1961—2017年基于地面观测的新疆积雪时空变化研究

选取新疆89个气象站1961—2017年逐日积雪深度观测资料, 分析近60 a新疆冬季最大积雪深度及积雪日数的时空变化特征。结果表明： 新疆冬季最大积雪深度以天山为界, 天山以北多于南部, 北疆北部和伊犁河谷最大达60 ~ 100 cm, 天山山区及天山北坡30 ~ 60 cm, 南疆大部地区不足20 cm; 新疆北部最大雪深多出现在1996年以后, 也是新疆气候由暖干转为暖湿的阶段。近60 a新疆区域尤其是北疆、 天山山区冬季最大积雪深度呈显著增加趋势, 南疆略有增加; 89个气象站中87.6%呈增加趋势, 20个显著增加, 主要分布在天山以北地区。分析不同积雪深度出现的日数, 新疆区域、 北疆地区、 天山山区≤10 cm积雪约占积雪总日数的48% ~ 58%, 10 ~ 20 cm积雪占24% ~ 32%, 20 ~ 30 cm积雪占12% ~ 15%, >30 cm积雪约占5%左右; 南疆地区以≤5 cm积雪为主。新疆区域、 北疆地区以及天山山区积雪日数总体呈减少趋势, 其中≤10 cm积雪日数减少, 尤其北疆显著减少, >20 cm积雪日数显著增加, 南疆变化不明显; 空间变化趋势分布基本与区域变化一致。     

1961-2013年新疆不同时间尺度降水量的气候特征及其历史演变规律

利用新疆1961-2013年资料完整的89个气象观测站降水量资料, 应用数理统计、线性趋势、突变、小波分析等方法, 对新疆降水量的时空分布和变化特征以及突变性、周期性特征进行了分析. 结果表明: 新疆年降水量空间分布极不均匀, 大值区分布主要在天山山区及其两侧; 降水集中出现在春末至夏季, 其中, 7月在全年所占比例最大. 新疆及其各分区年降水量与降水量距平百分率均呈显著增加趋势, 不同于中国大部分区域同期呈显著减少或无明显线性变化趋势的现象, 增加速率与年降水量有关, 同时年际波动及阶段性变化明显; 四季降水量增加趋势的显著性不如年降水量, 空间分布上年和四季降水量均表现为大部分地区呈增加趋势, 且增加趋势冬季 > 夏季 > 春季 > 秋季. 新疆及天山山区年降水量在1987年发生了突变, 北疆在1984年发生了突变, 而南疆在1981-1986年期间发生了突变; 新疆及北疆年降水量具有3 a、6 a、8 a、11 a、18 a的波动周期, 天山山区存在6 a与10 a的震荡周期, 南疆波动周期为5 a、8 a、18 a, 四季降水量也存在不同的波动周期.     

新疆40a来气温、降水和沙尘天气变化

根据1961-2001年新疆代表北疆的8个气象站、天山山区的8个气象站、南疆的8个气象站的实测资料, 分析了40 a来新疆气温、降水、沙尘暴、扬沙、浮尘年代际变化特征.结果显示: 40 a来新疆气温呈明显上升趋势, 后10 a(1991-2000年)比前30 a平均气温升高, 北疆偏高0.8℃, 南疆和天山山区均偏高0.℃; 降水变化的总趋势是增湿明显, 后10 a与前30 a相比降水增加, 南疆偏多20.4%, 北疆偏多11.3%, 天山山区偏多9.8%; 南疆与北疆各类沙尘天气年际变化趋势基本相似, 80年代以来呈减少趋势; 南疆沙尘暴、扬沙、浮尘总日数之和与同期的温度、降水在春季有相对较好的线性相关关系.     

