近50年来中国干湿气候界线的10年际波动

利用中国北方1951～1999年降水量和年蒸发量资料，计算了干燥度指数（D）。并据此将中国划分为干旱区（D（0.20）），半干旱区（0.20-0.50）和湿润区（D(0.50）），近50a中国干湿气候波动显著，区域差异大；50a波动幅度东北区为20～400km，华北区为40～400km，西北东部为30～350km，西南区为40～370km，以80年代为界，在20世纪80年代以前（包括80年代），西南区气候具有显著变湿趋势；西北东部稍变湿；华北区和东北区具有变干趋势，且华北区变干程度比东北区严重。进入90年代。西南区和西北东部气候有变干迹象。华北区西部气候的干旱程度有所增加，华北区东部有所减弱，东北区气候进一步变湿，半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，是中国季风的边缘地带，也是环境变化的敏感区，20世纪60～70年代中国（北方）干湿气候存在一次突变，由较湿润变为干旱。50年来干湿气候界线呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征，当干湿气候界线同时向西或向北移动时，中国北方气候就变得相对湿润；当同时向东或向南移动时，北方气候就变得相对干旱；当干湿气候界线东西、南北相异移动时，北方气候的干旱程度就介于二者之间。     

近48 a新疆干湿气候时空变化特征

 根据新疆101个气象台站1961—2008年的逐月气候资料,采用线性回归、Morlet小波、自然正交分解（EOF）、累计距平、t-检验和Kriging空间插值等方法,对近48 a反映新疆干湿气候的年降水量、潜在蒸散量和地表干燥度等要素的时空变化特征进行了分析,结果表明:①新疆年降水量在空间分布上表现为山区多于平原和盆（谷）地,北疆多于南疆,西部多于东部的格局;近48 a,新疆各地年降水量均为增多趋势,增多倾向率的空间分布为:天山山区>北疆>南疆,全疆平均年降水量以9.123 mm/10a的倾向率增多;新疆年降水量空间异常分布主要表现为“全疆一致型”和“南北疆反向变化”两种模态;全疆平均年降水量主要存在3～4 a、6～8 a、11 a和16 a的振荡周期,并于1987年发生了突变性的增多。②新疆年潜在蒸散量总体表现为南疆大于北疆、东部大于西部、盆（谷）地大于山区的分布格局;近48 a,新疆各地年潜在蒸散量总体为减少趋势,其中南疆为递减倾向率高值区,北疆大部和天山山区为递减倾向率低值区,全疆平均年潜在蒸散量以-23.8 mm/10a的倾向率减少;新疆年潜在蒸散量空间异常分布也主要表现为“全疆一致型”和“南北疆反向变化”两种模态;潜在蒸散量主要存在准22 a的振荡周期,并于1984年发生了突变性的减小。③受降水量和潜在蒸散量时空变化的共同影响,新疆年干燥度指数总体表现为南疆大于北疆、东部大于西部、盆（谷）地大于山区的分布格局;近48 a,新疆各地年干燥度指数均表现为不同程度的减小趋势,其中,吐鲁番、哈密盆地以及塔里木盆地东部地区是干燥度指数减小最明显的区域,全疆平均年干燥度指数以-3.164/10a的倾向率减少;新疆年干燥度指数空间异常分布主要表现为“全疆一致型”;干燥度指数主要存在准5 a、8 a和18 a的振荡周期,并于1987年发生了突变性的减小。     

1961—2012年甘肃省干湿变化特征及其影响因子

基于1961—2012年甘肃省和青海省祁连山区54个气象站逐日气象数据,分析了甘肃省地表湿润指数的时空变化特征及各气象要素对不同区域干湿变化的影响程度.结果表明:近52年,以黄河为界,甘肃东、西部呈现出不同的干湿变化趋势,河东地区趋于干旱,尤其是陇中和陇东部分地区;河西部分区域趋于湿润,尤其是祁连山中部地区.河东变干主要是秋季显著变干,其中9月最突出;河西变湿主要是冬季变湿,尤其是在12月和1月.敏感性和贡献度分析表明,除降水量外,地表湿润指数对空气相对湿度的敏感性最高,其次是日照时数,再次是最高温度和平均风速,对最低温度的敏感性最低.近52年地表湿润指数-30％～30%的相对变化量中,降水量的贡献最大,贡献量在-30%～25%;其次是风速,贡献量在-4％～12%,最高温度、最低温度、日照时数以及相对湿度的贡献较小,在-4％～4%.     

