1961—2015年中国降水面积变化特征研究

基于中国0.5°×0.5°逐月与逐日降水量网格数据集,采用线性趋势、克里金插值（Kriging）、森斜率等方法,分析1961—2015年中国3个自然区的降水量和降水面积的变化特征。结果表明：（1） 中国1961—2015年年均和季节平均降水量呈现由东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征,中国一半以上的地区年均和四季降水量呈增加趋势。（2） 日变化特征上,东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区均以小雨和中雨为主,其日降水面积多年平均值分别为：1 112.75×10³ km²、52.65×10³ km²,1 380.57×10³ km²、92.83×10³ km²,1 253.9×10³ km²、34.3×10³ km²,暴雨和大暴雨占的面积较小;三个区域不同等级日降水面积年内变化均符合二次函数曲线,三个区小雨日平均降水面积年际变化均呈略微减少趋势,青藏高寒区和西北干旱区大雨、暴雨和大暴雨均呈略微增加趋势,大暴雨整体波动较大。（3） 季节变化特征上,三个区四季均以小雨为主,暴雨和大暴雨所占面积较少。春季和秋季三个区小雨降水面积均呈减少趋势,春季和夏季三个区暴雨降水面积均呈增加趋势,冬季三个区中雨和大雨降水面积呈增加趋势。（4） 东部季风区春季和秋季,西北干旱区年均和四季,青藏高寒区春季、秋季和冬季不同等级降水量对应的降水面积均符合负指数分布规律。km²     

应用AMSR-E 89GHz遥感数据反演北极多年冰密集度

被动微波辐射计AMSR-E在89GHz频段的空间分辨率几乎是其它低频段的2倍。到目前为止,已经有成熟的算法采用AMSR-E 89GHz频段的数据来反演整体海冰的密集度,而本文根据89GHz频段亮温数据针对一年冰、多年冰以及无冰水面的不同特性,提出了一种反演多年冰密集度的方法(AC)。计算了2007年北极的整体海冰和多年冰密集度,并与NASA TEAM算法(NT)的结果作了比较。对于整体海冰密集度,两种算法反演的结果基本一致。从日平均上来看,AC算法得到的整体海冰覆盖面积只比NT算法多25万km2。但是对于多年冰的反演结果,AC算法得到的结果比NT的结果要多出146万km2,冬季差别尤其大。造成这种差别的原因可能是AC算法对于北极表面气温的变化比较敏感。另外,AC算法计算得到2007年最大海冰覆盖面积为1400万km2,最小海冰覆盖面积为400万km2,这与其它研究结果一致。     

位涡分析在新疆暴雨研究中的初步应用

新疆是全国有名的干旱、半干旱地区,年平均降水量约147mm,不到全国平均值的1/4,但暴雨造成的洪水却是新疆的主要灾害之一。随着新疆气候由“暖干”向“暖湿”型的转变,暴雨出现的频率可能会增加,暴雨带来的洪涝也有可能比以往更加严重,因此有必要加强对新疆暴雨天气的分析研究。本文根据位涡理论,选取2004年7月18日～20日的一次由中亚低涡造成的盛夏暴雨过程做个例分析,对位涡与新疆地区降水和暴雨的关系进行了初步研究。结果表明：对流层高层十位涡能较好地反映冷暖空气的活动及天气系统的演变特征,位涡场比温度场、高度场能更清楚地示踪冷空气,这为研究冷空气的活动,特别是冷空气在触发暴雨中的作用提供了新的思路;对流层低层湿位涡与降水的强弱有良好的对应关系,当包线陡立时,易导致倾斜涡度发展,出现降水：当湿位涡MPV〈0时,在θe线陡峭密集区内易出现暴雨。     

