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。     

中国西北干旱半干旱区近46 a秋季气候变暖分析

 利用中国西北干旱、半干旱区137个测站,近46 a年平均地面气温资料,采用线性趋势分析、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了西北区秋季气温对气候变暖的响应。结果表明：①中国西北干旱、半干旱区秋季气温增温明显,近46 a增温率0.36 ℃/10a. 从1971年开始气温呈增加趋势,1988年有一次显著突变,其后达到一个更显著的增暖时期。②秋季气温标准差在青海高原西部、新疆东部—北疆和内蒙古是一个高值区。③秋季区域平均气温单调增温而无明显转型期,全区性的前10个偏热年,80%出现在1990年以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右和22 a的周期,无论从年代际的变化来看,还是从20 a以上的气候变化层次来看,振幅向高温增大,气温趋势仍在居高不下的位置。④秋季气温存在演变的地域差异,新疆区和蒙陕甘宁青区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区秋季气温异常细分为蒙陕甘宁区、北疆区、南疆区和高原区。西部干旱、半干旱区秋季气温的转折大致在20世纪60年代末期至70年代初期,由下降转为上升;各区秋季气温在1987—1988年发生一次突变。     

1960―2012年安徽省降水和气温变化特征及其与ENSO的相关性分析

使用安徽省1960―2012年气温与降水资料,采用线性倾向估计法、反距离加权插值法、最小二乘法和相关分析法分析安徽省近53年来气温和降水的时空变化特征及其与ENSO的关系。结果表明：1）近53年来安徽省年降水量和年平均气温分别以0.93 mm/a和0.02℃/a的倾向率呈增加趋势;季节变化表明,夏季和冬季降水量呈明显的增加趋势,而春、秋两季则呈减小趋势;四季气温均有所升高,春季气温增幅最大。2）不同季节降水量的年代际变化特征并不明显,降水主要集中在夏季,约占全年降水量的45.95%;与降水量年代际变化不同,年均温和四季气温的年代际变化呈波动上升趋势。3）降水存在显著的空间差异,夏、冬两季降水量由北向南减小幅度逐渐增大,春季降水量由北向南增加幅度逐渐增大;气温的空间变化并无一定规律,但宿州是四季以及全年增温幅度最大的地区。4）不同时间尺度的降水和气温均与Nino 3.4区海表温度距平和南方涛动均存在一定的相关性,其中3、9和11月的降水与Nino 3.4区海表温度距平以及南方涛动有较为显著的相关性,而在9月,气温受Nino 3.4区海表温度距平和南方涛动影响较显著;Nino 3.4区海表温度距平对年降水量和年均温的影响更明显。5）近53年来,El Nino事件和La Nina事件的出现频数分别为16和15次,La Nina事件对降水的增加的影响强于El Nino事件,而El Nino和La Nina事件对气温的影响均不显著。     

中国西北干旱半干旱区年平均气温的时空变化规律分析

利用中国西北干旱区138个测站,近46年历年平均地面月气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了干旱区年平均气温对气候变暖的响应.结果表明:(1)中国西北干旱半干旱区年平均气温近46年增温率为0.34℃/10 a.新疆西部、青海高原东部的部分地方受大地形背风坡影响有不显著的上升趋势,其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖.(2)年平均气温标准差分布不均匀.除南疆和海东-陇南-带相对较小,该区其余大部分区域年平均气温的年际变化稳定性差.(3)蒙陕甘宁-塔里木盆地是该区气温变化最敏感的区域.年平均气温的演变在干旱半干旱区一致性程度较高.从20世纪70年代初期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期;全区性的前10个偏热年,全部出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,大多数也出现在1990年以后;气温异常变化存在5年和10年左右的周期,从15年以上的变化层次来看,气温趋势还在偏高的位置.(4)年平均气温存在演变的地域差异,蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反.(5)根据REOF分析将该区年平均气温异常细分为北部区、高原区、南疆区和东部区4个分区.西部干旱半干旱区年平均气温的转折存在区域差异,高原和南疆区单调增暖,无明显转折,北部区的转暖时间比较低纬度的东部大致要早5年左右.受高原"启动区"影响,其它区的突变比高原要晚3～10年,其它区的年代际变化比高原要晚1～2年.     

