mm, about 45 percent of which is contributed by snowmelt. The mean annual precipitation in the basin is about 620 mm, which is primarily concentrated in the upper and middle basin. The Kelan River system could be vulnerable to climate change because of substantial contribution from snowmelt runoff. The hydrological system could be altered significantly because of a warming of the climate. The impact of climate change on the hydrological cycle and events would pose an additional threat to the Altay region. The Kelan River, a typical snow-dominated watershed, has more area at higher elevations and accumulates snow during the winter. The peak flow occurs as a result of snow-melting during the late spring or early summer. Stream flow varies strongly throughout the year because of seasonal cycles of precipitation, snowpack, temperature, and groundwater. Changes in the temperature and precipitation affect the timing and volume of stream-flow. The stream-flow consists of contributions from meltwater of snow and ice and from runoff of rainfall. Therefore, it has low flow in winter, high flow during the spring and early summer as the snowpack melts, and less flows during the late summer. Because of the warming of the current climate change, hydrology processes of the Kelan River have undergone marked changes, as evidenced by the shift of the maximum flood peak discharge from May to June     

青海南部地区40多年来气候变化的特征分析

利用1961-2003年气温、降水、积雪等气象观测资料,分析了青海南部地区年际、年代际及各季气候变化的特征和规律。结果表明:该地区秋季气温升高最为明显,这有别于我国华北、东北、西北东部和新疆等地区冬季增温最为显著的特点;降水量冬、春季呈增加的趋势,而夏、秋季呈减少趋势;地表积雪量冬、春季的平均增加量分别为15.1cm和3.8cm,而夏、秋季的平均递减量分别为0.3cm和0.2cm。气候变暖和冬、春季降水增多以及冬、春季平均积雪量的跨季节异常或持续维持是导致青海南部地区20世纪80~90年代雪灾增多的最直接原因之一。冬、春季降水和地表积雪的增加,使得雪灾发生的频次增加,危害程度加重;而夏、秋季降水和积雪减少、气温升高、地表蒸发加大、水资源量减少,干旱出现的几率增大,影响畜牧业生产,制约当地经济发展。     

南极乔治王岛柯林斯冰帽冰川发育条件

柯林斯冰帽具有显著的海洋性气候特征。据笔者实测资料 ,该冰帽冬季和夏季温度垂直递减率相当 ,为 0 .6 5℃ 1 0 0m ,冰区与无冰区间的温跃值约为 0 .3℃。年、日较差小 ,夏季气温较低 ,平衡线上夏季 (1 2月— 2月 )的平均温度为 0℃。同时 ,云雾多 ,湿度大 ,冰面接受到的太阳辐射小 ,形成了有利于冰川发育的热量条件。同时频繁的极地气旋活动给冰帽区带来了以固态降水为主的较丰沛的降水 ,成为有利于冰川发育的物质条件。夏季温度较低和年降水较丰沛是该冰帽发育有利的水热条件。     

塔克拉玛干沙漠南缘策勒流沙前缘与绿洲内部近地面逆温逆湿特征研究

利用新疆策勒流沙前缘及绿洲内部的野外气象观测数据，运用同步对比与统计分析方法，分析塔克拉玛干沙漠流沙前缘及绿洲内部近地表0.5 m和2 m高度之间逆温逆湿特征，揭示不同时期、典型天气状况下的逆温逆湿特征，为沙漠与绿洲内部的热量和水汽运移交换提供理论依据。结果表明：流沙前缘月平均相对湿度最大值出现在10月，最小值出现在4月，气温最高出现在8月，最低出现在1月。2011年7月逆温逆湿强度最大，逆湿日数占总逆湿日数的38.71%，逆温日数占总逆温日数的3.76%。逆温时间集中在傍晚19:00至上午10:00之间，逆湿出现在上午10:00至晚上21:00之间。绿洲内部月最低气温出现在2011年1月，最高气温出现在2011年7月，相对湿度最小值出现在2011年4月，最大值（74.91%）出现在2010年9月。最强逆温逆湿现象出现在2010年的11月，平均日温差3.48 ℃，垂直高度湿差达2.27%。总体上，在流沙前缘与绿洲内部，冬季的相对湿度整体上大于夏季的相对湿度，而气温整体上表现为夏季高冬季低，同一高度的温度与湿度呈现较好的负相关性。在4种典型天气情况下，流沙前缘与绿洲内部出现的温湿度变化和逆温逆湿特征变化趋势基本一样，但出现的时间上基本存在绿洲内部提前流沙前缘滞后的现象，但在晴天和扬沙天气下，逆湿在流沙地出现的时间提前而流沙前缘滞后。绿洲内部出现的逆温逆湿持续时间一般比流沙地持续的时间较长。     

