黄河中下游地区降水变化的周期分析

根据利用清代雨雪档案重建的黄河中下游及其4 个子区域1736~2000 年的逐年降水序列, 采用小波变换方法, 分析了该区降水变化的周期特征, 探讨了影响降水周期变化的可能 驱动因子。结果表明: 黄河中下游地区的降水, 具有2~4 年、准22 年及70~80 年等年际与年代际的振荡周期。其中, 2~4 年周期与El Nino 事件关联, 在El Nino事件发生的当年或第二年, 黄河中下游地区的降水比常年偏少; 而准22 年及70~80 年的周期, 与wolf 太阳黑子相对数的周期变化及太平洋年代际振荡(PDO) 信号有关。但在70~80 年的周期尺度上, 太阳活动与降水变化的对应关系在1830 年以前表现为太阳活动偏强(弱) 时, 降水偏少(多); 1830 年以后, 太阳活动的周期演变为80~100 年的更长周期, 因这一阶段可能受到由于人类活动加 强而致的温室气体浓度升高等因素的干扰, 太阳活动与降水之间的关系明显减弱; 而PDO 与降水的对应关系则表现在全时域上, 且在近100 多年, PDO 与降水之间的相关关系逐渐加强, 特别是在1940s 以后达到最大。     

Precipitation cycles in the middle and lower reaches of the Yellow River (1736?2000)

Based on the long-term precipitation series with annual time resolution in the middle and lower reaches of the Yellow River and its four sub-regions during 1736?2000 recon-structed from the rainfall and snowfall archives of the Qing Dynasty, the precipitation cycles are analyzed by wavelet analysis and the possible climate forcings, which drive the precipita-tion changes, are explored. The results show that: the precipitation in the middle and lower reaches of the Yellow River has inter-annual and inter-decadal oscillations like 2?4a, quasi-22a and 70?80a. The 2?4a cycle is linked with El Ni?o events, and the precipitation is lower than normal year in the occurrence of the El Ni?o year or the next year; for the quasi-22a and the 70?80a cycles, Wolf Sun Spot Numbers and Pacific Decadal Oscillation (PDO) coincide with the two cycle signals. However, on a 70?80a time scale, the coincidence between solar activity and precipitation is identified before 1830, and strong (weak) solar activity is generally correlated to the dry (wet) periods; after 1830, the solar activity changes to 80?100a quasi-century long oscillation, and the adjusting action to the precipitation is be-coming weaker and weaker; the coincidence between PDO and precipitation is shown in the whole time series. Moreover, in recent 100 years, PDO is becoming a pace-maker of the precipitation on the 70?80a time scale.     

Precipitation cycles in the middle and lower reaches of the Yellow River （1736-2000）

Based on the long-term precipitation series with annual time resolution in the middle and lower reaches of the Yellow River and its four sub-regions during 1736-2000 reconstructed from the rainfall and snowfall archives of the Qing Dynasty, the precipitation cycles are analyzed by wavelet analysis and the possible climate forcings, which drive the precipitation changes, are explored. The results show that： the precipitation in the middle and lower reaches of the Yellow River has inter-annual and inter-decadal oscillations like 2-4a, quasi-22a and 70-80a. The 2-4a cycle is linked with El Nino events, and the precipitation is lower than normal year in the occurrence of the El Nino year or the next year; for the quasi-22a and the 70-80a cycles, Wolf Sun Spot Numbers and Pacific Decadal Oscillation （PDO） coincide with the two cycle signals. However, on a 70-80a time scale, the coincidence between solar activity and precipitation is identified before 1830, and strong （weak） solar activity is generally correlated to the dry （wet） periods; after 1830, the solar activity changes to 80-100a quasi-century long oscillation, and the adjusting action to the precipitation is becoming weaker and weaker; the coincidence between PDO and precipitation is shown in the whole time series. Moreover, in recent 100 years, PDO is becoming a pace-maker of the precipitation on the 70-80a time scale.     

