基于高分辨率格点数据的1961-2013年青藏高原雪雨比变化

基于国家气象信息中心发布的1961-2013年全国0.5° × 0.5°逐日降水量和日平均气温格点数据集以及气象站点日降水量和日平均气温实测资料,采用森斜率,M-K突变分析,IDW空间插值以及小波分析等方法,对近53年来青藏高原的降水量,降雨量,降雪量以及雪雨比的时空变化,突变和周期等特征进行了分析.结果表明:① 从时间尺度上看,青藏高原的降水量和降雨量总体呈增加趋势,增加幅度分别为0.6 mm·a^-1(p < 0.05)和1.3 mm·a^-1(p < 0.001);而降雪量和雪雨比均呈下降趋势,下降幅度分别为0.6 mm·a^-1(p < 0.01)和0.5% a^-1(p < 0.001).② 从空间分布上看,青藏高原的大部分地区降水量和降雨量呈增加趋势,而降雪量却呈现减少趋势.因此,雪雨比在青藏高原相应呈现减少趋势.③ 突变和周期分析表明,青藏高原降水量,降雨量,降雪量和雪雨比的突变时间分别出现在2005,2004,1996和1998年左右,而周期变化集中为5年,10年,16年,20年左右.④ 青藏高原降水量倾向率和降雨量倾向率均随海拔的升高呈现出先降低后升高的变化趋势,降雪量倾向率随海拔的升高而降低,雪雨比倾向率随海拔的升高呈微弱的下降趋势.     

乌鲁木齐典型暴雪天气机理及成因分析

利用常规地面、高空观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析和FY卫星资料,针对乌鲁木齐1990年以来的3场典型暴雪天气,从高低空环流和天气系统配置、不稳定条件、水汽、动力及黑体亮温（TBB）变化等方面综合对比分析暴雪成因。结果表明：（1） 3场暴雪均发生在欧洲高压脊东南衰退,推动西西伯利亚低槽东移南下,与中纬度短波槽结合的环流形势下,高低空系统呈“后倾槽”结构,乌鲁木齐处在925~600 hPa西北急流与600~200 hPa强西南急流叠置区,且天山山脉的地形强迫抬升有利于暴雪的维持和加强。（2） 暴雪前850~700 hPa均有东南风存在,微差平流作用有利于平流逆温生成和加强,使得能量不断积聚,后期冷空气进入,冷锋锋生,层结不稳定发展,为暴雪天气提供热力条件,东南风和平流逆温维持时间越长,储存能量越多,降雪越强。（3） 暴雪区存在西南和偏西2条水汽输送通道,中层水汽输送对乌鲁木齐暴雪至关重要,850~600 hPa存在较强的水汽辐合,且700 hPa最强。水汽输送、辐合强度及持续时间共同决定暴雪强度。（4） TBB与降雪强弱有一定的对应关系,TBB越低,云顶高度越高,中尺度云团发展越旺盛,降雪越强,降雪前TBB（云顶高度）的第一次迅速降低（升高）预示降雪开始,降雪过程中TBB降低对应降雪强度增强,且TBB降幅越大、低TBB值维持时间越长,降雪越强。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

增温增湿环境下天山山区降雪量变化

基于APHRO’s气温和降水数据集,运用气温阈值模型,分析了1961~2015年间天山山区降雪量变化特征。研究表明,自1961年以来,天山山区升温趋势显著,速率为0.027℃/a,且冬半年的升温速度大于夏半年。同时,3 000 m海拔以上区域的平均气温上升到0℃左右。冬季降水的增加速率为0.42 mm/a（P<0.01）,春季和夏季的降水量呈减少趋势。降雪量变化时空差异显著,3 000 m海拔以上区域降雪随气温的升高而增加,而3 000 m以下区域降雪随气温的升高而减少。最大降雪量气温是控制降雪变化的关键因子,当平均气温低于最大降雪量气温时,随气温升高降雪量呈增加趋势;当平均气温高于最大降雪量气温时,随气温升高降雪量呈减少趋势。     

基于格点数据的1961-2012年祁连山面雨量特征分析

基于国家气象信息中心发布的全国0.5°×0.5°逐日降水量数据集和气象站点日降水量实测资料,利用主成分分析（PCA）和回归分析,研究了1961-2012年祁连山面雨量年际变化以及面雨量距平与干旱累计强度的关系。结果表明,该套格点数据能够很好地反映出祁连山及其周边区域降水的时空分布格局,山区降水量大于平原区降水量,山区东段降水量大于西段降水量。1961-2012年祁连山面雨量的多年平均值为724.9×10⁸ m³,其中,春、夏、秋、冬的面雨量分别为118.9×10⁸ m³、469.4×10⁸ m³、122.5×10⁸ m³、14.1×10⁸ m³,夏季面雨量最大,占全年的64.76%。除春季外,其他季节面雨量都呈现逐年增加趋势,夏季增幅最大,平均每年增加1.7×10⁸ m³。山区面雨量与祁连山及其周边区域的干湿程度表现出较好的相关性,干旱累计强度与面雨量表现出负相关性,山区面雨量较多时这一地区的干旱强度也较弱。     