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。     

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44年来中国西北降水量变化的区域差异以及对全球变暖的响应

利用中国西北地区(75~105°E、35~50°N)最近44年(1958~2001年)77个气象台站观测的降水量、气温资料以及NCAR/NCEP再分析资料,采用回归分析与合成分析等方法研究了西北干旱区降水量的时空变化特征及其与全球气温变化的关系。结果表明,西北干旱区的降水量偏多(偏少)与全球平均气温升高(降低)存在一定的对应关系,但降水量随气温的变化存在地域差异,主要表现为干旱区的西部(93°E以西)区域年降水量随全球气温升高呈现增加趋势,而东部(93°E以东)区域年降水量呈减少趋势。     

中国西北地区气候转型的新认识

近年来,中国西北地区的气候变化问题引起了社会各界的广泛关注,施雅风曾在2002年提出中国西北气候可能会从暖干向暖湿转型,自此学者们对中国西北气候“变暖变湿”现象的关注也逐渐增多,对于近20 a来气候转型的时间、范围和程度有了一些新的认识。基于此,选用1960—2019年逐月气温和降水量资料对中国西北地区气候变化特征进行了再分析。结果表明：（1） 1960—2019年中国西北地区平均气温和降水量均呈上升趋势,增暖趋势显著,增湿趋势较弱。（2） 自1997年后气温和降水量迅速增加,尤其是中国西北地区的东部地区降水量的增加速率超过同时期的西部地区。且研究初步认为,1997年以来中国西北气候的确出现了向暖湿转型的趋势且转型时间较前人预期的更早。（3） 气候转型的范围相较前人研究也有所变化,甘肃陇东地区由未转型区转变为显著转型区,青海东、西部地区由原来轻度转型区转变为显著转型区,而祁连山中西段地区由之前的显著转型区转变为轻度转型区。     

中国北方夏半年干旱的时空变化

利用1951-2008年中国北方348个站的夏半年逐日降水资料,首先把整个北方分几个区分别建立夏半年最长连续无降水日数时间序列;然后采用经验模态分解（EMD）方法求出该序列的本征模态函数（IMF）,分析各序列的不同时间尺度的变化,又用小波变换等方法分析各序列的转折点。结果表明,北方4个区（东北、华北、西北东部和西北西部）夏半年最长连续无降水日数的变化主要是由前2个较高频的本征模态函数分量构成,它们的方差贡献占总方差的80％左右,说明3—4年、7年左右尺度的振荡对整个序列的变化起主要作用。较低频的分量则反映10～15年以上的年代际变化。近58年来,东北、华北、西北东部的最长连续无降水日数都呈增加趋势,北方大部分地区干旱化加剧;而西北西部则呈减少趋势,干旱趋于缓解。近十几年来较明显的变化是东北趋于变干,西北东部趋于变湿。各区最长连续无降水日数显著增加的年份,东北、华北在1992年前后,西北主要在1960年前后,相应地,这些地区发生明显的干旱情景。分析所用的时间．空间尺度不同,所得到的结果可能有所不同。     

