中国北方不同气候区晴天陆面过程区域特征差异

采用2008年7～9月份观测的中国干旱-半干旱区实验观测协同与集成研究资料,将我国北方干旱一半干旱区根据气候类型和地理位置划分为西北干旱区、黄土高原区和东北冷区三个区域,分析了干旱-半干旱区陆面热量平衡和辐射平衡日变化的区域差异.结果显示:不同气候区域的地表辐射和能量过程差异明显,而这种差异主要源于大气和土壤中可利用水...     

中国不同气候区的高温危险性分析

高温危险性评价是高温灾害风险评价的重要组成部分和基础工作。基于过去60年(1961—2020年)的日最高温度数据,选择高温日数、最高温度、高温强度三个指标,逐站点使用核密度函数估算三个高温指标的概率密度函数,计算了四个重现期(即五年一遇、十年一遇、二十年一遇和五十年一遇)下的三个指标的取值,进而通过K-means非监督聚类得到各指标下的高温危险性等级分布图,然后将各指标叠加,对我国不同气候区的综合高温危险性进行了评估。研究表明：(1)从高温日数来看,发生高温可能性最大的地区位于我国西北干旱(半干旱)区和华中、华南地区的交界部分;(2)从最高温度来看,发生高温可能性最大的区域是西北干旱(半干旱)区和华北地区,华中地区的最高温度在不同重现期下的增强最显著;(3)从高温强度来看,发生高温可能性最大的区域是西北干旱(半干旱)区,西南地区和青藏高原地区内不同区域的高温强度差异较大,需局部防范高温灾害;(4)随着重现期年限的增长,不同高温指标值均明显增长,高值区域面积逐渐增加。全国高温综合高危险性等级地区主要位于西北干旱(半干旱)地区、华北地区南部、华中地区、华南地区和西南地区北部,其余气候区少量...     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

西北干旱区极端高温时空变化特征分析

利用1961—2010年西北干旱区83个气象观测站的日气温资料,通过线性倾向率、百分位法及Mann-Kendall法得出西北干旱区极端高温的具体变化特征。用百分位法对西北干旱区日气温数据进行处理,确定极端高温指标的阈值,得出极端高温强度和极端高温事件的频率。结论如下:自1989年开始,西北干旱区年极端高温呈显著上升趋势,空间上西部大于东部,局部地区盆地南缘大于北缘;极端高温日数呈明显的上升趋势;四季极端高温均有上升趋势,秋季增长率最高、冬季最低,秋季极端高温日数增长速率最大;季极端高温及高温日数高值区分布在西北干旱区西北和东南部的盆地边缘,干旱区沙漠边缘及戈壁区;西北干旱区年、季极端高温日数均与年平均气温相关性突出。     

卫星遥感结合气象资料计算的西北干旱区地面感热特征分析

选取1981年7月-2006年12月美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的归一化植被指数(NDVI)资料和Ch-INDV参数化关系式,计算了我国西北干旱区84个测站历年各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,得到如下主要结论:(1)西北干旱区地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在数值大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,感热实际计算值的空间分布更明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)西北干旱区地面感热输送呈单峰型年变化特征,春、夏季非常强,秋、冬季较弱;大部分区域全年均为正值,地表为感热源。(3)以97.5°E为界,西北干旱区东、西部具有不同的年际变化趋势,东部的地面感热四季均有逐年增加的趋势,而西部秋、冬季逐年略有增加,春、夏季逐年减弱明显,气候倾向率分别为-1.15 W.m-2.(10a)-1和-2.08W.m-2.(10a)-1。(4)西北干旱区地面感热输送具有明显的年代际变化特征,1980年代总体偏强,1990年代总体偏弱,2000年以来,西北地区中部的感热输送偏弱,东、西部除个别测站外均偏强。(5)西北干旱区的感热变化并不只由地气温差的变化来决定,它与地面风速和地表状况的变化也有较强的依赖关系。在冬季,主要响应地气温差的变化,春季地面风速和地气温差的影响作用同等重要,夏季以地面风速的影响为主,地气温差的影响次之,秋季与夏季相反。另外,夏季地表状况对感热的影响作用也不容忽视。     