近55 a渭河流域气候变化

利用渭河流域21个气象站点1960-2015年逐日气象资料,应用一元线性趋势分析、Penman-Monteith模型和Morlet小波分析等技术手段分别研究年、月地表湿润指数,并对其进行标准化和气温、降水以及极端干旱事件的变化趋势计算,并分析年内变化规律,以期更好的揭示渭河流域近55 a气候的变化规律。结果表明：（1）渭河流域近55 a的气温总体上在波动中呈小幅增加的趋势,其中20世纪80年代中期到90年代初期气温的增长幅度较大,为气温升高的主要时期,年均降水量和极端干旱频率呈现小幅减少的趋势,下降的主要时期集中在80年代中后期到90年代初期和21世纪初。（2）小波周期分析发现渭河流域极端干旱事件的震荡周期尺度为13～15 a和25～30 a,气温震荡周期的时间尺度为13～15 a和25～30 a,年降水量的小波振荡周期为15～17 a和25～30 a。主震荡周期的时间尺度均为25～30 a,次震荡周期的时间尺度也较为接近,为13～15 a和15～17 a,说明三者的变化规律在一定程度上有一定的相似性。（3）研究区内5个区域的气候变化特征同时存在着一定的差异性,天水-西吉流域的年均降水量和极端干旱事件发生频率的减少幅度和年均气温的增加幅度是5个区域里变化最大的,吴其-状头区域的年均降水量和极端干旱事件的减少频率和年均温度的增加频率是5个区域里变化幅度最小的,但在总体上各区域气候要素变化趋势上是保持一致的。     

红河流域气温变化的气候特征分析

利用红河流域及其周边地区23个气象站1961年~2005年的年平均气温资料,对红河流域的气温变化特征进行诊断分析,结果表明:近45年来,红河流域气温呈现明显的增暖趋势,无论是整个流域还是上游、中游地区其增温速度均高于全球增温速度。并且,红河流域的气温变化还存在明显的区域差异和季节差异,中游地区增温幅度大于整个流域和上游地区,全流域及上游、中游地区都表现为冬半年增温趋势和幅度大于夏半年。红河流域增温突变出现在20世纪80年代,显著性增温出现在90年代后,特别是1998年以后更为明显。     

基于SPEI法的陇东地区近50 a干旱化时空特征分析

选取陇东地区近50 a平均逐月降水和气温数据,采用Mann-Kendall方法、反距离加权插值（IDW）、功率谱分析、标准化降水蒸散发指数（SPEI）等方法分析了陇东地区近50 a来干旱变化的时空特征。研究显示：近50 a来陇东地区干旱化趋势非常明显,特别是20世纪90年代以来干旱趋势显著。持续干旱事件次数增多,持续干旱累积时间增长,以春夏连旱、伏秋连旱的次数增多为显著特征。发生干旱的周期在不同的时间尺度上表现不一致,随着时间尺度的增长,干旱出现的周期也在变长。干旱发生频率不断加快,尤其是在20世纪90年代以来,极端干旱事件的频率显著上升。近50 a来干旱频率较高的区域在环县西北部和六盘山以西静宁等地,干旱高频区逐步向中南部和东部转移。通过与其他方法对比分析和历史资料比对,证明SPEI在陇东地区有较好的适用性。     

西部干旱区未来气候变化高分辨率预估

利用高分辨率区域气候模式WRF,基于CMIP5计划中MIROC5输出结果,进行了我国高分辨率(30 km)的历史模拟及未来预估。针对我国西部干旱区,在模式验证的基础上分析了该区域未来气温和降水的变化。历史模拟结果显示WRF对我国西部干旱区有较好的模拟能力,模拟结果较MIROC5有明显改进。21世纪西部干旱区将持续增暖,末期的增温幅度明显高于中期。和全国平均相比,西部干旱区21世纪增温幅度高于全国平均水平。空间分布上,年平均气温变化的主要特征是新疆南部增温高于新疆北部,山区的增温高于盆地。气温季节变化主要表现为夏季增温集中在山区,而冬季增温则更多集中在盆地。西部干旱区降水在21世纪总体呈现减少趋势,夏季降水减少更为明显,这和全国平均的降水增加并不一致。空间分布上,降水变化的主要特征是山区降水减少,其中夏季山区降水减少十分明显,而盆地降水则略有增加。     

红河流域气温和蒸发量时空变化分析

使用研究区44个气象站1960-2000年的逐月20cm蒸发皿蒸发量、气温的实测资料,分析了红河流域气温和蒸发量的时空变化特征。结果表明：（1）红河流域年均气温呈上升的趋势,1960-2000年间年均气温上升了约0．52℃;其中20世纪60年代和70年代气温变化不大,80年代和90年代急剧上升;季节上以夏季上升趋势最为显著,气候倾向率为0．14℃／10a。（2）红河流域年均蒸发量呈下降的趋势,40年间下降了约45．52mm;其中60年代和70年代相差不大,80年代急剧下降,到90年代有所上升;季节上以春季和夏季下降趋势显著,气候倾向率分别为-1.63mm／10a和-7．63mm／10a。（3）年均气温和蒸发量变化的趋势具有明显的空间分布差异。全流域气温的气候倾向率在-0．21℃／10a-0．35℃／10a,主要的增温区域分布在李仙江和藤条江地区。蒸发量的气候倾向率在-48mm／10a～11mm／10a,蒸发量明显减少区域主要分布在李仙江下游的江城、元江流域的楚雄、元阳、河口和盘龙河流域的文山地区。     