中国西北地区季节间干湿变化的时空分布——基于PDSI数据

利用帕尔默干旱指数(PDSI) 全球数据库, 提取覆盖中国西北地区的56 个PDSI 栅格点数据, 对1953-2003 年间各个季节均值和年均值进行旋转经验正交函数(REOF) 分析。REOF 空间分区结果发现西北地区各个季节均值和年均值表现出较为一致的主要空间异常型, 依据 PDSI 年均值数据可以将中国西北地区划分为5 个空间型: 北疆型、南疆型、高原北部型、蒙 古西部型以及西北东部型。其中北疆型、南疆型主要位于西北地区西部, 高原北部型、蒙古西部型位于西北中部, 西北东部型位于西北东部。各个空间型特征点的PDSI 序列及二项式 拟合对比发现西北东部、西部存在完全相反的干湿变化: 西北西部主要受西风带影响, 自20 世纪80 年代开始有逐渐变湿的趋势; 西北东部主要受亚洲季风的影响, 有逐渐变干的倾向, 特别是夏秋季, 西北地区东南部变干的趋势更加明显。西北地区受西风带、亚洲季风以及青藏高原的影响明显, 在全球变暖的情景下, 不同区域的干湿状况的响应存在较大的差异。     

“蒸发悖论”在黄河流域的探讨

利用黄河流域72个气象站点1960-2010年的气象资料,系统分析了过去51年间气温、降水量以及潜在蒸散量的变化趋势,研究了气温、降水量与潜在蒸散量之间的长期变化趋势关系,对影响潜在蒸散量下降的主要因子进行了探讨,重点对黄河流域是否存在“蒸发悖论”进行验证.研究结果表明:(1)过去51年间,黄河流域内气温增加显著、潜在蒸散量呈下降趋势,总体上存在“蒸发悖论”;(2)“蒸发悖论”具有空间上和时间上的不一致性,随着气温增加,春、夏、冬三季潜在蒸散量呈减少趋势,减少区域主要集中于山西、河南大部分区域以及甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等少部分区域;时间上主要表现在1960-1979年潜在蒸散量变化趋势不明显,1980-2010年气温与潜在蒸散量变化趋势在空间分布上的逆向关系更加明显;(3)过去51年间,降水量无论是年际还是夏、秋季变化趋势都不明显,降水量与潜在蒸散量时空变化分布上大体呈现逆向变化关系;(4)从气象要素变化对潜在蒸散量变化的贡献率来看,近51年来风速的明显减小是导致黄河流域潜在蒸散量减少的主导因素.     

气温变暖对西北西风带冬季气温的影响分析

利用中国西北西风带139个气象站1961—2006年历年冬季气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、滑动t-检验、子波分析和功率谱分析等方法,分析了46 a西北西风带冬季气温对气候变暖的响应。结果表明:①中国西北西风带冬季气温近46 a增温率为0.55 ℃/10a. 增温显著的地方是陕西西部、甘肃、宁夏、内蒙古大部、青海中北部-塔里木盆地。仅青海的河南州局地有显著的下降趋势。表明除青海高原局部地区外其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖。②大部分区域冬季气温的年际变化稳定性差,青海高原相对稳定。③冬季气温的演变在西风带一致性程度较高。从20世纪60年代中期开始发生降温-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,21世纪初略有回落;全区性的前10个偏热年,80%出现在20世纪90年代及以后,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左右的年际周期,在20 a以上的气候变化层次上,气温趋势还处在偏高的位置。④冬季气温演变存在地域差异。一是蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反;二是蒙陕甘宁区和青海新疆区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区冬季气温异常细分为蒙陕甘宁区、高原区、北疆区和南疆区4个分区。冬季气温的转折高原区有异于其他区域,高原区单调增温,无明显转折,而其他区基本一致,在70年代初期转为上升,90年代中期转为下降阶段;冬季气温的突变也是高原区有异于其他区域,高原区1997年发生一次突变,而其他区域则一致为1986年突变。     

