近50 年来祁连山及河西走廊地区极端降水的时空变化研究

利用1960~2009年的日降水量资料,选用13项极端降水指数,采用线性趋势、10年趋势滑动、Mann-kendall等方法,对祁连山及河西走廊地区极端降水的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端降水日数呈增多趋势,极端降水强度呈减小趋势,极端降水总量呈增加趋势,连续干旱日数、连续湿润日数呈减少趋势,一日最大降水量、五日最大降水量呈增大趋势;极端降水变化存在一定区域差异,走廊平原中西部的降水明显增加,降水变率在减小,走廊平原中部极端降水的日数在增多,降水极值在增大,走廊平原祁连山东部的降水在增加,降水极值在增大,但连续极端降水的总量在减少,祁连山中部的降水在明显增加,降水的极端性在明显增大,对气候变暖的响应最敏感;不同极端降水指数分别在20世纪60年代中期、70年代中期、80年代初期、80年代中后期、90年代中期发生了突变,这些突变点与东亚季风、南亚季风、西风环流等大尺度环流系统强弱变化的时间点是一致的。     

祁连山讨赖河流域1957—2012年极端气候变化

全球气候变化背景下,极端气候事件发生的频率逐年增大,由此引发的气象灾害事件也随之增加。鉴此,本文利用祁连山讨赖河流域1957—2012年的气象观测资料,对该流域23个极端气候指数的时空变化特征做了研究。结果表明：（1）极端气温升高趋势明显,夜间和白天极端低温日数显著减少,极端气温昼指数显著增大;气温日较差变化幅度很小,霜冻日数显著减少,生长季长度明显加长,冰冻日数2000年后增加;夜指数增大幅度大于昼指数,秋、冬季极端气温升高幅度大于春、夏季。（2）极端降水指数增大趋势明显,雨日降水总量、连续五日降水总量和中雨天数均展现出增大态势,反映出连续降水事件的增加;极端降水量事件增大显著,但雨日降水强度变化不大;除最多连续无降水日数外,极端降水日数指数展现出增大趋势;降水日数夏、秋季节分配趋向均匀化;降水量的增加主要是单次降水时间持续加长和中雨日数增加的贡献;高海拔区极端降水事件发生的频次较大。     

近60 a内蒙古不同草原类型区极端气温和干旱事件特征分析

基于相对湿润度指数和非参数百分法,结合线性趋势法、Mann-Kendall非参数检验法和累积距平检验法,分析了1955-2015年内蒙古4个草原类型区（多伦、锡林浩特、海拉尔和四子王旗）温度和降水,以及极端气候事件变化特征。结果表明：（1）4个区域年平均气温均显著升高,升高速率约为0.40~0.47℃·（10 a）^-1,气温变化存在非对称性升温特征,多伦、锡林浩特、海拉尔和四子王旗最低气温上升速率分别为最高气温上升速率的1.61倍、1.86倍、2.73倍和1.65倍,春冬季气温增加速率高于夏秋季。（2）多伦、海拉尔、四子王旗和锡林浩特年降水量分别为381.6 mm、350.5 mm、318.6 mm和283.6 mm;降水天数显著增加,而降水量无显著变化,但多伦和锡林浩特降水量呈现略微降低的趋势,其它两个区域呈现略微增加的趋势。（3）4个区域极端高温事件频率显著增加,突变点均出现在1990 s,极端低温事件频率显著减少,突变点均出现在1970s末。（4）4个区域均呈现暖干化的趋势,锡林浩特干旱事件发生最为突出,四子王旗以中度干旱为主,海拉尔和多伦以无旱为主,2000年后,4个区域干旱事件发生频率均明显增加。降水量变化不显著,而气温和潜在蒸散量显著升高可能是导致4个区域不断干旱化的主要原因。     

