中国年代际暴雨时空变化格局

采用1951~2010年中国659个气象站点的日值降水数据,以中国气象局颁布的降水强度等级划分标准为依据,分别计算1951~1960、1961~1970、1971~1980、1981~1990、1991~2000、2001~2010年的年代际暴雨雨量、雨日和雨强,并统计了其相应的站点数目变化。结果表明,在时间上,中国年代际暴雨雨量和雨日显著增加,暴雨雨强也呈现增加趋势;在空间上,中国年代际暴雨雨量和雨日呈现出从东南沿海地区向华中和西南及环渤海地区逐渐扩张的梯度增加趋势,年代际暴雨雨强远不如暴雨雨量和暴雨雨日梯变明显。中国暴雨1951~2010年年代际时空变化格局很可能是在全球变暖大背景下中国地势与城市化共同作用的结果。     

中等排放情景下中国未来不同强度降雨对总降雨贡献的区域差异（2006―2100年）

采用RCP6.0中等排放情景下2006―2100年WRF 30 km×30 km日值降雨数据,根据中国气象局颁布的降雨强度等级划分标准,探究了中国不同强度降雨及其对总降雨贡献的变化趋势的空间差异特征。结果表明：1）在雨量上,中等排放情景下2006―2100年中国不同强度降雨呈现出不同的空间分异格局。小雨和中雨自东北向西南呈“高―低―高”的三块式空间分布特征;大雨、暴雨、大暴雨和总暴雨均呈“东南高,西北低”的分异格局;特大暴雨仅东南沿海的部分地区分布较多;总降雨呈“南方高,北方次之,西北低”的空间分异格局。2）在雨量贡献率上,强降雨对总降雨的贡献率普遍存在“东南高,西北低”特征,而弱降雨对总降雨的贡献率恰恰相反;不同强度暴雨对总暴雨的贡献率也有类似分布特征。3）在雨量变化趋势上,中国不同强度降雨变化趋势呈现出不同的空间分异格局,但强降雨呈增加趋势的区域显著多于呈减少趋势的区域。4）在雨量贡献率变化趋势上,强（弱）降雨对总降雨的贡献率呈增加（减少）趋势的区域占主导,强降雨对总降雨的贡献率呈增加趋势的地区明显多于弱降雨。5）在不同强度暴雨对总暴雨贡献率的变化趋势上,大暴雨和特大暴雨对总暴雨的贡献率呈增加趋势的区域明显多于暴雨。预估结果表明,中国东部降雨在朝着极端化方向发展。     

黄河流域降水格局及影响因素北大核心CSCD

黄河流域位于干旱、半干旱与半湿润过渡地带,是中国重要的经济地带和生态屏障,研究流域降水时空格局及其对多驱动因素的响应具有重要意义。本文分析了近70年降水的时空格局规律、多尺度特征以及降水对不同气象要素与环流因子的响应。结果表明:黄河流域降水量呈下降趋势,降水变率为-0.88 mm/10a,而上游地区呈增加趋势。流域降水存在显著的年周期尺度;年际周期尺度为主导模态,集合经验模态分解(EEMD)的累积方差贡献率为94.85%。偏小波相干性(PWC)分析表明蒸散量为降水多尺度特征的主导气象因素,气象因素主要调制降水的季节性与年周期,环流因子主导降水的年际和年代际周期;不同类型因素的耦合可以增强对降水在所有周期尺度的解释能力。     

近35 年青藏高原雨量和雨日的变化特征

利用青藏高原1971-2005 年49 个气象台站逐日雨量和雨日资料, 分析了青藏高原年、 季雨量和雨日变化趋势。结果表明, 近35 年西藏大部分地区年雨量、雨日呈现显著增加趋 势, 而青海省大部分地区雨量、雨日却呈减少趋势。夏半年, 高原上雨日减少, 雨量增加, 说明降水越来越集中, 降水强度在增加。冬半年, 高原上雨日、雨量均在增加。高原夏半年小雨(0.1~4.9 mm) 雨日减少, 雨量增加; 小雨(5.0~9.9 mm) 和中雨的雨日和雨量均呈增加趋 势, 大雨以上的雨日和雨量均减少。冬半年, 青藏高原小雪、中雪、大雪不同量级日数和雪 日的平均雪量均呈增加趋势; 暴雪日和雪量变化均不明显。     

