基于标准化降水指数的中国冬季干旱分区及气候特征

利用中国614个气象台站1951—2006年历年月平均降水资料,计算各站的标准化降水指数及其干旱等级序列,采用REOF等方法进行气候分区,分析各区域近55 a干旱等级的时空变化,并着重讨论了黄淮—华北冬小麦种植区冬季干旱的大气环流特征。结果表明,我国冬季降水具有显著的年代际变化,西北的新疆地区,华北及黄淮地区自进入21世纪以来,冬季降水量增加十分明显,而西南,青藏高原及华南地区冬季降水量有所减少。根据标准化降水指数的旋转载荷向量可将中国划分为13个区域,其干旱等级序列和代表站资料反映出近55 a西北地区东部、河套及华北北部有变干的趋势,而新疆北部、东北北部、华北南部、江淮、江南地区降水量有增加的趋势。乌拉尔山—青藏高原脊、东亚大槽及西太平洋副高是影响北方冬麦区旱涝最主要的大气环流系统,其对分析、预测旱涝具有十分重要的指示意义。     

陕西年降水量变化特征及周期分析

以1959-2009年陕西省各气象站逐旬降水资料为基础,采用墨西哥帽小波函数,线性趋势分析以及Mann-Kendall检验法,对陕西省51 a降水的时空分布特征及趋势进行分析,揭示了陕西省降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了主要周期。结果表明：（1）陕西省年降水量年际变化大且时空分布极不均匀,降水量从北部向南部递增,呈南多北少特征,大致上为纬向分布。陕北、关中、陕南年降水量多年平均值依次为279 mm、563 mm、840 mm。三大区域年均降水变化相对较为平稳,近51 a来,研究区内年均降水总体呈北部和南部略微下降,中部微弱上升的变化格局,线性倾向率分别为-5.110 mm/10 a、-3.758 mm/10 a、1.908 mm/10 a;（2）陕西省年均降水量有3～7 a,10～17 a,17～30 a周期,以中时间尺度10～17 a的少-多交替最为明显。在微观尺度上,陕北、关中、陕南地区的周期均表现得零乱且不显著。中观尺度,关中和陕南的降水周期比较显著,为10～17 a,陕北的降水周期表现得不十分规律。宏观尺度,陕北的降水周期为23～30 a,关中和陕南较为相似,为18～25 a;（3）Mann-Kendall检验发现1993年是陕西省年均降水量增加的一个显著突变点,2009年以后陕西省将处于多雨期。     

1947-2006年东半球陆地干旱化特征——基于SPEI数据的分析

 利用1947—2006年逐月全球陆地高分辨率(0.5°×0.5°)标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)资料,分析了过去60 a东半球(40°S—80°N,20°W—180°E)陆地的干旱化趋势和变率、干旱面积变化、干旱事件的持续性和周期性以及可能的变化成因等。结果显示,东半球80%的陆地上目前处于干旱化进程中,其中北非及中蒙边界等地干旱化趋势最为显著。干旱变率最大地区出现在非洲北部、中国青藏高原、中国西北东部及中蒙边界一带、俄罗斯中北部以及东北部。北非、中蒙边界中段及中国青藏高原地区也是持续性异常干旱事件出现频次最高的地区。基于功率谱的周期分析则显示,东半球大部分地区第一显著周期为1.5～3 a左右,中亚部分地区存在准4 a周期振荡,而北非地区存在准12 a周期的年代际变化。SPEI距平场的经验正交函数(EOF)分析第一模态反映了东半球陆地大部分地区干旱化总体上具有一致性,对应的时间函数与全球陆地气温距平相关系数高达0.81,表明全球变暖与东半球干旱化趋势有着紧密联系;第二模态对应的时间函数与超前8个月的南方涛动指数(SOI)的相关系数为0.60,因而大尺度的干旱周期性振荡受ENSO活动影响显著。     

1961-2008年中国西北东部旱涝异常分布及干旱变化特征

 应用主成分分析和旋转主成分分析方法,利用陕、甘、宁、青四省（区）170个测站,对1961-2008年大气干旱指数S＝ΔT/δT-ΔR/δR的地域相关和年际变化特征进行了分析。结果表明：西北地区东部旱涝异常在空间上表现为较高的整体一致性,其次表现为东西相反和南北相反的变化趋势。西北地区东部旱涝异常存在三个基本相关的区域：甘肃东南部及陕西、河西走廊及河套地区、青海区。50 a来,各区在1974-1977年间和1982-1985年间湿润多雨,1994年以后相对少雨干旱。进一步分析发现,研究区域中西部尽管降水是增加的,但干旱指数变化不明显,而区域东部地区干旱指数变化很明显,说明区域中西部地区变湿不明显,而区域东部暖干化趋势明显。     

