“基于风云气象卫星数据的新疆积雪及融雪型洪水监测研究”项目

一、项目背景伊犁河谷地区、塔额盆地和天山山区是新疆主要的融雪洪水爆发区,每年给当地交通、牧业、设施农业和人民生命财产等造成巨大损失。新疆积雪及融雪型洪灾在全国范围内具有典型的代表性,加之其地域宽广,大气条件好,利用遥感手段开展积雪及融雪型洪灾的监测是必然方向;FY-3气象卫星是我国新一代极轨气象卫星,加强FY-3气象卫星观测资料的应用已成为国家和区域气象部门的一项重要工作,因此,有必要应用FY-3资料在新疆地区开展针对积雪及融雪型洪灾的监测与应用研究。     

1971~2017年新疆夏季分级降水特征

利用1971~2017年新疆100个气象观测站的逐日降雨资料,在降水分级的基础上,采用EOF分解、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对新疆夏季降水特征进行研究,结果表明:受天山山脉影响,新疆夏季降水主要集中在天山山脉附近,呈由北向南递减的空间分布特征;近47年新疆区域平均的夏季降水呈持续增长趋势,存在明显的多时间尺度波动,并在1987年发生由少到多的突变;EOF分析的前四个模态依次反映出新疆夏季降水具有整体一致、南-北向相反、东-西向相反以及中部与周边地区相反的变化特征;从空间分布看,新疆夏季各级降水的雨量与雨日均呈现明显上升趋势,其气候变化趋势系数与夏季降水基本一致,表现出北疆大于南疆、西部大于东部、山区多于盆地和谷地的空间分布特征;从时间变化看,新疆区域平均的夏季各级降水的雨量与雨日以上升趋势为主,其中暴雨的上升趋势最为显著,大雨次之,小雨和中雨最弱;新疆区域平均的夏季各级降水均表现出多尺度周期振荡特征。      

新疆地区夏季降水研究进展与展望

新疆地区面积占中国陆地面积的六分之一,具有典型的温带大陆性气候。新疆的夏季降水量约占全年降水量的54%,夏季也是新疆强降水的高发期。在全球变暖的大背景下,新疆地区暖湿化趋势明显,夏季降水量呈增多趋势。本文回顾了新疆夏季降水的研究进展,主要包括新疆夏季降水的时空分布特征、新疆夏季降水气候影响因子、新疆夏季降水影响系统、新疆夏季降水天气机制以及未来变化趋势,最后对新疆夏季降水研究进行了展望,为对其后研究提供相关参考。     

“新疆50年洪灾突变检验及降水气温的关系研究”项目简介

一、立项背景 洪灾的发生严重影响人类的生存环境及经济建设的发展。本项目为了揭示洪灾在南北疆高山与盆地之间不同季节洪灾的差异特征,将新疆洪水灾害分为5个区,对各区及整个新疆地区洪灾受灾面积变化趋势及周期进行分析比较,     

新疆地区夏季降水研究进展与展望

新疆地区面积占中国陆地面积的1/6，具有典型的温带大陆性气候。新疆的夏季降水量约占全年降水量的54%，夏季也是新疆强降水的高发期。在全球变暖的大背景下，新疆地区暖湿化趋势明显，夏季降水量呈增多趋势。回顾了新疆夏季降水的研究进展，主要包括新疆夏季降水的时空分布特征、新疆夏季降水气候影响因子、新疆夏季降水影响系统、新疆夏季降水机制以及未来变化趋势，最后对新疆夏季降水研究进行了展望，为后期研究提供相关参考。     

1959—2005年我国冬季和夏季区域气温与日照、云量的相关分析

基于1959—2005年全国824站日平均气温和日照时数以及NCEP/NCAR总云量逐日资料,利用REOF方法,将我国冬、夏季平均气温分别分为4个和6个区。冬季4区为青藏高原以东、东北和内蒙古东部、青藏高原大部、新疆;夏季6区为西北东部和华北、长江黄河流域一带、西南南部和华南、东北和内蒙古东部、新疆中北部、南疆西部。除了夏季II区(长江黄河流域一带),冬季和夏季各区平均气温均呈上升趋势,且冬季的上升趋势更显著。消除总云量的影响后,除了冬季II区(东北和内蒙古东部),冬季和夏季平均气温与日照时数均呈正相关关系,但与冬季相比,夏季的正相关关系更显著;消除日照的影响后,在夏季I区(西北东部和华北大部)和VI区(南疆西部)以及冬季II区(东北和内蒙古东部),平均气温与总云量呈显著的负相关关系。     

