湖北省近500年区域干湿序列重建及其比较分析

在历史旱涝记载资料可靠性检验的基础上,重建了湖北省3个区域近500年来的干湿气候变化序列,并比较分析了各区域干湿气候变化的趋势特征、准周期性及跃变现象。结果表明:在3个区域中,鄂东区1570~1770、1890~1950年两个时段偏湿,1470~1520、1790~1830年则偏干;鄂北区偏湿时期主要在1470~1530、1710~1750、1850~1910年三个时段,1470~1530、1770~1830年则偏干;鄂西南区有1550~1610、1650~1710、1830~1890、1930~1990年4个主要偏湿时期,而无明显的偏干时段。运用功率谱和小波分析对3个干湿序列研究后发现,3个区域干湿变化具有多个气象周期,区域间周期类型差异显著,但50~70年左右的周期在3个区域上均表现突出;采用滑动t检验方法辨识干湿气候跃变现象,在"世纪尺度"和 30年尺度上检测到各区域干湿变化存在多个跃变事件,且同一跃变事件对不同区域向干(或向湿)影响的趋势相同。     

基于EOF和REOF的1470-1911年黄河中下游地区旱涝空间分布特征分析

基于通过历史文献资料重建的1470—1911年黄河中下游地区36个站点的历史旱涝等级序列和矢量化的历史地图，利用EOF、REOF方法分析旱涝灾害空间特征。EOF方法展开的结果表明：前4个模态累计方差贡献率为71.85%，主要表现为第一、二、四特征向量场呈经向带状分布，第三特征向量场呈纬向分布；第一特征向量场的空间分布均为正值，说明黄河中下游地区的旱涝变化具有一致性，但是其余各特征向量场之间特点差异明显，说明在不同背景场和影响条件下，旱涝变化还存在较多局域性特征；REOF展开的结果可将黄河中下游地区旱涝划分为5个典型的敏感气候分区，这为进一步研究该区旱涝变化的区域性特征奠定了基础。     

510年来中国东中部地区气候干湿变化研究

选择上海、武汉、天津和西安为典型区，以1470-1979年逐年干湿等级序列为基本数据源，应用墨西哥帽小波变换方法，对中国东中部地区近510a来不同时间尺度下的气候干湿变化与气候突变特征进行分析，并探讨气候干湿变化的动因。结果显示：19世纪以前气候干湿变化表现出较明显的东西差异；小冰期事件、18世纪气候温和期等非局地性事件在较大区域都有反应，但各地的具体响应程度、方式和时间均有差异；在20世纪气候变暖的大背景下，各地气候均向偏干旱方向演变。百年以上尺度气候干湿变化的原因主要是太阳辐射及其引起的大气环流变化，百年以下尺度的变化则与季风系统短尺度波动、区内各个大气环流系统的相互作用、局地下垫面差异和人类活动等复杂因素的影响有关。     

530年来中国东部旱涝分区及北方旱涝演变

使用我国东部地区530年来100个站的旱涝等级序列作REOF分解,根据前7个旋转空间模上高荷载区分布,将中国东部地区分成7个旱涝气候区,即东北区、华北北区、华北南区、西北区、长江中下游地区、华南区及西南区.在分区基础上,着重研究了中国北方季风边缘地带旱涝演变特征.自1470年以来中国北方的旱涝存在明显的阶段性和区域性.16～17世纪上半叶,中国北方干旱频繁,尤其在东北区、华北南区及西北区普遍出现严重干旱.18～19世纪,华北北区干旱发生较多,东北区以涝为主;而华北南区及西北区旱涝交替发生,但变化幅度相对较缓.华北北区及华北南区分别在19世纪末及20世纪初突然从涝相气候跃变为旱相气候,这两地区的干旱持续近百年,是我国北方干旱最严重的地区.五百多年中,东北区、华北北区及西北区极端干旱呈现出相似的变化趋势,具有两头多而中间显著减少的特征;而华北南区一直是极端干旱多发区.中国北方各个旱涝气候区的旱涝具有多时间尺度的年代际振荡特征.4个地区的旱涝变化都存在20～30年时间尺度的周期振荡;除西北区外的三个地区的旱涝变化都存在70～80年时间尺度的周期振荡;东北区及西北区的旱涝变化存在40～50年时间尺度的周期振荡;另外,准10年时间尺度的周期振荡存在于华北北区和南区.     