基于第二次冰川编目的中国冰川现状

以2004年之后的Landsat TM/ETM+和ASTER遥感影像为基础,参考第一次中国冰川目录及其他文献资料,经过影像校正、自动解译、野外考察、人工修订、交互检查和成果审定等技术环节,完成占全国冰川总面积85.5%的现状冰川编目,确定中国目前共有冰川48571条,总面积约5.18×10⁴βkm²,约占全国国土面积的0.54%,冰川储量约4.3~4.7×10³βkm³。中国冰川数量和面积分别以面积<0.5βkm²的冰川和面积介于1.0~50.0βkm²的冰川为主,面积最大的冰川是音苏盖提冰川（359.05βkm²）。中国西部14座山系（高原）均有冰川分布,其中昆仑山冰川数量最多,其次是天山、念青唐古拉山、喜马拉雅山和喀喇昆仑山,这5座山系冰川数量占全国冰川总数量的72.3%;冰川面积和冰储量位列前3位的山系分别为昆仑山、念青唐古拉山和天山,尽管喀喇昆仑山冰川数量和面积均小于喜马拉雅山,但前者冰储量高于后者。从冰川海拔分布来看,海拔4500~6500βm之间是冰川集中发育区域,约占全国冰川总面积的4/5以上。冰川资源在各流域分布差异显著,东亚内流区（5Y）是中国冰川分布数量最多、面积最大的一级流域,约占全国冰川总量的2/5以上;黄河流域（5J）是冰川数量最少、规模最小的一级流域,仅有冰川164条,面积126.72βkm²。新疆和西藏的冰川面积和冰储量约占全国冰川总面积的9/10。     

气候变化背景下尼雅河流域生态基流研究

流域生态基流是河流生态系统健康稳定的关键,以新疆尼雅河流域为研究区域,根据民丰县气象站1958—2018年的气象数据与尼雅河4个水文监测断面1978—2018年的水文数据,运用趋势拟合、Tennant法、相关性分析和回归模型等分析流域气候变化、确定生态基流并探究其时空分异与保证率变化,揭示生态基流对气候变化的响应。结果表明：61 a来流域气温以0.22 ℃·(10a)^-1的速度增加,年降水量以3.8 mm·(10a)^-1的速度增加;尼雅水库、八一八渠首、尼雅水文站和尼雅渠首的年生态基流推荐值分别为：1.989 m³·s^-1、2.188 m³·s^-1、1.755 m³·s^-1、1.702 m³·s^-1;生态基流年际最大值出现在2010年,最小值在1980年,年内最大值在7月,最小值在1月或12月;空间上表现为上游高下游低,以八一八渠首处最高,尼雅渠首处最低;各站多年平均生态基流保证率分别为：50%、45%、50%、45%,且表现出汛期明显高于非汛期;逐年、逐月生态基流与气温、降水量均在0.01水平上显著相关,但在春夏季对气温敏感,秋冬季对降水量敏感,各水文监测断面的回归模型耦合效果相似,流域整体回归方程R²=0.365,且生态基流对气候变化响应具有整体性和衰减性。研究结果可为尼雅河流域生态调水和水生态修复提供参考。     

基于CloudSat资料分析北疆强降雪天气的云结构特征

利用NASA发布的2008—2015年CloudSat卫星的2B-CWC-RO、2B-CLDCLASS、2C-SNOW-PROFILE和地面气象站的观测资料，对北疆沿天山及其周边区域内21次强降雪天气降雪前和降雪期间卫星过境时云宏微观特征进行了对比分析。本文将研究区域分为了北疆沿天山西部和中部地区，分析结果表明：（1）降雪前和降雪期间的云类型以层云、积云、高层云和深对流云为主。（2）降雪前冰粒子等效半径均值分布在58.65~67.29 μm之间，冰粒子数浓度的均值在41.2~76.5 L-1之间，冰水含量的均值在25.4~135.1 mg·m^-3之间，雪水含量均值在28.0~88.0 mg·m^-3之间，降雪强度均值在0.08~0.36 mm·h^-1之间。（3）降雪前冰粒子等效半径、冰粒子数浓度、冰水含量、雪水含量和降雪强度均值分别比降雪期间大2.9 %、6.2 %、34.4 %、36.4 %和18.7 %，且高值区主要集中在北疆沿天山西部地区。     

