Interdecadal fluctuation of dry and wet climate boundaries in China in the past 50 years

Based on the mean yearly precipitation and the total yearly evaporation data of 295 meteorological stations in China in 1951–1999, the aridity index is calculated in this paper. According to the aridity index, the climatic regions in China are classified into three types, namely, arid region, semi-arid region and humid region. Dry and wet climate boundaries in China fluctuate markedly and differentiate greatly in each region in the past 50 years. The fluctuation amplitudes are 20–400 km in Northeast China, 40–400 km in North China, 30–350 km in the eastern part of Northwest China and 40–370 km in Southwest China. Before the 1980s (including 1980), the climate tended to be dry in Northeast China and North China, to be wet in the eastern part of Northwest China and very wet in Southwest China. Since the 1990s there have been dry signs in Southwest China, the eastern part of Northwest China and North China. The climate becomes wetter in Northeast China. Semi-arid region is the transitional zone between humid and arid regions, the monsoon edge belt in China, and the susceptible region of environmental evolution. At the end of the 1960s dry and wet climate in China witnessed abrupt changes, changing wetness into dryness. Dry and wet climate boundaries show the fluctuation characteristics of the whole shifts and the opposite fluctuations of eastward, westward, southward and northward directions. The fluctuations of climatic boundaries and the dry and wet variations of climate have distinctive interdecadal features.     

近50年来中国干湿气候界线的10年际波动

利用中国北方1951～1999年降水量和年蒸发量资料，计算了干燥度指数（D）。并据此将中国划分为干旱区（D（0.20）），半干旱区（0.20-0.50）和湿润区（D(0.50）），近50a中国干湿气候波动显著，区域差异大；50a波动幅度东北区为20～400km，华北区为40～400km，西北东部为30～350km，西南区为40～370km，以80年代为界，在20世纪80年代以前（包括80年代），西南区气候具有显著变湿趋势；西北东部稍变湿；华北区和东北区具有变干趋势，且华北区变干程度比东北区严重。进入90年代。西南区和西北东部气候有变干迹象。华北区西部气候的干旱程度有所增加，华北区东部有所减弱，东北区气候进一步变湿，半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，是中国季风的边缘地带，也是环境变化的敏感区，20世纪60～70年代中国（北方）干湿气候存在一次突变，由较湿润变为干旱。50年来干湿气候界线呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征，当干湿气候界线同时向西或向北移动时，中国北方气候就变得相对湿润；当同时向东或向南移动时，北方气候就变得相对干旱；当干湿气候界线东西、南北相异移动时，北方气候的干旱程度就介于二者之间。     

中国北方地区40年来湿润指数和气候干湿带界线的变化

本文研究了中国北方地区 196 1～ 2 0 0 0年 4 0年间气候干湿带界线分布和 10年际变化。 4 0年来中国北方地区 ,在东经 10 0°以东地区 ,半干旱区和半湿润区的分界线不断波动向东推进 ,2 0世纪 90年代比 6 0年代向东和向南扩展 ,半干旱区面积扩大 ,半湿润区面积缩小 ,气候趋向干旱化 ;东经 10 0°以西地区 ,极端干旱区面积在缩小 ,湿润指数有增大趋势。如果把温度和湿润指数相结合 ,东经 10 0°以东的黄淮海区和黄土高原区为持续的干暖型 ;东经 10 0°以西的西北地区 ,则由干暖型向湿暖型转变 :河西走廊和东疆盆地转型的时间发生在 2 0世纪 70年代初 ,北疆山地绿洲荒漠地区转型的时间发生 2 0世纪 80年代中期前后。气候干湿带界线的变化取决于降水和潜在蒸发的变化速率。 4 0年来 ,在东经 10 0°以东地区 ,降水和潜在蒸发都呈下降趋势 ,但降水减少速率大于潜在蒸发下降速率 ;在东经 10 0°以西地区变湿的原因 ,研究认为除了降水有所增加外 ,潜在蒸发也在下降 ,而且潜在蒸发下降速率的绝对值大于降水增加速率。     

过去45年中国干湿气候区域变化特征

利用中国1960-2004年降水、平均气温、风速和相对湿度等资料,分别采用降水指数和干湿分类函数作为干湿区域的划分标准,将中国划分成三个干湿等级的区域:干旱区、半干旱区和湿润区。结果发现无论以哪种指数作为衡量干湿的标准,我国过去45年的干旱总面积,即干旱区面积和半干旱区面积之和,均为扩大趋势,湿润面积则为减小趋势,这种情况在近十年表现得尤为显著。而半干旱区面积在分析时段变化的幅度最大,是干湿变化的敏感区。但两种结果之间也存在不同:降水指数的结果表明干旱区和湿润区的面积减小,半干旱区的面积增大;而干湿分类函数得到的各个干湿区域的面积则表明干旱区的增大,半干旱区和湿润区的减小。从定量的角度讲,干湿分类函数估算的干旱区面积的45年平均值比降水指数估算的干旱区面积的45年平均值约大15%,其估算的半干旱面积的45年平均值比降水指数的结果约小9%,而两者湿润区面积的45年平均值相差约6%。最后给出了仅分析降水指数就能反映干湿状况的地区和必须分析干湿分类函数才能确定干湿状况的区域。     

