Changes in growing season in the Northeastern United States

ABSTRACT

Changes in growing season length (GSL) are of concern for agricultural, phenological, economic, epidemiological, and bioclimatological reasons. This research identifies spatial and temporal changes over the last several decades in GSL, along with the day-of-year of the last spring freeze and first autumn freeze, for the northeastern United States – a region particularly susceptible to such changes due to the large population and intense economic activities. Results suggest that growing season has significantly increased in length since 1980 as compared to prior to 1980, and both spatial and temporal variation in GSL has decreased for the region over time. Changes to GSL for this region are driven more by a shift in the first autumn freeze date than the last spring freeze date. The areas of greatest increase in GSL in the pre- vs. post-1980 period tend to be in the high elevations, near large water bodies, and near the largest cities. Results will assist environmental planners as they prepare mitigation and adaptation strategies amid a changing environment.     

1958-2013年山西降水时空分布

受全球变化的影响,1958-2013年山西的气候呈现了新的变化特点。基于38个气象站最新气候资料,应用线性倾向估计、均值分布和EOF等方法,研究了山西降水的变化特征。结果表明:(1)山西年降水量平均为494.9 mm;年降水量382.8～637.2 mm,呈下降趋势,与全国降水的变化趋势一致,但下降幅度为12.6 mm/10a,显著高于全国水平。(2)春、夏、秋、冬季平均降水量分别为77.6、290.5、114.3、13.0 mm,除冬季平均降水量略微增加外,其他季节均呈下降趋势,这与华北地区一致。(3)春、夏季和冬季降水量年代际特征明显,但各有不同,春冬大部分时段波动为反向特征,近年来逐渐趋于同向;夏季是在显著下降趋势上叠加了年代际变化,且下降幅度最大达9.8 mm/10a;冬季波动最为剧烈,降水量1.1～28.3 mm,最多年是最少年的24.7倍。(4)年及四季降水的总体一致性是山西降水变化的主导特征,近56年大部分年及其四季降水都表现出一致的偏旱或偏涝,但高荷载区具有一定的区域性特点,年降水位于中东部、春季降水位于中南部、夏、秋、冬季降水位于南部。(5)年和夏季降水EOF分解各模态的收敛速度较慢,第一模态的方差贡献分别为33%和49%,前3个模态累计方差贡献分别为69%和70%;春、秋季和冬季EOF分解各模态收敛速度较快,第一模态的方差贡献分别高达65%、62%和74%,前3个模态累计方差贡献分别达到81%、84%和86%。     

气候变化下上海市降水问题

利用上海市10个地方气象站1961―2010年逐日降水数据以及高精度下垫面资料,综合使用累积距平、滑动平均、线性倾向估计、SDSM、Mann-Kendall突变检验等方法系统分析了近50年来上海市区、近郊区和远郊区降水指标年际、季节变化特征,并基于ArcGIS空间分析,结合适合上海本地的极端降水阈值,研究了上海市雨洪灾害高危险区域的空间分布。结果发现：研究区降水强度有增强趋势,主要表现在暴雨量级以下降水频次变少,但是总量增多,且暴雨与大暴雨以上量级降水频次增多,市区、近郊区和远郊区响应时间与幅度差异明显;研究区夏季、冬季降水呈显著增加趋势,5 a滑动降水量年递增率分别达到56.23和16.71 mm/10 a,春季和秋季降水呈不显著下降趋势;黄浦江上游地区极端降水发生频次较高,极端降水引发的雨洪灾害高危险区域主要集中在黄浦江上游以及入海口等地。     

新疆极端降水的气候变化

采用1961～2000年55个气象台站的逐日降水观测资料,分析近40年来新疆极端降水的气候变化、发展趋势和空间分布差异。用Mann-Kendall法对年极端降水量进行突变检验。研究表明：(1) 只有天山北麓经济带和天山南麓国家级棉花基地阿克苏地区极端降水量和频次有显著增多,尤以80年代以后明显,年极端降水量于1980年发生了气候突变,这种气候变化是由夏半年极端降雨量和频次增多导致的。(2) 新疆极端降水强度无显著变化,极端降水频次的显著增多导致极端降水量的显著增多。(3) 极端降水对年总降水量的贡献天山山区占年降水量的41.9%,北疆北部与和田区域极端降水的贡献为17.2%和21.9%,其它区域在25%~31.3%。年极端降水量距平与年降水量距平有好的相关关系 (除阿克苏地区和焉耆盆地外),说明极端降水量的变化导致年降水量的变化。     