1961-2013年青海高原雷暴日数及雷电灾害变化特征研究

利用青海省48个测站雷暴、 雷电灾害监测资料, 分析了1961-2013年青海全省雷暴日数、 1997-2014年雷电灾害气候特征及其变化趋势. 结果表明: 青海省年雷暴日数在2.3～73.8 d之间, 两个高值中心分别在囊谦及祁连山的大通, 而两个低值中心在冷湖和西宁. 多雷区分布在三江源大部、 青海高原东北部大部, 而柴达木盆地为雷暴低发区. 青海高原雷暴日数分布特征为自东南向西北随纬度增加而逐渐减少, 各地区雷暴日数减少趋势非常显著, 三江源尤为突出. 全省大部分地区经历了增加-减少-增加-减少的演变规律; 各地雷暴的年内分布呈单峰型, 雷暴主要发生在5-9月, 主要集中在 6-8月, 最早出现在1月, 最晚出现在11月. 全省平均初雷日为4月16日, 最早初雷暴日为1月9日, 平均终雷暴日为9月15日, 最晚终雷暴日为11月28日. 青海省雷电灾害次数以微弱的次数增加, 直接经济损失、 人员伤亡也呈增加趋势, 家用、 办公电子电器设备损失呈增加趋势, 而电力设备、 建筑物、 交通、 金融等行业发生的次数、 损失呈下降趋势.     

1961-2010年新疆季节性最大冻土深度对冬季负积温的响应

基于新疆96个气象站1961-2010年的逐日平均气温和冻土深度资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的混合插值法,对新疆冬季负积温和季节性最大冻土深度的时空变化及其相互关系进行了分析. 结果表明：50 a来,新疆冬季负积温绝对值总体以51.5 ℃·d·(10a)^-1的倾向率减少,并于1985年发生了突变. 受其影响,最大冻土深度以-3.5 cm·(10a)^-1的倾向率减小,也于1988年发生了突变. 就全疆平均而言,1961-2010年,负积温每减少100 ℃·d,最大冻土深度将减小4.6 cm.但这种影响区域性差异显著,最大冻土深度减小量呈现"南疆小,北疆和天山山区大"的格局.南疆大部最大冻土深度对负积温变化的响应相对较敏感,一般为-3.0~-12.7 cm·(100℃·d)^-1;北疆和天山山区响应的敏感性较小,多为0.0~-4.9 cm·(100℃·d)^-1,其成因很可能是北疆和天山山区冬季积雪较南疆厚,较厚的积雪所具有的低导热性和较大的容积热容减小了气候变暖对冻土热状况的影响.负积温减少、最大冻土深度变浅将改变土壤的水热物理性状,加剧土壤干化、草场退化以及土地的荒漠化,对新疆脆弱的生态环境产生更加不利的影响.因此,应根据最大冻土深度对负积温变化响应的实际,采取趋利避害的技术措施积极应对.     

新疆降水在气候转型中的信号反应

针对气候转型科学问题的提出,根据新疆61处国家水文气象观测站点的资料,通过5a滑动平均、模比系数差积曲线、线性趋势等方法对新疆降水分析计算.结果显示,近50a来新疆年降水量总体呈增加的变化趋势,全疆年降水量平均增幅0.67mm·a^-1,天山山区增幅最大,达1.0～2.8mm·a^-1.由减少转为增加变化的时间大多出现于1987年前后,以此为界,从1987年起气候转向暖湿的强劲信号不仅反映在新疆的天山西部地区,而且在全疆也有所反映,且南疆强于北疆,西部多于东部.     

1961-2004年新疆气候突变分析

利用1961-2004年新疆53个气象台站逐日平均最高气温、平均最低气温和降水数据,采用Mann-Kendall法分别对北疆、天山山区和南疆气温、日较差和降水年序列进行了突变分析,同时利用滑动t检验和Yamamoto法对突变点的真伪做了验证.结果表明:1961-2004年北疆、天山山区和南疆年平均最低气温上升速率均明显高于年平均最高气温,年平均日较差均呈显著下降趋势,年降水量均有增加趋势.北疆年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1988年、1979年和1984年发生了突变;天山山区年均最低气温、年平均日较差及年降水量分别在1985年、1983年和1992年发生了突变;南疆年平均最高气温、年均最低气温及年平均日较差分别在1993年、1991年和1981年发生了突变.20世纪80年代中期以来北疆、天山山区、南疆均进入增温多雨时期.这些结果对进一步研究和预测新疆气候有着重要意义,为研究全国甚至全球气候变化提供重要依据,同时也为决策者提供决策依据.     