Phase Changes in Linear Solar-Terrestrial Relationships and a Review of the Electrification Hypothesis

It appears that relatively strong linear relationships between solar activity and various weather phenomena are forthcoming only if the analyses relate to specific solar periods or are con ducted for specific geographic locations. Solar periods in this instance are defined according to the amplitude of the 11-year sunspot cycle. The sign for correlation coefficients between weather ele ments under investigation and solar activity often change according to solar amplitude. However, these phase changes may not weaken arguments in favor of sun-weather hypotheses.

Atmospheric teleconnection provides a logical explanation for phase changes over space within specific time frames, and variations in solar-amplitude relate to reversals in phase with space held constant. Previous research of large pressure systems in the tropics and mid-latitudes as well as re gional variations in annual precipitation outlined in this research indicate that a change in sign for the linear sun-weather relationship occurred between 1930 and 1940. Between 1930 and 1940, the amplitude of the solar cycle also changed. The incredibly complex nature of the climatic change equation along with the lack of an explicit physical link between solar-activity and the lower atmo sphere are serious deterrents for broad acceptance of a solar-weather connection. It is suggested, however, that recent research on a possible electrical stimulus might go far in establishing the solar hypothesis as a credible one.     

新疆克里雅河源流区径流变化与气候因子关系的非线性分析

利用克里雅河源流区兰干站1957～2009年的年径流量、气温和降水量实测数据,借助小波分析和R/S分析等方法探讨了径流量、气温和降水量的变化趋势及多时间尺度相关性。结果表明:(1)年径流量与气温和降水量存在明显的正相关关系并皆呈增加趋势,结合R/S分析,这种增加趋势在未来的50a仍将可能持续。(2)研究区年径流量、气温和降水量均存在9年的年际变化周期,而在年代际上由于气温和降水量周期性不同致使径流量的周期为15年。另外,三者在未来的20年存在不同的周期性突变。(3)克里雅河源流区径流量与气温和降水量存在显著的非线性相关关系。年径流量的变化是气温和降水量综合作用的结果。     

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959-2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础,采用墨西哥帽小波函数,线性趋势分析以及Mann-Kendall检验法,对陕西省51 a降水的时空分布特征及趋势进行分析,揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀,降水量从北部向南部递增,呈南多北少特征,大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279 mm、563 mm、840 mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳,近51 a来,研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降,中部微弱上升的变化格局,线性倾向率分别为-5.110 mm/10 a、-3.758 mm/10 a、1.908 mm/10 a;（2）陕西省年均降水量有3～7 a,10～17 a,17～30 a周期,以中时间尺度10～17 a的少-多交替最为明显。在微观尺度上,陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度,关中和陕南的降水周期比较显著,为10～17 a,陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度,陕北的降水周期为23～30 a,关中和陕南较为相似,为18～25 a;（3）Mann-Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点,2009年以后陕西省将处于多雨期。     

近54年来辽西北地区降水与太阳黑子关系研究

根据1960~2013年辽西北地区50个雨量站逐日降水量数据和同期太阳黑子相对数数据,利用Mann-Kendall检验法对辽西北地区近54 a来的降水量变化趋势进行分析,采用Morlet小波分析技术分析了研究区降水量和太阳黑子的变化周期,并计算了相应的小波系数。结果表明：辽西北地区降水量年际变化表现为微弱的下降趋势,突变点在1996~1997年之间,突变前后降水趋势由升转降。太阳黑子与降水距平值的负相关关系显著,且存在5 a的滞后性,对降水周期影响较小,与降水量相关关系复杂。     