新疆东部地区夏季暴雨的分析

利用1961-2000年共40年新疆东部地区6站夏季降雨量资料、NCEP1°×1°的6小时再分析资料和常规探测等资料，对我国新疆东部地区夏季暴雨的天气气候特征、环流形势、影响天气系统及其暴雨形成的机制进行分析研究，并给出典型个例清晰的物理概念模型，提供了有参考意义的前兆依据。     

西北地区夏季降水异常的时空特征分析

本文使用西北地区95个测站，时间序列为1960-2000年共41年的加密测站资料，运用旋转经验正交函数分解（REOF）以及功率谱分析等方法，对西北地区夏季降水的时空特征及其演变规律进行了诊断分析，结果表明：西北地区夏季降水区域性较强，存在多时空尺度特征，且平均具有准3年和4.8年的周期变化。将西北地区夏季水异常区域划分为4个区后可见，北疆地区夏季降水的周期振荡最接近平均状况，南疆降水异常区次之，相比之下青海异常降水区解释方差最小，同时发现，在近41年来，西北地区夏季降水的平均状况是80年代以前多数年份降水偏少，干旱性强，80年代以后整个西北地区夏季降水则有增多的趋势；分区分析后表现为：北疆区和南疆区从80年代后期开始降水增多，内蒙古西部地区90年代以后降水增多，而东北高原区夏季除70年代到80年代中期降水偏多外，其前和其后降水都偏少。     

近60a新疆区域气温降水变化事实分析

利用1961～2017年新疆89个国家级气象观测站57年气温和降水量整编资料,采用一元线性回归进行趋势倾向估计,用最小二乘法反映气候要素的年平均增加、减少速率及年变化趋势。结果表明：新疆及北疆、天山山区、南疆各分区的年和四季平均气温呈现一致的上升趋势,其中新疆年平均升温速率为0.31℃/10a,90年代后期以后出现了明显增暖。冬季升温趋势最明显,夏季最弱。全疆和各分区的年、四季降水量呈现一致的增多趋势,新疆年降水量增加速率为10.14mm/10a。2010年代以来比1960年代增多了30%。冬季降水量增多趋势最明显。1961～2017年新疆气候变化较明显,总体在向暖湿方向变化。     

中国西北干旱、半干旱区春季地气温差的年代际变化特征及其对华北夏季降水年代际变化的影响

利用我国1951~2000年夏季降水观测资料分析了我国夏季降水的年代际变化特征,表明了我国夏季降水在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,在1976年之后华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重持续干旱,而西北地区从20世纪70年代后期开始,降水增多,且西北地区降水振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5~8年。并且,本文从1960~2000年我国西北干旱、半干旱区的地温、气温观测资料分析了我国西北干旱、半干旱地区的地气温差(Ts-Ta)的变化特征,其结果表明了在20世纪70年代后期以前,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差大部分年份偏低,低于平均值,而从70年代后期之后到2000年,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差偏高。此外,本文还分析了西北干旱区地气温差变化的最大地区新疆西部春季地气温差与我国夏季降水的相关关系,其正相关区分别位于西北地区、东北地区和长江流域,而负相关区分别位于华北地区东部和西南地区,这表明我国西北干旱、半干旱区春季地气温差可能是华北地区夏季降水年代际变化的原因之一。     

新疆南疆暴雨洪涝灾害风险区划

利用2010—2020年南疆气象观测逐小时降水及各县暴雨洪涝灾情数据，将灾损指标按百分位法划分为4个等级。基于GIS技术的自然断点法，从暴雨事件和孕灾环境方面，将暴雨洪涝灾害危险性等级划分为低、中低、中高、高4级。结果表明：受灾人口特重区域在和田地区洛浦县、墨玉县和于田县；直接经济损失特重在和静县、沙雅县、乌什县；农作物受灾特重在阿克苏地区沙雅县、喀什地区英吉沙县和岳普湖县。6 h、12 h、24 h最大降水量可作为南疆暴雨洪涝灾害的气象致灾因子，北部高于南部，西部高于东部，山区高于平原；暴雨洪涝灾害风险高区主要集中在和田地区于田县南部山区、阿克苏地区西部北部山区、喀什地区泽普县、巴州北部轮台县山区。     