全球干旱/半干旱区年代尺度干湿变化研究的进展及思考

干旱/半干旱区气候变化研究一直是广泛关注的前沿科学问题,尤其是气候干湿变化规律及未来的发展趋势。过去大量的研究揭示了全球不同干旱/半干旱区的干湿变化事实和机理,取得了一系列重要进展,IPCC第6次评估报告明确指出未来全球干旱化将加剧,但也存在诸多问题没有得到一致的认识。本文将对全球变暖背景下有关干旱/半干旱区年代尺度干湿变化,特别是年代尺度干旱研究进行梳理,系统评述当前相关研究的现状并提出干旱/半干旱区研究所面临的关键科学问题。     

沙尘暴垂直输运的两相流理论Ⅰ:气块模式

沙尘暴是风蚀荒漠化中的一种天气现象,其形成受到两方面因素的共同影响:(1)自然因素,包括大风、降水减少及沙源;(2)人类活动因素,人类活动因素是指人类在发展经济过程中对植被的破坏以后,导致沙尘暴爆发频率数增加.沙尘暴已经成为中国西北、华北地区严重的气候灾害,而对沙尘的研究主要集中在起沙问题与沙尘沉降的问题,在理论上对前者研究较多,而对后者的研究则比较缺乏.假设空气块中带有沙尘,沙尘颗粒很小,随空气一起运动,可不计沙尘Stockes末速度,这样由空气和沙尘组成两相流.在两相流情况下,分析了均匀环境和非均匀环境条件下沙尘沉降的条件和速率.通过分析得到在均匀背景场下有利于沙尘沉降的条件为大的初始沙尘浓度扰动与小的初始温度扰动.进一步考虑更为真实的环境场,模式给出3种特征沉降区域:(1)速降区,沉降速率较快;(2)缓降区,沙尘先上升后下降,沉降时间较长;(3)波动区,沙尘在空气中不断地上下波动,此时很难判断沙尘何时沉降,取决于地面状况.同时也分析了沙尘不断上扬的背景条件.     

近44年来我国西北地区干湿特征分析

利用我国西北地区1960—2003年131个测站降水和小型蒸发皿蒸发量资料, 综合考虑降水和蒸发这两个水分平衡最关键的分量构造了降水蒸发均一化干湿指数, 进而研究了西北地区干湿的时空演变特征。结果表明:一致性异常是西北地区近44年干湿特征的最主要空间分布模态; 西北地区干湿异常特征主要分为西风带气候区型, 高原气候区型和季风气候区型; 整个西北地区及其西风带气候区、高原气候区年干湿特征呈较为显著的变湿趋势, 大约在20世纪70年代中期均发生了由干向湿的突变, 而季风气候区表现为变干趋势, 并且在90年代前期发生了由湿向干的突变; 整个西北地区及各分区近44年来主要以年代际周期振荡为主。     

西北地区MODIS气溶胶产品的对比应用分析

利用气溶胶自动监测网（AERONET）的太阳光度计（CE-318）资料,对2003-2010年西北干旱半干旱区MODIS暗像元算法和深蓝算法2种气溶胶光学厚度（AOD）产品进行对比验证,在此基础上进一步研究了该区域AOD的空间分布特征及变化趋势。结果表明,MODIS暗像元算法AOD产品在半干旱区原生植被覆盖地表精度优于深蓝算法,而西北干旱区荒漠地表深蓝算法产品精度较高。Aqua—MODIS深蓝算法AOD产品能够较好地给出我国西北荒漠亮地表地区AOD的分布及季节变化情况,AOD高值区多分布在沙尘源区,且春季AOD最大。2003～2010年,塔里木盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地年均AOD分别在0．5、0．4和0．3附近波动;沙尘区各区域年均AOD大多呈现增加趋势。其中,塔里木盆地AOD增加趋势较大,而内蒙古西部和准噶尔盆地呈现微弱减少趋势。     

近40年中国饱和水汽压差时空变化及影响因素分析

基于全国600多个站点的逐月气象观测资料,利用Mann-Kendall检验、多元线性回归等方法分析了中国地区1980～2018年不同气候区(干旱区、湿润区、半干旱区与半湿润区)饱和水汽压差(Vapor Pressure Deficit,VPD)的时空变化特征,检测了影响中国地区饱和水汽压差变化的主导气象因素.结果 发现...     