近60 a新疆塔城地区不同相态降水时空变化特征

基于1961—2020年9个国家气象观测站逐日资料,采用气候统计学方法分析了塔城地区不同相态降水的时空分布及变化规律,探讨了降水相态的变化成因及其可能影响。结果表明：（1） 近60 a塔城地区年平均降水日数88.1 d,其中降雨日数最多,降雪日数次之,雨夹雪日数最少;3种相态降水在空间上呈现地区西北部多、中东部少的分布格局。（2） 从不同相态降水日数的月际分布来看,降雨主要出现在4—9月,降雪在11月—翌年3月较多,3—4月和10—11月期间3种相态降水共存。（3） 近60 a塔城地区各站不同相态降水的变化趋势存在一定的差异,总体呈现降雨日数增加而降雪日数减少的变化趋势,且降雨量的增速高于降雪量增速,其结果导致雪雨比率以-0.33%·(10a)^-1的速率减小。（4） 气温增暖是塔城地区降水相态向多雨化转变的主要原因,同时北极涛动指数（Arctic oscillation index,AO）、北大西洋涛动指数（North Atlantic oscillation index,NAO）以及北半球极涡指数对降水相态的变化也有一定的影响。     

2000—2019年新疆大型湖泊湖冰物候时空变化特征

湖冰物候变化特征是全球气候变化过程的重要指示器。通过长时间序列MODIS数据、Landsat数据提取的湖泊数据集,综合分析了2000—2019年新疆大型湖泊湖冰物候的变化特征。结果表明：（1） 近20 a新疆大型湖泊的开始冻结日呈现提前和推迟2种变化趋势,开始冻结日呈现推迟趋势的湖泊分别为博斯腾湖、赛里木湖、艾比湖、吉力湖、乌伦古湖、萨利吉勒干南库勒湖和鲸鱼湖,且大部分湖泊的开始冻结日推迟趋势在0.51~1.53 d·a^-1之间;开始冻结日呈现提前趋势的湖泊有3个,分别为阿牙克库木湖（变化趋势为-1.04 d·a^-1）、阿克赛钦湖（变化趋势为-0.41 d·a^-1）、阿其克库勒湖（-0.31 d·a^-1）。（2） 湖冰完全覆盖期是重要的湖冰参数,湖冰覆盖期的延长或者缩短能够直接表示区域气候变化过程,新疆大部分湖泊湖冰覆盖期表现为缩短趋势,其中分布在新疆中北部的艾比湖、吉力湖和博斯腾湖等湖泊的湖冰覆盖期缩短较为明显,变化趋势分别为-1.76 d·a^-1、-2.13 d·a^-1和-0.81 d·a^-1;冰完全覆盖期延长的湖泊有3个,分别为阿牙克库木湖、阿其克库勒湖和鲸鱼湖,变化趋势分别为3.51 d·a^-1、1.54 d·a^-1和1.37 d·a^-1,这些湖泊均匀分布在昆仑山高原北翼。（3） 新疆大型湖泊湖冰物候变化特征是受其自身条件（湖泊形态因子、湖泊面积等）及气候变化（气温、降水量等）等多种因素共同作用的结果。本研究探讨了气候变化环境下的新疆大型湖泊湖冰物候的冻融趋势及其变化模式,同时应用不同遥感数据和研究方法识别了湖冰,证实了MODIS数据反演湖冰物候的可行性。     

暖湿背景下新疆逐时降水变化特征研究

基于新疆16个国家基准站1991-2013年5~9月逐小时的降水观测资料,分析研究了新疆夏半年逐时降水的时空分布和日变化特征。结果表明:新疆小时降雨频数呈现西北多、东南少的特征;4 mm·h^-1以上量级雨强的强降雨高频时段北疆自西向东依次出现在下午、前半夜和后半夜,南疆多出现在夜间;新疆各区域逐时降水频率的日变化特征明显不同,各区域逐时降水分布并不均匀:塔城北部、阿勒泰地区日降水分布呈现双峰型特征,北疆其余地区则是较为一致的单峰型;南疆各区域以双峰型居多。南北疆0.1 mm·h^-1以上、4 mm·h^-1以上量级雨强的出现总频次均呈明显增加趋势,进入21世纪10年代南疆强降雨频次增加更显著。     

近20年天山地区冰湖变化特征

主要基于Landsat TM/ETM+影像等数据,分析1990-2010 年来天山地区冰湖变化特征及其对冰川融水径流的影响。近20 年来,天山冰湖面积平均以0.689 km²a^-1 或0.8% a^-1的速度扩张,其中一半以上是由东天山(0.352 km² a^-1) 贡献的,其次为北天山,面积年均增率为0.165km² a^-1,西天山和中央天山的面积年均增率最小,分别为0.089 km² a^-1和0.083 km² a^-1。除在相对较低海拔(< 2900 m) 和高海拔(> 4100 m) 范围内冰湖面积出现减少的现象,其他各高度带的冰湖面积均在扩张,其中增率最快的在3500~3900 m之间,平均增速达1.6% a^-1。冰湖扩张是本区气候变暖和冰川普遍退缩共同作用的结果,以中小规模的冰湖(< 0.6 km²) 对冰川退缩响应最为敏感。冰湖扩张能在一定程度上延缓因气候变暖而导致的区域冰川水资源的亏损,每年大约有0.006 Gt 的冰川融水滞留在冰湖中,约占天山冰川年消融量的2‰,但也将加剧本区冰湖溃决洪水/泥石流灾害的频次和强度。     