Climate extremes in the United States: recent research by physical geographers

This paper reports our review of research on domestic climate extremes conducted by US physical geographers over the past 15?years. Sections cover extremes in wind, precipitation, lightning, and temperature, as well as derivative climate extremes (droughts, floods, and storm surges). Themes considered include: the spatial and temporal distribution of the climate extreme; its implications for our understanding of the physical processes that produce it; the spatial and temporal distributions of the extreme’s economic and human costs; lessons for assessment, policy, and management; and scale. We conclude that most of the works reviewed inadequately address the human basis of vulnerability to climate extremes, and encourage physical geographers to work with colleagues from the other subfields of geography and the social sciences to develop the holistic understanding of vulnerability needed to effectively adapt to the more extreme climate projected under climate change.     

近47 a来黑河流域的降水时空特征分析及预报评估

 利用1960—2006年黑河流域13个气象站, 地面气温、降水等观测资料,对该流域降水的气候年代际特征及干旱变化的成因进行了初步分析。结果表明,该流域降水量,由于受地形地貌、海拔高度和不同尺度大气环流的影响,流域内降水分配极不均匀,南北差异很大, 呈现为东南多西北少, 但降水日数的年月分布和流域的地理分布与降水量分布基本一致。总体上变化均呈波动性上升状态。同时,对2000年承担黑河流域分水的预报任务中研制的黑河流域降水预报服务系统输出的24~48 h降水量预报过程的准确率进行了TS评分检验。证明该系统对黑河流域的降水具有较强的预报能力,预报产品在气象服务工作中有重要参考价值,同时也为今后的精细化预报业务工作打下了一定的基础。     

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。     

中国近46年来冬半年日降水变化特征分析

中国总体冬半年降水总量、日降水强度以及强降水日数都有不同程度的增加趋势。西北地区的变化相对显著,其平均降水量、降水日数及日降水强度都呈增加趋势,特别是20世纪80年代后期发生跃变。华北和中部地区降水总量趋于减少。南方3区多为增加趋势,其中东南和华南与冬季风及欧亚遥相关型有显著的负相关关系,而西南地区日降水参数则与温度和北极涛动指数显著相关。东北地区降水指标没有明显的一致趋势。     

Assessing Climate Change in the Contiguous United States Using a Modified Thornthwaite Climate Classification Scheme

Climate change across the contiguous United States is investigated using a modified version of Thornthwaite's climate classification scheme. This approach allows both moisture and thermal conditions to be examined simultaneously for a better assessment of multivariate climate change. Changes in area of different climate types over time is determined using the climate year approach and the spatial nature of climate change is examined by computing climate types based on averages from three thirty-year periods over the twentieth century. Over the study period from 1895 to 2005, statistically significant changes in areal coverage of different climate types have occurred. In the eastern half of the country, climate divisions have become wetter and changed to moister climate categories. The most prominent change has occurred in the Deep South, where the climate has changed to both a lower thermal category and a wetter moisture category. Much of the country has experienced positive temperature trends, but only climate divisions in the Southwest and Upper Midwest show changes to higher thermal categories.     

基于标准化降水指数的中国冬季干旱分区及气候特征

利用中国614个气象台站1951—2006年历年月平均降水资料,计算各站的标准化降水指数及其干旱等级序列,采用REOF等方法进行气候分区,分析各区域近55 a干旱等级的时空变化,并着重讨论了黄淮—华北冬小麦种植区冬季干旱的大气环流特征。结果表明,我国冬季降水具有显著的年代际变化,西北的新疆地区,华北及黄淮地区自进入21世纪以来,冬季降水量增加十分明显,而西南,青藏高原及华南地区冬季降水量有所减少。根据标准化降水指数的旋转载荷向量可将中国划分为13个区域,其干旱等级序列和代表站资料反映出近55 a西北地区东部、河套及华北北部有变干的趋势,而新疆北部、东北北部、华北南部、江淮、江南地区降水量有增加的趋势。乌拉尔山—青藏高原脊、东亚大槽及西太平洋副高是影响北方冬麦区旱涝最主要的大气环流系统,其对分析、预测旱涝具有十分重要的指示意义。     

A temporal analysis of seasonal start dates across 25 urban environments in the eastern United States

This research examines changes to seasonal start dates (1948–2015) across urban locations in the eastern United States. For 25 cities, percentile-specific thresholds of temperature (T_a) and apparent temperature (AT) were used to define seasonal start dates. Seasonal changes were evaluated across four time periods: 0300, 0900, 1500, and 2100 UTC. Incorporating spatial and temporal variability into seasonal delineation, this research critiques the ways in which seasons are defined and builds on existing research regarding seasonal climate change. Both T_a and AT results generally indicate earlier starts to the summer and spring seasons, while the starts to winter and autumn seasons have been delayed. On average, a forward shift of 11 days was found for summer. Larger changes were found for AT thresholds when compared to air temperature alone. Temporally, the largest and most significant changes were found for the 0300 and 2100 observations. The observed changes to seasons have significant impact on a range of processes, including phenology and human health, and may be appropriate to consider further in future climatology studies.     

