太平洋副热带高压、西风环流、极涡指数变化与中国夏季降水相关的研究

探讨了副热带高压、西风带环流、极涡指数的年际和年代际变化规律,揭示了来自副热带、中纬度和极地的大气环流系统的强迫对中国夏季降水的影响.结果表明初夏,当纬向环流指数偏弱时,中国东北和华北大部分地区降水量偏多,这表明东亚中高纬地区盛行阻塞和冷涡偶极子系统,呈有利于东北的冷涡雨季形势;盛夏,西太平洋副热带高压脊线位置和亚洲区极涡强度指数与中国同期降水量场相关波列,均为自北向南呈"-、 、-、 "经向波列分布;春季亚洲区极涡强度、亚洲纬向环流指数、西太平洋副热带高压北界位置以及前一年冬季北半球极涡强度指数与盛夏中国降水量相关显著.中国盛夏降水带,从东北地区开始,由北向南分4个雨带.     

西北东部气候异常特征及其对冬季高原感热的响应

利用1960—2000年西北东部100个测站,经过面积权重区域平均的降水、气温资料,对该区域气候异常进行分析。结果表明：①对异常旱涝年,亚洲西风带环流及西太平洋副热带高压的位置最为关键。异常涝年,亚洲地区经向环流占优势,东亚大槽偏东,西太平洋副热带高压偏北;异常旱年,亚洲地区纬向环流占优势,东亚大槽偏西,西太平洋副热带高压偏南。②对异常冷暖年,极涡、西风带环流以及西太平洋副热带高压的状况最为关键。气温异常偏高年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏弱,欧亚地区盛行纬向环流,西太平洋副热带高压面积偏大,强度明显偏强,西伸脊点明显偏西,位置偏北;气温异常偏低年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏强,欧亚地区盛行经向环流,西太平洋副热带高压面积偏小,强度明显偏弱,西伸脊点明显偏东,位置偏南。③冬季高原感热与滞后一个季度的夏季降水、气温的相关较春季的相关更好。     

陕西春季干旱与多雨的环流特征对比分析

选用陕西86个气象站1961-2007年3~4月降水量和NCEP/NCAR再分析资料,利用标准化降水指数确定陕西春季干旱与多雨的划分指标,并对陕西省春季干旱与多雨年的同期和前期大气环流特征进行了合成分析,结果表明陕西春季降水具有南多北少,年际变率大等特点。陕西春季干旱少雨年同期500 hPa欧亚中高纬度距平场呈"-+-"分布,反映了中亚长波脊强盛,东亚大槽偏深的主要环流特征;而陕西春季多雨年乌拉尔山和日本海为正距平,鄂霍次克海和咸海、里海为负距平,欧亚中、高纬度距平场呈反位相分布,反映乌山阻塞高压建立与崩溃过程中,中亚长波槽经高原东移的环流特征,东亚中纬度纬向环流发展,冷空气易滞留在偏北地区,暖湿气流活跃更易北上,形成了陕西春季多雨天气。从850 hPa流场分布看,陕西春季多(少)雨通常对应同期对流层低层亚洲大陆东岸偏南气流的增强(减弱)。此外前年冬季乌山高压脊偏弱(强)和东亚大槽偏浅(深)与陕西春季多(少)雨有密切联系。     