近50年来中国西北地区干湿状况时空分布

根据西北地区77个气象台站气候资料,并利用改进的Penman公式,计算了该地区1958年~2001年的44年平均潜在蒸散量的时空分布,并分析了与降水量变化之间的关系,得到4种类型潜在蒸散量与降水量年际变化的组合分布型。其中年平均潜在蒸散量减小而年降水量增大的组合占研究区站点总数的40%以上。分析潜在蒸散量及观测蒸发量与各气候因子的相关性,发现干旱区的蒸发与太阳辐射和风速有关。定义干燥指数为潜在蒸散量与降水量的比值,用来描述西北干旱区的干湿状况。对干旱区四个季节(春、夏、秋、冬)干燥指数近50年的线性变化趋势分析结果显示,干旱区春季大部分区域干燥指数呈增加趋势,即趋于变干;夏季大部分地区趋于变湿,但仅在新疆东部和甘肃西部较为明显;秋季新疆大部、甘肃西部和青海北部等地区趋于变湿,而干旱区东部区域则趋于变干。冬季干旱区大部分区域趋于变湿,只有新疆西南部和西北部及东部部分地区、甘肃西部和内蒙西部等地有变干趋势。     

How is the precipitation distributed vertically in arid mountain region of Northwest China?

Precipitation in the arid region of Northwest China (NWC) shows high spatial and temporal variability,in large part because of the region's complex topography and moisture conditions.However,rain gauges in the area are sparse,and most are located at altitudes below 2000 m,which limits our understanding of precipitation at higher altitudes.Interpolated precipitation products and satellite-based datasets with high spatiotemporal resolution can potentially be a substitute for rain gauge data.In this study,the spatial and temporal proper-ties of precipitation in the arid region of NWC were analyzed using two gridded precipitation products:SURF_CLI_CHN_PRE_DAY_GRID_0.5 (CHN) and Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) 3B43.The CHN and TRMM 3B43 data showed that in summer,precipitation was more concentrated in southern Xinjiang than in northern Xinjiang,and the opposite was true in winter.The largest difference in precipitation between mountainous areas and plains appeared in summer.High-elevation areas with high precipitation showed more stable annual precipitation.Different sub-regions showed distinctive precipitation distributions with elevation,and both datasets showed that the maximum precipitation zone appeared at high altitude.     

1960-2009年中国西北地区东部低层风切变对雨日的控制作用及其在不同季节的降水效率

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,结合同时次NCEP全球再分析风场资料,在气旋性风切变辨识算法的支撑下,分析了近50年西北地区东部低层气旋性风切变演变对同期雨日多寡的控制与指示作用,结合低层水汽条件与气旋性风切变的配置关系,对其在不同季节对雨日的可能影响程度及降水效率进行了逐一比对与成因探讨。结果表明:在冷暖空气交汇频繁的春、秋两季,即一年中气旋性风切变多发时段,700 hPa气旋性风切变在干旱区和半干旱区,对雨日产生的差异性最为显著,降水效率相差达24%,而冬季仅为10%;通过对比分析西北地区东部不同季节风切变效率多年和少年比湿分布,发现在在春、夏两季,水汽条件对700 hPa气旋性风切变的降水效率影响最为显著。气旋性风切变降水效率概念的引入,不仅较为符合西北地区的天气气候特点,且能够较好地反映雨日与700 hPa气旋性风切变之间在不同季节与不同区域中的相关性,对现实预报有较重要的指示意义。     

基于Copula 函数的新疆极端降水概率时空变化特征

依据新疆地区53 个雨量站1957-2009 年日降水资料,根据研究需要,定义了8 个极端降水指标。运用K-S 法确定降水指标最适概率分布函数,确定十年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula 非参数估计方法,通过Akaike Information Criterion (AIC) 法确定两降水指标联合分布函数,系统分析极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征,研究新疆地区降水极值概率变化的空间演变特征。研究结果表明：(1) 北疆比南疆湿润,北疆发生极端强降水的概率大,而南疆发生极端弱降水的概率较大,另外,相比较而言,山区要比平原降水多;(2) 极端强、弱降水同年发生的概率分布特征复杂,从降水天数来看,一年内同时发生长历时强降水与弱降水事件的概率山区较平原大;从极端降水总量来看,同时发生强降水与弱降水事件的概率在平原区较山区为大;从极端降水强度来看,同时发生强度较大的强降水与弱降水事件的概率在天山南坡较其他地区为大;(3) 洪旱发生概率与地形有关,天山是洪旱发生的分界线,山区发生洪旱灾害的概率比平原小。     

