近60 a新疆大气水分亏缺的时空变化特征

在全球陆地大气水分亏缺(VPD)已经增加、并将持续增强的背景下,新疆大气环境是否趋于干旱化值得探讨。利用1961—2020年地面气象观测资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,研究了新疆VPD的分布及时空演变特征。结果表明：(1)近60 a来新疆VPD整体呈现显著增加趋势,增幅为0.015 kPa·(10a)^-1。VPD在2005年发生突变,突变前为弱波动变化,突变后呈增加趋势。(2)各季节VPD均以增势为主,其中春、夏季增幅较大,冬季增幅最小。春、秋季VPD突变特征与年变化较为一致,夏季略晚(2006年出现突变)。(3)空间分布上,VPD呈现“山区低、盆地高”的鲜明格局。时空演变分析表明,全疆大范围地区(近83.65%的气象站点)VPD呈增势变化,而VPD呈下降趋势的站点多分布在天山山脉东段的北麓以及南疆盆地的北、西北缘。季节尺度上,春季VPD呈增势变化的站点数占比最高(96.15%),是新疆大气水分胁迫范围最广的时段,而冬季大气水汽含量相较稳定。     

塔克拉玛干地区气候变化对全球变暖的响应

从地面水汽压(大气含水量)、平均风速、湿润指数、相对湿度和气压的角度分析在全球变暖的情况下,塔克拉玛干地区气候的年和季节变化特征,结果表明:①年和四季平均风速呈阶梯式下降趋势,具有显著减小的线性趋势,并于1973年发生了由大到小的突变。②夏、秋、冬季和年地面水汽压(大气含水量)自20世纪80年代以来呈较大幅度波动式上升,具有显著的线性增加趋势。夏、秋季地面水汽压于1969年和1973年发生了由少到多的突变。秋、冬季大气含水量的显著增加并没有导致降水量的增加,降水量的变化不能充分反映大气含水量的变化。③夏季湿润指数有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,而降水量夏季和年有显著增加趋势,春季有微弱的上升趋势,说明综合反映气候干湿变化的湿润指数变化与单用降水量表示的气候干湿变化不完全一致。④夏、秋季和年相对湿度呈波动式上升趋势,夏季和年相对湿度分别于1970年和1974年发生了由低到高的突变。⑤年和四季的平均气压40a来无变化。     

1960-2009年横断山区潜在蒸发量时空变化

以横断山区20 个气象站1960-2009 年逐日气象数据为基础,应用1998 年FAO 修正的Penman-Monteith 模型分析了横断山区潜在蒸发量的变化,在ArcGIS 环境下通过样条插值法分析了潜在蒸发量变化的时空分异,并对影响潜在蒸发量变化的气象因素进行了讨论,结果表明：年潜在蒸发量自20 世纪60 年代中期以来呈波动减小趋势,20 世纪80 年代中期之后减小趋势更加明显,2000-2009 年呈增加趋势。潜在蒸发量的年际变化倾向率为-0.17 mm a^-1,从空间分布来看,北部、中部、南部都呈减少趋势,倾向率由北向南逐渐减小。从季节来看,秋季和冬季潜在蒸发量呈增加趋势,春季和夏季呈减小趋势,春季减小趋势大于夏季,秋季增加趋势大于冬季。气温上升、风速和日照时数的降低是横断山区潜在蒸发量减少的主导因素,风速和日照时数的下降导致春季和夏季潜在蒸发量减小,气温上升导致秋季和冬季潜在蒸发量增加。     