近50 a来新疆区域与天山典型流域极端洪水变化特征及其对气候变化的响应

以年极端洪水超标率来反映区域极端洪水, 分析了新疆区域极端洪水变化; 以年最大洪峰记录分析了天山山区主要河流极端洪水变化规律, 并用14站资料分析了天山山区气候变化特征, 讨论了天山主要河流极端洪水变化对区域气候变化的响应. 结果表明: 受气候变暖影响, 1957-2006年全疆极端洪水呈区域性加重趋势, 尤其南疆区域极端洪水明显加剧, 北疆区域也有加重趋势, 但相对较缓. 全疆及北疆、 南疆在20世纪90年代中期以来都处于洪水高发阶段. 近50 a来, 在新疆区域洪水呈加重趋势的变化背景下, 发源于天山南坡的托什干河和库玛拉克河年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 发源于天山北坡的玛纳斯河与乌鲁木齐河年最大洪峰流量虽有增加, 但是变化趋势较缓. 以年最大洪峰流量发生转折年为界, 天山典型流域托什干河、 库玛拉克河、 玛纳斯河和乌鲁木齐河在20世纪90年代(或80年代)以来与前期相比, 呈现出相似的变化特征: 年最大洪峰流量明显增大, 年际间变化更加剧烈, 洪水年更频繁. 以年最大洪峰流量发生转折年份为界, 玛纳斯河、 托什干河和乌鲁木齐河后期的年最大洪峰集中日期较前期推迟2~9 d, 库玛拉克河却提前5 d. 玛纳斯河、 乌鲁木齐河和库玛拉克河后期的集中度较前期增加0.8%~8.3%, 托什干河减小1.1%. 1961-2010年, 新疆天山山区气温明显上升, 升温率为0.34 ℃·(10a)^-1, 1997年以后明显增暖; 天山山区降水显著增加, 增加速率15.6 mm·(10a)^-1, 同时极端降水强度增大、 频数增多. 近50 a来天山主要河流极端洪水变化与区域增温以及天山山区极端降水事件增多等有密切关系.     

1961-2016年新疆单站不同等级冷空气过程气候特征及变化

利用新疆1961年1月-2016年12月资料完整的89个国家气象观测站的日最低气温资料,根据中国气象局2017年发布的行业标准《冷空气过程监测指标》（QX/393-2017）的单站冷空气等级,计算近56 a来新疆各单站不同等级冷空气过程的发生频次、降温幅度、持续天数,应用线性趋势、EOF分解等分析方法,对新疆各单站不同等级冷空气过程的时空分布特征进行分析。结果表明：新疆单站不同等级冷空气年平均频次和年累计天数均表现为中等强度冷空气最多、寒潮次多、强冷空气最少,空间分布都呈现为北疆多、南疆少的分布特征;中等强度冷空气和强冷空气区域平均的年平均频次和年累计天数的年际变化均呈不显著减少趋势,寒潮均呈显著减少趋势,而空间分布上不是整体呈减少趋势,甚至个别地区呈显著增加趋势;中等强度冷空气和强冷空气在秋季前期和春季后期发生较多,寒潮则在冬季发生较多;中等强度以上冷空气年累计降温呈现北疆大、南疆小的分布特征,区域平均的年累计降温呈显著减小趋势;新疆年寒潮频次和年累计降温第一模态的方差贡献率分别为33%、39%,远远大于其它模态,第一模态（即主模态）的空间分布二者均表现为整个新疆为一致的正值,说明其变化趋势在全疆具有一致性的特征,另外北疆特征值较大,南疆特征值较小,说明北疆更容易出现异常,南疆不易出现异常。     

新疆区域近50a积雪变化特征分析

利用新疆91个气象台站1960-2011年的观测资料, 对南北疆及天山山区冬春年(10月-翌年5月)的积雪日数、最大积雪深度、积雪初始、终止日期等因子进行了统计分析, 并通过Kringing插值计算了新疆区域平均最大积雪深度的空间分布.结果表明: 新疆冬春季积雪主要分布在天山以北, 厚度可达30 cm以上, 天山以南积雪比较浅薄, 大部分在10 cm以下;50 a来, 南北疆及天山山区的积雪深度均呈小幅增长(天山山区增幅最大), 积雪日数呈略微降低趋势, 积雪初始、终止日期无明显变化. 天山山区的积雪变化与北疆有较高的相关性, 它们积雪深度和积雪日数的相关系数分别达0.708和0.614, 南疆积雪变化与它们几乎没有相关性;积雪深度与冬春年降水量的变化均有很好的一致性, 尤其在北疆,二者相关系数高达0.702, 但与平均温度呈低的负相关;积雪日数与冬春年降水量变化没有明显相关关系, 但均与气温呈较好的负相关, 在北疆二者的相关系数达-0.742.     

