全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征

利用西北干旱区1961—2007年77个观测站的逐日降水资料序列,将西北干旱区分为5个主要气候区,分析了全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征,并预测降水的未来变化趋势。结果表明：西北干旱区降水存在显著的年际和年代际变化,其西部降水量呈显著上升趋势,尤其在新疆北部与伊犁河谷地区。降水具有5～6年或2～3年的年际周期与8～11年的年代际周期,但河西走廊地区例外。干旱区降水转型时期的空间差异显著,最早在1980年代初期从南疆开始,1980年代中期新疆北部降水出现异常偏多,伊犁河谷和河西走廊地区降水突变期则出现在1990年代初,但变化趋势相反;阿拉善高原地区降水没有明显的突变时间。由周期外推方法得到,在未来一个年代际周期中,西北干旱区的西部降水将以偏少的气候特征为主,直到2015年前后才会再次回到偏多的周期中来;阿拉善高原地区在未来8～11年中有可能向着降水增加的趋势发展。     

西北干旱区荒漠水分循环特征及其模拟

利用"中国西北干旱区陆—气相互作用实验"观测的资料,分析了大气湿度、土壤含水量、与土壤含水量相关的陆面参数及其他陆面参数特征。为了验证新的陆面参数及参数化公式,将新陆面参数与参数化公式输入陆面模式进行模拟,将模拟值与观测值进行了比较。结果表明输入新参数及参数化公式的模拟效果更好。     

中国北极村气候变暖特征

利用我国最北部的北极村气象站1963～2005年气温资料,通过计算气候倾向率和气候趋势系数,对该地区气候变化特点进行了分析。结果表明,43年来北极村气温有明显并稳定的上升趋势,年平均气温以每10年0．46℃幅度升高。各季及逐月平均气温都存在不同程度的变暖趋势,但是冬季升温最为剧烈,达每10年0．69℃,其中2月升温幅度为每10年1．02℃,为全年最大。秋季升温最弱,仅为每10年0．21℃。年平均最低气温（每10年0．59℃）和年极端最低气温（每10年0．74℃）比年平均最高气温（每10年0．37℃）和年极端最高气温（每10年0．27℃）升温幅度明显偏大。最低气温比最高气温对平均气温的年代际升温趋势贡献更为明显。     

西北干旱区地表辐射特性的初步研究

利用2000年5－6月敦煌（戈壁）陆面过程野外观测实验加强期的地表辐射观测资料以及HEIFE中绿洲（张掖）和沙漠两站1991年同期的地表辐射观测资料，分析了三种不同下垫面晴天地表辐射各分量的日变化特征。结果表明：绿洲地区和沙漠区总辐射略高于敦煌戈壁区；地表反射率沙漠区和敦煌区明显高于绿洲区，地面有效辐射戈壁区最大，张掖绿洲区最小，地表净辐射张掖绿洲区明显大于沙漠和戈壁区。     

西北干旱区沙尘暴数据库系统介绍

本系统应用微软access数据库系统建立了西北沙尘天气数据库。采用C／S结构在数据库环境下编程,设计了数据挖掘系统(数据挖掘机)、资料维护系统、数据接口系统。数据挖掘机实现了一般用户在不了解数据格式的情况下,通过可视化的界面按任意条件对资料进行查询、统计,并通过各种算法对资料进行处理。生成用户需要的资料序列;数据接口系统实现将查询结果以图形、文本文件、绘图格式文件等多种格式输出;资料维护系统实现资料的追加及维护等功能。     

西北干旱区水循环与水资源问题

从现实条件和可持续发展的角度初步归纳了全国水资源短缺的空间格局,评述了西北干旱区水资源的现状和趋势,简要分析了西北干旱区水循环和水资源利用的特点和规律,概括了西北干旱区水循环和水资源高效利用研究的进展和动态,初步探讨了西北干旱区水资源高效率利用的科学对策。最后,提出了西北干旱区水循环和水资源高效利用研究方面的某些重要科学问题。     