新疆冬季气温年际异常的主模态及其成因分析

基于新疆1961—2016年89个观测站冬季平均气温经验正交分解的空间模态,讨论了与各空间模态及其相联系的北半球中高纬度环流特征,结果表明：新疆冬季平均气温的年际异常空间模态分为全区一致类、南北反相类、东西反相类,根据这三类空间模态的正负位相不同分别分为一致偏冷型、一致偏暖型、北冷南暖型、北暖南冷型、东冷西暖型和东暖西冷型等6个空间分布型。新疆冬季平均气温各空间分布型的环流影响因子既表现了极地和中纬度环流相互作用,也有纬圈方向的波列传播的影响。当北半球中纬度西风偏弱,中高纬度环流经向度加大,乌拉尔山地区的高压脊发展和东亚大槽偏深,50°N以南为负高度距平,新疆冬季平均气温一致偏低;反之则一致偏高。北冷南暖型在40°N以北的区域与一致偏冷型的环流特征基本类似,但在中亚至新疆40°N偏南的区域位势高度偏高;北暖南冷型出现时,乌拉尔山负高度距平和东亚大槽偏弱,新疆上空为浅脊控制,新疆南部受脊后的浅槽影响。东冷西暖型和东暖西冷型区别在于中纬度的500 hPa正高度距平中心的位置和700 hPa气流方向。北极涛动（AO）、区域西风指数、乌拉尔山关键区因子、欧亚纬向环流指数、西藏高原-1指数、西藏高原-2指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数(SCA)、亚洲区极涡面积指数等8个气候指数都对新疆冬季平均气温产生了重要的影响。     

玉溪5月旱涝分布及环流特征分析

1951～2012年玉溪5月降水极其不稳定,局部干旱、洪涝突出,其中洪涝37.8％,干旱42.2％,正常年仅有20％.影响5月洪涝的主要原因是经向环流、青藏高压、南亚高压和副热带高压偏强,极涡深厚,东亚大槽偏西偏强,南支槽频繁,海温处于冷位相,夏季风暴发偏早,冷空气和暖湿气流配合,保障了降雨所需的水汽条件.造成5月干旱的主要原因是极涡偏西,东亚高压偏强,青藏高压偏弱,极地冷空气活动弱,南亚高压和副热带高压偏南,强劲的西风带不利于北方冷空气南下和孟加拉湾水汽北上.     

我国南方冬季异常低温和异常降水事件分析

统计分析1951 年以来1 月份以及1880 年以来冬季, 我国南方的异常低温与降水事件, 结果表明1 月异常低温(温度距平< -1σ) 有12 次, 降水异常偏多(降水距平> +1") 有10 次, 冷湿组合有3 次(1969、1993、2008); 冬季异常低温有29 次, 降水异常偏多有16 次, 冷湿组合有2 次(1886/87、1904/05)。利用NCEP/NCAR 再分析资料等, 采用合成方法分析异常低温与异常降水事件时大气环流特征, 结果表明有利于南方低温的环流特征是: 西伯利亚高压、东亚大槽及东亚急流异常偏强。有利于降水偏多的环流特征是: 东亚大槽偏弱; 200 hPa 上中东急流异常偏强、东亚急流偏弱; 东亚从对流层低层到中高层都有异常南风。当发生冷湿组合时, 低温主要是受到西伯利亚冷高压异常偏强的影响, 而降水主要受对流层850 hPa 至200 hPa 环流异常的作用。南方冬季水汽主要来自南支槽的西南气流和南海上空的转向 气流, 在降水偏多时有异常西南水汽输送距平。西伯利亚高压、欧亚遥相关型、西太平洋遥相关型、北极涛动4 个环流因子能解释南方1 月和冬季气温方差的47.2%和51.5%; 而中东 急流、东亚经向风、欧亚遥相关型则能共同解释南方1 月和冬季降水方差的49.4%和48.4%。 统计降水异常与ENSO 的对应关系表明, 当发生El Niño 事件时南方冬季降水偏多的概率较 大, 当发生La Niña 事件时, 降水偏少的概率较大, 而温度与ENSO 没有明显的统计相关。     