尼洋河流域极端气候时空分布特征及其可能成因

探究全球变暖下的尼洋河流域极端气候变化特征及原因,对于科学支撑西藏地区的极端气候灾害防治和生态安全保障等具有重要意义。本文基于尼洋河流域1960—2019年逐日降水及气温数据,采用极端气候指标法、Sen's斜率估计法、MK趋势及突变检验法、GIS空间分析法从降水、气温两个角度分析近60年尼洋河流域极端气候时空分布特征,并结合大气环流因子,使用地理探测器方法探讨时空分布特征的可能成因。结果表明：在时间上,尼洋河流域极端气候整体呈现暖湿化的变化趋势。极端降水的降水量、降水强度、降水日数均呈现增加趋势,极端气温的高温极值、低温极值均呈现增大趋势,低温日数呈现减少趋势。在空间上,尼洋河流域极端气候变化存在明显的空间分异性。极端降水整体自东向西逐渐减少、极端气温整体自东南向西北逐渐降低。尼洋河河道作为水汽通道,有一定的增温、保温作用,各极端气候指标沿着河道呈现出连续的极值点。副热带高压、青藏高压对尼洋河流域暖湿化的变化起到了正向增强作用,极涡、北大西洋涛动则相反。以坡度为代表的地形因子、以NDVI为代表的下垫面因子分别是影响极端降水、极端气温空间分布的最主要的环境因子,高程对极端降水、气温的空间分布均起到了重要的作用。     

西北干旱区气候变化对水文水资源影响研究进展

西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一,研究分析全球变暖背景下的西北干旱区水资源问题,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。本文通过对西北干旱区气候变暖影响下的水资源形成、转化与水循环等关键问题最新研究成果的总结分析,得出如下结论：(1) 西北干旱区温度、降水在过去的50年出现过“突变型”升高,但进入21世纪,温度和降水均处于高位震荡,升高趋势减弱;(2) 西北干旱区冬季温度的大幅升高是拉动年均温度抬升的重要原因,而西伯利亚高压活动和二氧化碳排放是引起冬季升温的重要影响因素;(3) 西北干旱区蒸发潜力在1993年出现了一个明显的转折变化,由显著下降逆转为显著上升的趋势。气候变暖、蒸发水平增大对西北干旱区生态效应的负作用已经凸显;(4) 西北干旱区冰川变化对水资源量及年内分配产生了重要影响,部分河流已经出现冰川消融拐点。在塔里木河流域,冰川融水份额较大 (50%),可能在未来一段时期,河川径流还将处在高位状态波动。全球气候变暖在加大极端气候水文事件发生频率和强度的同时,加剧了西北干旱区内陆河流域的水文波动和水资源的不确定性。     

1960—2017年中国北方气候干湿变化及其与ENSO的关系

基于中国北方424个气象站实测数据,应用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散（Potential evapotranspiration,ET₀）,使用降水和潜在蒸散数据计算得到标准化降水蒸散发指数（SPEI）,以此研究了1960—2017年中国北方干湿时空变化特征,分析了ENSO对北方气候干湿变化的影响。结果表明：中国北方干湿变化的线性趋势总体不显著,四季中春季和冬季变湿趋势明显。空间上,西北西部存在明显的变湿趋势,干旱化趋势主要发生在黄土高原、内蒙古东部和东北东部地区。全区各级干旱事件呈减少趋势,各级湿润事件呈增加趋势,其中以中等干旱的减少最为显著。西北西部中等干旱和极端干旱明显减少,东北北部和新疆部分地区极端湿润明显增加。全区四季3类干旱事件均表现为减少的趋势,3类湿润事件均表现为增加的趋势,西北西部四季3类干旱事件均呈减少趋势。ENSO对北方干湿的影响存在一定程度的滞后性。El Ni?o翌年气候湿润,La Nina翌年气候干旱。在年际和春季2个尺度上,SSTA与翌年SPEI存在显著的正相关关系。     

近60 a河西走廊极端气温的变化特征分析

选取河西走廊具有代表性的11个气象站1953年1月～2013年2月逐月极端最高、最低气温观测资料,运用趋势拟合、小波分析和Mann-Kendall方法,对近60 a来河西走廊年、季极端气温进行了趋势拟合,分析了年和季节的变化规律,并对其时间序列进行了小波及突变分析。结果表明：近60 a来、季极端最高和最低气温都是增高的。极端最低气温的增温幅度明显高于极端最高气温,且秋、冬季极端最高、最低气温增温最强。年极端最高气温演变呈现为二次曲线;年极端最低气温线性递增趋势显著0.337 ℃·（10 a）^-1。年、季极端最高、最低气温空间分布存在差异,夏季最炎热的地区分布在安敦盆地和民勤等与沙漠接壤的地域,偏暖时段更容易出现极端最高气温的极值,冬季最寒冷的地区位于马鬃山区。年极端最高气温存在着5 a左右的主周期性变化,50～60 a超长周期尺度较为明显;夏季极端最高气温的周期变化与年极端最高气温的周期变化有相似之处。年极端最低气温的变化表现为3 a、6～8 a、10～12 a周期和50～60 a超长周期尺度;冬季还存在40 a超长周期尺度。年极端最高气温暖突变出现在1996年,夏季极端最高气温暖突变出现在2006年;年极端最低气温暖突变出现在1993年;冬季极端最低气温暖突变出现在1977年。     