我国东、西部夏季水汽输送特征及其差异

本文利用ERA-40再分析每日资料分析了我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季1971～2000年气候平均的水汽输送特征及其差异, 分析结果表明我国东部季风区与西北干旱—半干旱区夏季气候平均的水汽输送特征有明显的差异。由于亚洲夏季风从孟加拉湾、 南海和热带西太平洋输送大量水汽到我国东部季风区, 故在东部季风区夏季经向水汽输送通量比纬向水汽输送通量大。而西北干旱—半干旱区受中纬度西风带的影响, 夏季纬向水汽输送通量比经向水汽输送通量大, 且此区域夏季无论纬向或者经向水汽输送通量均比东部季风区的水汽输送通量小一量级。并且, 分析结果还表明: 我国东部季风区由于湿度大, 故夏季水汽输送通量的散度不仅依赖于湿度平流, 而且依赖于风场的辐合、 辐散, 而西北干旱—半干旱区夏季水汽输送通量的散度主要依赖于湿度平流。此外, 分析结果还表明了我国东部季风区的水分平衡与西北干旱—半干旱区的水分平衡也有明显的不同。     

CLM4.0模式对中国区域土壤湿度的数值模拟及评估研究

本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料,驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4.0,CLM4.0）模拟了中国区域1961～2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（National Centers for Environmental Prediction Reanalysis,NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS,AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析,结果表明CLM4.0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征,但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致,与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致;从1961～2010年土壤湿度模拟结果分析得出,各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外,土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主,30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下,CLM4.0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小,湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著,其次是半干旱区和干旱区。     

Climate change and human activities: a case study in Xinjiang, China

We examined both long-term climate variability and anthropogenic contributions to current climate change for Xinjiang province of northwest China. Xinjiang encompasses several mountain ranges and inter-mountain basins and is comprised of a northern semiarid region and a more arid southern region. Climate over the last three centuries was reconstructed from tree rings and temperature series were calculated for the past 50 years using weather station data. Three major conclusions from these analyses are: (1) Although temperature varied considerably in Xinjiang over the last 200 years, it was non-directional until the last 50 years when a substantial warming trend occurred; (2) The semiarid North Xinjiang was representative of the northern hemisphere climate, while the more arid South Xinjiang resembled the southern hemisphere climate, meanwhile, (3) The entire Xinjiang province captured the global-scale climate signal. We also compared human contributions to global change between North and South Xinjiang, including land cover/land use, population, and greenhouse gas production. For both regions, urban areas acted as heat islands; and large areas of grassland and forest were converted to barren land, especially in North Xinjiang. Additionally, North Xinjiang also showed larger increase in population and greenhouse gas emissions mainly associated with animal production than those in South Xinjiang. Although Xinjiang province is a geographically coupled mountain–basin system, the two regions have distinct climate patterns and anthropogenic activities related to land cover conversion and greenhouse gas production.     

空气热储存和垂直平流对干旱均匀裸土地表能量平衡的影响

利用"内蒙古微气象观测蒸发试验"的数据,估算了我国西北干旱区典型均匀裸土下垫面条件下的空气热储存和垂直平流输送,并分析了空气热储存项和垂直平流输送项对干旱区地表能量不闭合的影响。研究发现:由于干旱区温度梯度大,热力抬升作用较强,即使在均匀下垫面条件下也存在可观的垂直平流输送。在地表能量平衡方程中引入空气热储存项和垂直平流输送项之后,二者对能量不闭合的平均补偿分别达到1.0 W/m2和7.1 W/m2,闭合度分别提高2%和14%,地表能量不平衡残差平均值由26.4 W/m2减小到18.2 W/m2,地表能量闭合度由82%提升到98%,干旱区地表能量平衡有明显改善。     