天山山区近40a夏季降水变化及与南北疆的比较

利用新疆1959-1998年的降水资料,分析了天山山区近40a来夏季降水变化特征,并与南疆、北疆进行了比较.结果表明:天山山区近40a来的夏季降水在干湿阶段、最干最湿年份、降水变化的周期方面均与南北疆有别;天山山区夏季降水空间上的同步性变化比南疆及北疆弱一些;天山山区近40a来夏季降水年代际变化与北疆较为相近.新疆近40a来夏季降水最多的年代是90年代,天山山区偏多12%,南疆偏多25%,北疆偏多21%.     

1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系

利用新疆89个地面站逐日积雪深度观测资料,研究探讨了1961—2017年新疆区域积雪期、积雪初日、积雪终日的时空变化规律,分析了北疆和天山山区积雪期的年代际和周期变化特征及其与气温、降水的关系。结果表明:新疆各地积雪期、积雪初日和终日存在明显的差异,积雪期以天山为界北多南少;从空间分布看,天山山区和新疆北部阿勒泰、塔城和伊犁河谷的大部地区是新疆积雪最丰富的地区,也是积雪期相对较长的区域。近57年来,北疆和天山山区78%气象站积雪期呈减少趋势,其中塔城地区和阿勒泰东部以及中天山一带的部分地区减少显著;67%气象站积雪初日推迟,显著推迟区域与积雪期显著减少的区域基本一致;积雪终日变化趋势不明显。北疆和天山山区积雪期存在2～3a的短周期、14～15a的长周期;积雪初日分别以12a、15a长周期振荡为主,但3～5a短周期振荡出现的时段有所差异,两个区域积雪终日周期信号均较弱。北疆和天山山区积雪期、积雪初日和终日受气温的影响大于降水,其中积雪初日、终日出现的早晚与其所处季节的平均气温显著相关。     

1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系

利用新疆89个地面站逐日积雪深度观测资料,研究探讨了1961—2017年新疆区域积雪期、积雪初日、积雪终日的时空变化规律,分析了北疆和天山山区积雪期的年代际和周期变化特征及其与气温、降水的关系.结果表明:新疆各地积雪期、积雪初日和终日存在明显的差异,积雪期以天山为界北多南少;从空间分布看,天山山区和新疆北部阿勒泰、塔城...     

基于灾情数据的新疆雪灾的评估与区划

选取1955-2017年新疆因雪灾造成的牲畜受灾数量、作物受灾面积、经济损失三大灾情数据,揭示新疆雪灾时间和空间分布特征,通过构建雪灾灾损指数,对新疆雪灾进行区划。分析表明：新疆雪灾的发生北疆多于南疆,山区多于盆地,西部多于东部,主要集中发生在阿尔泰山区、天山山区及昆仑山区,灾情最重的是阿勒泰地区、伊犁地区、塔城地区;进入2000年以后,雪灾呈现明显高位震荡特点;利用多指标综合评估法,运用连续型随机变量分布密度近似求法,求得的新疆雪灾灾损指数,能客观反映新疆雪灾灾情;雪灾灾损指数遵从Γ分布,根据Γ分布函数属性及各类雪灾事件发生概率,进行了新疆雪灾等级区划。研究成果可为决策服务及气候可行性论证提供理论依据,对科学准确地制定防灾备灾措施、及时组织开展雪灾应急救助工作以及灾后的恢复重建决策给予一定参考。     

2002-2011年新疆积雪时空分布特征研究北大核心CSCD

基于2002-2011年的MODIS积雪产品数据, 对新疆积雪的年际变化特征、年内变化特征及空间分布特征进行了分析.结果表明： 年内积雪从10月中旬开始建立, 于1月面积达到最大, 7月面积达到最小.其中, 冬季积雪面积所占比例最大, 夏季最小. 2002-2011年新疆积雪面积总体上呈减少趋势. 其中, 春季和冬季为减少趋势;夏季的积雪由于其基本上都是高海拔的永久性积雪, 故比较稳定, 变化趋势不明显;秋季为上升趋势.新疆积雪空间分布极不均匀, 北疆积雪分布明显多于南疆.山区为积雪覆盖频次的高值区, 盆地为积雪覆盖频次的低值区.永久性积雪在阿尔泰山脉分布较少, 主要分布在天山山脉和昆仑山脉.就永久性积雪面积而言, 分布在海拔5 000~6 000 m的面积最大, 其次是海拔4 000~5 000 m, 再次是海拔6 000~7 000 m.     