近40年来塔里木河流域旱涝的气候变化

以Mann-Kendall检验、z指数变换、最大熵谱和气候趋势系数方法分析塔里木河流域降水突变、旱涝等级、旱涝周期与趋势的时空变化。结果表明:近40年来,流域各段的降水量都有增加的趋势,且存在突变,从源流区至下游突变时间依次提前;20世纪60年代流域干旱多,旱情较重;70~80年代中期属于转换期,出现旱情和涝情较重;80年代后期以后干旱明显减少,雨涝居多,涝情重;90年代中期以来,下游趋势与其余区域不同;准3年周期是流域各段最重要的变化周期。近40年来,上游变湿显著,源流区和中游不显著,下游有微弱变湿趋势;NAO对中上游旱涝影响显著,对全流域影响较大。     

1973—2015年努尔苏丹气温变化与城市热岛效应

基于1973—2015年努尔苏丹市和阿科尔镇逐日气温数据,以及努尔苏丹2000—2015年城市发展数据,采用回归分析、七点二次平滑、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验等分析方法研究了该区域气温和城市热岛强度的变化特征及成因.结果表明:(1)在同期北半球和中亚地区气温显著增长的大背景下,努尔苏丹年平均气温并无显...     

10个CMIP5模式预估中亚地区未来50 a降水时空变化特征

利用CRU月降水资料首先对参与IPCC第五次评估报告（IPCC AR5）的10个CMIP5模式对1951-2005年中亚地区年降水气候平均态、年际变率以及线性趋势等特征参数的模拟能力进行了系统评估,并选取具有较好模拟性能模式的未来预估试验结果作多模式集合平均预估未来50 a（2011-2060年）中亚地区在不同代表性浓度路径下降水量各特征参数的空间分布特征,结果表明：多数模式能够模拟出中亚地区年降水气候平均态、年际变率以及线性趋势的空间分布特征,同时发现中亚地区年降水量在过去50 a整体以轻微增加为主,趋势不显著。根据定量评估结果,从10个模式中选取4个具有较好模拟性能的模式结果做集合平均,同时利用历史回报试验数据进行检验,发现集合平均的模拟结果无论在量级还是高、低值中心的位置和范围与CRU资料非常接近。未来预估结果表明4种排放情景下4模式集合平均的中亚年降水在未来50 a增加较为明显,尤其在中国新疆南部（由低值区转变为高值区）。总体来看,未来50 a中亚降水增加趋势随着RCPs的增加而增加,且降水增加显著的区域随着RCPs的增加而明显增大。     

近32 a中亚地区气温时空格局分析

中亚地区生态环境脆弱,生态系统对于气候变化的响应非常敏感,但其气候变化的时空格局并不清楚。该区域气象站点分布稀疏、高精度气象数据缺乏,利用单一数据源研究气候变化具有极大的不确定性。因此,结合站点数据和再分析数据探索中亚五国气候变化时空格局具有重要的研究价值。选取31个气象站点数据（OBS）、CRU气象插值数据和CFSR、ERA-Interim和MERRA三套高精度的再分析数据,对中亚地区1980-2011年的年、四季气温的时空格局变化进行分析。研究结果表明：（1） 近32 a中亚年均气温显著升高,增温速率为0.36～0.47 ℃·（10 a）^-1,即过去的近32 a中亚地区平均气温升高1.15～1.50 ℃。（2）四季气温变化中春季的增温速率最快（0.71～0.93 ℃·（10 a）^-1）,而冬季气温无显著性的变化。（3）中亚中部、南部、西南部、西部地区显著增温,尤其是在1990s后期至2000s前期经历了显著性地增温过程,而中亚其它地区气温无显著变化。     

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...     