中国西北气候干湿变化研究进展

西北地区对全球气候变化十分敏感,研究分析该地区干湿变化特征,对区域发展至关重要.本文从气象(降水、温度、蒸发)、水文(地表水、土壤湿度、陆地水储量)和植被等角度综述了近50年西北地区干湿变化特征.结果 表明:西北整体气温升高,降水增加,呈暖湿化.但考虑陆面因素作用的分析表明该地区呈现东西部分化的格局.考虑蒸发因素的结果...     

近58a我国西北地区干期与湿期变化特征

利用西北地区1960—2017年68个站点逐日降雨气象数据,分别将日降雨小于（大于等于）0.1 mm和1 mm定义为旱日（湿日）,从干期和湿期变化特征的角度分析西北地区雨日年内分配变化。结果表明：西北地区东部年降雨量变化不明显,降雨频率下降,平均降雨强度增加;西北地区西部年降雨量、降雨频率和平均降雨强度均呈现增加趋势,平均降雨强度增加主要是由于降雨量增加速率快于降雨频率增加速率。结合干期和湿期变化特征,发现西北地区东部虽然干期旱日总数增加,但干期平均长度、干期次数和最长干期旱日数变化不明显,同时湿期湿日数和次数减少,说明西北地区东部在降雨量不变情况下,降雨更加集中。在西北地区西部,干期次数增加,但干期旱日总数、干期平均长度以及最长干期旱日数减少,湿期湿日数和湿期次数增加,湿期平均长度不变,西北地区西部在降雨量和降雨频率增加过程中,干期持续时间缩短,对该区域农业生产和生态环境有利。另外,使用不同阈值会影响特征值变化趋势大小及其显著性,甚至会得到相反的变化趋势,说明选择合理阈值对于研究降雨、干期以及湿期变化十分重要,需要结合区域气候特征进一步研究。     

亚洲季风与中国干湿、农牧气候界线之关系

基于中国553个气象站点1958~2000年日降水量资料、北方295个气象站点同期(20(cm)蒸发皿资料,界定出半干旱区和农牧交错区各自的范围。利用东亚夏季风强度指数(1951~1995年)与印度夏季降水量(1951~1998年)资料, 分析了半干旱区和农牧交错区东南-西北界10年际空间变化与亚洲夏季风的关系。近50年中国干湿、农牧气候界线的动态变化是影响中国的季风环流强弱作用在空间上的实物表现, 季风环流的强弱变化控制着气候界线空间摆动的范围与方向, 其年代际变化是中国干湿、农牧气候界线呈现出年代际变化特征的根源。分析显示, 在现代情况下, 农牧气候界线位置的空间摆动主要反映人类生产活动强度的强弱差异, 人为因素起主导作用。     

两种干湿气候类型评价方法在内蒙古地区应用比较

Holdridge可能蒸散率(PER)和徐文铎湿润指数(HI)在内蒙古地区的应用结果表明:两种干湿气候类型划分差异主要体现在半干旱和亚(半)湿润区,其余气候类型地域分布比较一致。其年代变化的共同点是半干旱区+干旱区+极干旱区面积逐年增加,亚(半)湿润区+湿润区面积逐年减少。PER分类与降水量分布规律明显,而HI分类更多体现了温度和降水的综合影响。在考虑下垫面特征的情况下,徐文铎湿润指数更符合内蒙古地区干湿气候带划分。30 a温度与降水相关分析表明:温度呈显著增加趋势,而降水的下降趋势属正常气候波动。     

干湿气候区划研究进展

干湿气候区划是气候学、地理学、生态学和农学等学科的重要内容.自1900年以来,国内外学者在干湿气候等级、干湿气候区划指标及其计算方法等方面取得了长足的进展.本文综述了近100多年来国内外学者关于干湿气候区划指标、潜在蒸散量计算方法、干湿气候等级及其命名方法等方面的研究成果,提出了目前该领域存在的科学问题.     