1901-2012年中国西北地区东部多时间尺度干旱特征

以干旱的多时间尺度特征出发,利用CRU最新数据,计算了考虑降水和气温双因子影响的标准化降水蒸散指数(SPEI),并与标准化降水指数(SPI)进行对比,分析中国西北地区东部1901-2012年不同时间尺度的干旱特征。本文不仅对百年来CRU资料的可靠性进行检验,而且对SPEI在西北地区东部的适应性进行讨论。结果表明:CRU资料可靠性较好,但由于CRU资料本身的属性,1920年以前资料的可靠性不确定。从干旱事件的发生强度及干旱范围分析,SPEI在西北地区东部具有较好的适用性。SPEI与SPI在不同时间尺度下的波动变化一致,短时间尺度主要表现年内或季节特征,长时间尺度则侧重表现年际、年代际特征。将研究区分为高原东北区和陕南区进行分析,1901-2012年高原东北区有4个干期,陕南区有5个干期。针对温度变化对西北地区东部干旱的影响及与SPI对比表明,高温对干旱的贡献不容忽视。     

亚洲夏季风北部边缘带变化及中高纬度行星波对其影响

本文使用1961—2016年NCEP1再分析资料和GPCC全球降水分析资料,确定了亚洲夏季风北部边缘带的空间范围,分析了季风边缘带的南北边界位置、降水、面积的相互关系和年代/际变化特征,讨论了造成季风边缘带夏季降水异常的影响因子。主要结论如下：亚洲夏季风北部边缘带平均位置位于青藏高原中部经黄土高原和中国东北地区向亚洲东岸延伸的带状区域上,根据下垫面性质、区域生态环境和气候特征,将季风北边缘带划分为青藏高原区（85°E~105°E）、黄土高原区（105°E~115°E）和中国东北区（115°E~135°E）3段,季风边缘带降水的年际变化与其南边界位置有显著的正相关,青藏高原季风边缘带面积变化与其南界位置显著负相关,黄土高原季风边缘带和东北季风边缘带面积与北边界位置显著正相关,且3段季风边缘带的位置、面积、降水均有明显的年际、年代际变化特征。季风边缘带夏季降水偏少与欧亚中高纬对流层上层自西向东传播的欧亚（EU）遥相关波列密切相关,季风边缘带夏季降水偏少时期,亚洲低纬度地区对流活动偏弱、非洲东岸近赤道地区200 hPa异常辐合可能造成索马里急流和亚洲夏季风强度整体偏弱,200 hPa亚洲急流强度弱且位置偏北,500 hPa中国北方受西风带异常高压控制,东亚夏季风降水主要集中在中国南方地区,季风边缘带夏季降水异常偏少。季风边缘带夏季降水偏多与欧亚中高纬对流层上层沿亚洲急流向东传播的丝绸之路（SRP）波列密切相关,200 hPa、500 hPa环流形势与季风边缘带夏季降水偏少时期基本相反,东亚夏季风降水空间分布呈北多南少特征,季风边缘带夏季降水异常偏多。     

华东地区冬季不同降水相态的时空变化特征

利用1981~2011年华东地区132站逐日气象观测资料、国家气候中心整编的逐月环流特征指数和NCEP/NCAR再分析资料,统计分析华东地区冬季5种降水相态的时空变化特征,发现:华东地区的雨、雪地理分界线在29°N、120°E附近,在分界线的西北区为主雪区,而东南区为主雨区;同时,沿该分界线附近是雨夹雪的多发区。华东地区冬季不同降水相态都有明显的年际波动。亚洲区极涡指数与华东地区冬季降水相态站日数的相关性好,特别是亚洲区极涡面积指数与雪、雨夹雪、冻雨、冰粒的相关系数均通过了0.05的信度检验。     

东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系

利用1951-2006 年6-8 月NCEP/NCAR 的500 hPa 高度场、850 hPa 高度场和风场、降 水率和海平面气压以及全国600 多站的降水量资料, 选择东亚-西太平洋地区(10^o-80^oN, 70^o-180^oE) 经9 点高通滤波、EOF 分析、合成分析和其它统计诊断手段, 研究了东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系, 得到如下的结论: 1. 东亚-西太平洋地区海平面气压 存在着蒙古低压和西太平洋高压之间纬向的偶极子振荡型(APD), APD 指数可以作为东亚夏季风强度指数; 2. 东亚-西太平洋地区500 hPa 高度距平EOF 的第一模态具有明显经向东亚遥相关型特征(EAP)。EAP 指数也可以作为东亚夏季风强度指数。3. APD 指数与500 hPa (或 850 hPa) 的东亚遥相关型关系密切。APD 指数和EAP 指数存在明显的反相关关系, 它们之间的相关系数为-0.23, 已超过了10%显著检验; 4. APD 指数和EAP 指数都和我国汛期降水、东亚-西太平洋降水率关系密切, 超过5%显著性的相关区主要在长江流域以南地区至日本南部海面一带, 前者为正相关, 后者为负相关。     