青藏高原年日照时数变化的时空特征

利用青藏高原地区68个测站1973-2007年近35 a的日照时数资料,采用主成分分析、旋转主成分分析、小波分析等方法对年日照时数变化的时空特征进行了分析.结果表明:1.青藏高原年日照时数呈现东南部较少,逐渐向西北地区增加的特征,近35 a青藏高原西部、西藏西南部和青海西南部年日照时数呈增加趋势,其余地区以减少趋势为主.第一载荷向量场反映了全区日照时数较一致的偏多或偏少;第二三载荷向量场分别反映了高原日照时数南北相反变化以及中部与西部、北部相反变化的差异.2.青藏高原年日照时数空间异常区可分为7个,即高原东南区、高原北部区、高原中部区、藏东区、青海北部区、藏西南区和高原西部区.高原北部和中东部年日照时数减少趋势较为显著,高原西部和西南部年日照时数呈增加趋势.3.高原东南区、高原中部区、青海北部区和藏西南区存在显著的16 a周期,其他异常区的显著周期及其年代变化差异较大.     

中国陆地太阳能资源开发潜力区域分析

从资源丰富度、稳定度和保障度3个方面,分别选取了较有代表性的太阳总辐射、日照时数和有效日照天数3项量化因子,利用多指标评分法对中国陆地太阳能资源开发潜力进行了综合评价和分析.结果表明:①中国青藏高原大部、甘肃北部、新疆东部和内蒙中西部地区,太阳能资源极为丰富,最适于进行大规模光电开发;②甘肃中部、新疆、青海东部和南部、内蒙古中东部、东北西部、河北与宁夏北部、四川西部,太阳能资源比较丰富,也适于规模化的太阳能发电;③东北东部和北部、华北平原北部、黄土高原大部、青藏高原东南缘、云南大部、雷州半岛和海南岛,以及新疆北部,太阳能可小规模或季节性开发利用;④其余地区太阳能资源比较贫乏,规模性开发潜力低.     

基于SPEI指数的秦岭南北地区干旱时空变化特征

基于秦岭南北地区47个气象站点1960-2016年实测气象资料,利用标准化降水蒸散指数（SPEI）定量分析了秦岭南北地区不同时间尺度干旱发生频率和强度的时空演变特征,并试图揭示该区域干旱发生的原因。结果表明：SPEI值能够较好的反映秦岭南北地区的干旱特征及干湿演变状况。从时间变化上看,近57 a来秦岭南北地区呈干旱化趋势,以20世纪90年干旱化趋势最为显著,干旱化趋势最显著的区域为秦岭以北地区,但近22 a秦岭南北地区开始出现湿润化趋势;从季节来看,四季大部分区域呈干旱化趋势,秋季干旱化趋势最显著且开始最早,春季次之,冬、夏干旱化趋势相对不显著。从空间来看,秦岭南北地区在年、季、月尺度上均有干旱发生且各地区分布极不均匀;其中秦岭以北地区干旱发生频率较高,其他子区域干旱发生频率的空间分布特征较为复杂。干旱发生强度呈现出中西部强,四周弱的特点,干旱发生强度最强的地方为陕西石泉,为14.7%,最弱的地方为四川阎中,为23.6%。     

中国西北近45a来夏季无雨日数的诊断分析

利用中国西北五省(区)1960-2004年125个台站夏季(6-8月)逐日降水资料,从中统计出夏季无雨日数,通过EOF、REOF、趋势分析、Morlet小波分析等方法进行了时空特征分析,结果表明：中国西北夏季无雨日数空间分布高值区在新疆的南疆地区,而低值区在青海南部;整个西北地区一致性异常特征是其夏季无雨日数的最主要的空间分布型,高原东部和新疆北部的少部分地区同其它地方呈反向变化的空间分布型也是比较重要的;中国西北夏季无雨日数的空间分型主要有：高原东部型、南疆型、北疆型、青海高原型、河西走廊型及西北东部型;在中国西北夏季无雨日数的6个主要空间异常分区中,近45a来其夏季无雨日数北疆区呈微弱的下降趋势,南疆区和青海高原区表现为较明显的下降趋势,河西走廊区、高原东部区呈较明显的上升趋势,西北东部区呈明显的上升趋势;中国西北夏季无雨日数的各主要空间异常分区中,近45a来其夏季无雨日数11 -13a和7-9a的周期震荡表现得比较明显,而3-5a的高频震荡大多分区也有所反映。     