基于MODIS数据的2000-2013年西昆仑山玉龙喀什河流域积雪面积变化

利用两种卫星影像合成并引入冰川积雪区的方法,对西昆仑山玉龙喀什河流域2000-2013 年MOD10A2积雪数据进行去云处理,分析不同海拔高度积雪的年内和年际变化特征及趋势,结合气象要素,分析其分布变化原因。结果表明：① 低山区（1650-4000 m）积雪年内变化为单峰型,补给期为冬季,而高山区（4000~6000 m）存在“平缓型”春季补给期和“尖峰型”秋季补给期两个峰值;② 就年际变化而言,低、高山区平均、最大积雪面积呈微弱增加趋势,高山区最小积雪面积显著增加,倾向率为65.877 km²/a;③ 就季节变化而言,春、夏、冬三季低、高山区积雪面积年际变化呈“增加—减少—增加”趋势,秋季高山区积雪面积则呈“增加—减少”趋势,而低山区积雪面积在2009 和2010 年异常偏大,其他年份面积变化不大;④ 在低山区,气温是影响春、夏两季积雪面积变化的主因,气温和降水对秋季积雪面积变化的影响相当,而冬季积雪面积变化对降水更敏感;在高山区,夏季积雪面积变化对气温更敏感,而冬、春季积雪面积变化主要受降水影响。     

近47a塔里木盆地近地面水汽含量的趋势和突变研究

利用塔里木盆地38个站1961-2007年水汽压资料,采用5点3阶平滑趋势线、小波分析,Mann-Kendall趋势统计突变检验等方法分析了盆地近地面大气中水汽变化。结果表明:(1)塔里木盆地近47 a来水汽含量有明显的一致增多趋势,平均趋势值是0.023 8;有3个增多的高值和3个低值中心,从盆地东北到西南,呈条块状交替分布。(2)塔里木盆地年和四季水汽含量变化趋势具有年际和年代际差异。最小值和47 a波动性增长开始时期出现在20世纪60年代末和70年代中,最大值出现在90年代,四季中夏季增多趋势最强,秋季次强,春季的最弱。(3)小波分析表明:塔里木盆地47 a中水汽各尺度内的偏多期和偏少期交替分布,年尺度和季尺度都有明显的周期。年水汽的8 a和4 a周期,春季的8~10 a和4~6 a,夏季的4~6 a,8~10 a和16~20 a,秋季的4~6 a,8 a和20 a,冬季的8~10 a周期明显。突变分析表明:盆地年和四季水汽含量都在1986年发生了突变,都通过了α=0.05的显著性水平检验。(4)塔里木盆地水汽与西风环流、青藏高原环流和塔里木盆地年均气温的趋势变化及突变时期相近。盆地水汽与大气环流和气温相关显著,青藏高原环流和盆地水汽相关最高,四季中春季水汽与大气环流和气温相关最低。     

近50年河北省干旱时空分布特征

干旱是影响我国的主要气象灾害之一,本文采用标准化降水指数SPI作为干旱评价因子对近50年来河北省干旱的时空变化特征进行了研究,得出以下主要结论:(1)春季干旱最为严重,干旱率呈逐渐降低的趋势,夏季干旱率呈逐渐增加、秋季和冬季干旱率略有降低的趋势;(2)春季干旱在20世纪70年代最为严重,夏季、秋季和冬季的年代际干旱分别以2000年以来、20世纪60年代和90年代最为严重;(3)春季干旱发生概率均大于20%,发生概率大于30%的旱情多发地区在各市均有分布;全省大部分地区夏季、秋季和冬季干旱发生概率为20%~30%,夏季干旱多发地区主要集中在河北省北部和西南部,秋季干旱多发地区主要集中在河北省西部和南部,冬季干旱多发地区主要集中在河北省北部。     

沙漠与城市气溶胶散射系数变化比较

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站和中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所承担的乌鲁木齐大气成分观测站2010年1月1日至12月31日的单波段积分浊度计的观测资料,分析了沙漠（塔中）和城市（乌鲁木齐）两种不同下垫面地区的气溶胶散射系数的变化特征。（1）散射系数小时平均值：塔中地区变化范围在39.6～8 442.8 Mm^-1,平均值318.4 Mm^-1;乌鲁木齐变化范围在28.9～6 590.0 Mm^-1,平均值451.5 Mm^-1;乌鲁木齐小时平均值在1 000 Mm^-1以上的高值区间大于塔中地区。（2）散射系数日变化：塔中呈现单峰变化,其中最大值387.0 Mm^-1出现于凌晨02：00,最小值276.4 Mm^-1出现于午后的17：00;乌鲁木齐呈现三锋变化,3个峰值分别出现于09：00、14：00、22：00,与塔中地区存在明显差异。（3）散射系数月均值变化：塔中的月平均值最大是4月,为500.2 Mm^-1,最小是2月,为145.9 Mm^-1;乌鲁木齐月均值最大在2月,为1 086.3 Mm^-1,最小值在7月,为101.1 Mm^-1,两地区月均值变化整体呈现相反的现象。（4）散射系数季节变化：塔中地区春季>夏季>秋季>冬季;乌鲁木齐冬季>秋季>春季>夏季。     