过去千年中国不同区域干湿的多尺度变化特征评估

依据近年发表的新成果,对中国过去千年干湿的年至百年尺度变化特征进行了总结梳理与对比分析,综合评估了20世纪干湿变幅的历史地位。主要结论是：① 根据历史文献记载重建的东中部各区干湿序列在1400年以后均达高信度,但其前因存在记录缺失,仅有半数时段的重建结果达高信度。在东北及内蒙古东部,根据不同地点湖沼沉积物记录揭示的区域干湿百年尺度变化特征在多数时段不一致。在西部的黄土高原、河西走廊、新疆中北部、青藏高原东北部和东南部等地区,利用不同地点树轮资料重建的干湿序列显示的干湿变化特征在区内一致性高。② 过去千年中国各地干湿变化均存在显著的年际、年代际和百年尺度周期。其中准2.5 a、60~80 a和110~120 a等尺度的周期为所有地区共有;3.5~5.0 a、20~35 a等尺度周期则主要发生在东北、东中部地区、黄土高原和青藏高原;而准45 a周期则只发生在东北和东中部地区（均超过90%信度水平）;各区域间的干湿变化位相并不同步。③ 尽管已发现青藏高原东北部20世纪很可能是过去3000 a最湿的世纪之一,但其他大多数区域的重建结果显示：20世纪的干湿变幅在年代际尺度上均未超出其前各个时段的变率范围。     

千河流域近540 a来旱涝灾害变化规律研究

 通过收集整理千河流域1470-2009年旱涝灾害资料,结合滑动平均、累积距平,以及小波变换处理等方法,分析了千河流域近540 a来旱涝灾害变化规律。研究结果表明:千河流域旱涝灾害交替频繁,具有明显阶段性与周期性规律。通过11 a滑动平均和累积距平分析,可以将千河流域历史旱涝灾害分为3个阶段,在此基础上,又可分为7个明显的偏旱或偏涝时期。另外,由小波分析得出,千河流域近540 a来的旱涝灾害具有明显的周期变化,并且与太阳活动周期有着密切的联系。而且千河流域历史旱涝灾害的发生与我国西北地区,尤其是关中地区旱涝灾害发生规律具有明显的相关性。这对了解千河流域旱涝灾害发生规律和制订防灾减灾措施等具有重要的现实意义。     

蒙元时期陕甘宁交界地区干湿变化特征

从官修正史、方志和历朝纪事本末、区域气象灾害年鉴等历史文献资料中提取关于陕甘宁交界地区(元前期陕西四川行省的西北部以及元后期的陕西行省和甘肃行省的交界地区,主要包括宁夏府路、河州路、巩昌路、奉元路和延安路之间的部分)的水涝、干旱等气候信息共240余条,利用湿润指数法、旱涝灾害定级法对其于湿变化特点进行研究.研究发现1208-1369年期间,陕甘宁交界地区气候总体以干旱为主.旱涝灾害发生频率的比例为85/38.按照旱涝变化类型可将研究区旱涝变化过程分为三个时段,1208-1240年是以干旱为主要特征,局部时段偶发水涝灾害的时期;1240-1320年,基本持续干旱,而且极端干旱事件频发;1320-1369年,旱灾略有好转,但是旱涝交并发生.蒙元时期陕甘宁交界地区的干湿变化具有明显的转折性和周期性.转折主要发生在1230年和1325年前后,以此两点为界,前后气候变化类型有比较明显的差异.蒙元时期的干湿变化具有10年和23年的准周期,均与太阳活动周期吻合,说明蒙元时期区域干湿变化受太阳活动影响较大.     