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。     

基于Copula函数的中国东部季风区干旱风险研究

利用1961~2016年的中国地面降水月值0.5°×0.5°格网数据集计算了中国东部季风区不同时间尺度的标准化降水指数,并结合游程理论识别气象干旱事件。常规的单变量和基于Copula函数的双变量频率分析分别用来描述干旱事件的干旱历时和干旱烈度。结果表明：① 3个月时间尺度和6个月时间尺度的干旱特征空间格局非常相似,但与12个月时间尺度的干旱特征空间格局差异较大;② 各时间尺度的干旱历时和干旱烈度均呈正相关,即具有较长干旱历时的地区往往也是干旱烈度较大的区域;③ 西南区、长江下游地区、黄淮海区北部和南部、内蒙古东部和黑龙江省东部干旱风险较高,而长白山地区、松嫩平原和珠江流域干旱风险较低。研究结果可为中国东部季风区的干旱区划及旱灾风险评估提供科学依据。     

西北地区5—9月极端干期长度异常的气候特征

利用西北地区107个测站1960—2004年逐日降水资料,统计5—9月连续无雨日数 (日降水量小于0.1 mm),得到西北地区5—9月的逐年极端干期长度,在此基础上分析了极端干期长度的基本时空分布特征;对资料标准化后进行经验正交展开（EOF）和旋转经验正交展开（REOF）,研究其异常的空间结构及时间演变规律;并利用小波分析方法,分析了极端干期的周期性及突变的时间。结果表明：西北地区极端干期长度的气候平均分布与海拔高度及地理位置有较大的关系。西北地区极端干期长度异常在空间上主要表现为整体一致型,其次表现为东西相反的变化趋势。旋转载荷向量场（RLV）反映出极端干期长度的5个异常气候区：高原东北区,南疆区,青海区,北疆区和西北东南区。5个异常区极端干期长度均存在较明显的2~3 a高频振荡;其次西北东南区存在明显的16 a低频变化周期,而其他各区存在明显的8~11 a低频变化周期。新疆及青藏高原20世纪80年代后极端干期有缩短之趋势。高原东北区,青海区,北疆区的极端干期长度的分布有两个突变点;南疆区、西北东南区则各有一突变点。     

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。     

气温变暖对西北西风带冬季气温的影响分析

利用中国西北西风带139个气象站1961—2006年历年冬季气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、滑动t-检验、子波分析和功率谱分析等方法,分析了46 a西北西风带冬季气温对气候变暖的响应。结果表明:①中国西北西风带冬季气温近46 a增温率为0.55 ℃/10a. 增温显著的地方是陕西西部、甘肃、宁夏、内蒙古大部、青海中北部-塔里木盆地。仅青海的河南州局地有显著的下降趋势。表明除青海高原局部地区外其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖。②大部分区域冬季气温的年际变化稳定性差,青海高原相对稳定。③冬季气温的演变在西风带一致性程度较高。从20世纪60年代中期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期,21世纪初略有回落;全区性的前10个偏热年,80%出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右的年际周期,在20 a以上的气候变化层次上,气温趋势还处在偏高的位置。④冬季气温演变存在地域差异。一是蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反;二是蒙陕甘宁区和青海新疆区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区冬季气温异常细分为蒙陕甘宁区、高原区、北疆区和南疆区4个分区。冬季气温的转折高原区有异于其他区域,高原区单调增温,无明显转折,而其他区基本一致,在70年代初期转为上升,90年代中期转为下降阶段;冬季气温的突变也是高原区有异于其他区域,高原区1997年发生一次突变,而其他区域则一致为1986年突变。     

