西北地区沙尘天气的时空特征及影响因素分析

利用1960—2005年西北地区135个台站的沙尘日数、月降水和气温资料,以及500 hPa高度场和太平洋海表温度资料,通过常规统计和诊断方法,分析了沙尘天气的时空特征及其影响因素。结果表明,除北疆北部外,西北地区大部分地方年平均沙尘日数在5 d以上,沙尘日数25 d以上的地方主要在南疆、青海西部、甘肃河西及中部地区以及宁夏、内蒙古中西部和陕北一带,而50 d以上沙尘高频区主要集中在塔克拉玛干沙漠周边地区以及巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和毛乌素沙地一带。沙尘天气在春季发生最频繁,而很少发生在秋季。近46 a年沙尘日数总体上呈显著下降趋势,在沙尘天气高发区的下降趋势更为明显。20世纪70年代中期开始,沙尘天气发生频数由较多期跃变为一个相对较少期。当北太平洋地区位势高度偏低,青藏高原至新疆500 hPa高压脊异常偏强,亚洲大陆中高纬高度场较常年偏高时,西北地区沙尘日数偏少,反之亦然。当春季太平洋海温表现为厄尔尼诺(拉尼娜)典型态时,同期沙尘日数偏少（多）。     

1960—2017年太湖流域不同等级降水时空特征

基于太湖流域1960—2017年逐日降水数据,运用Mann-Kendall非参数检验法、R/S分析等方法,分析太湖流域不同等级降水的时空变化特征,并探讨了不同等级降水对年降水的影响。结果表明：1）近60年来,流域小雨发生率最高,为73.55%;年总降水量中,中雨量所占比例最大,为32.05%。小雨发生率呈显著减少趋势,暴雨贡献率呈显著增加趋势。2）太湖流域大雨、暴雨的降水量和降水日数都呈显著增加,小雨日数显著减少,小雨强度、年总降水强度显著增强。3）不同等级降水变化趋势的空间分布存在明显差异。小雨日数与年总降水日数,以及小雨强度与年总降水强度的变化趋势空间格局相一致。中雨日数、大雨日数、暴雨日数变化趋势的空间分布与其对应的降水量变化趋势的空间格局相似。4）R/S分析结果显示,小雨、暴雨、年总降水相关指标（小雨量除外）都表现出较强的持续性,未来变化趋势与过去相一致。5）近60年来,太湖流域年总降水量、降水日数、年总降水强度的变化,分别受中雨量、小雨日数、暴雨量的影响较大。在旱年流域年降水量偏少受大雨量减少的影响较大,而涝年年降水量偏多受暴雨增加的影响较大。     

1960—2011年甘肃河东地区极端降水变化

选取甘肃河东地区13个气象站点1960—2011年的日降水资料,运用气候线性趋势、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析、反距离加权法和R/S方法,分析了甘肃河东地区极端降水的时空分布,并预测了未来变化趋势。结果表明:（1）河东地区近52年持续干旱日数呈显著增加趋势,而其余极端降水指标呈减少趋势,其中只有中雨日数通过了显著性检验;各极端降水指标在河东季风区和河东高寒区存在明显差异;在河东季风区,中雨日数、R95极端降水量和降水强度显著减少,而持续干旱日数显著增加;在河东高寒区持续降水日数显著减少。（2）空间分布上,除持续干旱日数大多数区域增加外,其余极端降水指标大部分区域减少,减少区域集中在河东中部和河东东南部。（3）极端降水指标主要以20年和5～8年的周期为主,在不同的时间序列信号强弱不同\.（4）中雨日数、持续干旱日数、R95极端降水量、降水强度在20世纪70年代发生趋势性突变,持续降水日数和最大5天降水量在80年代转折性突变。（5）除中雨日数、持续降水日数在河东高寒区未来发展不稳定外,其它各指标在各区域未来表现出持续性,与过去变化趋势一致。     

昆明市不同等级降水日数的时空分布特征

采用线性趋势法,Mann-Kendall检验的方法,分析了近42年（1971-2012年）昆明市12个测站逐日降水资料的时空分布特征和变化规律。昆明市的小雨日数占总雨日数的比重最大,总雨日数的减少主要是由于小雨日数的减少所致。2001年后降水的减少趋势更加明显,且在2009年后出现极端化发展的趋势。全市年总雨日数及不同等级降水日数分布不均匀,存在两个多雨日中心。各站年总降水日数和小雨日数均呈减少趋势,但是东川不显著;中雨、大雨和暴雨日数大部以缓慢减少为主,部分有所增加,但变化趋势并不明显。     