西秦岭地区气候变化特征与干旱灾害趋势

根据1961—2011年西秦岭地区12个气象站的逐月气温和降水资料,利用线性回归、反距离加权空间插值(IDW)、Z指数法和Morlet小波变换等方法,分析了近51年来西秦岭地区气候时空变化特征,区域干旱强度与旱涝灾害发展趋势。结果表明:近51年来西秦岭地区气温呈增加趋势,增温倾向率为0.26℃/(10 a),降水量呈减少趋势,减少倾向率为16.04 mm/(10 a),气候暖干化趋势明显。近51年来西秦岭地区年旱涝Z指数呈下降趋势,与降水量呈减少的趋势一致;旱涝灾害主要存在5 a和7 a的变化周期,干旱灾害极度易发,干旱化趋势明显。西秦岭地区对全球气候变化的区域响应特征是旱灾增加。     

清代江苏省干湿时空特征分析

通过对清代江苏省干湿文献资料的整理,建立干湿指数序列,结合频次分析、滑动平均、滑动t检验、小波分析和聚类分析等方法,对干湿时空分布特征进行了分析。结果表明:1850年前涝灾较严重,之后涝灾相对减少;集中发生旱灾的阶段为1701-1721年、1768-1786年和1856-1864年;在10a尺度上检测出干湿变化存在5个跃变事件;干湿序列存在明显的8~11a、18a、30a、40a和100a左右周期;32.5°N以北为涝灾多发区,以南为旱灾多发区,且冷期时旱灾区域较小,暖期时旱灾区域较大。     

近600年来巢湖流域旱涝灾害研究

基于历史文献中的水旱灾害记录,重建巢湖流域1370~1988年旱涝灾害等级序列,并进行连续功率谱分析。结果表明:近600多a来,巢湖流域涝灾和旱灾发生的频率几乎相当,平均为2.28~2.40 a一遇;但特大涝灾和大涝灾的频率远高于特大旱灾和大旱灾。巢湖流域水旱灾害存在准周期的变化,主要为:2~3、7~10 a,这与长江中下游的洪涝灾害变化步调基本一致。自然气候因素和人类活动对环境演变的影响是今后进一步研究的主要方向。     

Interdecadal fluctuation of dry and wet climate boundaries in China in the past 50 years

Based on the mean yearly precipitation and the total yearly evaporation data of 295 meteorological stations in China in 1951-1999, the aridity index is calculated in this paper. According to the aridity index, the climatic regions in China are classified into three types, namely, arid region, semi-arid region and humid region. Dry and wet climate boundaries in China fluctuate markedly and differentiate greatly in each region in the past 50 years. The fluctuation amplitudes are 20-400 km in Northeast China, 40-400 km in North China, 30-350 km in the eastern part of Northwest China and 40-370 km in Southwest China. Before the 1980s (including 1980), the climate tended to be dry in Northeast China and North China, to be wet in the eastern part of Northwest China and very wet in Southwest China. Since the 1990s there have been dry signs in Southwest China, the eastern part of Northwest China and North China. The climate becomes wetter in Northeast China. Semi-arid region is the transitional zone between humid and arid regions, the monsoon edge belt in China, and the susceptible region of environmental evolution. At the end of the 1960s dry and wet climate in China witnessed abrupt changes, changing wetness into dryness. Dry and wet climate boundaries show the fluctuation characteristics of the whole shifts and the opposite fluctuations of eastward, westward, southward and northward directions. The fluctuations of climatic boundaries and the dry and wet variations of climate have distinctive interdecadal features.     