4种干旱判别指数在东北地区适用性分析

利用东北地区207个国家基本气象站1961—2014年气象数据,计算改进后的综合气象干旱指数(MCI)、相对湿润度指数(MI)、标准化降水指数(SPI)以及标准化权重降水指数(SPIW)这4种常见的干旱指数,对比分析其在该区域的适用性,结果表明:在东北地区,4种气象干旱指数判断历年干旱持续天数及干旱过程强度的演变趋势基本一致;在干旱影响范围方面,SPI和SPIW指数对较长时间的干旱过程判别效果不佳,MCI指数能够较好的反应各时间尺度干旱过程的影响范围。在空间分布方面,SPI和SPIW指数无明显经向分布特征,MCI和MI指数的空间分布特征基本一致,呈现经向分布特征,干旱过程强度及干旱过程持续天数自西向东递减。从不同时间尺度的干旱影响范围、干旱累计强度和干旱持续天数的空间分布以及指数计算方法角度考虑,MCI指数较为接近实际灾情。     

基于SPEI的渭河流域干旱时空变化特征分析

以标准化降水蒸散指数(SPEI)作为评估指标,基于渭河流域28个气象站点1961—2017年实测降水量和气温数据,采用Mann-Kendall(M-K)趋势检验、经验正交函数以及小波变换等方法分析渭河流域干旱时空变化特征,并研究渭河流域干旱与6种大尺度气候因子之间的相关关系,进一步探讨主要气候因子对流域干旱时空分布特征的潜在影响。研究表明:渭河流域在1961—2017年间整体呈现出变旱的趋势。通过经验正交函数分解,渭河流域干旱分布场主要有3种典型模态类型,分别为全局型、西北—东南反向分布型以及东—西反向分布型;同时,大尺度气候因子南方涛动指数SOI与流域干旱分布场具有更好的相关关系,对该区域内干旱变化有较强的影响。     

基于标准化流量指数(SDI)的石羊河流域水文干旱特征

利用石羊河流域8个水文站1961－2017年逐月实测流量数据和4个气象站点的气象观测资料,采用标准化流量指数（SDI）、游程理论来获得干旱事件的特征指标,分析了石羊河流域水文干旱演变特征,并采用与降水量、最高气温、最低气温、平均气温、蒸发量的相关性来分析石羊河流域SDI的影响因素。结果表明：1961—2017年石羊河流域干旱历时、干旱烈度和干旱强度的变化不是很一致,流域水文干旱历时20世纪70年代最长,80年代最短;干旱烈度全流域90年代最强,烈度最弱出现在80年代;干旱强度全流域60年代最强,80年代强度最弱;石羊河流域及流域中、西部年SDI变化总体上表现为在波动中呈增加趋势,西部增加幅度最大,中部增加幅度很小,流域东部年SDI在波动中呈减小趋势;石羊河全流域及流域东、中和西部年及四季干旱发生频次总体都是中旱和重旱频次最多,四季水文干旱发生频率最高的是春季,冬季干旱发生频率最低;从流域不同地段看,水文干旱发生的频率流域东部最高;构建的SDI 临界值识别出的主要水文干旱事件和实际干旱事件基本一致,干旱等级也较一致,说明使用SDI能够较好地监测到石羊河流域干旱年份及干旱等级;石羊河流域年SDI值与最高气温、平均气温和蒸发量呈负相关,与降水量和平均气温呈正相关。     