湖北省近500年区域干湿序列重建及其比较分析

在历史旱涝记载资料可靠性检验的基础上,重建了湖北省3个区域近500年来的干湿气候变化序列,并比较分析了各区域干湿气候变化的趋势特征、准周期性及跃变现象。结果表明:在3个区域中,鄂东区1570~1770、1890~1950年两个时段偏湿,1470~1520、1790~1830年则偏干;鄂北区偏湿时期主要在1470~1530、1710~1750、1850~1910年三个时段,1470~1530、1770~1830年则偏干;鄂西南区有1550~1610、1650~1710、1830~1890、1930~1990年4个主要偏湿时期,而无明显的偏干时段。运用功率谱和小波分析对3个干湿序列研究后发现,3个区域干湿变化具有多个气象周期,区域间周期类型差异显著,但50~70年左右的周期在3个区域上均表现突出;采用滑动t检验方法辨识干湿气候跃变现象,在"世纪尺度"和 30年尺度上检测到各区域干湿变化存在多个跃变事件,且同一跃变事件对不同区域向干(或向湿)影响的趋势相同。     

过去2000年中国气候变化研究的新进展

回顾过去2000年中国气候变化的研究历史,总结了本领域在最近10年的新成果,并对未来研究动向进行了展望。主要内容包括：代用证据采集、过去2000年温度序列重建与冷暖期辨识、降水及干湿序列重建与变化特征分析、过去千年气候变化模拟与机制诊断、历史气候变化影响分析等。主要进展体现在：加密了中国气候变化代用资料的空间覆盖度,提升了2000年气候变化序列重建、资料分析和影响辨识等研究的定量化程度,深化了对中国过去2000年气候在年代—百年尺度的变化特征及其形成机制与影响的认识。为进一步揭示地球系统的变化规律,特别是更深入认识中国气候的时空变化规律提供了更好的基础。     

过去2000年中国气候变化研究

总结了中国科学院地理科学与资源研究所在过去2000年中国气候变化研究方面的主要进展,并对未来研究动向进行了展望。在过去10余年中,中科院地理资源所的历史气候变化研究在已有基础上,面向国际本领域研究的前缘科学问题,开展了大量研究工作,在代用资料的收集、整理与数据库建设,温度与降水变化重建以及气候变化的时空特征分析等方面取得了许多新成果。未来不但需要进一步利用历史文献、树轮等气候变化重建手段,加强高分辨率的气候变化重建工作,加密气候变化代用资料的空间覆盖度,并结合历史气候模拟等手段,深入开展气候变化动力学机制研究;而且还需要进一步利用地理资源所在本领域已积累的研究优势,开展历史时期的气候变化与人类相互作用等方面的研究。     

1961—2010年中国东北半干旱区东界变化趋势分析

气候带边界的变化是大尺度地理特征对气候变化的响应方式之一,半干旱区的边界变化对其响应尤为敏感。我们整合了中国东北地区50年(1961—2010年)的气象数据,以降水量和温度所计算的干燥度指数作为干湿气候带划分的指标,在ArcGIS中采用Kriging空间插值法,在不同时间尺度上分析了近50年来中国东北半干旱区东界的波动趋势。结果表明:中国东北半干旱区界限变化呈整体向东、向南扩展的趋势,其变化受时间累积效应的影响,在50年(1961—2010年)尺度上范围最大,面积为285 648.4km2。数据分析表明,降水量减少是导致半干旱区边界变化的主要因素,气温的影响次之。     

过去50年气候变化下中国潜在植被NPP的脆弱性评价

借助动态植被模型IBIS,首先模拟了过去50年（1961-2010年）气候变化下中国潜在植被NPP的动态变化,然后采用IPCC第五次评估报告选定的标准气候态时段（1986-2005年）平均气候状态作为“标准年气候”,并将该气候条件下的潜在植被NPP作为评价基准。通过与基准进行比较,计算每一年潜在植被NPP的波动情况,进而评价该年的气候条件是否使潜在植被“不适应”以及“不适应”的程度,最后根据过去50年的“不适应”次数和程度综合判断气候变化下潜在植被NPP的脆弱性。评价结果显示：在过去50年的气候变化下,天山以南的暖温带荒漠生态系统、北方温带草原生态系统以及青藏高原西部的高寒草原生态系统更容易受到气候变化的不利影响,NPP呈现出较高的脆弱性;而大部分以森林为主的生态系统则不容易受到气候变化的影响,NPP脆弱性较低,其中以常绿阔叶林和针叶林为主的生态系统NPP脆弱性更低。此外,天山以北的温带荒漠生态系统以及青藏高原中部和东部的高寒草原草甸生态系统NPP也呈现出较低的脆弱性。     

东北地区近40年干燥指数变化趋势及其气候敏感性

基于东北地区91个站点1971～2008的常规气象资料,应用Mann-Kendall方法分析了区内近40年干燥指数的变化趋势,并基于Penman-Monteith公式计算了干燥指数对各气象要素的敏感性系数,分析了气候变化影响下,干燥指数气候敏感系数的变化规律。研究表明：（1）东北地区近40年来干燥指数以0.06/10a...     