1960~2013年华北平原气候变化时空特征及其对太阳活动和大气环境变化的响应

根据华北平原67个气象站点和14个辅助气象站点1960~2013年的日均温和日降水量数据,采用气候倾向率法、Mann-Kendall突变检测法和累积距平法等,对华北地区近54 a不同研究尺度下的气候变化趋势、突变情况以及其与太阳活动和大气环境变化的关系进行研究。结果表明：1960~2013年,华北平原年均温在11.86~14.33℃之间波动,整体呈现显著上升趋势,气候倾向率为0.23℃/10a。其中大气环境中浑浊度的升高,春季气温的抬升、是区域平均气温升高的诱因。气温的升高推动了>15℃等温线控制范围的扩张和年均温0℃等值线在华北平原的消失。华北平原年降水在617.96~1 060.30 mm之间波动,整体呈现显著减少趋势,气候倾向率为-1.75 mm/10,其中秋季降水量减少过快,400~600 mm降水等值线控制范围的扩大、600~800 mm和800~1 000 mm降水等值线的范围的缩小,共同造成区域降水量的减少。四季气候倾向率的特征变化敏感区域主要位于北纬35°~39°之间。1991~1994年为华北平原气候的突变时期,且这一突变受太阳活动的影响更多。太阳活动对最高气温的影响较大,浑浊度对最低气温的影响较大。大气环境因子中的日照百分比率、相对湿度、风速和浑浊度与气温整体变化平均相关系数为0.74。气候条件越好,气溶胶含量越低,太阳辐射与年均温的相关系数越高。气溶胶含量越高,浑浊度因子与年均温的相关系数也越高。人类活动导致的气溶胶含量的增加,是该区域气温升高的主要外因。     

青海德令哈地区千年来降水量的突变分析

根据青海省德令哈地区海拔3500~4000 m左右的祁连圆柏树木年轮资料重建的该地区公元1000年以来的年降水量变化,使用滑动 t检验和滑动F检验等气候突变检测方法对千年降水量30年气候均值和均方差的突变进行了分析,探讨了气候突变的可能原因。研究发现,德令哈地区千年来降水量的30年气候均值和均方差发生了多次显著突变,其中均值突变14次、均方差突变8次;太阳活动极小期内的降水量与其前后同时段内降水量的均值相比存在显著差异;降水量突变发生的时间和方向与太阳活动异常较为一致,因此推测太阳活动的长期变化是导致德令哈降水量发生突变的主要原因。近一个多世纪以来,德令哈地区的降水量突变与东亚夏季风的年代际变化有密切联系。德令哈降水量发生突变的时间与我国东部地区相比具有一定的超前性,对预测降水量的长期变化趋势具有重要的指示作用。     

榆林地区1970-2010年气候因子变化特征分析

榆林位于陕西省黄土高原和内蒙古毛乌素沙地的交接地带,是我国北方农牧交错带的典型地区,地理环境复杂多样,致使该地区生态环境比较敏感,极易受到气候变化和人类活动的影响和干扰。为探讨榆林地区气候变化的发展趋势和特征,基于1970-2010年气象资料,对榆林地区5个气象指标（平均最低气温、平均最高气温、平均气温、降水量和太阳辐射）进行空间插值,进而分析了各指标的季节和年际变化特征,即趋势变化、周期性变化、突变特征。结果表明,榆林地区气温呈现上升的趋势,春季和冬季的气温增幅对全年的增温贡献较大;降水量波动变化较大,夏季降水量减少比其他季节明显。20世纪80年代的降水量较大,90年代前期和中期降水量减少,而90年代后期降水量出现了回升趋势;41 a来的太阳辐射呈现下降的趋势,夏季太阳辐射的减少对全年太阳辐射的减少贡献较大。5个气象指标的周期性变化在大时间尺度上（如25~32 a）变化比较稳定,在小时间尺度上差异比较明显;降水量和平均最低气温在三类时间尺度（如5~15 a、15~25 a和25~30 a）上的周期比较明显。另外,除春季降水量外,其他季节的气象因子在1970-2010年期间变化频率有增加、时间间隔减少的趋势,说明最近10~20 a榆林地区气候变化比较活跃。对榆林地区气候变化特征进行分析,为进一步揭示气候变化下榆林地区农业生产系统的影响机理提供理论基础,为当地政府制定农业生产政策提供决策支持。     

黄土高原东缘晚全新世高精度高分辨率石笋古环境记录

基于山西武乡太行龙洞一支石笋5个230Th年龄和190个氧同位素数据重建4 400~150 a B.P.高分辨率δ18O序列。石笋δ18O值逐渐增加,除最近约600 a外,在千年尺度长期趋势变化上与中国南部其它洞穴记录相一致,表明晚全新世亚洲夏季风强度持续减弱响应于同一驱动机制。一次显著的气候突变事件发生在2 550~2 000 aB.P.,与史料记载的干旱期大致相对应。功率谱分析揭示出106 a周期,与树轮Δ14C太阳活动周期大体一致,说明百年尺度上太阳活动与东亚季风变化有一定关联性。     