全球变暖背景下皖南气象要素时序分析

基于1957—2018年芜湖、黄山、宁国和屯溪气象站点逐月气象观察数据,采用线性回归趋势分析和Mann-Kendall突变检验等统计方法,分析了气温、降水量、气压、日照时数和相对湿度的时间序列变化特征。结果表明:1)近62年以来皖南地区及其代表气象站点多年平均气温呈明显的上升趋势,四季的气温变化趋势中春季气温增温最显著。冬季突变时间比春季早近10年发生。2)降水量的年际和季节变化总体上表现为不明显,呈现微弱的增加趋势,夏季和冬季部分站点出现突变点。3)各站点平均气压变化的差异较大,芜湖与黄山年平均气压上升趋势明显,宁国与屯溪的平均气压变化趋势相反,呈显著下降趋势。4)日照时数下降趋势明显,年际和季节日照时数都有突变时间,夏秋冬季日照时数有突变性的下降趋势。5)年际和春季平均相对湿度均表现为减小趋势,年际突变检验并不明显,春季相对湿度突变较显著。本研究丰富了全球变暖的区域响应研究,可为研究区社会经济可持续发展提供理论参考。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭茎干液流变化及其对环境因子的响应

利用TDP热扩散式茎流计,结合气象观测系统,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,基于潜在蒸散发和蒸腾需求指数对梭梭茎干液流进行了模拟。结果表明：（1）梭梭树干液流在晴天的日变化呈单峰曲线,液流速率上升阶段时间短于下降阶段时间,与气象因素的日变化规律不一致。不同季节梭梭树干液流速率日变化规律存在差异,夏季液流与春季、秋季相比,启动早,停止晚,峰值更大且发生更早。（2）环境要素间存在着不同程度的相关性,主成分分析表明：前三个主成分共能解释85%的环境信息,其中以空气湿度、空气温度、水汽压亏缺、潜在蒸散发、净辐射为主的第一主成分能解释47%环境信息变化,以土壤温度、水汽压为主的第二主成分能解释20%环境信息变化,以土壤含水量、风速为主的第三主成分能解释17.6%的环境信息变化。（3）在春季和夏季基于潜在蒸散发的S型模型模拟梭梭液流速率的精度更高,在秋季基于蒸腾需求指数模拟的梭梭液流速率的精度更高。（4）梭梭树干液流速率与大气水分亏缺、净辐射、潜在蒸散发之间存在非对称响应,且不同季节间的响应规律存在差异,在春季和秋季,液流速率与水汽压亏缺呈顺时针状,与净辐射、潜在蒸散发呈逆时针状;在夏季,液流速率与水汽压亏缺呈顺时针状,与净辐射、潜在蒸散发呈斜8字顺时针状。     

乌鲁木齐市城区和郊区近地层比湿分布和廓线特征

利用乌鲁木齐市城区和郊区的5座100 m气象铁塔10层比湿数据和乌鲁木齐气象站L波段探空雷达资料,详细分析了边界层2 km内比湿廓线特征,城区和郊区近地层比湿季节变化和日变化特征,揭示了乌鲁木齐逆湿的原因,得出以下结果：（1） 乌鲁木齐市比湿季节差异明显,冬季最小,春季、秋季稍大,夏季最大,夏季比湿约为冬季的4~5倍,但秋季仅比春季大1 g·kg^–1。除冬季外,比湿均随高度增加而趋于减小,夏季减小最显著,冬季比湿的垂直变化很小。比湿廓线极小值白天和夜间出现高度相近,且有多个极小值。夏季和冬季比湿日变化最大,且位相相反;夏季夜间大、白天小,冬季与之相反。冬季,郊区比湿小于城区;其余季节城、郊比湿差异不明显。（2） 2 km内存在逆湿现象,逆湿出现概率高于35%,概率1月最大、7月最小。1月逆湿最大高度超过1 500 m,7月逆湿最大高度可达到1 900 m,且最大厚度可达到1 550 m。逆湿强度最大在7月和10月可达2. 5 g·kg^–1·（100 m）^–1,而1月最小。（3） 1月逆湿往往与逆温相伴随,逆温层改变了水汽的垂直分布结构,从脱地逆温层顶起出现逆湿现象,逆湿还与水汽输送有关。本研究可以有效地揭示空气湿度的季节特征,为研究城市大气污染形成的气象因素提供了一个思路。     