新疆绿洲变化与资源配置协调性分析

绿洲是干旱区最重要的人地关系地域系统,绿洲面积的扩张给资源配置的协调性带来了巨 大的挑战。以新疆各绿洲为研究单元,运用 GIS 技术和数理统计方法对新疆 1990—2015 年绿洲面 积变化的时序特征和空间差异进行分析,通过计算研究区水资源负载指数、单位面积耕地水资源弹 性指数、人口弹性指数和经济弹性指数,探讨新疆绿洲变化的资源配置协调性。结果表明：（1）新 疆绿洲面积呈扩大趋势,扩张速度呈现出明显的波动性和阶段性特征。（2）绿洲面积扩张与单位面 积耕地水资源变化的协调关系以绿洲扩张为主,各地区单位面积耕地水资源占有量不断减少。（3） 新疆绿洲面积扩张与人口增长的协调性指数都小于 1,各地区人口增长速度大于绿洲面积扩张速 度,绿洲面积扩张与人口增长的协调性较低。（4）新疆 4 个研究区各个时期的经济弹性指数均大于 1,说明新疆经济发展速度高于绿洲面积扩张速度,其中,天山北坡对新疆经济发展贡献最大。     

西北干旱区极端气候水文事件特征分析

中国西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一。气候变化导致气候水文系统的不稳定性加剧,极端气候水文事件的频度和强度增大、重现期缩短,灾害程度加重。借助资料分析和文献阅读,对过去50 a中国西北干旱区极端气候/水文事件的发生规律、影响机制及未来趋势进行了梳理总结,主要结论如下：（1）西北干旱区的极端气候/水文事件呈逐年增加趋势,特别是20世纪70年代以来增加显著;气温和降水极值都表现为一致的增强趋势。降水量的增多是降雨频率和强度共同增加的结果。（2）中国西北干旱区低温、降水极值在1986年左右发生了明显的突变,高温极值在1996年左右发生突变。突变后,气温和降水极值均发生了显著增强变化。（3）北半球极涡面积指数和青藏高原指数对西北干旱区气候极值变化具有重要影响,冬季极值还受冬季北极涛动和北大西洋涛动等影响。（4）新疆地区有变暖湿趋势,而河西走廊东部则为变干趋势。强大的西伯利亚高压和增强的贝加尔湖气流造成新疆地区降水增加,而河西走廊干旱增加是由东亚夏季风减弱引起的。     

新疆城市经济区划分及影响范围

明确且合理的城市经济区和空间组织是区域内各城市实现功能整合的前提,也是实现城乡统筹、有序协调发展的基础。通过因子分析方法来计算城市的中心性指数,在GIS软件的支持下,利用Voronoi图对地理空间进行分割,逐层递归,确定不同等级的中心城市,并构建城市断裂点理论与倍增加权Voronoi图相融合的GIS空间分析方法,划分城市经济影响范围。结果表明:第一,采用简单Voronoi的递归算法,依据城市的中心性指数,选出不同等级的中心城镇,很好地体现了中心职能在地域空间上的分布;第二,基于城市断裂点理论的倍增加权Voronoi图,不仅考虑了城市的实力,而且考虑了城市之间的空间邻近关系,并且很好地反映城市之间的空间竞争关系。第三,这种技术方法结合自然地理条件和行政区划等人文要素的定性分析,具有一定的科学性和现实意义。本文结合新疆独特的地理环境,探讨了新疆各级中心城镇和影响范围,旨在运用新技术和定量化的方法更科学地划分城市经济区,结合现有的城镇现状和发展战略,为未来新疆的城市与区域规划科学决策提供参考。     

新疆沙尘暴源区的气候与荒漠环境变化

根据新疆地区50年来的气候变化以及人类活动的影响,阐述了新疆沙尘暴源区气候与荒漠环境变化。结果表明,新疆地区的气候由暖干向暖湿发展。自20世纪70年代中期以来,暖湿过程非常明显,特别是新疆南疆与北疆的气候变化特点和高山与盆地的气候变化差异以及湖泊水域面积的变化,都明显地反映了干旱区域气候变化的敏感性,并且也反映了新疆区域气候与中国中、东部气候变化的差异性。由于气候的波动变化和人类活动的干扰,使荒漠环境也在不同区域受到不同程度影响,尤其是干旱地区的降水、大气湿润程度和下垫面状况都直接影响着沙尘暴的发生和发展。20世纪80年代后期以来,温度的突变是造成环境恶化、灾害增多的主要原因之一,同时也反映出干旱内陆区是气候变化过程中的敏感反应区。     