Interdecadal fluctuation of dry and wet climate boundaries in China in the past 50 years

Based on the mean yearly precipitation and the total yearly evaporation data of 295 meteorological stations in China in 1951–1999, the aridity index is calculated in this paper. According to the aridity index, the climatic regions in China are classified into three types, namely, arid region, semi-arid region and humid region. Dry and wet climate boundaries in China fluctuate markedly and differentiate greatly in each region in the past 50 years. The fluctuation amplitudes are 20–400 km in Northeast China, 40–400 km in North China, 30–350 km in the eastern part of Northwest China and 40–370 km in Southwest China. Before the 1980s (including 1980), the climate tended to be dry in Northeast China and North China, to be wet in the eastern part of Northwest China and very wet in Southwest China. Since the 1990s there have been dry signs in Southwest China, the eastern part of Northwest China and North China. The climate becomes wetter in Northeast China. Semi-arid region is the transitional zone between humid and arid regions, the monsoon edge belt in China, and the susceptible region of environmental evolution. At the end of the 1960s dry and wet climate in China witnessed abrupt changes, changing wetness into dryness. Dry and wet climate boundaries show the fluctuation characteristics of the whole shifts and the opposite fluctuations of eastward, westward, southward and northward directions. The fluctuations of climatic boundaries and the dry and wet variations of climate have distinctive interdecadal features.     

中国过去2000年气候变化的评估

根据近20年中国在过去2000年气候变化研究领域的主要文献,对中国(特别是中国东部)过去2000年气候变化进行了综合评估。主要结论有：(1)在中国东部,虽然20世纪暖期的温暖程度非常明显,但至目前为止的研究结果显示,其温暖程度和波动幅度可能尚未超过过去两千年曾经出现过的最高水平。(2)中国东部降水同样存在数百年的趋势变化,且存在明显的区域差异,特别是华北与江南的低频变化趋势几乎相反。就东部地区的总体变化趋势而言：280′sAD以前,相对湿润;自280′SAD开始,逐渐变干;而至1230′SAD以后,则维持在一个相对较干的水平上。(3)中国西部的温度变化趋势与东部基本一致,但中世纪暖期与小冰期不如东部明显。(4)中世纪暖期,中国东部的华北地区相对干旱,江南则相对湿润;而在小冰期,华北地区则相对湿润,且整个东部地区的降水变率增大。     

中国西北气候干湿变化研究进展

西北地区对全球气候变化十分敏感,研究分析该地区干湿变化特征,对区域发展至关重要。本文从气象（降水、温度、蒸发）、水文（地表水、土壤湿度、陆地水储量）和植被等角度综述了近50年西北地区干湿变化特征。结果表明：西北整体气温升高,降水增加,呈暖湿化。但考虑陆面因素作用的分析表明该地区呈现东西部分化的格局。考虑蒸发因素的结果显示西部趋向暖湿化,而东部趋向暖干化。地表水资源和土壤湿度也显示西部增加、东部减少的态势。同时,西北西部植被状况正在明显改善。但陆地水储量显示,西北地区整体水资源仍十分匮乏,且处于不断减少的趋势。未来,西北地区气温仍将持续升高,降水、径流和土壤湿度也将会增加,整体向暖湿化转变。     

腾格里沙漠昂格尔图湖记录的988 AD以来的古气候变化

通过对腾格里沙漠东南部昂格尔图湖岩芯AGE15A的粒度、碳酸盐的百分含量和主要化学元素等多项沉积学气候代用指标及精确定年的综合分析,重建了该区域988 AD以来的古气候变化序列。结果表明：988 AD以来的研究区的气候环境的演化过程与我国西北西风区古气候变化基本一致,呈现"冷湿-暖干"交替变化的特征,但在时间上存在一定的延迟。具体表现为：988~1383 AD,昂格尔图湖由洼地发育成小型湖泊,化学风化作用弱,湖区气候环境整体偏冷湿,期间出现几次暖波动;1383~1560 AD,研究区处在中世纪暖期,为温暖、干旱的气候特征,此时湖泊扩张,湖中水生植物生长茂盛,呼吸作用增强,造成大量的碳酸盐沉淀,最高值达到8.16%;1560~1700 AD,致使气候在昂格尔图湖形成之后出现最寒冷的时期,降水增加,气候湿冷,此时段与小冰期最盛期相对应;1700 AD之后,温度开始上升,气候回暖,在1900 AD左右达到最甚,此时沉积物中碳酸盐的百分含量也达到最大值,为10.15%,此期间湖泊继续扩张,出现几次气候冷波动。基于我国古代文献重建的历史时期气候变化基本不包括沙漠地区,所以本文利用湖相沉积记录来反演腾格里沙漠昂格尔图湖历史时期的气候环境演变,对中国沙漠研究有着重要参考价值,同时也为中国西北历史时期的气候重建提供科学依据。     