1957—2019年山西省暴雨时空分布特征与暴雨灾害风险评估

利用1957—2019年山西省27个气象站点逐日降水数据,使用小波分析等方法对山西省暴雨时空分布特征进行分析,并基于自然灾害理论使用决策分析法（AHP）进行暴雨灾害风险评估。结果表明：（1）从时间尺度上看,山西省暴雨发生时间呈现周期性和季节性;暴雨年际变化存在4 a、9 a、14～15 a和27～28 a 4个时间尺度震荡,且震荡周期在缩短,暴雨发生的频次呈增加趋势;暴雨季节分配不均匀,多集中在夏季且形成暴雨灾害的几率较大,每年6—8月期间累积暴雨日数占全年比重高达85.23%,其中7月占比最大,达到45.18%。（2）从空间尺度上看,暴雨多发生在山西省中南部和海拔较高的山区,整体呈现出由东南向西北递减的规律,地区差异明显;以恒山为界,以南区域强降水发生的概率以及暴雨量普遍要高于北部区域,其中垣曲、五台山、阳城年平均暴雨量在65 mm以上,累积暴雨日数超过60 d。（3）通过对山西省暴雨灾害风险进行评估,发现山西省暴雨灾害综合风险等级空间上呈现出由南向北逐渐递减的趋势,运城盆地东北部属于高风险区,而山西省东北、西北地区则属于低风险区,其余大部分地区属于中风险区和次高风险区。     

近百年北极涛动对中国冬季气候的影响

北极涛动 (AO) 是北半球冬季热带外行星尺度大气环流最重要的一个模态,对北半球及区域气候有重要影响。利用中国近50年和近百年气温和降水资料分析了北极涛动对我国冬季气候的影响。当AO指数偏强时,我国大部分地区冬季气温偏高,同时降水也偏多。AO和西伯利亚高压对我国冬季气候的影响在年际和年代际尺度上有不同的特征, 在年际尺度上西伯利亚高压对我国气温的影响要远强于AO,而AO对我国降水的影响则比西伯利亚高压的影响要显著。这种关系也可以通过比较分析对流层低层和中高层环流形势在AO不同位相时的变化得到进一步验证。这说明AO对我国冬季气温和降水影响的机制是不一样的。在年代际尺度上,AO对气温和降水都有显著的影响。AO和西伯利亚高压一起能解释近百年来我国冬季温度和降水方差的35% 和11%。     

长江上游蒋家沟泥石流输沙年际变化与降水旋回特征关系

根据小不流域1956～2002年的降水资料,运用Mann-Kendall(M-K)非参数检验法和自相关函数,发现1990代降水旱现显著增加的趋势,其降水年均值比前期年均值增加96.5 mm(16.2%).并结合37 a气候变化下的蒋家沟高频率暴雨泥石流输沙最时序观测资料,分析了降雨变化与泥石流输沙量的关系,结果显示1990年代泥石流输沙量有显著增加的趋势,1990年代的年均输沙量比前期(1965～1989年)的年均输沙量多91×104m3/a.反映了暴雨泥石流输沙年际变率对降水年际变化的回应关系.本文已经初步揭示暴雨泥石流灾害活动年际变化的基本规律,并且为未来暴雨泥石流中、短期时间尺度的预测研究提供一条新路.     