中国雾区的分布及其季节变化

用中国范围604个台站1961年1月~2000年12月的地面观测雾日资料,分析了雾的地理分布,讨论了不同区域雾的月年变化特征。结果表明：中国地区主要有6个雾区：长江中游区、海岸区、云贵高原区、陇东-陕西区、淮河流域、天山及其北疆区。大多数区域雾日年际变化有下降的趋势,特别是20世纪80年代之后下降趋势更明显,雾日显著趋势区呈西南-东北走向,上升和下降趋势区相间分布,自东南向西北呈波列结构;中国大多数雾区秋冬季雾日最多,春夏季雾日较少。黄海岸区和北疆月际变化相似,都呈双峰型分布,其他区域为单峰型分布。     

1960-2009年西南地区极端干旱气候变化(英文)

Based on the daily data of temperature and precipitation of 108 meteorological stations in Southwest China from 1960 to 2009, we calculate the monthly and yearly surface humid indexes, as well as the extreme drought frequency. According to the data, the temporal and spatial characteristics of the extreme drought frequency in inter-annual, inter-decadal, summer monsoon period and winter monsoon period are analyzed. The results are indicated as follows. (1) In general, the southwestern Sichuan Basin, southern Hengduan Mountains, southern coast of Guangxi and northern Guizhou are the areas where the extreme drought frequency has significantly increased in the past 50 years. As for the decadal change, from the 1960s to the 1980s the extreme drought frequency has presented a decreasing trend, while the 1990s is the wettest decade and the whole area is turning wet. In the 2000s, the extreme drought frequency rises quickly, but the regional differences reduce. (2) During summer monsoon period, the extreme drought frequency is growing, which generally occurs in the high mountains around the Sichuan Basin, most parts of Guangxi and "the broom-shaped mountains" in Yunnan. It is distinct that the altitude has impacts on the ex-treme drought frequency; during winter monsoon period, the area is relatively wet and the extreme drought frequency is decreasing. (3) During summer monsoon period, the abrupt change is observed in 2003, whereas the abrupt change during winter monsoon period is in 1989. The annual extreme drought frequency variation is a superposition of abrupt changes during summer monsoon and winter monsoon periods. The departure sequence vibration of annual extreme drought frequency is quasi-5 years and quasi-12 years.     

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。     

Spatiotemporal distribution characteristics of the fog regions in China

The spatial distribution and monthly/annual variation of foggy days in China are analyzed based on the monthly mean fog data collected from 604 observational stations for the period 1961–2000. Results show that there are six fog regions in China: the middle reaches of the Yangtze River, coastal areas, Yunnan-Guizhou Plateau, eastern Gansu–Shaanxi region, Huaihe River valley, Tianshan mountainous area and northern Xinjiang. On the whole the interannual variation trend of foggy days is descending, especially an obvious decline after the 1980s. The areas where the foggy days have obvious tendency present a southwest-northeast direction. The rising trend regions alternate with descending trend regions, forming a SE-NW directional wave structure. In general, the number of foggy days in autumn and winter is larger than in spring and summer over most fog regions. The monthly variation curves of foggy days are bimodal in the coastal area of the Yellow Sea and northern Xinjiang, and unimodal in other regions.     

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。     

1960—2016年黄土高原干旱和热浪时空变化特征

基于1960—2016年黄土高原49个气象台站日最高气温和月降水数据,论文利用百分位高温阈值和标准化降水指标对黄土高原干旱和热浪时空变化特征进行了分析,识别并探讨了干旱和热浪同时发生事件的演变规律。结果表明：① 黄土高原热浪频次整体呈增加趋势,日高温热浪增加趋势最大,增速达到0.29次/a,1995年之后增加趋势更为明显,显著增加区域集中在山西东北部、青海省东部和甘肃中南部;② 1960—2016年黄土高原旱涝指数呈下降趋势,即表现为由涝转旱,20世纪90年代初为旱涝变化的转折点,年旱涝指数下降趋势显著区占整个研究区的62%,其中黄土高原沟壑区南部、陕北南部、山西南部、甘肃东部干旱趋势较为明显;③ 干旱和热浪同时发生事件总体呈现增加趋势,增速为0.66次/10 a,其中1960—1979年呈下降趋势,降速为-0.26次/a,1980—2002年呈增加趋势,2003年之后变化趋势较为平稳;空间上,山西东部、陕北南部和甘肃东南部发生频次较高,并且显著增加区主要位于山西东北部、甘肃中东部和宁夏北部。