拉萨近半个世纪降水的变化特征

利用拉萨1952-2005年逐月降水量,≥0.1 mm、1.0 mm、5.0 mm和10.0 mm年降水日数,分析了近半个世纪拉萨年、季降水量及年降水日数的年际和年代际变化.结果发现:近半个世纪以来,拉萨年降水量表现为前30年呈不显著的减少趋势,减幅为17.8 mm/10 a;季降水量除夏季呈不显著的减少趋势外,其它各季均表现为增加趋势,以秋季增幅最大;≥0.1 mm、≥1.0 mm和≥5.0 mm年降水日数表现为不同程度的增加趋势.近25年≥10.0 mm的年降水日数呈极显著的增加趋势.20世纪50年代至80年代夏季降水量表现为逐年代减少趋势,秋季降水量则呈逐年代增加趋势,而冬季降水量为负距平.各等级年降水日数20世纪80年代偏少,90年代偏多.年降水量异常偏旱年主要出现在20世纪80年代,50年代和60年代的初期各出现一次异常偏涝年,70年代从未出现过异常年份.14年振荡周期可能是影响年降水量的主导周期.     

基于标准化降水指数的1960—2011年中国不同时间尺度干旱特征

利用1960—2011年中国566个气象站逐日降水资料,采用标准化降水指数对近52年中国的干旱特征进行了详细分析。结果表明：近52年来,中国存在一条由东北向西南延伸的干旱趋势带,东北、内蒙古中东部、华北、西北地区东部以及西南地区东部趋于干旱,而西北地区西部的北疆地区、青海中部以及西藏中北部等地呈显著变湿趋势;华北地区干旱化主要是夏季趋于干旱引起的,东北和西南地区的干旱化主要是夏、秋季趋于干旱引起的,西北地区东部和长江中下游地区主要是春、秋季趋于干旱。东北地区20世纪70年代和2000年后轻旱以上日数较多,60年代干旱日数最少;华北地区和西北地区东部90年代最多,60—80年代旱日较少;西南地区东部2000年后干旱日数最多,60—70年代较少;长江中下游地区60年代和21世纪后干旱日数偏多,80年代较少。60年代,易旱区主要位于西北地区中、西部以及长江中下游部分地区;70年代,西北西部和东北地区是干旱的高发区;80年代,易旱区位于华北、黄淮、内蒙古中西部以及西南东部等地;90年代,易旱区转移到中部,西北地区东南部、华北、黄淮、江淮以及江汉等地是干旱的高发区;进入21世纪后,东北、内蒙古东部、西北地区东部、西南东部以及长江中下游的部分地区干旱高发。     

西北地区伏期干旱特征及影响因子分析

利用西北的甘肃、宁夏、青海、新疆四省(区)140个气象观测站1971—2000年的伏期（7—8月）总降水、蒸发资料计算湿润指数,用REOF方法对伏期干旱的时空特征进行了分析,选取5个典型干旱和湿润的年份,利用NCEP/NCAR再分析资料对比了干旱和湿润年份的500 hPa高度、700 hPa 湿度、SST和OLR的距平场特征。结果表明:西北干旱具有一致性,西北地区东部区、青海西北部及甘肃河西区、南疆区和北疆区是西北伏期干旱的异常区域。20世纪70年代前期、90年代后期干旱明显,80年代较湿润。干旱年中国北方的环流形势为西高东低,冷空气活动在西伯利亚,新疆高脊强盛, 西太平洋副热带高压较弱,700 hPa湿度距平场青藏高原中部、西亚及西太平洋为负,SST距平场太平洋北部和西太平洋为负,赤道太平洋为正,OLR距平场中国北方、印度半岛和西太平洋为正距平,而且印度半岛的正距平比湿润年份高。湿润年欧亚500 hPa高度距平场呈西正东负的分布,乌拉尔山脊强盛,东亚槽深,中国大陆700 hPa湿度为正距平场,水汽最大中心位于青藏高原,SST距平场太平洋北部和西部为正距平,日本、太平洋中部和赤道为负,OLR距平场中国大陆以负距平为主,中心位于甘肃中部和南疆盆地。     

