新疆气候变化及其对生态环境的影响

近100年来,中国西部地区从19世纪末到20世纪初气温开始上升,20世纪40年代达到最高．以后气温下降．大约在70年代初达到最低．以后气温持续上升．增温主要出现在1970年以后。根据新疆56个气象观测台站的气温资料统计,年均温呈稳定的上升趋势。滑动t检验表明1980年是气温突变的转折点。新疆已有的气象观测记录表明．新疆温度变化和全国的变化较为一致。新疆降水量的变化比较复杂．分东疆、北疆、南疆加以讨论．南北疆降水增加明显,东疆则变化不大。降水量的增量北疆最大东疆最少,而降水量的增幅则南疆最大东疆最少。20世纪80年代中期以来,沙尘暴发生日数在波动中减少,与大风发生日数有很强的一致性。70年代以来。温度的升高,局部地区的降水明显,增加对新疆生态环境的影响进行了分析。     

南疆近60年来的气候变化及其对沙尘暴发生条件的影响

利用南疆1942-2001年的气象实测资料,并结合统计分析方法对缺失的资料进行插补,研究了南疆近60年来的气温、降水、大风和沙尘暴的年代际变化特征,分析了南疆气候变化趋势、沙尘暴与大风、气温、降水之间的相关关系和南疆气候变化对沙尘暴发生条件的影响。结果表明,南疆的气候变暖减弱了冷空气活动,从而使得南疆大风发生日数减少：近几十年来降水量的增加和近地表风速的降低增加了地表土壤湿度,同时也增加了地表植被覆盖度。这些变化使得近几十年米南疆沙尘暴的发生日数呈明显下降趋势。     

河西走廊沙尘暴及其影响因子的多尺度研究

沙尘暴活跃期具有周期性,这与影响因子的周期变化有关,尝试利用具有多时间尺度和多分辨率特性的小波分析技术对其进行研究。利用Morlet小波对甘肃河西走廊18个气象站多年平均的沙尘暴日数进行分析,发现沙尘暴变化的时间序列具有多尺度振荡的特点,存在7 a、13 a、以及23 a左右的特征时间尺度（周期变化）。通过对大风日数、干旱指数、降水、气温等沙尘暴的影响因子分析,表明沙尘暴的活跃度与大气环流的年际变化和突变有关,特别是与大风日数在时间尺度和主周期等方面具有明显的一致性,7 a左右的年际变化是它们的主周期;干旱指数、降水和气温具有同步的时间序列,13～25 a的年代际变化是它们的主周期,因此,它们对沙尘暴的影响主要体现在大时间尺度上。     

艾比湖流域沙尘气候变化趋势及其突变研究

通过艾比湖流域5个气象站建站~2001年的观测资料,对艾比湖流域沙尘气候的变化趋势进行了分析。结果表明,气候发生了明显的变化,主要表现在气温升高,降水增多,但分布不均,沙尘暴、扬沙和大风日数稳定减少,但浮尘日数显著上升,风速分布发生了变化,大风日数的迅速减少还引起蒸发能力的减弱。艾比湖干枯的湖底盐漠面积与该流域沙尘总日数之间存在密切关系,艾比湖水域的伸缩而引发的荒漠化环境变化是造成该流域沙尘天气的主要因素。对艾比湖流域沙尘气候的突变检验结果表明,大风、沙尘暴、扬沙日数的减少和浮尘日数的上升是一种突变现象,这种突变与整个西北气候的变化和艾比湖流域沙漠化条件的变化存在一定的关系。     