中国天气发生器降水模拟参数的气候变化特征

利用中国672个站点1951-2007年的逐日降水资料,分1951-1978和1979-2007两个时段分析了中国天气发生器BCC/RCG-WG降水模拟参数的气候变化特征.结果表明,在气候变化背景条件下,我国各地干日到湿日的降水转移概率P(WD)和湿日到湿日的降水转移概率P(WW)除了西部部分地区有增大的趋势外,其余大部地区均有减小的趋势.相对于P(WW),全国各地P(WD)的减小幅度更大.日降水量GAMMA分布形态参数ALPHA除西北地区西部部分地区有减小趋势外,其余大部地区略有增大趋势,尺度参数BETA在全国各地基本都保持增大的趋势,其中西北地区西部等地增大趋势尤为明显.相对于BETA的变化幅度,ALPHA的减小幅度较小,基本在6%以内.     

东北气候和生态过渡区近50年来降水和温度概率分布特征变化

文章从中国160个站的观测资料中选取位于东北气候和生态过渡区内9个测站的冬、夏季降水和温度资料,分析该地区近50年来冬夏季降水和温度的年际变化及其概率分布特征,结果表明,东北气候和生态过渡区的冬夏季降水和温度有明显的年代际变化特征,在不同的年代际变化阶段,降水和温度的总体概率分布特征差异较大,这种概率分布形式的差异与高温、干旱等极端天气气候事件的频繁发生具有密切关系。20世纪80年代以来降水处于平均值减小的总体分布中,温度则处于平均值增加的总体分布中,因此该地区冬季发生暖冬和少雨(雪)的机会增大,夏季出现严重干旱和高温的可能性增大。     

Spatial and temporal variabilities of rainstorms over China under climate change

Rainstorms are one of the extreme rainfall events that cause serious disasters, such as urban flooding and mountain torrents. Traditional studies have used rain gauge observations to analyze rainstorm events, but relevant information is usually missing in gauge-sparse areas. Satellite-derived precipitation datasets serve as excellent supplements or substitutes for the gauge observations. By developing a grid-based rainstorm-identification tool, we used the Tropical Rainfall Measurement Mission(TRMM) Multi-satellite Precipitation Analysis(TMPA) time series product to reveal the spatial and temporal variabilities of rainstorms over China during 1998–2017. Significant patterns of both increasing and decreasing rainstorm occurrences were detected, with no spatially uniform trend being observed across the whole country. There was an increase in the area being affected by rainstorms during the 20-year period, with rainstorm centers shifting along the southwest–northeast direction. Rainstorm occurrence was found to be correlated with local total precipitation. By comparing rainstorm occurrence with climate variables such as the El Ni?o-Southern Oscillation and Pacific Decadal Oscillation, we also found that climate change was likely to be the primary reason for rainstorm occurrence in China. This study complements previous studies that used gauge observations by providing a better understanding of the spatiotemporal dynamics of China's rainstorms.     

未来气候变化情景下横断山北部灾害易发区极端降水时空特征

极端降水是导致气候变化下滑坡、泥石流等山地灾害变化的重要因素。极端降水的时空特征作为气候变化下山地灾害风险的研究热点之一,为滑坡等山地灾害危险性评价和构建山地社会安全空间奠定了重要基础。尤其对于地形复杂、灾害频发的横断山地区,高精度的极端降水时空特征研究有利于优化国土空间,促进当地减轻灾害风险与加强气候变化适应相结合。本研究以横断山北部岷山、邛崃山和大雪山为例,充分考虑区域复杂地形的影响,在全球气候模式降水数据的基础上,采用统计降尺度的方法,获取该区域2010—2060时段的逐日降水数据(空间分辨率1×1km);并充分考虑极端降水可能对物理事件造成的影响,构建包括绝对量指数、频度指数和强度指数的极端降水评价指标体系。研究结果表明,未来气候变化下,研究区极端降水总体呈现增加—减少—增加的趋势,短时极端降水和持续性极端降水的空间分布相对一致。就短时极端降水而言,大部分区域发生50mm以上极端降水事件的次数较多,而研究区中部邛崃山区甚至会发生超过100mm的极端降水事件。持续性事件的分布受地形阻隔作用影响,主要发生在大雪山高山区域和邛崃山区。结合研究区地理环境条件,地质灾害风险在未来气候变化情景下可能增加。     