1981-2010年中国西北地区东部大气可降水量的时空变化特征

利用1981-2010年NCEP/NCAR再分析资料以及同期西北地区东部58个气象站的日降水、蒸发资料,采用一种新的方法统计分析了该地区大气可降水量的时空分布特征,并对大气可降水量与实际降水量的相关性进行了分析。结果表明:西北地区东部大气可降水量空间分布极不均匀,无论年或季,均呈现为西北少东南多的分布特征。逐月大气可降水量分布呈单峰型,7月最大,1月最小; 近30年,西北地区东部年、各季大气可降水总量均呈微弱减少趋势,四季中夏季减少趋势最为显著,冬季不明显; 58个站点30年平均的实际降水量空间分布与大气可降水量分布基本一致,年际变化也呈微弱减少趋势; 大气可降水总量与实际降水量呈显著正相关,年平均相关系数为0.545,各季节中春季相关系数最大,秋季和冬季次之,夏季最小; 不同区域大气可降水总量与实际降水量的相关性因季节不同而不同,总体来说,甘肃东部、南部和陕西中部、南部相关性较高,大气可降水量对降水量的贡献较大; 将大气可降水量和降水日数结合起来,更能准确、客观地反映一段时间内总的大气可降水量分布情况。     

中国西北地区气候态变化对极端天气监测的影响

中国西北地区对气候变化的响应极其敏感,西北地区1961-2013年气候变化趋势,分为Ⅰ态（1961-1990年）、Ⅱ态（1971-2000年）、Ⅲ态（1981-2010年）和Ⅳ态（1961-2013年）等4个气候态。利用西北地区年平均气温和降水资料、日最高气温极值和日最大降水量极值资料,基于两种极端天气事件的定义,分析了气候态变化对极端天气监测的影响。结果表明：年平均气温变化受气候态改变的影响较年降水量更为明显。在Ⅰ态和Ⅱ态下进行气温要素评价分析,会突出气温升高的现象,在Ⅲ态下会出现气温降低,气候态改变对降水量等级影响很小。Ⅰ态、Ⅱ态和Ⅲ态下,在20世纪70年代和90年代以来的两个时段内,日极端高温和日极端降水事件均出现增多,其中Ⅰ态增多幅度最大,Ⅲ态的影响最小。在空间分布上,西北地区受气候态影响的敏感区域,主要是新疆北部、青海北部、甘肃中部和东部、宁夏大部和陕西部分地区。     

陕甘宁及内蒙古西部地区夏季降水的异常气候特征

利用陕西、甘肃、宁夏和内蒙古西部地区64个气象站1961-2000年夏季(6～8月)降水资料,通过Mann-Kendall法和Morlet小波法分析其空间分布和时间变化特征,并选取5个典型多雨年和5个典型少雨年,用NCEP/NCAR资料进行降水异常的对比分析.结果表明:陕甘宁及内蒙古西部地区夏季降水具有明显的空间差异,东南部降水多、西北部降水少,降水整体呈缓慢增多的趋势,线性趋势为2.3 mm/10 a;1976年前后区域内降水发生突变,存在14～16 a的长周期和2 a、2～4 a和准5 a的短周期.多雨年北半球欧亚500 hPa高度距平场中贝加尔湖至我国西北地区为负距平区,东亚沿海为正距平区;温度距平场中贝加尔湖地区为负距平区,距平零线位于西北地区东部.少雨年北半球欧亚500 hPa高度距平场中冷空气主体偏北,贝加尔湖至我国西北地区为正距平区,东亚沿海为负距平区;温度距平场中冷空气活动的区域偏北,贝加尔湖至我国西北地区为正距平区.     

夏季北极涛动与西北夏季干湿特征的年代际关系

 摘要： 利用中国西北地区（新、青、甘、宁、陕及内蒙古西部地区）1960—2003年131个测站夏季降水量、小型蒸发皿蒸发量，NECP/NCAR月平均再分析资料及夏季北极涛动指数，首先通过降水量和蒸发量定义了均一化干湿指数，进而分析了夏季北极涛动同西北地区夏季干湿特征之间的关系。研究表明：夏季北极涛动与西北地区大部分地区夏季干湿特征之间存在着显著的正相关关系，特别是年代际尺度上关系尤其密切。夏季北极涛动与西北地区夏季干湿特征空间变化的南北差异密切相关，在夏季AO偏强年代，海平面气压场在东亚大陆为正距平，太平洋为负距平;700 hPa风场在贝加尔湖地区及其下方有较强的反气旋性距平环流，西北西风带区出现西风距平，季风区出现北风距平，而500 hPa高度场在中国西北地区表现为西低东高结构。这样使得东亚夏季风偏弱，西北西风带区在夏季以西风气流为主，降水偏多，气候偏湿，而季风区盛行偏北气流，降水偏少，气候偏干。反之亦然。     