1961-2010 年中国降水强度变化趋势及其对降水量影响分析

探讨区域降水强度的时空变化趋势对于揭示区域气候变化规律、有效应对气候变化水资源影响等具有重要意义。利用756 个气象观测站1961-2010 年50 年逐日降水资料,分析了中国不同等级降水（小雨、中雨、大雨、暴雨及年均降水）强度的年际、年代际的变化趋势,以及不同等级降水变化在降水量增量中的贡献。结果表明：在年际变化中,降水强度总体呈现上升趋势,显著上升区域主要分布在中国东部秦岭-淮河线以南的地区;在不同等级降水强度中小雨强度变化趋势最为显著,中雨以上级别降水强度则相对稳定。在年代际变化中,各区域年代际降水强度变化差异明显,20 世纪60 年代和70 年代下降显著,80 年代、90 年代、21 世纪的前10 年则上升明显。此外,降水强度对降水量增量贡献由东至西呈“大-小-大-小”的相间带状分布;在中国西部,小雨、中雨、大雨强度对降水量增量起主导作用,而在中国东部暴雨降水强度在降水量贡献中起主导作用,且在东北区东南、黄淮海西北以及西南中部作用更加明显。     

前期土壤湿度和降雨对小流域山洪预警指标的影响评估

山洪灾害临界雨量预警指标受多种因素影响,尤其是前期土壤湿度状况和降雨变化。基于分布式水文模型和情景分析法确定安徽省岳西流域的山洪灾害临界雨量集合,评估前期土壤湿度状况、雨型和预警时段对临界雨量变化的影响。研究表明：① 中国山洪水文模拟系统在研究区内具有较好的适用性,率定期和验证期的平均径流深和洪峰流量相对误差均在15%以内,平均峰现时间误差在1h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.79和0.77;② 60种情景模式下,池墩组村的临界雨量集合为141~528 mm;③ 前期土湿状况和雨型均显著影响临界雨量变化,随着土壤饱和率从0.20分别增加到0.50和0.80,临界雨量分别减少13.7%~16.2%和26.8%~31.8%;短历时预警时,临界雨量由大到小的相应雨型分别为减弱雨型、中间雨型和增强雨型。研究可为山洪灾害预报和早期预警提供理论支持,也为中国山洪灾害防治提供参考和借鉴。     

干旱内陆区声波干预下降雨微物理特征研究

利用2019年6—9月青海省干旱内陆区雨滴谱仪和雨量筒数据,运用物理检验法和统计方法,分析了超高功率集束强声波干预下近地面降雨微物理特征变化。结果表明:(1)声波干预下,累计降雨量增加,降雨量增加和减少的场次分别占研究总场次的60.87%和39.13%。平均粒径、液态水含量、雷达反射率因子、雨强和降雨动能等微物理量均值明显增大,雨强和动能增幅最为明显,分别为36.00%和69.20%。(2)声波干预下,平均谱大粒子端(0.8 mm)粒子数浓度增加,且雨强越大,粒子数浓度增加效果越明显。(3)空间分布上,作业中心周边3 km范围内雨强在声波干预下显著增加。     

中国短历时和长历时暴雨对总暴雨贡献的空间差异性研究（1961-2015）

采用1961-2015年659站日值降水数据,以持续1d和持续2d及以上暴雨作为短和长历时暴雨标准,分析不同历时暴雨变化趋势,结果表明,中国总降雨、总暴雨和短历时暴雨从东南沿海向西北内陆依次呈“增-减-增”的分布特征,且整体以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨则呈现出“增-减”的分布特征,且整体以减少趋势的站点占主导,并且检测出中国自东北向西南存在一条变干带。同时中国总暴雨对总降雨、长历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南高-西北低”的分布特征,而短历时暴雨对总暴雨的贡献呈现出“东南低-西北高”的分布特征。中国总暴雨对总降雨、短历时暴雨对总暴雨贡献的变化趋势呈现出“增-增减镶嵌-增”的分布特征,且以增加趋势的站点占主导,而长历时暴雨在东部沿海地区呈现出增减镶嵌的趋势,而西北内陆地区呈略微减少趋势,且以减少趋势的站点占主导,也检测出自东北向西南存在一条气候过渡带并与上述变干带基本重合。     

Spatiotemporal evolution of urban air quality and socioeconomic driving forces in China