1961-2019年新疆暴雨山洪灾害损失的时空变化特征

利用1961—2019年新疆86县(市)暴雨山洪灾害的5个灾情要素数据(死亡人数、倒塌房屋数、倒塌棚圈数、牲畜死亡数量、农作物受灾面积),采用比值权重法和无量纲化线性求和方法构建暴雨山洪灾害灾损指数,根据灾损指数的不同阈值范围将暴雨山洪灾害定量划分等级,并分析其时空分布特征。结果表明:(1)新疆暴雨山洪灾害主要出现在伊犁州、阿克苏地区和喀什地区,其中伊犁州伊宁县、巩留县、霍城县和尼勒克县最重,伊犁州暴雨山洪的致灾危险性与其暴雨日数分布有很好的一致性。(2)新疆暴雨山洪灾害发生具有很强的季节性,在夏季6—8月危害性最大,其中灾害出现次数和死亡人数均在7月最多(与降水相关性最大)。(3)近59 a来新疆暴雨山洪灾害的强度呈上升趋势,年灾损指数随时间呈线性增长趋势,暴雨山洪灾害的强度在20世纪80年代中期明显增加,其年际变化与3—10月降水量、大雨日数、暴雨日数密切相关。     

黑龙江省洪水灾害等级评估模型--模糊综合评价法

用模糊综合评价法来评定洪水灾害等级是科学的,具有客观定量等优点。它将洪水灾害分为５个等级,即重、大、中、轻和微灾。其方法是：用灾害因素划定灾害等级,进行量级简化;转换隶属函数;求转换函数;求权重系数;建立灾害等级评估模型;确定模糊灾害等级。从模型计算结果来看,黑龙江省的洪水灾害是严重的,中灾平均２年发生一次,大灾平均５年发生一次,重灾平均１５￣１６年发生一次。     

2004年我国天气气候特点

2004年，全国平均年降水量较常年偏少，且时空分布不均。春李至初夏，东北西部、内蒙古东部地区出现近50年来最严重的干旱；秋季，华南、长江中下游地区发生大范围的严重干旱。汛期，我国大江大河未发生大的流域性洪涝灾害，但局地性强降雨造成的暴雨洪涝和滑坡、泥石流等灾害比较频繁，四川、重庆、云南、河南、湖北、湖南等省市损失较重。全国年平均气温较常年明显偏高，但阶段性起伏变化较大，冬、春、秋季部分地区遭受低温冻害或雪灾，夏季南方出现持续高温天气。年内，有8个台风(热带风暴)登陆我国，其中台风“云娜”给浙江造成严重损失。雷雨大风、冰雹、雷击等局地强对流天气发生频繁。春季北方沙尘天气较上年同期增多。综合分析，2004年我国气候总体正常，气象灾害偏轻，属于偏好年景。     

“99”新疆特大混合型洪水的气象成因分析

分析了 1999年夏季处在干旱半干旱地区的新疆发生的特大混合型洪水的气象成因 ,指出由于高空迅速持续升温引起高山积雪大面积融化加上山区局地暴雨 ,二者共同作用是造成 1999年新疆夏季特大混合型洪水的主要原因。冰雪融化成分显著 ,是 1999年夏季洪水的重要特征 ,文中分析了其可预报性 ,强调了对夏季高山积雪监测的重要性。     

1616-1911年河南省异常洪涝灾害的时空特征及其成因

通过分类和整理1616-1911年河南省洪涝灾害记录,建立了洪涝灾害等级序列。采用Morlet小波变换、DBSCAN空间聚类等方法研究了河南异常洪涝灾害时空分异规律。探讨了洪涝发生对东亚夏季风和太阳活动变化的响应。结果表明：河南省洪涝灾害的发生存在80 a、30 a、20 a、9 a 4个主周期。在不同冷暖时期,北部地区洪涝灾害强度大于南部地区,且气候冷期洪涝强度和发生区域明显大于气候暖期,这除了与降水分布有关外,可能还与水域分布有关。河南南、北部洪涝强度对东亚夏季风强度的响应存在较大的差异,在东亚夏季风强年,季风系统位置偏北,易引起北部地区多洪涝;在东亚夏季风弱年,季风系统位置偏南,易引起南部地区多洪涝。不同时间尺度上二者相关性有显著差异,在100 a及以下时间尺度上,东亚夏季风对河南南部的洪涝影响显著;在200 a时间尺度上,东亚夏季风对河南北部的洪涝影响更显著。洪涝灾害易出现在太阳黑子数极值年及其附近,出现在极大值M年的频率高于极小值m年。河南北部的洪涝在各种不同时间尺度上对太阳黑子周期长度（SCL）的变化均有显著响应,河南南部的洪涝只在100 a尺度上对SCL的变化有显著响应,即当SCL变长（太阳活动减弱）时,有利于河南北部洪涝的少发;反之有利于洪涝的多发。河南省洪涝的变化可能是太阳活动与东亚夏季风共同作用的结果。进一步揭示历史洪涝发生规律及其成因对于正确预估未来旱涝趋势具有重要意义。     