喀什地区PM10输送路径及潜在源区

基于HYSPLIT模型和2019年9月至2020年8月喀什地区大气颗粒物逐时数据,利用聚类分析、潜在源贡献因子法（PSCF）和浓度权重轨迹法（CWT）分析喀什地区四季PM₁₀传输路径与潜在源区,揭示研究期间喀什地区不同季节PM₁₀的潜在源分布及其贡献水平。结果表明：喀什地区PM₁₀、PM_2.5年均值分别为237.3±268.3、89.3±82.3 μg·m^-3,大气颗粒物以PM₁₀为主;喀什地区气流输送路径主要来自中亚西风气流,其次是来自中国新疆南部;PM₁₀秋季主要贡献源区分布在中亚部分地区以及中国新疆南部区域,贡献水平为250—450 μg·m^-3;冬季主要贡献源区与秋季相似,贡献水平为150—300 μg·m^-3;春季重点贡献源区主要分布在新疆南部塔克拉玛干沙漠区域,贡献水平为250—500 μg·m^-3;夏季主要贡献源区与春季相似,贡献水平为150—250 μg·m^-3。喀什地区重点防范应是塔克拉玛干沙漠沙尘气溶胶的影响,其次是中亚西风气流携带的大气颗粒物远距离输送。     

1980—2010年中国区域地面风速对能见度影响的地理分布特征

利用1980—2010年中国气象局576个气象站的能见度和日平均风速资料,分别分析了中国区域低能见度下风速的空间分布、能见度与风速之间的相关关系、风速变化对能见度变化的影响,讨论了城市化效应和近海地理位置对其影响程度。结果表明:在低能见度（小于10 km）状况下,从内蒙古到新疆东部的沙漠及干旱地区对应的是高风速,在广大东部、南部地区,特别是四川盆地地区对应的是低风速（2 m·s-1以下）;类似地理学的胡焕庸线,中国大陆存在一条东北—西南走向的界线,以此界线划分,能见度与风速关系呈现“东正西负”型分布。界线以西地区包括中国沙漠及相邻干旱及半干旱地区,一年四季中能见度和风速均呈负相关关系,尤其春季最为明显,这表明这些地区能见度的恶化主要取决于大风驱动的沙尘气溶胶排放及传输。在界线以东地区,能见度和风速呈正相关,并且其正相关以秋冬季最强;夏季,盛行的西南季风使能见度与风速关系的“东正西负”分界线北移且其正负相关均为最弱,说明夏季影响能见度的因素相对其他季节更为复杂;东部地区能见度的变化对风速变化响应较小;在四川盆地、贵州至广西和巴丹吉林沙漠地区能见度对风速响应更为敏感,在这些地区风速在对能见度影响中起到重要作用;大城市的能见度对风速响应的敏感程度略微高于中小城市及乡村,说明城市化影响存在但效果有限;近海岸地区因受海陆风影响,响应的敏感度较内陆小且季节变化不明显。     

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。     

乌鲁木齐地区夏季气象干旱的变化特征及成因分析

为了更准确的掌握乌鲁木齐地区夏季气象干旱的变化特征并研究其成因,以乌鲁木齐地区5个站点的历史降水资料为基础,统计得到其1961-2015年夏季累积降水在100～250 mm范围内变化,并通过计算Z指数来表征干旱变化特征,利用Mann-Kendall检验和Morlet小波分析归纳了乌鲁木齐夏季气象干旱在1980年代中期的突变特征以及1986年以来12 a左右的周期性变化特征。在此基础上结合NCEP/NCAR再分析资料、JRA海表温度（SST）等数据,通过对比典型旱/涝年的异常特征,对夏季气象干旱发生的成因进行了分析,发现低纬东风输送强时水汽可由80°～90°E向北越过青藏高原影响新疆地区,反之则包括乌鲁木齐在内的天山以北地区可降水量都偏少,并且指出赤道东太平洋SST异常所导致的赤道纬向垂直环流异常是导致这一差异的可能成因。此外还对乌鲁木齐夏季气象干旱与大气环流指数存在的关联进行了讨论。这些结果为乌鲁木齐降水机理研究以及气候预报提供了重要依据,并为人工影响天气和抗旱减灾工作提供了有力支撑。     