近50年来气候变化背景下中国大豆生产潜力时空演变特征

大豆是中国最重要的粮食兼油料作物之一,随着人口的增长和人们生活水平的提高,中国对大豆产品的消费需求不断增加.全球气候变化给大豆生产带来了一定影响,其中有负面的,也有正面的.本文以2010年中国耕地空间分布遥感监测数据为基础,在1961-2010年的长时间序列气象数据、土壤数据等数据基础上,采用GAEZ模型,综合考虑光、温、水、CO2浓度、病虫害、农业气候限制、土壤、地形等因素,估算了中国大豆生产潜力,进而分析了近50年来气候变化导致的中国大豆生产潜力的时空格局特征.研究表明:①中国大豆生产潜力呈现由南向北、由西向东增加的趋势.东北平原区、长江中下游地区和黄淮海平原区是大豆高产区.②近50年来,中国大豆适宜种植面积持续增加,而大豆平均生产潜力却持续下降,大豆生产潜力总量先降后增.③中国大豆生产潜力的变化区域差异明显.东北平原区大豆生产潜力总量居全国第一,长江中下游地区和黄淮海平原区分别居第二、三位.本文揭示了近50年来气候变化背景下中国大豆生产潜力的时空格局演变特征,对合理安排大豆种植布局,高效利用气候和土地资源,实现大豆稳产高产具有指导意义.     

近50年气候驱动下东北地区玉米生产潜力时空演变分析

利用GAEZ模型,综合考虑气象、土壤、地形等因素,估算1961-2010年东北玉米生产潜力,分析50年来气候变化导致的东北玉米生产潜力时空格局演变特征。研究发现：① 1961-2010年,东北玉米平均生产潜力波动较大,整体上以每10年80 kg/hm²的线性倾向率增加;② 由于气候变化,20世纪末、21世纪初玉米生产潜力变化较为频繁;③ 玉米生产潜力总值黑龙江省始终处于最高,近50年间增长幅度黑龙江省>吉林省>辽宁省;④ 近50年来,黑龙江省玉米生产潜力的波动较为剧烈,吉林省和辽宁省相对稳定;⑤ 近50年东北玉米适宜种植区有所增加,主要集中在黑龙江省西北地区,高生产潜力区域增加明显,呈现北移趋势。研究可为东北地区高效利用气候和土地资源,优化玉米生产布局提供依据。     

The extreme dry/wet events in northern China during recent 100 years

Using monthly precipitation and monthly mean temperature, a surface humid index was proposed. According to the index, the distributed characteristics of extreme dryness has been fully analyzed. The results indicated that there is an obvious increasing trend of extreme dryness in the central part of northern China and northeastern China in the last 10 years, which shows a high frequency period of extreme dryness; while a low frequency period in the regions during the last 100 years. Compared with variation trend of the temperature in these regions, the region of high frequent extreme dryness is consistent with the warming trend in the same region.     

中国近代北方极端干湿事件的演变规律

Using monthly precipitation and monthly mean temperature, a surface humid index was proposed. According to the index, the distributed characteristics of extreme dryness has been fully analyzed. The results indicated that there is an obvious increasing trend of extreme dryness in the central part of northern China and northeastern China in the last 10 years, which shows a high frequency period of extreme dryness; while a low frequency period in the regions during the last 100 years. Compared with variation trend of the temperature in these regions, the region of high frequent extreme dryness is consistent with the warming trend in the same region.     

21世纪初期气候波动下浑善达克沙地荒漠化动态变化分析

基于EOS-MODIS遥感数据,利用GIS计算出归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖指数(PV),计算得到荒漠化指数(DI)对浑善达克沙地荒漠化进行识别,根据像元数统计不同荒漠化类型的面积及其变化数据,再分析荒漠化面积与气象要素的相关性,进而得出近13 a在气候波动下浑善达克沙地荒漠化的动态变化。结果表明:浑善达克沙地年平均气温呈下降趋势,年平均降水量呈增加趋势,且平均降水量对荒漠化动态变化的影响比平均气温对荒漠化动态变化的影响大。在气候波动影响下浑善达克沙地以荒漠化面积缩小为主,中度荒漠化,重度荒漠化和极重度荒漠化对荒漠化的演替贡献较大,表现为高程度荒漠化向低程度荒漠化转换。空间分布上,表现为西部极重度荒漠化面积明显减少,主要转化为重度荒漠化类型,东中部重度荒漠化明显减少,主要转化为未荒漠化和轻度荒漠化类型。