北大西洋-东亚和北亚型遥相关的机制及其对新疆夏季旱涝的影响

北大西洋-东亚和北亚（简称NAENA）型遥相关是夏季欧亚大陆对流层上层经向风异常的第二主导模态,对欧亚大陆多尺度气候变率有显著影响。本文在分析NAENA型维持的动力学机制的基础上,研究了该遥相关型对新疆夏季旱涝异常的影响及其可能机制。大气波列的涡度收支分析表明,气候态的旋转纬向风引起的扰动涡度平流可以被扰动旋转经向风引起的平均涡度平流所补偿。能量转换过程分析表明,该大气波列有效地从平均流中提取有效位能,通过斜压能量转换过程得以维持。大西洋海温异常三极子模态则是NAENA型维持的重要外强迫因子。回归分析表明NAENA型遥相关能通过促进南疆夏季降水,显著影响新疆的旱涝异常。NAENA型位于中亚的气旋性低压一方面增强了南疆地区的垂直上升运动,同时气旋性环流将更多的水汽输送到该地区,有利于水汽在对流层中低层的异常辐合,进而对南疆的降水有促进作用。     

湖南晚稻洪涝过程等级指标构建与演变特征

以湖南晚稻为研究对象,基于1961—2010年双季晚稻种植区68个气象站的降水资料、17个农业气象观测站的生育期观测资料,采用历史灾情反演方法,构建晚稻大田生长期3个生育时段、3个洪涝等级的洪涝灾害样本125个,应用Q-Q图拟合、W检验和t分布区间估计方法,计算晚稻分生育期（移栽-分蘖期、拔节-孕穗期、抽穗-成熟期）不同洪涝致灾等级（轻、中、重）的过程降水量临界值,构建晚稻洪涝过程等级指标,并进行独立样本验证检验;应用M-K检验等方法分析1961—2010年湖南晚稻洪涝的时空演变特征。结果表明:指标验证与历史记录有较高一致性;同一洪涝等级的指标阈值从大到小依次为抽穗-成熟期、拔节-孕穗期、移栽-分蘖期;20世纪60年代和90年代是湖南晚稻洪涝发生最严重的年代,总洪涝次数在1994年发生突变;晚稻轻涝在抽穗-成熟期发生率最高,中涝和重涝在拔节-孕穗期发生率最高;总洪涝的高发地区位于郴州、岳阳地区;随年代推移,晚稻各等级洪涝和总洪涝高发区均呈现由北向南的变化。     

中国农业洪涝灾害研究进展

农业洪涝灾害是国内外灾害研究的重要分支领域。该文采用分类归纳总结已有研究成果并与观测事实相佐证的方法,从农业洪涝相关概念出发,系统阐述了中国农业洪涝灾害的研究进展,评述了气候变暖对中国农业洪涝灾害的影响。基于影响作物及发生时段,中国农业洪涝灾害可分为影响越冬作物的春涝、影响夏播夏收和夏季作物生长的夏涝及影响秋播秋收作物的秋涝。农业洪涝灾害的形成及强度,是天气气候、作物抗涝性、地形地貌、土壤结构及人类活动等多种因素综合作用的结果;气候变暖背景下,中国农业洪涝成灾率呈南方增强北部减缓的趋势,总体呈上升趋势;一方面与极端降水事件的变化有直接关系,另一方面受作物气候适宜性变化等的间接影响。农业洪涝灾害的致灾机理包括物理性破坏、生理性损伤及生态性危害。其影响包括对农业生产环境、作物生态生理和生长发育的影响及诱发病虫害等。气候变化背景下的农业洪涝综合性指标、基于灾变过程的综合风险评估及气候变暖对不同作物洪涝灾害的影响事实将是未来重点研究方向。     

渭干河流域暴雨融雪型洪水预报服务新技术研究

通过分析新疆渭干河流域2002年夏李特大洪水过程中的暴雨以及融雪对径流量的贡献。综合应用天气监测、雷达卫星监测、水文气象预报等手段，发现了西北地区暴雨融雪型洪水的一种新副型。并通过对渭干河流域暴雨、融雪型洪水的监测、预测及克孜尔水库防洪调控等气象服务技术问题进行综合分析，得出新疆暴雨、融雪型洪水服务的新思路、新方法、新手段。