江淮梅雨期最低气温的气候特征分析

利用江淮地区70个测站1961~2001年历年6月第2侯至7月第2侯最低气温资料,采用旋转经验正交展开(REOF)方法对江淮地区梅雨期最低气温场进行客观分区,并分析了各区域最低气温的长期演变趋势。结果表明:江淮地区梅雨期最低气温场可分为3个区域,各区域的最低气温均具有明显的年际、年代际变化特征,且存在着显著差异,其中东北区明显上升,而南方区和西北区呈降低趋势;各区域存在明显不同的年际、年代际方差构成、突变特征和多尺度振荡周期。     

近10 a来祁连山地区气候及水资源研究现状

回顾了近10 a来对祁连山气候及其相关研究的主要成果,发现以前研究主要集中在气候变化及水资源方面。气候变化研究主要是古气候及近代气候的年际变化;水资源研究,则在陆地水资源方面的成果最多。近几年空中水资源开发利用的研究逐渐受到重视,成果日益增多,这将为西北干旱半干旱区解决水资源紧缺的状况提供一条可能的途径。     

西北干旱地区大气中水汽的平均输送

本文利用探空资料对西北干旱地区的水汽输送进行了分析，结果表明：（１）平均而言，该地区最大水汽输送高度在６００－７００ｈＰａ，但由于局地的影响，有些地方在近地面；（２）该区域夏季水汽输送量是冬季的两倍；（３）该区域的损失水量是由流入该流域的地表径流蒸发补给的。     

一种综合评价内蒙中西部地区农业气候资源的有效方法

利用DTOPSIS法对内蒙中西部地区的农业气候资源进行综合评估,结果表明,内蒙中西部地区农业气候资源整体水平按优劣可依次分为3个区:东部鄂尔多斯市为温和干旱—半干旱气候区,南部乌海市为温暖干旱区,北部巴彦淖尔市则为温暖干旱——极干旱区,农业气候资源呈现东部优于南、北部地区。     

干旱半干旱区气候变化研究综述

从干旱半干旱区气候的时空变化特征、陆气相互作用的观测试验以及气候变化的动力学机制等几个方面系统总结了近年来国内外干旱半干旱区气候变化的最新研究进展,指出目前干旱半干旱区气候变化研究以特定区域研究为主,缺乏对全球不同区域干旱半干旱区气候变化时空关联的系统性归纳研究,且野外观测试验持续时间较短,这在很大程度上限制了对干旱半干旱区气候变化机理的认识和陆面过程模式的发展。针对这些问题,从资料获取、资料分析及数值模拟3个方面提出未来干旱半干旱区气候变化研究的主要方向。     

A PRELIMINARY STUDY OF SNOW MASS VARIATIONS IN CHINA OVER THE PAST 30 YEARS

Daily snow data for 2300 climate stations covering the period from 1951 through 1980 have been used to monitorand diagnose secular variations,year-to-year fluctuations,and the spatial characteristics of snow variation trends inChina.An examination of time series reveals that there is a strong teleconnction to ENSO,to major volcanic eruptions,as well as to the CO_2-induced warming.The country-wide snow mass variations are positively correlated with globalmean temperature,increasing during the current warming period and decreasing during the recent cooling period priorto the mid 1960s.A synchronous relationship exists between El Nino/Southern Oscillation and snowy winter in China.The year-to-year snow fluctuations seem to be generally out of phase with volcanic activity.The anomaly map showsthat snow mass increased in high altitudes and moist regions,while it decreased in arid lowland and the southern bounda-ry zone during the warming period.The potential CO_2-induced changes in snow mass will further aggravate the regionaldifferentiation between high mountains and lowlands,between moist and arid regions.The number of snow cover dayswill decrease in the northern lowlands,and snowfall will increase in the Qinghai-Xizang Plateau,high mountains,andthe lower reaches of the Changjiang(Yangtze)River.