Air pollution is a serious problem brought by the rapid urbanization and economic development in China, imposing great challenges and threats to population health and the sustainability of the society. Based on the real-time air quality monitoring data obtained for each Chinese city from 2013 to 2014, the spatiotemporal characteristics of air pollution are analyzed using various exploratory spatial data analysis tools. With spatial econometric models, this paper further quantifies the influences of socioeconomic factors on air quality at both the national and regional scales. The results are as follows: (1) From 2013 to 2014, the percentage of days compliance of urban air quality increased but air pollution deteriorated and the worsening situation in regions with poor air quality became more obvious. (2) Changes of air quality show a clear temporal coupling with regional socioeconomic activities, basically “relatively poor at daytime and relatively good at night”. (3) Urban air pollution shows a spatial pattern of “heavy in the east and light in the west, and heavy in the north and light in the south”. (4) The overall extent and distribution of regional urban air pollution have clearly different characteristics. The formation and evolution of regional air pollution can be basically induced as “the pollution of key cities is aggravated—pollution of those cities spreads—regional overall pollution is aggravated—the key cities lead in pollution governance—regional pollution joint prevention and control is implemented—regional overall pollution is reduced”. (5) At the national level, energy consumption, industrialization and technological progress are the major factors in the worsening of urban air quality, economic development is a significant driver for the improvement of that quality. (6) Influenced by resources, environment and the development stage, the socioeconomic factors had strongly variable impacts on air quality, in both direction and intensity in different regions. Based on the conclusion, the regional differentiation and development idea of the relationship between economic development and environmental changes in China are discussed.     

Assessment of Urban Air Pollution and Spatial Spillover Effects in China: Cases of 113 Key Environmental Protection Cities

With rapid urbanization and energy consumption, environmental pollution and degradation have become increasingly serious problems in China. At the beginning of 2013, China implemented new ambient air quality standards (GB 3095-2012) in which the concentration of six pollutants including PM_2.5, ozone, carbon monoxide, PM₁₀, sulfur dioxide and nitrogen dioxide were monitored. This study gathered annual air pollutant concentration data for the six pollutants in 113 key environmental protection cites throughout China in 2014 and 2015 to explain spatial patterns of urban air pollution. Based on the Kernel density estimation method, spatial hotspots of air pollution were illustrated through which spatial cluster of each pollutants could be plotted. By employing an entropy evaluation system, urban air quality was assessed in terms of the six atmospheric pollutants. We conclude that, in general, CO and SO₂ were two important pollutants in most Chinese cities, but this varied greatly among cities. The assessment results indicate that cities with the worst air quality were mainly located in northern and central provinces, dominantly in the Beijing-Tianjin-Hebei metropolitan area. Regression modeling showed that a combination of meteorological factors and human-related determinants, to say specifically, industrialization and urbanization factors, greatly influenced urban air quality variation in China. Results from spatial lag regression modeling confirmed that air pollution existed obvious spatial spillover effects among key cities. The spatial interdependence effects of urban air quality means that Chinese municipal governments should strengthen regional cooperation and deepen bilateral collaboration in terms of air regulation and pollution prevention.     

海岸带陆源非点源污染研究进展

海岸带是人类活动的集中区和环境变化的敏感区,受气候变化与人类活动因素的影响,其环境和生态极易遭受扰动而恶化。改革开放以来,随着我国东部沿海地区工业化、城市化的迅速发展,海岸带陆源污染问题日益突出,已对该区域的环境质量和生态安全构成了严重威胁。非点源污染是海岸带河口及近海水体陆源污染的重要方面,在很多区域,非点源污染甚至已超过点源污染而成为河口和近岸海域水体污染的主要原因,在这种背景下,加强海岸带陆源非点源污染研究,意义非常重大。本文在概述非点源污染基本特征及其国内外研究现状的基础上,重点阐述了海岸带陆源非点源污染的研究进展,并指出了研究的不足之处,进而,提出了当前及未来时期需重点研究的内容以及需要注意的问题。     