秦岭南北地区环境变化响应比较研究

利用气象水文部门截止1999年的气象水文实测数据,计算分析在气候变暖过程中中国秦岭具有的区域响应分界意义。由于气候变暖,在百年时间尺度上,通过旱涝指数分析证明秦岭以北进入干旱期,秦岭以南为湿润期;在10年时间尺度上,陕南气温变化较小,而关中气温增高较快,陕南与关中年均气温差值变小;关中和陕南降水量差值变小,二者同时干旱或陕南更干旱,反映出秦岭在气候变化中显著的分界作用。气候变暖,渭河与汉江年径流系数同步减小,其中渭河径流系数由50年代的02下降为90年代的01以下,渭河流域已变为少水带,即相当于气候上的干旱区。秦岭以北地区较其以南地区环境干暖化的趋势更明显,这对于认识全球变化的区域响应差异有参考意义。     

近60a来新疆不同海拔气候变化的时空特征分析

全球变暖是当前全球气候变化研究的热点之一,新疆深居亚欧大陆内陆,地形气候复杂,探讨该区域气候变化与海拔的关系对全球气候变化研究具有重要的参考意义。基于1958—2017年新疆41个气象站的月和年平均气候数据,采用一元线性回归、Mann Kendall（M-K）趋势分析和突变检验等方法分析该地区气候变化的时空分布与海拔的关系。结果表明：1958—2017年新疆年均气温、年均降水量均呈上升趋势,但增加幅度具有时间和空间差异。在时间上,北疆四季平均气温增温幅度均大于南疆（冬季除外）,四季降水量增幅北疆大于南疆（夏季除外）;在空间上,北疆气温和降水的增幅均大于南疆。研究区各个站点气温呈现出南部高而北部低的空间格局,年均降水量北部多,南部低。各个站点气温倾向率总体随海拔增加而减少,年均降水量变化率随海拔升高而增加,在不同海拔带内部存在差异。综上所述,受全球气候变暖的影响,近60 a来新疆年均气温和年均降水量均呈上升趋势,尤其是北疆对全球气候变暖的响应较为敏感。     

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121 a来土库曼斯坦气温变化特征

利用土库曼斯坦7个代表性气象站的1891-2011年逐月平均气温资料,采用线性回归、滑动平均、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析等方法,研究了土库曼斯坦近121 a来气温变化总体趋势和特征。结果表明：近121 a以来,土库曼斯坦年、四季平均气温均呈上升趋势且多次出现冷暖波动过程,20世纪80年代以后增温尤为明显,其中,秋季增温最为明显;20世纪90年代温度发生由降转升的突变,突变点为1994年,通过了99%显著水平;土库曼斯坦年均气温主要存在55、35和18 a的振荡周期,55 a在时间尺度上的震荡是全时域的,而18 a尺度上的震荡在20世纪30年代以前和80年代以后震荡较强。     

中亚干旱荒漠区植被碳储量估算

荒漠是陆地生态系统的重要组成部分,荒漠植被碳储量研究是陆地生态系统碳循环研究的重要内容之一。中亚五国及中国准噶尔荒漠是中亚干旱区的主体部分,目前关于该地区荒漠植被碳储量的研究尚属空白。在对准噶尔荒漠不同植被类型活生物量碳大规模调查的基础上,结合中亚干旱荒漠区植被图,利用平均生物量法初步估算了中亚区域荒漠植被碳储量。结果表明：中亚区域荒漠面积共310.37×104 km2,总生物量碳储量为57.03×10⁷ t,地上、地下生物量碳分别为28.87×10⁷ t和28.16×10⁷ t,各占50.63%和49.37%。各植被型中,温带半灌木、矮半灌木荒漠的生物量碳储量最大,达到14.17×10⁷ t （占24.84%）。中亚荒漠平均生物量碳密度为1.837 t/hm²,其中温带矮半乔木荒漠碳密度最大（2.367 t/hm²）。可以推测,在未来中亚地区降水持续增加的条件下下,中亚荒漠植被将会有更大的碳汇潜力。     

近50 a来祁连山及河西走廊极端气候的时空变化研究

 在全球变暖背景下,极端气候发生的频率增大,气象灾害造成的损失也随之增加。利用20个气象站1960-2009年的日平均气温和日降水量资料,运用线性趋势法、Spline空间插值法、Morlet小波分析法,对祁连山及河西走廊极端气候的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端高温天数呈显著增加趋势,年际变化率为0.79d/a,20世纪90年代中后期之后极端高温天气发生的频率较高;极端低温天数呈显著减少趋势,年际变化率为-0.54d/a, 80年代中后期以来极端低温天气发生的频率较低;极端降水天数也呈显著增加趋势,年际变化率为0.02d/a,70年代中后期之后极端降水天气发生的频率较高。极端气温和降水的年际变化幅度存在区域差异,南部山区比走廊平原对全球气候变暖的响应敏感。极端高温天数和极端低温天数在8a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;极端降水天数在6a、10a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;从22a的周期变化推测,2010年以后11a左右极端高温天数偏少,极端低温天数偏多,极端降水天数偏少。