近540 a东亚夏季海平面气压场的重建及其与数值模拟的比较

 基于中国东部地区旱涝分布和东亚夏季海平面气压存在密切关系的基础上,利用1470—2008年中国东部地区旱涝等级资料、1850—2008年东亚夏季海平面气压资料,运用主成分回归的方法重建了1470—2008年的东亚地区夏季海平面气压场,并对重建结果进行了检验,同时对1470—2008年东亚夏季海平面气压重建场和FGOALS_gl数值模式模拟的海平面气压场进行了对比分析。结果表明:①1850—2008年重建的东亚夏季海平面气压场在东亚夏季风关键区（中国内陆地区以及西北太平洋部分地区）重建效果相对于其他地区要好。②1470—2008年重建的东亚夏季海平面气压场主要存在高纬与中纬气压差异、海洋与陆地差异的两种空间分布型;1470—1999年FGOALS_gl数值模拟的东亚夏季海平面气压主要体现了海陆气压差异。③根据重建的东亚夏季海平面气压场定义的1470—2008年东亚夏季风指数的演变具有明显的阶段性,16世纪中期到17世纪初东亚夏季风偏强,17世纪偏弱,18世纪经历了“弱-强-弱-强-弱”的变化,19世纪则是“强-弱-强-弱”的变化,20世纪是明显的“弱-强-弱”变化。而1470—1999年数值模拟的东亚夏季风指数序列与重建序列的主要差异出现在16世纪末和18世纪末,两者的变化趋势相反,其他时段的变化趋势基本一致。     

近50年来中国干湿气候界线的10年际波动

利用中国北方1951～1999年降水量和年蒸发量资料，计算了干燥度指数（D）。并据此将中国划分为干旱区（D（0.20）），半干旱区（0.20-0.50）和湿润区（D(0.50）），近50a中国干湿气候波动显著，区域差异大；50a波动幅度东北区为20～400km，华北区为40～400km，西北东部为30～350km，西南区为40～370km，以80年代为界，在20世纪80年代以前（包括80年代），西南区气候具有显著变湿趋势；西北东部稍变湿；华北区和东北区具有变干趋势，且华北区变干程度比东北区严重。进入90年代。西南区和西北东部气候有变干迹象。华北区西部气候的干旱程度有所增加，华北区东部有所减弱，东北区气候进一步变湿，半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，是中国季风的边缘地带，也是环境变化的敏感区，20世纪60～70年代中国（北方）干湿气候存在一次突变，由较湿润变为干旱。50年来干湿气候界线呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征，当干湿气候界线同时向西或向北移动时，中国北方气候就变得相对湿润；当同时向东或向南移动时，北方气候就变得相对干旱；当干湿气候界线东西、南北相异移动时，北方气候的干旱程度就介于二者之间。     

横断山区近代气候变化的研究

横断山地处我国西南的藏东、川西和滇西北一带,境内地形复杂,平均海拔在3000米以上。长期以来,由于资料短缺,对该地区历史时期气候变化研究甚少。经实地考察,作者获取若干树木年轮标本,辅以其它类型资料,对该地区最近数百年来的温度、降水变化及气候类型演替,予以初步分析。并论及气候变化的振幅与周期性。