A preliminary quantitative reconstruction of precipitation in southern Mu Us sandy land at margin of Asian monsoon-dominated region during late Quaternary

We present the first quantitative estimation of monsoon precipitation during the late glacial-Holocene in the sandy land of northern China, based on organic carbon isotopic composition data from a loess-sand sequence at margin of the Mu Us sandy land. We use the relationship between monsoon precipitation and the carbon isotopic composition of modern soils as an analogue, with a minor modification, to reconstruct precipitation back to c. 47 ka ago. The preliminary results indicate that annual monsoon precipitation was high after 8 ka, with an average of 435 mm; and it decreased during 18 and 8 ka with a mean value of 194 mm. The precipitation value of 47-18 ka varied between the two. We compare the reconstructed precipitation with other records and paleoclimatic modeling results, showing that our record agrees with reconstructions of the monsoon precipitation from other sources, even capturing short climatic events such as the Younger Dryas. We suggest that solar irradiance, high-latitude temperature/ice volume and local evaporation have together modified moistures in the sandy land.     

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...     

基于多种高分辨率卫星数据的TRMM降水数据降尺度研究——以内蒙古地区为例

利用内蒙古地区2001~2010年42个站点实测降水数据作为“真值”,采用LOO（Leave-One-Out）交叉验证、多元逐步回归等方法,构建TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）降水数据与地形及气候等要素之间的多元回归关系,在此基础上,利用回归值+残差值的方法,获得空间分辨率为1 km×1 km的TRMM年降水数据,并对降尺度TRMM数据进行精度检验。研究表明：① TRMM数据可用于区域年降水量估计,且与实测年降水量呈显著线性关系;② 通过建立不同年份、不同空间分辨率TRMM数据与其它遥感数据的多元统计模型,研究发现在中尺度下TRMM与观测年降水数据拟合效果较好,且在空间分辨率为0.50°×0.50°时的拟合效果最好;③ 降尺度分析提高了TRMM数据对研究区降水时空特征的描述能力,确定性系数、标准误差和偏差均有明显改善,表明降尺度算法在将TRMM降水数据空间分辨率提高到1 km×1 km的同时,并能提高降水数据的精度。     

不同草地类型净初级生产力(NPP)模拟及其敏感性分析

气候变化问题作为人类社会可持续发展面临的重大挑战,受到国际社会越来越强烈的关注.全球气候变化深刻影响着草地生态系统,定量评估区域和不同类型草地生态系统的生产力,研究其对气候变化的敏感性可以为草地生态系统适应未来气候变化提供基础数据和理论依据.草原综合顺序分类系统(CSCS)将天然草原分为42类(其中中国包含41类),并...     

CMIP3气候模式对北疆气候变化模拟评估及未来情景预估

利用北疆地区1961～2000年气温、降水观测数据和CMIP3(phase 3of the CoupledModel Inter-comparison Project)提供的20个海气耦合模式在该地区的模拟结果,评估了各气候模式对北疆地区降水、气温的模拟效果。结果表明:各气候模式对气温、降水模拟效果差异较大。从对气候平均态的模拟来看,有5个模式对降水的模拟相对较好,2个模式对气温的模拟相对较好;所有模式均能模拟出气温的年内变化特征,其中MPI_ECHAM5模式结果与观测数据结果最为接近;但各模式对降水的模拟效果均较差。在月尺度上,一些模式结果与降水观测数据呈负相关性,但对于月气温,大多数模式与其相关性较好,且各模式间月气温均方根误差变化幅度相对较小。综合来看,大部分气候模式在该地区模拟能力比中国东部地区要弱;气候模式的降水数据包括多模式集合数据还不适合用于未来北疆地区降水变化预估分析。最后,采用累计分布函数法(CDF_S)仅对北疆地区2011～2050年时段的气温进行偏差校正与预估分析,结果表明未来40年北疆地区气温在三种排放情景下均呈上升趋势。     