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。     

西北地区伏期干旱特征及影响因子分析

利用西北的甘肃、宁夏、青海、新疆四省(区)140个气象观测站1971—2000年的伏期（7—8月）总降水、蒸发资料计算湿润指数,用REOF方法对伏期干旱的时空特征进行了分析,选取5个典型干旱和湿润的年份,利用NCEP/NCAR再分析资料对比了干旱和湿润年份的500 hPa高度、700 hPa 湿度、SST和OLR的距平场特征。结果表明:西北干旱具有一致性,西北地区东部区、青海西北部及甘肃河西区、南疆区和北疆区是西北伏期干旱的异常区域。20世纪70年代前期、90年代后期干旱明显,80年代较湿润。干旱年中国北方的环流形势为西高东低,冷空气活动在西伯利亚,新疆高脊强盛, 西太平洋副热带高压较弱,700 hPa湿度距平场青藏高原中部、西亚及西太平洋为负,SST距平场太平洋北部和西太平洋为负,赤道太平洋为正,OLR距平场中国北方、印度半岛和西太平洋为正距平,而且印度半岛的正距平比湿润年份高。湿润年欧亚500 hPa高度距平场呈西正东负的分布,乌拉尔山脊强盛,东亚槽深,中国大陆700 hPa湿度为正距平场,水汽最大中心位于青藏高原,SST距平场太平洋北部和西部为正距平,日本、太平洋中部和赤道为负,OLR距平场中国大陆以负距平为主,中心位于甘肃中部和南疆盆地。     

1961-2008年中国西北东部旱涝异常分布及干旱变化特征

 应用主成分分析和旋转主成分分析方法,利用陕、甘、宁、青四省（区）170个测站,对1961-2008年大气干旱指数S＝ΔT/δT-ΔR/δR的地域相关和年际变化特征进行了分析。结果表明：西北地区东部旱涝异常在空间上表现为较高的整体一致性,其次表现为东西相反和南北相反的变化趋势。西北地区东部旱涝异常存在三个基本相关的区域：甘肃东南部及陕西、河西走廊及河套地区、青海区。50 a来,各区在1974-1977年间和1982-1985年间湿润多雨,1994年以后相对少雨干旱。进一步分析发现,研究区域中西部尽管降水是增加的,但干旱指数变化不明显,而区域东部地区干旱指数变化很明显,说明区域中西部地区变湿不明显,而区域东部暖干化趋势明显。     

中国西北汛期极端降水事件分析

利用中国西北五省（区）1960—2004年125个台站汛期（5—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,然后统计出了不同台站近45 a逐年汛期发生极端降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析,结果表明:中国西北汛期极端降水事件发生频次同降水量的空间分布有很大的差异;一致性异常分布特征是中国西北汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;中国西北汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为以下6个分区:高原东部区、南疆区、北疆区、西北东部区、青海高原区及河套区;从长期变化趋势来看,高原东部区近45 a来汛期极端降水事件发生频次没有明显的变化趋势,北疆区、南疆区、青海高原区及河套区表现为较明显的的增长趋势,而西北东部区表现为较明显的减少趋势;中国西北汛期极端降水事件发生频次的各主要空间分区中,近45 a来13 a左右的周期振荡表现得比较显著。     

过去45年中国干湿气候区域变化特征

利用中国1960-2004年降水、平均气温、风速和相对湿度等资料,分别采用降水指数和干湿分类函数作为干湿区域的划分标准,将中国划分成三个干湿等级的区域:干旱区、半干旱区和湿润区。结果发现无论以哪种指数作为衡量干湿的标准,我国过去45年的干旱总面积,即干旱区面积和半干旱区面积之和,均为扩大趋势,湿润面积则为减小趋势,这种情况在近十年表现得尤为显著。而半干旱区面积在分析时段变化的幅度最大,是干湿变化的敏感区。但两种结果之间也存在不同:降水指数的结果表明干旱区和湿润区的面积减小,半干旱区的面积增大;而干湿分类函数得到的各个干湿区域的面积则表明干旱区的增大,半干旱区和湿润区的减小。从定量的角度讲,干湿分类函数估算的干旱区面积的45年平均值比降水指数估算的干旱区面积的45年平均值约大15%,其估算的半干旱面积的45年平均值比降水指数的结果约小9%,而两者湿润区面积的45年平均值相差约6%。最后给出了仅分析降水指数就能反映干湿状况的地区和必须分析干湿分类函数才能确定干湿状况的区域。     