Drought characteristics of Henan province in 1961-2013 based on Standardized Precipitation Evapotranspiration Index

Drought is one of the most complex natural hazards affecting agriculture, water resources, natural ecosystems, and society. The negative societal consequences of drought include severe economic losses, famine, epidemics, and land degradation. However, few studies have analyzed the complexity of drought characteristics, both at multiple time scales and with variations in evapotranspiration. In this study, drought occurrences were quantified using a new drought index, the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI), based on observed data of monthly mean temperature and precipitation from 1961 to 2013 in Henan province, central China. Based on the SPEI values of each weather station in the study, the frequency and severity of meteorological droughts were computed, and the monthly, seasonal, and annual drought frequency and intensity over a 53-year period were analyzed. The spatial and temporal evolution, intensity, and the primary causes of drought occurrence in Henan were revealed. The results showed that the SPEI values effectively reflected the spatial and temporal pattern of drought occurrence. As the time scale decreased, the amplitude of the SPEI increased and droughts became more frequent. Since 1961, drought has occurred at the annual, seasonal, and monthly scales, and the occurrence of drought has increased. However, regional distribution has been uneven. The highest drought frequency, 35%, was observed in the Zhoukou region, while the lowest value, ~26%, was measured in central and western Henan. The most severe droughts occurred in the spring and summer, followed by autumn. Annually, wide-ranging droughts occurred in 1966–1968, 1998–2000, and 2011–2013. The drought intensity showed higher values in north and west Henan, and lower values in its east and south. The maximum drought intensity value was recorded in Anyang, and the minimum occurred in Zhumadian, at 22.18% and 16.60%, respectively. The factors with the greatest influence on drought occurrence are increasing temperatures, the Eurasian atmospheric circulation patterns, and the El Niño effect.     

基于标准化降水指数的1960—2011年中国不同时间尺度干旱特征

利用1960—2011年中国566个气象站逐日降水资料,采用标准化降水指数对近52年中国的干旱特征进行了详细分析。结果表明：近52年来,中国存在一条由东北向西南延伸的干旱趋势带,东北、内蒙古中东部、华北、西北地区东部以及西南地区东部趋于干旱,而西北地区西部的北疆地区、青海中部以及西藏中北部等地呈显著变湿趋势;华北地区干旱化主要是夏季趋于干旱引起的,东北和西南地区的干旱化主要是夏、秋季趋于干旱引起的,西北地区东部和长江中下游地区主要是春、秋季趋于干旱。东北地区20世纪70年代和2000年后轻旱以上日数较多,60年代干旱日数最少;华北地区和西北地区东部90年代最多,60—80年代旱日较少;西南地区东部2000年后干旱日数最多,60—70年代较少;长江中下游地区60年代和21世纪后干旱日数偏多,80年代较少。60年代,易旱区主要位于西北地区中、西部以及长江中下游部分地区;70年代,西北西部和东北地区是干旱的高发区;80年代,易旱区位于华北、黄淮、内蒙古中西部以及西南东部等地;90年代,易旱区转移到中部,西北地区东南部、华北、黄淮、江淮以及江汉等地是干旱的高发区;进入21世纪后,东北、内蒙古东部、西北地区东部、西南东部以及长江中下游的部分地区干旱高发。     

基于SPEI和SDI指数的云南红河流域气象水文干旱演变分析

本文基于红河流域43个气象站1961-2012年逐月降水、气温数据以及干支流2个水文站1956-2013年逐月流量数据,采用标准化降水蒸散指数(SPEI)和径流干旱指数(SDI)分析流域气象水文干旱的演变特征,并探讨水文干旱对气象干旱的响应。结果表明：①1961-2012年期间,流域总体上表现出干旱化的趋势,季节变化上春季有变湿的趋势,而夏、秋、冬三季有变干的趋势,但趋势并不显著。干旱频率季节空间分布差异较大,春旱和冬旱发生频率较高。从干旱范围来看,春旱范围呈缩小的趋势,夏旱、秋旱和冬旱范围表现出不同程度的增大趋势;②1956-2013年期间,流域水文干旱表现出加剧的趋势,其中1958-1963、1975-1982、1987-1993、2003-2006和2009-2013年为水文干旱多发期,近10年来频率明显增加;③流域水文干旱滞后于气象干旱1~8个月,气象和水文干旱事件的干旱历时、严重程度和强度之间具有紧密的相关性,流域气象干旱是水文干旱的主要驱动力。     