新疆水文水资源变化及对区域气候变化的响应

Based on the surface runoff, temperature and precipitation data over the last 50 years from eight representative rivers in Xinjiang, using Mann-Kendall trend and jump detection method, the paper investigated the long-term trend and jump point of time series, the surface runoff, mean annual temperature and annual precipitation. Meanwhile, the paper analyzed the relationship between runoff and temperature and precipitation, and the flood frequency and peak flow. Results showed that climate of all parts of Xinjiang conformably has experienced an increase in temperature and precipitation since the mid-1980s. Northern Xinjiang was the area that changed most significantly followed by southern and eastern Xinjiang. Affected by temperature and precipitation variation, river runoff had changed both inter-annually and intra-annually. The surface runoff of most rivers has increased significantly since the early 1990s, and some of them have even witnessed the earlier spring floods, later summer floods and increasing flood peaks. The variation characteristics were closely related with the replenishment types of rivers. Flood frequency and peak flow increased all over Xinjiang. Climate warming has had an effect on the regional hydrological cycle.     

辽宁省大雨以上降水日数分布与趋势分析

大雨以上降水日数反映了降水的非平均状况,对于气候异常变化和预报预测都有非常重要的意义。以辽宁省作为研究区域,根据1957-2013年辽宁省内23个和省外4个雨量站点的逐日降水数据,利用趋势系数法计算大雨以上降水日数的变化趋势,通过Mann-Kendall检验法检测突变。采用Morlet小波技术分析年际与各季节的变化周期;借助ArcGIS软件工具的Kriging插值和IDW插值模块对研究区进行空间分析。结果表明：辽宁省大雨以上降水日数的空间变化表现为由东南向西北递减;年际以及春、夏两季的周期大约为38年,秋季周期约为15年;大雨以上降水日数的年际变化呈现微弱的减少趋势,不同季节略有差异。57年来,辽宁省大雨以上降水日数变化总体呈现下降趋势,辽中地区下降趋势略有滞后,辽西地区变化情况较其他区域相对复杂。     

新疆水文水资源变化及对区域气候变化的响应

基于全疆8条代表性河流近50年的地表径流、气温和降水数据,采用Mann-Kendall趋势检验和突变检测法,对各条河流地表径流、年均气温和年降水进行了长期趋势检验和突变滗分析,同时对径流与气温、降水之间的变化关系以及水文极端事件洪水的发生频次和洪峰流量进行了分析.结果表明,20世纪80年代中期以来伞疆各地气候一致表现为气温升高和降水增多,其中北疆地区变化最为显著,南疆其次,东疆最小.受气温、降水变化影响,河流径流发生年际和年内分布变化.大部分河流自20世纪90年代初水量显著增多,有春汛提前、夏汛推后和洪峰流量增大的现象,其变化特征与河流补给类型密切相关.全疆洪水发生频次增多、洪峰流最增大.气候变暖已对区域水文循环产生重要影响.     

秦巴山区地表太阳辐射的时空动态及农业气候区划研究

运用GIS空间分析,研究了秦巴山区1960—2015年地表太阳辐射的时空动态。结果表明:①秦巴山区地表太阳辐射量年平均值为4 482.77 MJ/m²,呈现由南向东北、西北递增的态势;年际变异系数为8.85%,呈现由西南向东北递减的态势。②地表太阳辐射量年际变化呈明显下降趋势,年平均递减率为-10.17 MJ/m²,1970—1992年下降尤为明显;空间上呈现西北局部不显著的微增和东部普遍显著性的减少。③年内地表太阳辐射量呈单峰型,最大值在7月,最小值在12月,空间上由南向西北、东北递增;7月年递减率为-0.49 MJ/m²,以西南剑阁县、北川县和东南保康县递减明显;12月年递减率为-0.715 MJ/m²,以汉滨区递减最快;④结合降水量和≥10℃积温,将秦巴山区分为5个农业气候区。秦巴山区地表太阳辐射量呈"北高南低的纬向变化,高纬东西分异",年内递减区表现为"夏季纬向变化,冬季涡旋状"的空间差异。因此,区域内部地表太阳辐射量空间差异大,利用光能资源助力农业扶贫,应体现区域差异。