中国北方地区40年来湿润指数和气候干湿带界线的变化

本文研究了中国北方地区 196 1～ 2 0 0 0年 4 0年间气候干湿带界线分布和 10年际变化。 4 0年来中国北方地区 ,在东经 10 0°以东地区 ,半干旱区和半湿润区的分界线不断波动向东推进 ,2 0世纪 90年代比 6 0年代向东和向南扩展 ,半干旱区面积扩大 ,半湿润区面积缩小 ,气候趋向干旱化 ;东经 10 0°以西地区 ,极端干旱区面积在缩小 ,湿润指数有增大趋势。如果把温度和湿润指数相结合 ,东经 10 0°以东的黄淮海区和黄土高原区为持续的干暖型 ;东经 10 0°以西的西北地区 ,则由干暖型向湿暖型转变 :河西走廊和东疆盆地转型的时间发生在 2 0世纪 70年代初 ,北疆山地绿洲荒漠地区转型的时间发生 2 0世纪 80年代中期前后。气候干湿带界线的变化取决于降水和潜在蒸发的变化速率。 4 0年来 ,在东经 10 0°以东地区 ,降水和潜在蒸发都呈下降趋势 ,但降水减少速率大于潜在蒸发下降速率 ;在东经 10 0°以西地区变湿的原因 ,研究认为除了降水有所增加外 ,潜在蒸发也在下降 ,而且潜在蒸发下降速率的绝对值大于降水增加速率。     

1961-2015年新疆降水及干旱特征分析

基于1961-2015 年新疆地区51 个气象站过去55 a 逐日降水资料,借助标准化降水指数、降水距平百分率表征干旱,利用线性趋势,K-means 聚类,Mann-Kendall 非参数检验,Morlet 小波分析等方法,分析过去55 a 降水及干旱变化特征。研究表明：（1）过去55 a 新疆降水量、雨日整体呈上升趋势,相关系数为0.83,降水量增加主要表现为雨日增长;降水空间分布和聚类得出,降水呈现显著“北多南少”格局,3 个降水分区的降水量表现为III 区 > II 区 > I 区。（2）干旱指数SPI、降水距平Pa极显著相关,干旱频次、影响范围、严重性总体呈现下降趋势;干旱变化率空间分布整体存在一致性,由南向北干旱缓解趋势增大,但局域上又有异质性,北疆个别站点干旱加剧;（3）干旱变化具有周期性,主周期为8 a,次主周期为4 a、16 a。     

修订后水分盈亏指数在甘肃省冬小麦干旱监测中的应用

提高西北旱作农业干旱监测准确性和时效性,对农业生产防灾减灾有重要意义。利用甘肃省3个农业气象观测站长期土壤水分和冬小麦生育状况观测资料、1971—2016年43个冬小麦种植县气象观测资料及产量资料,基于冬小麦播前底墒和生育期水分盈亏量修订了作物水分盈亏指数,并确定了干旱等级指标,改进后作物水分盈亏指数与土壤贮水和冬小麦减产率高度相关,能更准确的反映甘肃省冬小麦干旱实况,并利用ArcGIS分析了近46 a甘肃省冬小麦不同生育期、不同等级干旱发生频率的时空分布特征。结果表明：甘肃省冬小麦从播种至开花期随着发育期推移,呈现干旱频率增加、范围扩大的趋势,多以中旱居多,其中拔节—开花期发生面积最大,陇中、庆阳市北部、平凉市西部、天水市西部、陇南市南部干旱出现频率较高;开花—成熟期随着降水量增加干旱发生频率减少、程度减轻。