近50年来祁连山及河西走廊极端气温的季节变化特征

利用1960～2009年的日平均气温资料,采用线性趋势、Morlet小波分析、Mann-Kendall法对祁连山及河西走廊极端气温的季节变化特征进行了分析。结果表明:各季节极端高温天气呈显著增多趋势,极端低温天气呈显著减少趋势;各季节极端气温天气的变化周期略有不同,春、夏、秋、冬季极端高温天气的主周期分别为8、14、16、16 a,极端低温天气的主周期分别为14、16、14、6 a;春、夏、秋、冬季极端高温天气分别在2002、1997、1994、1986年突变增多,极端低温天气分别在2002、1997、1987、1986年突变减少,秋、冬季极端气温天气对全球气候变暖的响应比春、夏季早。     

近 58 a 中国北方地区极端气温时空变化及影响因素分析

基于北方地区 404 个气象站 1960—2017 年逐日最高气温、最低气温资料,应用线性倾向估 计法、Mann-Kendall 法、滑动 t 检验法、累积距平法和相关分析法,分析了极端气温的时空变化特 征,并探讨了气温指数的影响因素。研究表明：极端气温暖指数和极值指数呈上升趋势,冷指数和 气温日较差呈下降趋势;变化幅度中冷指数大于暖指数,夜指数大于昼指数,西北地区极端气温指 数变化幅度最大,东北地区最小。突变时间上,极端气温指数突变主要发生在 20 世纪 80 年代和 90 年代,暖指数和极高值指数晚于冷指数和极低值指数,东北地区极端气温指数突变时间最早,西北 地区最晚,突变后极端暖事件和气温极值事件进入多发阶段,极端冷事件进入少发阶段。1988— 2012 年极端气温指数的变化响应了全球变暖停滞现象。多数极端气温指数与经纬度、海拔高度显 著相关。北极涛动（AO）指数对极端气温的影响最强,对冷指数影响最明显。气溶胶光学厚度与多 数冷指数呈负相关,而与多数暖指数呈正相关。     

近45年雅鲁藏布江流域极端气候事件趋势分析

利用雅鲁藏布江流域10个气象台站1961-2005年逐日最高气温、最低气温和日降水量资料,分析了该流域气温和降水等气候极端事件的变化趋势.研究表明:近45年以来,雅鲁藏布江流域夜间和白天极端低温日数分别以1.94和0.97天/10年的趋势在显著减少,夜间极端低温日数减少在冬季最明显,白天极端低温日数在秋季减少最明显:夜间极端高温日数和白天极端高温日数分别以3.03和1.26天/10年的速度显著增加,夜间极端高温日数增加在夏季最明显,白天极端高温日数增加在冬季最明显;日较差以0.11℃/10a的速度在显著减少,主要发生在冬季:最大的1天降水总量和逐年连续无降水天数有减少趋势,最大的5天降水总量、中雨天数、逐年平均降水强度和逐年连续降水天数有增加趋势,90年代以来增加趋势明显,与该地区经向风与水汽通量增加有关.     

Temporal and spatial changes of temperature and precipitation in Hexi Corridor during 1955–2011

This study is focused on the northwestern part of Gansu Province, namely the Hexi Corridor. The aim is to address the question of whether any trend in the annual and monthly series of temperature and precipitation during the period 1955-2011 appears at the scale of this region. The temperature and precipitation variation and abrupt change were examined by means of linear regression, five-year moving average, non-parameter Mann-Kendall test, accumulated variance analysis and Pettitt test method. Conclusions provide evidence of warming and wetting across the Hexi Corridor. The mean annual temperature in Hexi Corridor increased significantly in recent 57 years, and the increasing rate was 0.27℃/10a. The abrupt change phenomenon of the annual temperature was detected mainly in 1986. The seasonal average temperature in this region exhibited an evident upward trend and the uptrend rate for the standard value of winter temperature indicated the largerst of four seasons. The annual precipitation in the Hexi Corridor area displayed an obviously increasing trend and the uptrend rate was 3.95 mm/10a. However, the annual precipitation in each basin of the Hexi Corridor area did not passed the significance test. The rainy season precipitation fluctuating as same as the annual one presented insignificant uptrend. No consistent abrupt change was detected in precipitation in this study area, but the rainy season precipitation abrupt change was mainly observed in 1968.     