甘肃黄土高原春季透雨日期的气候特征

利用甘肃黄土高原和宁夏回族自治区中南部1971—2000年67个站的春季第一场透雨日期资料和美国NCEP/NCAR高空环流、OLR资料,用EOF和REOF方法分析了春季第一场透雨日期的时空分布特征,并且选透雨日期典型早年与迟年对其与高空环流和OLR的关系进行了分析。结果表明,研究区北部透雨平均日期迟, 在5月下旬, 而南部早, 在4月中旬;20世纪70年代透雨日期偏迟,80年代透雨日期偏早,90年代偏迟。透雨早年500 hPa 4月平均高度距平场呈东正西负,500 hPa和700 hPa 4月平均流场青藏高原及我国西部为辐合区,700 hPa和500 hPa 4月平均湿度距平场西北地区为正距平中心,OLR平均距平中纬度负距平呈东西分布,青藏高原东部有负距平中心;透雨迟年500 hPa 4月平均高度距平场呈西正东负,500 hPa和700 hPa 4月平均流场高原上以偏西气流为主,700 hPa和500 hPa 4月平均湿度距平场正距平中心位于我国南部,与透雨早年相比明显偏南10个纬度,OLR平均负距平明显偏小。     

云南省2009/2010年秋冬季罕见干旱诊断分析

利用气候诊断方法,对云南省2009/2010年秋冬季干旱的成因进行初步分析。结果表明:云南出现严重干旱与西太平洋副高、西风带环流等大气环流系统出现异常有直接关系。副高出现明显异常,较常年同期偏强、偏西,700hPa流场上孟加拉湾长时间为东北气流控制,不利于将暖湿气流输送到云南;2009/2010年秋冬北半球500hPa极涡偏于西半球,强度偏弱,不利于冷空气向云南输送,由于冷空气和暖湿气流的输送都受到阻碍,冷暖空气难以在云南上空交汇;云南上空为较干燥的气流控制、云南及孟加拉的OLR值偏高,对流活动受到抑制,降水云系偏少等是云南降雨异常偏少,高温干旱的重要原因。     

1960-2009年中国西北地区东部低层风切变对雨日的控制作用及其在不同季节的降水效率

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,结合同时次NCEP全球再分析风场资料,在气旋性风切变辨识算法的支撑下,分析了近50年西北地区东部低层气旋性风切变演变对同期雨日多寡的控制与指示作用,结合低层水汽条件与气旋性风切变的配置关系,对其在不同季节对雨日的可能影响程度及降水效率进行了逐一比对与成因探讨。结果表明:在冷暖空气交汇频繁的春、秋两季,即一年中气旋性风切变多发时段,700 hPa气旋性风切变在干旱区和半干旱区,对雨日产生的差异性最为显著,降水效率相差达24%,而冬季仅为10%;通过对比分析西北地区东部不同季节风切变效率多年和少年比湿分布,发现在在春、夏两季,水汽条件对700 hPa气旋性风切变的降水效率影响最为显著。气旋性风切变降水效率概念的引入,不仅较为符合西北地区的天气气候特点,且能够较好地反映雨日与700 hPa气旋性风切变之间在不同季节与不同区域中的相关性,对现实预报有较重要的指示意义。     

陕西盛夏多雨年与少雨年的大气环流特征分析

应用NCEP/NCAR 1979—2004年再分析资料,针对陕西盛夏（7—8月）降水的情况,分析了汛期降水异常的大气环流特征。结果表明:陕西汛期多雨年,影响降水的主要天气系统表现为“三强一弱”,即西太平洋副热带高压、西风带蒙古低槽、乌拉尔山阻塞高压强,青藏高压弱;少雨年天气系统表现为“三弱一强”,即西太平洋副热带高压、西风带蒙古低槽、乌拉尔山阻塞高压弱,青藏高压强。另外,在多雨年,500 hPa流场,在陕西中部有一条东西向的切变线或风向辐合区;850 hPa形成了孟加拉湾经四川盆地到陕西和南海经鄂西北到陕西的水汽通道;少雨年500 hPa河套中部为西北气流控制,850 hPa水汽通道不明显或水汽输送中途减弱。     