北京地区汛期降雨时空演变特征及城市化影响研究

近年来伴随着城市化的快速发展,世界各大城市汛期极端降雨事件频发,洪涝造成的社会经济损失日益严重,在此背景下,分析中国首都北京各城市化阶段汛期降雨变化显得非常有必要。论文基于30个雨量站1963—2012年汛期降雨资料,运用线性回归、滑动平均以及ArcGIS空间分析等方法对北京汛期降雨时空特征进行分析,通过对比城区和近郊区汛期降雨之间的差异来研究城市化对汛期降雨特征的影响,同时利用北京不同城市化阶段土地利用数据分析了城市下垫面变化对降雨的影响,得出以下主要结论：① 北京各区域汛期降雨时间上整体呈现下降趋势,空间上整体表现为由东向西呈逐渐减小的趋势。② 北京山区最容易发生小雨和中雨;城区则更容易发生中雨以上等级降雨事件,特别是暴雨和大暴雨;近郊区发生小雨和中雨概率与城区接近,但大雨以上等级降雨事件发生可能性小于城区;远郊发生各等级降雨事件的可能性均较大。③ 相对于北部近郊而言,在不同城市化发展阶段,城区降雨比南部近郊更大,但城市化增雨效应在城区与北部近郊之间也有所体现。④ 随着城市化的发展,北京城区和郊区城镇建设用地面积持续增长,原有下垫面条件被改变;由于城区城市化进程比近郊区更快,下垫面条件的改变使得城区汛期降雨量大于近郊区,且更易发生大雨以上等级降雨事件。     

中国城市空气质量时空演化特征及社会经济驱动力

城市空气污染是中国在快速城镇化和经济发展过程中亟待解决的难题。利用2013年和2014年全国城市空气质量数据,综合ArcGIS空间分析和统计分析,从年度、季节、月份、小时4个时间尺度比较归纳了全国城市空气质量的时空间演化特征,并采用空间计量模型,从全国和区域两个空间尺度,量化分析了城市空气质量变化的社会经济驱动力。结果表明：① 全国城市空气质量全年达标天数比例增加,但空气污染程度加重,高污染区域恶化态势明显;② 城市空气质量与生产生活活动表现出一定的时间耦合性,基本呈现“日出趋差、日落趋优”的态势;③ 全国城市空气污染表现出“东重西轻、北重南轻”的空间格局,区域一体化态势明显;④ 区域城市空气污染的总体程度和分布结构具有明显的分异特征,区域空气污染形成和演化路径可基本归纳为：“重点城市污染加重—重点城市污染扩散—区域整体污染加重—重点城市引领治污—区域污染联防联控—区域整体污染减轻”;⑤ 从全国层面看,能源消耗、工业化和技术进步是推动城市空气质量恶化的重要因素,经济发展对城市空气质量改善具有显著的推动作用。⑥ 受各地区资源环境基础和社会经济发展阶段影响,各类社会经济因素对城市空气质量改善的驱动方向和驱动强度差异明显。在结论的基础上,讨论了中国经济发展和环境变化关系的区域分异以及发展理念。     

Climate transformation to warm-humid and its effect on river runoff in the source region of the Yellow River

The change characteristics and trends of the regional climate in the source region of the Yellow River, and the response of runoff to climate change, are analyzed based on observational data of air temperature, precipitation, and runoff at 10 main hydrological and weather stations in the region. Our results show that a strong signal of climate shift from warm-dry to warm-humid in the western parts of northwestern China （Xinjiang） and the western Hexi Corridor of Gansu Province occurred in the late 1980s, and a same signal of climate change occurred in the mid-2000s in the source region of the Yellow River located in the eastern part of northwestern China. This climate changeover has led to a rapid increase in rainfall and stream runoff in the latter region. In most of the years since 2004 the average annual precipitation in the source region of the Yellow River has been greater than the long-term average annual value, and after 2007 the runoff measured at all of the hydrologic sections on the main channel of the Yellow River in the source region has also consistently exceeded the long-term average annual because of rainfall increase. It is difficult to determine the prospects of future climate change until additional observations and research are conducted on the rate and temporal and spatial extents of climate change in the region. Nevertheless, we predict that the climate shift from warm-dry to warm-humid in the source region of the Yellow River is very likely to be in the decadal time scale, which means a warming and rainy climate in the source region of the Yellow River will continue in the coming decades.     