河北省坝上地区1971-2010年沙尘暴日数变化特征及与气象因素关系

利用1971-2010年地面气象观测资料,分析了坝上地区沙尘暴日数的季节变化和年变化特征及其与大风、降水、气温的关系。结果表明：坝上地区沙尘暴日数具有明显的季节性变化特征,春季沙尘暴日数最多,占全年沙尘暴日数的84.88%,秋季最少,仅占全年沙尘暴日数的1.39%,冬季沙尘暴日数多于夏季;从年变化特征上看,20世纪70年代沙尘暴发生日数最多,80年代减少,90年代达到最少,2000年后沙尘暴日数又开始增加,但总体来说沙尘暴日数呈现出波动中下降的趋势;年沙尘暴日数和年大风日数有显著的正相关,与前期、同期降水量没有达到显著相关,但是有着很好的对应关系,与年平均气温有显著的负相关。     

近45a我国沙尘暴和扬沙天气变化趋势和突变分析

利用1954-1998年我国334个站每月沙尘暴和扬沙发生日数资料,通过线性趋势估计和多项式函数拟合等方法分析了沙尘暴和扬沙日数的长期趋势变化和周期变化,发现沙尘暴和扬沙日数的总体趋势是下降的,沙尘暴和扬沙年平均日数都是在20世纪50年代最高,60年代减少,之后70年代又有回升的趋势,到80年代又减少,90年代最少。沙尘暴日数的变化存在着6.7a的周期及2.59a和3.38a的周期,并且2.59a和3.38a的周期都通过了α=0.1的显著性检验。扬沙不存在显著性周期。由于资料长度的限制,无法对22a以上的长周期进行分析。利用滑动t检验法和气候跃变参数J_y分析了沙尘暴和扬沙日数的突变问题,发现沙尘暴和扬沙日数从80年代到90年代的变化率最高,沙尘暴和扬沙分别在1985年和1984年发生了由多到少的突变。我国北方强沙尘暴的发生次数从50年代到90年代呈上升趋势,从而使沙尘天气对我国的影响不但没有减弱反而有增强的趋势;近年来,大范围的强沙尘暴天气出现的频率增加、程度增强、范围扩大,因此保护生态环境,防止土地荒漠化,是我们目前面临的紧要任务。     

近49a古尔班通古特沙漠南缘地区沙尘暴变化特征初探

运用小波分析、累积距平、滑动t检验及灰色关联度分析等方法对1961 - 2009年古尔班通古特沙漠南缘沙尘暴年日数序列的变化趋势、周期特征、突变特征及与气候因子的关系进行了分析.结果表明:(1)49 a间,古尔班通古特沙漠南缘沙尘暴年日数呈波动式减少的趋势,趋势系数为-0.565.(2)沙尘暴年日数序列存在多个周期;在...     

西北地区大风日数的时空分布特征

利用选取的西北5省(区)以及内蒙古西部(110°E以西)分布均匀的127个气象站1960-2000年41a逐月大风出现日数资料, 分析研究了西北地区大风的空间、时间特征, 并具体分析了大风与沙尘暴的时空关系, 揭示了西北地区大风分布的一些新事实。西北大风天气可划分为较少区(年均大风日数小于10d)、较多区(年均大风日数10~50d)、多发区(年均大风日数50~100d)和频发区(年均大风日数大于100d)。西北地区大部分区域为大风较多区, 占总站数的614%, 大风频发区分布最小; 大风最频繁发生的地方在新疆西北部的阿拉山口, 年平均大风日数超过160d, 平均不到3d就有一次大风天气, 大风日数最少的地方是陕西北部延安, 平均每年发生大风天气的日数不到1d。大风日数空间分布与地形有很大关系, 两山之间的峡谷地带以及高山和青藏高原极易出现大风天气。西北地区多数台站近40a来大风呈减少趋势, 其中新疆西北部、甘肃河西走廊西部和陕西东部等地区减少最为明显, 大风增加的区域主要集中在新疆东北部到青海西部地区, 其代表站年均大风日数从20世纪60年代到80年代中期以后增加了近3倍, 达到190d。总体来讲, 西北地区大风天气最多的季节是春季, 以5月最多, 其次是夏季, 秋、冬季特别是秋季大风最少; 陕西、甘肃中南部夏季大风较多, 青海东南部则夏季最最少, 冬季大风更多一些。进一步分析表明, 西北地区大风频发区与沙尘暴频发区并不完全重合, 例如, 南疆是西北乃至我国沙尘暴最频发区之一, 但是南疆却是西北地区大风的较少区, 年大风日数远少于沙尘暴日数。同样是沙源丰富的沙漠地区, 也都是我国沙尘暴的主要频发区, 但是塔克拉玛干沙漠及其附近地区的沙尘暴日数远多于大风日数, 而巴丹吉林沙漠地区的大风日数却比沙尘暴日数明显偏多。最近40 a西北地区大风与沙尘暴发生次数随时间变化趋势一致, 基本呈线性减少特征, 这说明在下垫面状况不变或变化不大的情况下, 近年来沙尘暴次数减少可能主要是由于大风天气(沙尘暴驱动因子)减少而造成的。大风的时间变化可以决定沙尘暴随时间的变化。     