内蒙古半干旱区蒸散估算和归因分析

蒸散（Evapotranspiration,ET）是生态系统水循环中的重要一环,决定了生态系统水分和热量传输。从区域尺度对蒸散及其蒸腾（Transpiration,T）和蒸发（Evaporation,E）组分进行量化,认识环境因素对其的影响机制,有助于合理利用、分配水资源,为研究气候变化对区域生态系统水文循环的影响提供参考。基于生态系统生产力模拟（Boreal ecosystem productivity simulator, BEPS）模型,验证模型在研究区域的适用性,量化1981—2018年内蒙古半干旱区的ET及其组分的变化情况,并对其进行归因分析。结果表明：经不同数据验证,BEPS模型计算结果能够精确反应研究区域ET及其组分的分布情况和变化趋势。1981—2018年研究区草地、农田和森林多年平均ET分别为278.22 mm、362.50 mm和308.81 mm。E、T和ET多年呈显著上升趋势,上升速率分别为0.42 mm·a^-1、0.63 mm·a^-1和1.05 mm·a^-1。ET与T在全区域内空间分布格局相似,与E相反,ET年际波动主要受到T年际波动的影响。综合影响因子的变化和E、T、ET对因子的敏感性,研究区域草地和农田T和ET以及森林的ET主要受到饱和水汽压差（VPD）和平均气温（TEMP）变化的控制。农田和森林归一化植被指数（Normalized difference vegetable index, NDVI）都呈减小趋势,但森林环境T对NDVI的变化更加敏感,因此负贡献更大。     

2017—2019年中天山北坡城市群大气污染及污染天气类型特征

利用2017—2019年中天山北坡城市群（乌鲁木齐市、昌吉市、石河子市、五家渠市）逐时大气污染物监测数据及气象数据,分析了大气污染物年内变化和污染天气类型特征。结果表明：（1） 中天山北坡4座城市6类大气污染物中PM_2.5超标日数最多（年均94~104 d）,年均浓度介于64~73 μg·m^-3,且五家渠市>乌鲁木齐市>石河子市>昌吉市。采暖期PM_2.5浓度在100~118 μg·m^-3之间,是非采暖期的4.00~5.00倍,靠近山前地带的城市PM_2.5浓度日变化大体呈现“双峰双谷型”。（2） 4座城市污染天气类型主要分为静稳型、沙尘型和特殊型,其中静稳型占86.2%~93.6%、沙尘型占5.8%~13.2%。静稳型污染天气多出现在冬季,沙尘型主要出现在春、秋季节。静稳型污染天气中Ⅴ-Ⅵ级污染级别占比45.8%~56.6%,沙尘型污染天气中Ⅴ-Ⅵ级污染级别占比14.9%~29.4%。（3） 静稳型和沙尘型污染天气下PM_2.5和PM₁₀浓度都存在显著的线性相关,前者PM₁₀浓度是PM_2.5的1.26倍,而后者达3.16倍,此倍数可以作为区分静稳型和沙尘型污染天气的判据。     

基于土壤侵蚀控制度的黄土高原水土流失治理潜力研究

以整个黄土高原为研究对象,首先将水土保持措施容量定义为某一区域能容纳的最大适宜水土保持措施量。根据梯田、林地和草地的适宜布设区域,在地理信息系统（GIS）软件的支持下,确定了黄土高原的水土保持措施容量。使用修正通用土壤流失方程（RUSLE）,计算了最小可能土壤侵蚀模数和2010年现状土壤侵蚀模数,并将水土保持措施容量下的最小可能土壤侵蚀模数与现状土壤侵蚀模数之比定义为土壤侵蚀控制度。随后使用土壤侵蚀控制度,对黄土高原水土流失治理潜力进行了研究。结果显示：黄土高原2010年现状土壤侵蚀模数为3355 t·km^-2·a^-1,最小可能土壤侵蚀模数为1921 t·km^-2·a^-1,土壤侵蚀控制度为0.57,属于中等水平。相比于现状条件,在水土保持措施容量条件下,微度侵蚀区比例从50.48%提高至57.71%,林草覆盖率从56.74%增加至69.15%,梯田所占比例由4.36%增加到19.03%,人均粮食产量可从418 kg·a^-1提高至459 kg·a^-1。研究成果对于黄土高原生态文明建设具有一定的指导意义。