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.     

1961-2010年新疆极端降水过程时空特征

采用新疆50个气象测站1961-2010年逐日降水资料,选用14个极端降水指数探讨新疆极端降水事件的发生与变化。结果表明：无论平均降水过程还是极端降水过程,均能反映新疆明显的湿润化趋势。伴随降水量的增加,降水强度及降水频率均增大,除CDD变化表现为下降趋势外,其他指数变化均呈上升趋势。分析各极端降水指数序列变化,20世纪60-70年代年际变化幅度小,稳定性好;80-90年代年际差异大,稳定性差;新疆东部各极端降水指数上升与下降趋势小幅交替出现,而北疆、南疆及全疆极端指数序列则呈明显且单一的上升趋势。各极端降水指数最大概率变异年为1986年、2009年;降水变异后,新疆弱降水过程变化不明显,但强降水过程变幅增大,易导致洪旱灾害等极端气象水文事件的发生。     

近50 a来祁连山及河西走廊极端气候的时空变化研究

 在全球变暖背景下,极端气候发生的频率增大,气象灾害造成的损失也随之增加。利用20个气象站1960-2009年的日平均气温和日降水量资料,运用线性趋势法、Spline空间插值法、Morlet小波分析法,对祁连山及河西走廊极端气候的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端高温天数呈显著增加趋势,年际变化率为0.79d/a,20世纪90年代中后期之后极端高温天气发生的频率较高;极端低温天数呈显著减少趋势,年际变化率为-0.54d/a, 80年代中后期以来极端低温天气发生的频率较低;极端降水天数也呈显著增加趋势,年际变化率为0.02d/a,70年代中后期之后极端降水天气发生的频率较高。极端气温和降水的年际变化幅度存在区域差异,南部山区比走廊平原对全球气候变暖的响应敏感。极端高温天数和极端低温天数在8a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;极端降水天数在6a、10a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;从22a的周期变化推测,2010年以后11a左右极端高温天数偏少,极端低温天数偏多,极端降水天数偏少。     

河西走廊东部低温事件变化特征

根据1960-2015年河西走廊东部5个气象站逐日最低、平均气温资料,通过固定阈值和百分位阈值法定义了低温事件,采用气候统计学方法,分析了该区域低温事件的强度、极值和日数的变化特征,统计结果显示,受海拔高度、地形地势和植被覆盖的影响,河西走廊东部低温事件的空间分布均存在明显地域差异,均为高寒山区天祝强度和极值最强,日数最多,绿洲平原区凉州强度和极值最弱,日数最少。河西走廊东部年代和年低温事件强度和极值呈减弱趋势,日数呈减少趋势,2010-2015年减弱和减少的趋势尤为明显。年低温事件强度、极值和日数的时间序列均存在着周期性变化,但都没有发生气候突变,只出现了转折年份。两种标准的低温事件均出现在1~3月和11~12月,强度、极值和日数高峰值均在1月或12月。年低温事件存在一定的异常性,正常低温事件强度、极值和日数的年份概率在64.3%～80.4%,对安全生产造成危害的低温事件强度、极值偏强和特强年份的概率在7.1%～16.1%,日数偏多和特多年份的概率共为16.1%。本研究可为低温的预报预警提供技术支持,同时可为地方政府提供准确的决策依据,对区域气候变化研究和经济发展有重要意义。     