阿克苏河流域的面雨量序列及其与径流关系

以数字高程模型 (DEM) 的1km×1km网格数据为基础,对阿克苏河流域14个气象站和水文站的1961~2000年的年降水资料进行了自然正交分解 (EOF),通过回归分析,建立主要特征向量与地理因子的插值模型,给出了一个面雨量序列的计算方法,为建立气候要素的区域平均序列提供了一个有效的解决方案,并由此推算出年阿克苏流域平均年降水量的空间分布以及面雨量序列。径流量与面雨量之比 (R/P) 平均为0.43,最高为0.69 (1997年),最低为0.30 (1963年)。计算出的阿克苏河流域面雨量序列与阿克苏河实测径流量序列的趋势变化率分别为5.79×10⁸ m³/10a和4.29×10⁸ m³/10a,两者均表现出增加趋势,但面雨量的增加速率要比径流量大一些,年际变化幅度也要大,面雨量和径流量的变差系数Cv值分别为0.17和0.13。阿克苏河年径流量的变化与夏季0^oC层高度、年面雨量有着十分密切的关系,表明20世纪90年代以来新疆气候的变化是阿克苏河流域径流稳定增加的一个非常重要的因素。     

降水在沙丘中的运动特征研究——以甘肃民勤沙区为例

自然降水和辅助人工模拟降水试验表明在民勤沙区,降水在沙丘上的下渗深度主要受沙面状况的影响。沙丘表层土壤田间持水量大小影响降水下渗,表层粉粒和粘粒含量影响田间持水量,降水量的大小与水分下渗深度的相关性并不显著;降水强度在29.8mm·d^-1以内时,固定沙丘上的最大含水层为10~15cm,降水的下渗速率只有10~15cm·d^-1;在半固定沙丘上,28.2mm·d^-1以内的降水的最大含水层为30~35cm,降水的下渗速率只有15.0~17.5cm·d^-1;在流动沙丘上,21.7mm·d^-1以内的降水强度的最大含水层为130~135cm,降水的下渗速率可达32.5~33.8cm·d^-1;在固定沙丘和流动沙丘上,8mm·d^-1以内的降水很快蒸发损失,而在半固定沙丘上能保存较长时间;与固定和半固定沙丘相比,流动沙丘表面水分(即7~8mm以内的降水)最易在短期内蒸发损耗。     

1959-2008 年黄土高原地区年内降水集中度和集中期时空变化特征

本文基于黄土高原地区1959-2008 年51 个地面气象台站的逐日降水资料, 计算了降水集中度(PCD)和集中期(PCP), 并结合EOF、趋势分析以及相关分析等方法对我国黄土高原地区年内降水不均匀性特征及其趋势进行了分析。结果表明:①黄土高原地区PCD在0.53~0.75 之间, 自东南向西北逐渐增加, 而PCP变化不大, 主要集中在7 月中旬和下旬;②近50a 黄土高原地区PCD主要以南北反向型分布为主;③从变化趋势来看, PCD增加趋势较明显的区域主要分布在宁夏的同心和山西的五台山等地, PCD减小比较明显的区域主要分布在山西的阳泉以及青海的门源等地区;而PCP整体上呈现提前趋势, 只有青海的门源站附近有小幅推迟趋势;④年降水量与PCD有较好的相关性, 大部分地区都通过了显著水平为0.05 的检验;而年降水量与PCP的相关性并不显著, 通过显著水平0.05 检验的区域仅分布在山西的兴县、陕西的洛川以及宁夏的固原等地。     

天水地区近50年气温与降水变化特征

根据1961-2006年天水7个站每月温度和降水资料,分析了近50a天水温度和降水的突变事实。在此基础上给出了气候变暖前后气温、降水的概率分布,比较了变暖前后时段天水气温、降水空间分布的差异。结果表明:1)20世纪90年代初期天水气温、降水发生了明显突变,进入温度显著增暖和降水偏少时段;2)增暖后天水气温和降水的概率分布发生了明显变化,气温偏冷的概率显著减小,偏暖的概率显著增大;降水偏少的概率明显增多,偏多的概率明显减少;3)气候变暖后天水地区和各气候分区气温上升幅度均较显著;降水距平百分率渭北区下降幅度相对突出。进而,讨论了温度增加和降水减少对该地区农业生产的影响。