城市化与PM2.5时空格局演变及其影响因素的研究进展

快速的城市化和经济发展在改善我们物质生活的同时,也因其剧烈人为活动导致了严重的环境污染,尤其是近年来以细颗粒物(PM_2.5)为首要污染物的城市与区域空气污染问题凸显。而传统的研究更注重孤立地开展空气污染或城市化的研究,缺乏对二者相互耦合关系的综合研究。本文以中国近年来广受关注的以PM_2.5为首要污染物的城市空气污染为切入点,系统地分析总结了在城市化与PM_2.5时空格局演变及其影响因素方面的主要研究进展,包括研究框架、主要方法和相关的主要研究成果等。指明该领域的研究已从空间格局分析逐步深入到健康影响、社会经济驱动等相关方向,并已延伸至复合主题的研究。未来,开展更为深入细致的研究,对于拓展城市与景观生态学的理论体系,了解城市化与城市空气质量的影响关系,解析不同城市发展阶段所面临的城市空气质量问题,将具有重要的科学与现实意义。     

阿图什市城市化过程的大气环境污染效应

以典型的干旱区绿洲城市阿图什市为例,借助国内外城市化与大气环境污染方面的研究成果,分别选取7个城市化指标和4个大气环境污染指标,应用阿图什市1990-2008年的城市化与大气环境污染数据,计算各指标综合指数,建立城市化与大气环境污染的关系模型,分析阿图什市1990-2008年城市化过程的大气环境污染效应。结果表明:阿图什市1990-2008年城市化发展速度快,城市化综合指数呈现非线性增长趋势;阿图什市大气环境污染物质浓度的波动性变化比较显著,但还是以总悬浮微粒为主,阿图什市1990-2008年大气环境污染综合指数呈现倒"U"型变化趋势;利用1990-2008年阿图什市的时间序列数据,通过计算城市化综合指数与大气环境污染综合指数,构建三次多项式模型进行城市化与大气环境污染之间相互关系的分析发现,阿图什市1990-2008年城市化与大气环境污染之间的关系拟合曲线不符合环境库兹涅茨倒"U"型曲线,而呈现出环境库兹涅茨倒"U"型曲线的特殊格式"N"型曲线关系。通过完善公共交通体系,加强建筑施工管理,改善城市绿化系统以及推进新技术等方式解决城市化带来的大气环境污染问题。     

PM2.5污染对中国人口死亡率的影响——基于346个城市面板数据的实证分析

中国生态文明建设和“健康中国”战略强调切实治理影响人口健康的环境问题,建设健康人居环境。论文基于2000年和2010年中国人口普查资料以及2005年和2015年各省级行政单元1%人口抽样调查等数据资料,论文使用探索性空间分析方法刻画中国城市人口死亡率的时空变化特征,并采用空间回归方法,揭示城市PM_2.5的平均浓度对人口死亡率的影响及其空间溢出效应,以及社会经济因素对PM_2.5—人口死亡率关联的调节效应。结果表明：① 中国城市人口死亡率的空间分布特征呈现明显的异质性,高死亡率地区早期集聚分布于西南地区,2005年后在西南地区、华北地区、华东地区和华中地区呈现逐渐集聚分布态势。低死亡率地区长期集中分布于西北地区、东北地区、长三角地区、珠三角地区和京津两市。② 人口死亡率的分布存在空间关联性,高—高类型地区早期集中分布于西南地区,后期向东扩展;低—低类型地区主要分布于北疆、内蒙古西部和广东省及其周边地区。③ 城市PM_2.5浓度对人口死亡率具有显著的正向影响,并且对邻近地区的人口死亡率具有显著的空间溢出效应。④ 中国城市PM_2.5浓度对人口死亡率的影响存在学历差异和城乡差异,地区高学历人群集聚可降低PM_2.5的健康风险,城镇化发展进程缓慢则会加重PM_2.5的健康风险。研究旨在为防范空气污染暴露导致的健康风险、建设健康人居环境提供科学依据。