柴达木盆地沙尘暴天气影响因素

以柴达木盆地9个地面气象站点1961—2016年的逐日观测资料,分析该地区沙尘暴发生频率与气象因子和地表因子的关系,对比沙尘暴发生日与未发生日的气象因子和地表因子的差异。结果表明:①柴达木盆地沙尘暴日数与风速、大风日数有显著正相关关系,是影响最大的气象因子;气温与沙尘暴日数存在正相关性,但各地区有差异;相对湿度和降水对沙尘暴日数有明显的抑制作用;日照时数与沙尘暴日数存在弱的正相关关系。②植被对沙尘暴有抑制作用,但对柴达木盆地北部沙尘暴日数的抑制作用不显著;冻土深度对沙尘暴的影响存在滞后效应,滞后时间为2—3月。③沙尘暴发生时日最低气温偏高,相对湿度偏大,降水偏多,风速明显偏大,日照时数偏小,气温(地温)差偏小;日照时数小是沙尘暴发生的必要不充分条件。     

新疆地区最大连续降水事件时空变化特征

基于新疆51 个站点1960-2005 年的日降水资料,从最大连续降水事件出发,以年、夏、冬为研究时期,定义描绘最大连续降水事件的日数、降水量和降水强度的9 个极端降水指标,研究最大连续降水事件的时空概率特征。本文应用改进的Mann-Kendall 法对各指标变化趋势进行检验,采用基于F 检验的线形分析计算其变化率。研究结果表明:(1) 年和夏季最容易发生2 天的最大连续降水天数,最大连续降水事件日数越长,降水强度越低;冬季易发生1 天的最大连续降水天数,随最大连续降水事件日数的增加,降水强度增加;(2) 近年来,日数短的连续降水天数事件频率减少,而随降水日数的增加;降水量有增加趋势;因此,新疆降水有极端化的趋势;(3) 新疆有湿润化趋势,而南疆在夏季的湿润趋势比北疆明显,北疆在冬季比南疆显著。     

新疆1961—2000年高空温度变化的若干事实及突变分析

采用1961—2000年新疆12个探空站逐日观测资料,利用经过5点平滑处理的曲线趋势对比和线性相关的研究方法,分析了40 a来12个探空站边界层、对流层、对流层顶和平流层从2 m和850 hPa至10 hPa的探空标准层各层的温度变化趋势;对流层和平流层各典型层间的相关关系;年际温度距平的垂直分布;并用Mann-Kendall方法进行了突变检验。研究表明：新疆平流层以20世纪80年代初为界,之前温度升高,之后温度降低,曲线呈“∧”型;对流层温度经历先降后升变化,曲线呈“V”型,两层温度表现为反位相变化趋势。其中30 hPa和300 hPa温度、50 hPa和400 hPa温度均达到0.05的显著水平负相关。对流层顶的200 hPa、250 hPa两个层次温度变化平稳。新疆年代际垂直方向温度分布特征70年代整层均为负距平,80年代对流层为负距平而平流层为正距平,曲线呈现镜像“S”型;60年代和90年代对流层为正距平,平流层为负距平,曲线呈现一个上下一致的“S”型。30 hPa、50 hPa和70 hPa温度在80年代初发生由升转降的突变;250 hPa温度在80年代初,500 hPa和700 hPa在1987年,2 m在1973年均发生由降转升的显著突变,显著水平达到0.01。     