新疆水分亏缺量时空变化分析

利用新疆101个气象站1961-2010年的逐月气候资料计算出冬、 春、 夏、 秋四季和全年水分亏缺量, 使用气候倾向率、 Mann-Kendall检测以及基于ArcGis的混合空间插值法对近50 a新疆水分亏缺量时空变化进行了分析. 结果表明: 新疆水分亏缺量的空间分布总体呈现南疆大于北疆、 东部大于西部、 平原和盆(谷)地大于山区的分布格局. 近50 a来, 新疆冬、 春、 夏、 秋四季和年水分亏缺量分别以-3.146 mm·(10a)^-1、 -7.708 mm·(10a)^-1、 -14.650 mm·(10a)^-1、 -6.965 mm·(10a)^-1和-32.364 mm·(10a)^-1的倾向率呈极显著的减小趋势, 并分别于20世纪70年代末至80年代中期发生了突变性的减小. 但全疆各地水分亏缺量的变化具有明显的区域性差异, 以突变年为节点, 突变后较突变前, 水分亏缺量减少幅度的空间分布总体呈现平原大、 山区小的格局. 水分亏缺量减小, 对缓解新疆日益尖锐的水资源供需矛盾、 降低气候的干燥度、 减少单位面积农田和自然植被需水量、 改善脆弱的生态环境具有重要意义.     

基于遥感和GIS的新疆绿洲城市扩展时空动态变化分析

以新疆16座城市为研究对象, 运用多时相卫星遥感资料, 利用遥感和GIS技术提取城市的空间特征信息, 并通过城市扩展强度、扩展速率以及城市空间形态紧凑度和分形维数等指标定量分析了1990-2010年以来新疆城市扩展时空动态变化的过程和特征. 结果表明: 新疆城市的空间分布由其独特的自然环境和绿洲经济所决定, 许多城市的发展依托于绿洲, 城镇的形成具有"亲水性"的特点, 由于新疆地域辽阔, 交通干线附近往往形成城镇相对集中的城市带或城市群. 南北疆城市之间在扩展速度及强度上存在较明显的差异, 位于北疆天山北坡经济带上的城市大多属于扩展速度相对较快、扩展强度相对较大的扩张类型, 而南疆城市的扩展速度则相对较慢、扩展强度也相对较小.通过对城市紧凑度和分维数变化的分析发现, 新疆城市平均紧凑度呈下降趋势, 而分形维数呈增长的趋势, 说明整体上新疆城市空间结构有趋于松散化的趋势, 城市的空间结构不够合理, 有待改善.     

北疆冬季降水的气候特征分析

基于新疆北部1961-2009年43站逐日降水资料,分析了北疆冬季降水的气候分布及时间变化特征.结果表明:北疆冬季降水存在明显的区域差异,北疆西部是降水量和降水日数最多的区域.相对夏季,冬季降水受地形影响规律不明显,这与两个季节形成降水的云物理微观过程的环境条件差异有关.冬季降水呈明显的增加趋势,其中小雪表现为减少趋势...     

基于MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961—2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数（MCI）分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明：（1）全疆年平均干旱日数在空间分布特征为：各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;（2）年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;（3）干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数（REOF）的时空分析,将新疆分成三个模态：第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。     

中国西北近45a来极端低温事件及其对区域增暖的响应

利用中国西北五省(区)1960-2004年100个台站逐日最低温度资料,通过百分位法定义了不同台站的逐日极端低温阈值,对近45 a来西北地区逐年极端低温事件发生频次进行了时空诊断,并分析其同西北区域性增暖的响应.结果表明:一致性异常分布是中国西北年极端低温事件发生频次的最主要空间模态;中国西北年极端低温事件发生频次的空间分布可分为以下5个关键区:北疆区、青海北部区、西北东部区、南疆区及青南高原区;年极端低温事件发生频次除了青南高原区表现为微弱的减少趋势外,北疆区、青海北部区、西北东部区和南疆区均表现为显著的减少趋势,并且发生了突变现象.在年极端低温事件发生频次的各主要空间分区中,13～15 a和7～8 a的周期在所有分区中反映得比较清楚;年极端低温事件发生频次对西北区域性增暖呈显著负响应.