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。     

新疆城镇化与生态环境耦合关系分析

以典型的干旱地区新疆为例,用熵值法计算1996—2014年城镇化与生态环境综合发展水平及各要素的权重,运用熵增定律对二者的耦合关系进行分析。研究结果表明:新疆城镇化与生态环境的耦合关系呈现出非平稳的波浪形上升过程,耦合模式以磨合、拮抗型为主,显示出城镇化推进是以牺牲生态环境为代价的,且破坏程度在不断加剧,但恶化加剧的幅度却在不断缩小,趋于稳定。从影响城镇化与生态环境耦合关系的"要素流"角度进行剖析,提出适合新疆城镇化生态发展的主要路径。     

Holocene precipitation δ18O as an indicator of temperature history in arid central Asia: an overview of recent advances

Holocene δ¹⁸O records from various archives (ice cores, cave stalagmites, and peat sediments) from the Xinjiang region of northwestern China, in arid central Asia (ACA), are all derived ultimately from local precipitation δ¹⁸O (δ¹⁸O_p). Nevertheless, they have been proposed as indicators of different climatic parameters, such as wetness and temperature changes. This article summarizes previously reported records of moisture sources for the Xinjiang region and the results of modern observations conducted at an ice core site and a peat site in the Altai Mountains. The findings are used to propose that the overall positive trends in Holocene δ¹⁸O records from the various archives from the Xinjiang region primarily reflect the Holocene's long-term warming trend. It is concluded that more site-specific modern observations are needed to further elucidate the environmental significance of Holocene δ¹⁸O records from this region, especially for the separation of different seasonal temperature signals present within δ¹⁸O records.     

Evaluation of satellite-based precipitation estimation over Iran

Precipitation in semi-arid countries such as Iran is one of the most important elements for all aspects of human life. In areas with sparse ground-based precipitation observation networks, the reliable high spatial and temporal resolution of satellite-based precipitation estimation might be the best source for meteorological and hydrological studies. In the present study, four different satellite rainfall estimates (CMORPH, PERSIANN, adjusted PERSIANN, and TRMM-3B42 V6) are evaluated using a relatively dense Islamic Republic of Iran's Meteorological Organization (IRIMO) rain-gauge network as reference. These evaluations were done at daily and monthly time scales with a spatial resolution of 0.25° × 0.25° latitude/longitude. The topography of Iran is complicated and includes different, very diverse climates. For example, there is an extremely wet (low-elevation) Caspian Sea coastal region in the north, an arid desert in the center, and high mountainous areas in the west and north. Different rainfall regimes vary between these extremes. In order to conduct an objective intercomparison of the various satellite products, the study was designed to minimize the level of uncertainties in the evaluation process. To reduce gauge uncertainties, only the 32 pixels, which include at least five rain gauges, are considered. Evaluation results vary by different areas. The satellite products had a Probability of Detection (POD) greater than 40% in the southern part of the country and the regions of the Zagros Mountains. However, all satellite products exhibited poor performance over the Caspian Sea coastal region, where they underestimated precipitation in this relatively wet and moderate climate region. Seasonal analysis shows that spring precipitations are detected more accurately than winter precipitation, especially for the mountainous areas all over the country. Comparisons of different satellite products show that adj-PERSIANN and TRMM-3B42 V6 have better performance, and CMORPH has poor estimation, especially over the Zagros Mountains. The comparison between PERSIANN and adj-PERSIANN shows that the bias adjustment improved the POD, which is a daily scale statistic.     