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。     

祁连山区气候变化的区域差异特征及突变分析

利用8个气象站的气温和降水资料,运用一元回归分析法和5年趋势滑动,进行了气候变化的趋势分析,结果表明:祁连山区在20世纪80年代中后期气温持续升高,90年代以后明显变暖,其中秋、冬季升温幅度较大;60年代降水量最少,之后逐渐增多,80年代达到最多,90年代又减少,2000年以来又明显增多;气温变化在空间上表现为南北差异,以黑河干流为界,中东部升温幅度从南到北呈增大趋势,而中西部从南到北呈减小趋势;降水变化的空间差异也明显,东部表现为东西差异,降水量增加幅度从东到西呈减小趋势,而中、西部表现为南北差异,降水量增加幅度从南到北呈减小趋势。在此基础上,利用滑动T检验法、Cramer法、Mann-Kendall法进行气候突变分析,结果表明:祁连山区气温突变比降水突变明显,不同方法检验的结果比较一致;春、夏季气温在1997年发生突变,而秋、冬季在1985年左右发生突变。     

塔里木盆地沙尘天气日数的变化及其与北大西洋涛动的联系

基于塔里木盆地35站1961-2007年的沙尘暴、扬沙日数的观测资料,分析了塔里木盆地春、夏季沙尘天气日数的时空变化特征及其变化的可能原因。结果表明,沙尘暴和扬沙日数呈显著减少趋势,沙尘暴日数在盆地的西南部,扬沙日数在盆地的东北部,减少幅度最大。春、夏季沙尘暴日数的气候突变发生在20世纪80年代的中后期,而扬沙日数在90年代的中后期。春、夏季沙尘天气日数以单月发生为主,连续2月及以上发生概率较大的区域集中在天山南坡,尤其在阿克苏地区。近20 a来,沙尘天气日数异常站数迅速减少,尤其在2000年后。相关分析表明,前冬北大西洋涛动指数与春、夏季沙尘暴日数有较好的相关关系,可以作为其短期气候预测的一个因子。     

新疆沙尘暴源区的气候与荒漠环境变化

根据新疆地区50年来的气候变化以及人类活动的影响,阐述了新疆沙尘暴源区气候与荒漠环境变化。结果表明,新疆地区的气候由暖干向暖湿发展。自20世纪70年代中期以来,暖湿过程非常明显,特别是新疆南疆与北疆的气候变化特点和高山与盆地的气候变化差异以及湖泊水域面积的变化,都明显地反映了干旱区域气候变化的敏感性,并且也反映了新疆区域气候与中国中、东部气候变化的差异性。由于气候的波动变化和人类活动的干扰,使荒漠环境也在不同区域受到不同程度影响,尤其是干旱地区的降水、大气湿润程度和下垫面状况都直接影响着沙尘暴的发生和发展。20世纪80年代后期以来,温度的突变是造成环境恶化、灾害增多的主要原因之一,同时也反映出干旱内陆区是气候变化过程中的敏感反应区。     

塔里木盆地春季沙尘暴频次与大气环流的关系

使用1961-2009年春季NCEP/NCAR再分析资料和塔里木盆地37个气象站沙尘暴频次资料,分析了塔里木盆地春季沙尘暴频次与大气环流的关系。结果表明:①近40 a,在500 hPa高度场上,两者在巴黎盆地和蒙古国中西部存在显著负相关,在乌拉尔河附近存在正相关,蒙古国中西部500 hPa高度场在升高,而乌拉尔地区的在降低,两地间经向环流的减小引起盆地沙尘暴减少。②塔里木盆地春季沙尘暴频次突变与显著负相关区蒙古国西部500 hPa高度场突变相联系,两者的变化趋势基本是相反的,盆地沙尘暴频次突变出现在1985年,500 hPa位势高度突变提前于沙尘暴频次突变,出现在1980年和1984年。③在年际、年代际尺度上,春季500 hPa位势高度场上蒙古国西部气旋和东欧平原反气旋增强的环流形势配置是塔里木盆地沙尘暴多值年的典型背景。     