河西走廊57年来气温和降水时空变化特征

采用滑动平均、线性回归等趋势分析方法以及Mann-Kendall、Pettitt 和累积距平三种突变检验方法对河西走廊地区1955-2011 年的气温和降水两个指标进行研究, 从而揭示该地区气候变化的事实及趋势。研究显示河西走廊地区的气温在过去57 年呈显著上升趋势, 升温率是IPCC第四次报告中近50 年变暖率的两倍, 达0.27℃/10a, 并且在1986 年发生增温突变;四季气温中, 冬季气温升高对年气温上升贡献最大。河西走廊年降水量在研究时段内呈显著增加趋势, 降水增率为3.95 mm/10a, 但各个流域增加趋势并不显著;雨季降水量呈不显著的增加趋势, 其年际变化与年降水量一致, 雨季降水增量对年降水量增加贡献率大;河西走廊年降水量未发生突变, 雨季降水量在1968 年发生增加突变。河西走廊温度升高, 降水量增加, 总体向暖湿化发展, 这种变化对该地区水资源脆弱性的影响需要进一步研究。     

Recent signal and impact of wet-to-dry climatic shift in Xinjiang,China

The Xinjiang region of China is among the most sensitive regions to global warming.Based on the meteorological and hydrological observation data,the regional wet-to-dry cli-mate regime shifts in Xinjiang were analyzed and the impacts of climatic shift on the eco-hydrological environment of Xinjiang were assessed in this study.The results showed that temperature and precipitation in Xinjiang have increased since the mid-1980s,showing a warming-wetting trend.However,drought frequency and severity significantly increased after 1997.The climate of Xinjiang experienced an obvious shift from a warm-wet to a warm-dry regime in 1997.Since the beginning of the 21st century,extreme temperatures and the number of high temperature days have significantly increased,the start date of high temper-ature has advanced,and the end date of high temperature has delayed in Xinjiang.In addition,the intensity and frequency of extreme precipitation have significantly increased.Conse-quently,regional ecology and water resources have been impacted by climatic shift and ex-treme climate in Xinjiang.In response,satellite-based normalized difference vegetation index showed that,since the 1980s,most regions of Xinjiang experienced a greening trend and vegetation browning after 1997.The soil moisture in Xinjiang has significantly decreased since the late 1990s,resulting in adverse ecological effects.Moreover,the response of river runoff to climatic shift is complex and controlled by the proportion of snowmelt to the runoff.Runoff originating from the Tianshan Mountains showed a positive response to the regional wet-to-dry shift,whereas that originating from the Kunlun Mountains showed no obvious re-sponse.Both climatic shift and increased climate extremes in Xinjiang have led to intensifi-cation of drought and aggravation of instability of water circulation systems and ecosystem.This study provides a scientific basis to meet the challenges of water resource utilization and ecological risk management in the Xinjiang region of China.     

IPCCSRES情景下新疆未来气候变化格局分析

全球气候模型（GCM）提供了有效的方法来评估全球气候变化的过程,并可预估包括人类活动因素驱动在内的未来气候变化情景。然而其较低的分辨率并不能捕捉到那些地表特性复杂区域的气候变化特性。因此,使用包括区域气候模型（RcM）、偏差校正法和统计方法等方法在内的降尺度方法来处理GCM的原始数据以达到评估区域的气候变化的目的。本研究应用使用偏差校正法中的delta方法将24个GCM在IPCC三种气候变化情景下的月尺度数据水平分辨率降尺度到0．5℃,进而用于分析新疆未来气候变化格局。基于降尺度后的计算结果与GCM模型原始数据比较表明：降尺度方法可以改善复杂地表和地形的区域气候变化预估特征,并降低GCM生成的气候数据在新疆地区的不确定性。结果表明：AIB、A2和B1三种情景模式下年均气温和年降水量在21世纪早期具有相似的空间格局与变化趋势,到21世纪中期会产生波动变化。年平均气温在A1B,A2和B1三种情景下到21世纪末将分别达到10℃,11．1℃和8．5℃;与此同时,年降水量将会有波动性的增加趋势。在2020—2070年间,AIB情景下区域年平均气温大于其他两个情景。A1B情景下的年降水量在2020-2040年间也大于其他两个情景。然而,在不同的情境下年平均气温与年降水存在很大的不确定性。不同情景下年平均气温的差异达6℃,而年平均降水差异大约200mm。在区域气候变化格局方面,到21世纪末,在天山中部、伊犁河流域、天山南部和塔里木河下游的年平均气温的增长要比准噶尔盆地、帕米尔高原和昆仑上北坡的小。年降水量在南疆西部呈现出轻微的下降趋势,但是在昌吉,吐鲁番,哈密和阿尔金山北部呈现出增长趋势。