气候变暖背景下祁连山区秋季层状云变化特征

利用祁连山区及周边29 个气象观测站近41 年秋季云形状和气温观测资料, 分析了祁连山区秋季层状云出现频率的空间分布与时间变化特征, 探讨了秋季层状云出现频率与气候变暖的关系, 并选用同期NCEP/NCAR全球再分析资料, 对祁连山区秋季层状云的环流特征和水汽输送进行了分析。结果表明:①祁连山区秋季层状云出现频率为8%～26%, 呈西少东多的空间分布。②近41 年来, 祁连山区秋季增温1.2℃, 气温变化的倾向率为0.29℃/10a, 80 年代中期以后发生了增温的突变。③祁连山区秋季层状云的出现频率呈明显的减少趋势, 近41 年来减少约11%, 倾向率为-2.7%/10a, 尤其在20 世纪80 年代中期以后与同期祁连山区显著增温相对应, 层状云出现频率减少更为明显, 层状云出现频率与气温呈明显的反相变化趋势。④在气候变暖的背景下, 祁连山区的层状云出现频率减少, 减少的幅度从西北向东南递增。当祁连山区秋季平均气温在升高1℃ 时, 祁连山区层状云出现频率减少2%～10%, 祁连山西段、中段减少2%～4%, 祁连山东段减少4%～10%。⑤祁连山区秋季层状云偏多与偏少年在欧亚500 hPa 环流场上存在明显的差异, 层状云偏多年, 极涡向亚洲北部伸展, 东亚大槽较偏弱, 乌拉尔山高压脊偏强, 脊前偏北气流引导极地冷空气沿偏西北路径向中国西北地区输送, 中亚地区到高原上不断有低值系统发展东移, 同时南支槽加强, 来自阿拉伯海、南海、东海的暖湿气流向内陆地区的输送明显加强, 与进入高原北部的冷空气交绥, 从而使祁连山区层状云出现频次增多;层状云偏少年, 中亚-中国西北地区暖性高压异常加强, 东亚大槽偏强, 冷空气活动路径偏东, 亚洲大陆至西太平洋冬季风特征明显, 偏北风加强, 不利于东南暖湿气流向西北内陆地区的输送, 冷暖气流在祁连山区交绥次数减少, 从而使祁连山区层状云出现频次减少。⑥印度洋沿孟加拉湾的向北的水汽输送, 副热带西太平洋的偏东气流在南海和中南半岛附近转为向北的水汽输送, 地中海、里海的西风带纬向水汽输送是3支影响祁连山区秋季层状云多寡的水汽输送通道, 进而对祁连山区秋季降水产生影响。     

1960-2016年黄土高原多尺度干旱特征及影响因素

明晰黄土高原干旱特征对于生态工程建设和社会经济可持续发展具有至关重要的作用。基于1960—2016年黄土高原59个气象台站数据和标准化降水蒸散指标（SPEI）,本文分析了黄土高原多尺度干旱时空变化特征,并探讨了遥相关指数对黄土高原干旱变化的影响。结果表明：① 黄土高原SPEI指数呈下降趋势,其中70年代初和90年代末为显著干旱时期,80—90年代初为较湿润时期;② 年尺度SPEI呈下降趋势的区域遍布整个黄土高原,以山西西部、宁夏北部和甘肃中东部最为显著,而黄土高原西北和西南部则表现为变湿趋势;③ 春、夏和秋三季SPEI均呈下降趋势,且夏、秋季下降趋势较大,趋势系数均为-0.03/10a。春季干旱趋势与年际变化较为一致,秋季干旱趋势范围较大,占总面积的64.53%,冬季干旱范围较小且不显著;④ 多尺度干旱同时受IOD、NAO、PDO、AMO和ENSO3.4等遥相关指数的共同影响,且该影响存在明显的年际和年代际相位转换特征。多元回归分析显示,IOD和NAO对黄土高原干旱解释率较高,分别为22.98%和12.23%,而ENSO3.4解释率较低,表明黄土高原降水变化与西南季风具有较好的关联性。