估算干旱区地下水依赖型植物蒸散发的White法评述

日尺度上的地下水位波动是干旱区地下水依赖型植物蒸散消耗地下水的直接证据与指示。White通过分析日尺度地下水位波动与植被蒸散之间的关系,提出了利用地下水位观测数据来计算植被蒸散速率的方法,简称White法。该方法由于计算简单,所需数据少,在干旱区河岸林蒸散定量方面得到了广泛的应用。本文通过系统回顾White法的提出、“四大假设条件”及其在实际应用中的不足,梳理了近年来对White法不断修订的总体思路,总结了各种形式White法的特点、使用条件以及存在的主要问题;在此基础上,提出了White法进一步改进的方向。当前,结合地表蒸散发的多尺度观测与模拟,White法不仅可以用来估算区域尺度地下水蒸散,而且能够为定量解析干旱区植物的水分利用来源提供验证与参考。     

RDI指数在新疆5个地区干旱监测的应用

为加强新疆地区干旱动态监测与评估,基于阿勒泰、伊宁、乌鲁木齐、和田、哈密5个气象站近49 a的逐日降水与蒸散数据,采用计算简单、敏感性与稳定性较强的RDI指数分析了5个地区季尺度以及年尺度的干旱特征,并指出了未来新疆地区干旱评估的发展方向。结果表明：（1） 5个地区在年尺度和4个季尺度上的干旱强度与频率略有差异,但干旱程度均有所下降,都存在湿润化趋势,乌鲁木齐湿润化程度最高,和田地区湿润化程度最低。（2） 从季节上看,阿勒泰地区夏、秋两季湿润化程度较高,春、冬两季湿润化程度较低;伊宁和乌鲁木齐两地夏、冬两季湿润化较明显,春、秋两季湿润化程度较低;和田、哈密两地春、夏、秋三季都比冬季湿润化程度高。     

历史地理学与西部资源的可持续发展--以新疆为例

在西部干旱地区，人类活动对自然环境的影响，人在自然环境的演变过程中所发挥的作用是这门学科研究的关键问题。西部大开发为历史地理学的发展提供新的契机。新疆是西部干旱地区环境最敏感的地带，研究其历史时期人与区域环境发展演变的关系、人文地理等现象，能够为我国的西部大开发提供理论依据，最终实现西部资源环境的可持续发展。     

北疆农区土壤盐渍化遥感监测及其时空特征分析

基于MODIS数据,利用归一化植被指数和盐分指数的二维特征空间关系建立土壤盐渍化遥感监测模型,对北疆农区2000年以来的土壤盐渍化状况及其空间动态变化进行了监测分析,并探讨了典型区土壤盐渍化的主要驱动因素。结果表明：① 土壤盐渍化遥感监测指数可以从宏观上定量刻画北疆农区的土壤含盐量;② 北疆农区土壤盐渍化空间特征呈现出总体上逆转、局部严重发展的态势;③ 土壤盐渍化等级在不同时间段的发展或逆转的方向主要由中度向重度及重度向盐土间的相互转化,其中重度盐渍化农用地的转化幅度最大;④ 不同土壤盐渍化等级中盐土的形成与农区降水量和干燥程度具有较好的相关性,未盐渍化（正常）和中度盐渍化与农区有效灌溉面积和农作物播种面积分别呈相关系数较高的正相关和负相关。     

近25a来新疆农作物水足迹与经济增长的空间关系分析

水—经济空间关系是干旱区与半干旱区水资源研究的热点,揭示水—经济空间分布演变规律和因果关系,可为优化水资源合理配置、合理部署产业结构调整政策提供理论和决策参考。研究应用水足迹理论,核算新疆各地州1991—2015年农作物水足迹,结合信息熵值理论分析新疆各地州农作物水足迹、国内生产总值、第一产业增加值其熵值的空间演变规律及因果关系。结果表明：新疆农作物水足迹与第一产业增加值、国内生产总值空间演变整体向着均衡有序的方向发展,水—经济的空间不均衡性逐步缩小;新疆农作物水足迹显著影响其第一产业增加值空间演变,影响期1～5 a,农业经济空间分布受农业用水空间分布的长期制约;农作物水足迹和国内生产总值没有空间演变因果关系,全疆经济发展向着第二产业、第三产发展转型,农业经济不再显著影响全疆经济发展。