乌鲁木齐市城区和郊区气温分布及廓线特征

利用乌鲁木齐市5座100 m气象塔10层气温观测资料,通过统计方法详细分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层不同高度气温季节变化和日变化特征。研究表明：乌鲁木齐市四季均存在逆温,北郊逆温最明显。近地层100 m内主城区气温日较差较小,约为3.5～5.5 ℃;郊区气温日较差较大,约为4.2～7.0 ℃。夏季郊区气温高于城区,冬季北郊气温最低、南郊最高;白天大气基本上为超绝热不稳定状态,夜间城区气温高于郊区。春、秋季,白天城区和郊区温差小、夜间大,且愈近地面温差愈大;春季城区与南郊温差可达2.4 ℃、秋季可达3 ℃。城区和郊区各季节各层最高气温与最低气温出现时间几乎不同步达到。夏季、秋季、冬季和春季最高气温分别约在17:00～18:10、16:00～17:20、14:30～15:50（北郊滞后1.5 h）、17:00～18:00（南郊提前1.5 h）出现,最低气温分别约在7:10～8:20、8:00～9:00、冬季为多个时段（这与出现逆温有关）、7:30～8:40出现。     

乌鲁木齐大气颗粒物的时空分布规律

依据峡口城市乌鲁木齐市2013-2016年6个环境监测站逐时的6类污染物数据,分析大气污染物的时空分布规律。总体来看,乌鲁木齐市以颗粒物污染为主,即PM₁₀、PM_2.5污染严重。从季节上来看,乌鲁木齐污染物浓度大多冬季高、夏季低,春秋季次之。春、夏、秋、冬PM_2.5的浓度依次为59.8、40.5、67.8、139.6 μg·m^-3,而PM₁₀则是148.6、119.7、146.4、209.4 μg·m^-3,粗细粒子浓度在春秋季的细微变化凸显在春季沙尘天气的影响。从日变化方面来看,污染物多呈现为双峰型结构。PM₁₀、PM_2.5春夏秋3个季节都是在子夜1：00时浓度最高,9：00～10：00时次之,但是冬季日最高值则出现在17：00时左右,次峰值出现在21：00～22：00时。从空间分布来看,颗粒物浓度总体上是中心城区低、四周高的分布格局;从PM_2.5浓度占PM₁₀浓度比重分析来看,冬季比重最高,达70%,以城区及城北最为明显,达73%,日变化分布则主要集中在下午至夜间,且冬季比重达71%。     

1960～1997年新疆北部降水序列的趋势探测

利用非参数统计检验法（Mann-Kendall法）分析了新疆北部地区13个气象台站1961-1997近40年降水序列的趋势。因季节性差异，对1月、4月、7月、10月的降水序列也进行了分析。结果表明，1961-1997年新疆北部地区年降水序列大致存在增加的趋势，但不是很普遍；多数测站的年降水序列无趋势。以4月、10月为代表的春秋季降水量没有趋势存在；在少数测站以1月为代表的冬季降水序列出现了上升趋势，说明1961-1997年间新疆北部冬降水量有一定量的增加；3个测站在以7月以代表的13个夏季降水序列中出现了上升趋势，还有一个测站出现了下降趋势，说明新疆北部地区夏季降水在1961-1997年间有少量的增加，并且降水变化趋势存在一定的地区差异。     

塔克拉玛干沙漠辐射平衡研究

本文对塔里拉玛干沙漠辐射平衡实测值与计算值进行了对比，分析了辐射平衡不同季节的日变化及年变化特征，并分析了影响辐射平衡的各主要因子，得到了沙漠辐射平衡研究的一些新认识。