新疆沙尘暴天气的气候特征

根据地面观测资料,整理出1961-1999年39 a新疆90个气象观测站的沙尘暴天气现象资料并进行统计分析,给出新疆沙尘暴的时空分布特征,并以分钟为单位得到沙尘暴的日变化和持续时间。结果表明:①新疆沙尘暴的地理分布特点是北疆少南疆多、山区少盆地多,高发区在南北两大沙漠中,沙漠南缘、山脉北麓出现的沙尘暴多于其他周边地区。②沙尘暴的高发年代多在60年代和70年代,90年代沙尘暴的出现日数明显减少。③沙尘暴主要出现在4~8月,10月到次年3月少有沙尘暴发生。多发时段在16~21时,持续时间北疆一般不超过60 min,南疆一般不超过90 min,塔里木盆地南部沙尘暴的持续时间最长。     

1960-2010 年中国天山山区气候变化区域差异及突变特征

利用天山山区32 个气象站点1960-2010 年的逐月平均气温、降水数据和DEM数据等,进行了气候时空变化趋势和突变分析,研究结果表明：山区近50 年来年均气温呈明显的上升趋势,21 世纪以来年均温增加最明显,季节均温与年均温的变化趋势基本一致,冬季均温增加最明显,夏季均温变化最小;山区东段升温趋势最明显,北坡的变化趋势明显于南坡.自20 世纪60 年代以来降水量持续递增,其中80 年代开始更加明显;夏季降水量增加最明显,春季变化最小,山区年降水主要集中在春夏两季;山区气候空间分布呈现“两中心”的特征,东段为“干热”中心,西北部为“暖湿”中心,这两个中心的气候反差有扩大的趋势;山区气温和降水突变不太明显,春夏季气温突变可能发生在20 个世纪90 年代末至21 世纪初;秋冬季气温突变在20 世纪90 年代可能发生过;南坡和东段年均温突变可能发生在1982 年,北坡大致发生在1990 年左右.秋季降水突变发生在20 世纪80 年代末,其他季节不明显,年降水突变发生在80年代末期.     

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。     

新疆不同季节降水气候分区及变化趋势

利用新疆88个测站1961—2006年逐日降水量资料,采用EOF（主成分分析）、REOF（旋转主成分分析）、线性趋势、kendall-τ检验以及累积距平、t检验、信噪比相结合等方法,对新疆四季降水量的空间特征、变化趋势以及突变时间等进行了对比诊断分析\.结果表明,新疆四季降水量EOF的前3个载荷向量场均表现为全疆一致的降水偏多或偏少型、南北疆反变化的南多（少）北少（多）型以及东西反向的东多（少）西少（多）型等3大整体异常结构;在同一约束条件下,不同季节REOF分析所揭示的降水气候分区不同,冬季大致可划分为3个区,春季6个区,夏季7个区,秋季5个区;除南疆偏西地区冬季降水量未出现显著突变增加趋势外,新疆大部地区于1986年前后冬夏降水量同时显著突变增多,与其上空大气可降水量(APW)的增加有关;北疆春季降水量既没有显著的增加趋势,也未发生过突变;南疆大部地区春季降水量曾出现过显著突变增加,但突变时间早晚不一;从长期变化趋势看,北疆北部、中天山两侧及其以东地区秋季降水量虽增加不显著,但在1978年前后出现过突变增加,是季降水量突变最早区域;北疆西部冬、夏、秋降水量均显著增加,是新疆降水量增加最敏感区域,但秋季降水量的突变增加是从1997年开始的,比冬夏突变晚11 a左右,比其东部地区偏晚30 a左右。