Precipitation isotopes in the Tianshan Mountains as a key to water cycle in arid central Asia

The Tianshan Mountains is a wet island in arid central Asia, and precipitation amount across the mountains is much larger than that in the surrounding low-lying areas. To investigate the regional water cycle in arid central Asia, stable isotope composition in precipitation has received increased attention during the past decades. This paper reviewed current knowledge of observed and simulated stable isotope ratios in precipitation across the Tianshan Mountains. The temperature effect of stable isotopes in precipitation has been widely accepted in arid central Asia and can be applied to paleoclimate reconstruction using ice cores. The seasonality of precipitation isotopically enriched in summer months and depleted in winter months is usually attributed to westerly-dominated moisture, but different trajectory paths to the northern and southern slopes of the Tianshan Mountains can still be modelled. The proportional contribution and its uncertainty of surface evaporation and transpiration to local precipitation can be estimated using the isotope approach, and transpiration plays a dominant role in recycled moisture for oasis sites. The impact of below-cloud evaporation on precipitation stable isotopes on the southern slope is usually larger than that on the northern slope.     

The role of declining Arctic sea ice in recent decreasing terrestrial Arctic snow depths

The dramatic decline in Arctic sea ice cover is anticipated to influence atmospheric temperatures and circulation patterns. These changes will affect the terrestrial climate beyond the boundary of the Arctic, consequently modulating terrestrial snow cover. Therefore, an improved understanding of the relationship between Arctic sea ice and snow depth over the terrestrial Arctic is warranted. We examined responses of snow depth to the declining Arctic sea ice extent in September, during the period of 1979–2006. The major reason for a focus on snow depth, rather than snow cover, is because its variability has a climatic memory that impacts hydrothermal processes during the following summer season. Analyses of combined data sets of satellite measurements of sea ice extent and snow depth, simulated by a land surface model (CHANGE), suggested that an anomalously larger snow depth over northeastern Siberia during autumn and winter was significantly correlated to the declining September Arctic sea ice extent, which has resulted in cooling temperatures, along with an increase in precipitation. Meanwhile, the reduction of Arctic sea ice has amplified warming temperatures in North America, which has readily offset the input of precipitation to snow cover, consequently further decreasing snow depth. However, a part of the Canadian Arctic recorded an increase in snow depth driven locally by the diminishing September Arctic sea ice extent. Decreasing snow depth at the hemispheric scale, outside the northernmost regions (i.e., northeastern Siberia and Canadian Arctic), indicated that Arctic amplification related to the diminishing Arctic sea ice has already impacted the terrestrial Arctic snow depth. The strong reduction in Arctic sea ice anticipated in the future also suggests a potential long-range impact on Arctic snow cover. Moreover, the snow depth during the early snow season tends to contribute to the warming of soil temperatures in the following summer, at least in the northernmost regions.     

末次间冰期以来中国西北部沙漠边缘区夏季风变化初步研究

通过对祁连山东段沙沟河黄土剖面CaCO₃含量、色度代用指标的综合分析,结合¹⁴C和热释光测年结果,揭示出了沙漠边缘区夏季风在末次间冰期(S₁)表现出5次增强时期。从指标曲线上能够反映出千年尺度的气侯变化,与GRIP孔的气候记录有很好的耦合性。这种气候不稳定性可能受控于高纬冰盖的变化,体现出全球气候性特点。在末次冰期,夏季风的反映就弱得多,气候长期表现为干冷,可能由于青藏高原的抬升,以及靠近沙漠边缘区,使夏季风在冰期难以到达,表现出区域性气候特点。