三江平原NDVI时空变化及其对气候变化的响应

基于2000-2014年生长季MODIS NDVI数据和同期降水、平均气温的格点数据,采用趋势分析法、SPEI指数、相关分析法,对三江平原NDVI时空变化特征和对气候变化的响应进行了分析。结果表明:近15年三江平原区生长季的NDVI以0.017/10a的速率呈缓慢上升趋势。其中NDVI显著增加和极显著增加的面积占比分别为13.43%和12.55%,NDVI变化趋势轻度改善的面积较大,占比为25.52%;三江平原地区生长季的多年平均气温总体呈下降趋势,降水量呈上升趋势,总体上生长季标准化降水蒸散指数(SPEI)数值呈上升趋势,干旱化逐年减弱,中等干旱状况得到缓解,渐渐过渡到轻微湿润状态,对植被覆盖面积的增加有促进作用,也为该区域的生态环境恢复提供了有利条件;三江平原地区生长季NDVI与生长季气温、降水量及SPEI主要呈正相关,与降水呈正相关面积占72.64%,与SPEI呈正相关的面积占70.51%,与气温呈正相关的面积占56.73%。NDVI与降水的相关性最高,说明降水是三江平原植被生长的主导气候因子。     

基于日SPEI的近55 a西南地区极端干旱事件时空演变特征

利用1960~2014年中国西南地区141个气象台站的逐日气象资料,引入一个新的干旱指数——逐日标准化降水蒸散指数（日SPEI）,对极端干旱事件的年代际、年际、季节内变化及持续性特征进行了分析,结果表明：空间上,近55 a西南春季和年极端干旱程度呈一致的减弱趋势,重庆、四川与贵州的交界处及四川西北部极端干旱程度明显缓解,而夏、秋两季极端干旱表现出增强的趋势并有一定的区域性特征。时间上,春季和全年极端干旱频率、强度和持续天数逐渐减少,春季极端干旱的减弱程度较全年明显;夏、秋两季极端干旱频率、强度和持续天数呈增加趋势,夏季极端干旱的加重趋势比秋季明显。从极端干旱事件的持续性来看,20世纪60年代和21世纪初（2000~2014年）西南遭受的极端干旱最严重,持续期达60 d以上的站点分别占到站点总数的60%和73%。     

1960—2017年中国北方气候干湿变化及其与ENSO的关系

基于中国北方424个气象站实测数据,应用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散(Potential evapotranspiration,ET₀),使用降水和潜在蒸散数据计算得到标准化降水蒸散发指数(SPEI),以此研究了1960—2017年中国北方干湿时空变化特征,分析了ENSO对北方气候干湿变化的影响。结果表明:中国北方干湿变化的线性趋势总体不显著,四季中春季和冬季变湿趋势明显。空间上,西北西部存在明显的变湿趋势,干旱化趋势主要发生在黄土高原、内蒙古东部和东北东部地区。全区各级干旱事件呈减少趋势,各级湿润事件呈增加趋势,其中以中等干旱的减少最为显著。西北西部中等干旱和极端干旱明显减少,东北北部和新疆部分地区极端湿润明显增加。全区四季3类干旱事件均表现为减少的趋势,3类湿润事件均表现为增加的趋势,西北西部四季3类干旱事件均呈减少趋势。ENSO对北方干湿的影响存在一定程度的滞后性。El Ni?o翌年气候湿润,La Nina翌年气候干旱。在年际和春季2个尺度上,SSTA与翌年SPEI存在显著的正相关关系。     

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。