我国西北典型干旱区和高原地区地表辐射能量收支特征的比较

利用“中国西北干旱区陆气相互作用观测试验(NWC-LAIEX)”所获取一年的地面辐射观测资料(2000年5月~2001年4月),比较分析了我国典型干旱区敦煌戈壁、临泽沙漠和藏北高原五道梁地区地表辐射能量的收支特征。结果表明:3个地区各辐射分量季节变化明显,春季一般为跳跃式增加,而秋季则急剧减小,敦煌和临泽地区总辐射月总量几乎全年都小于藏北高原的五道梁地区,冬季最为明显。五道梁和临泽地区的地表反照率有较明显的季节变化和日变化,季节变化是夏季较小,冬季大;而敦煌戈壁地区的反照率不论是季节变化还是日变化,都比较平缓;3个地区相比,临泽沙漠地区的反照率最大,五道梁地区次之,敦煌戈壁地区最小。敦煌戈壁和临泽沙漠地区的地面向上长波辐射和大气逆辐射都比藏北高原的五道梁地区大。地面有效辐射在敦煌戈壁和临泽沙漠地区是夏季大,冬季小;而在藏北高原的五道梁地区则是春秋季大,冬夏季小。地面有效辐射与地面吸收辐射之比敦煌戈壁和临泽沙漠地区量值相近,藏北高原的五道梁地区较小,夏季尤为突出。在夏季,五道梁的地表净辐射要远远大于其他两个地区,冬季3个地区量值相当。与地表净辐射相对应,五道梁地区的地面热源强度在夏季大于敦煌戈壁地区,在冬季相差不大。     

近30年来中国干旱生态区增暖放大现象及其与植被覆盖的联系

利用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）将中国划分为不同的生态区,在此基础上分析夏季植被状况与不同生态区增暖之间的联系。研究表明,就多年平均而言,中国植被覆盖呈现自东向西逐渐减少的空间分布。1982年以来,植被稀疏的干旱生态区是夏季增暖最明显的区域,平均气温和平均最高气温增速大都位于0.6~1.0℃/10 a,而平均最低气温的升高达到0.8~1.4℃/10 a,明显高于中国其他区域。进一步分析发现,夏季气温的变化与其所处地区的植被疏密程度之间存在很好的负相关关系,即快速增暖主要发生在植被稀疏区,且这种负相关关系在夏季平均最低气温上最为显著。不同植被覆盖区中气温的长期变化趋势,受NDVI变化带来的地表反照率和云量变化的影响,但各生态区不尽相同,主要表现在:植被稀疏的干旱生态区,植被减少,引起地表反照率增加,感热输送增加而潜热输送减小,加速了该地区整体的增温速率;而在植被茂密地区,植被增加造成地表反照率减少,同时由于蒸发冷却,其整体增暖幅度缓于植被稀疏区。所以,植被活动对全球变暖背景下的区域气候变化具有重要作用,尤其表现在干旱生态区的陆面过程上,地表辐射平衡和能量收支的显著改变放大了干旱生态区的增暖速率。     

CoLM模式在西北干旱区和青藏高原区的适用性研究

运用CoLM(CLM3.0)模式对典型干旱区(张掖站)和青藏高原区(安多站、MS3478站)进行了off-line验证试验,检验了CoLM模式在典型干旱区和青藏高原区的性能。结果表明:CoLM模式对典型干旱区绿洲灌溉农业的陆面过程模拟较好,土壤各层温度的日变化趋势和季节变化趋势都能较准确地模拟出来,模拟的地表温度与观测值相关系数为0.885,均方差为0.873;模拟的5 cm土壤温度值与实测值的相关系数为0.944,均方差为0.891。在高原地区能量平衡分量的模拟中,净辐射、感热模拟效果较好,潜热分量模拟值偏大,故将CoLM模式用于高原地区还有待进一步改进。     

我国干旱半干旱区降水的特征分析

利用聚类分析对全国160站1951～1992年的年降水标准化资料做分析,结果可划分为两大区——干旱半干旱区和非干旱区,在此基础上进行降水区划及降水分布型研究,得出我国干旱半干旱区大致分成9个小区以及它的3种年降水分布型式。     

全球气候变化背景下的西北地区生态环境建设、可持续发展

本文通过对西北地区气候与生态环境、可持续发展的调查研究，提出我国应高度重视全球气候变化的影响，要在气候变化的背景下，通过人类的有序活动促进我国生态环境建设和经济社会的可持续发展，实现人和自然的和谐共存。     

西北地区MODIS气溶胶产品的对比应用分析

利用气溶胶自动监测网（AERONET）的太阳光度计（CE-318）资料,对2003-2010年西北干旱半干旱区MODIS暗像元算法和深蓝算法2种气溶胶光学厚度（AOD）产品进行对比验证,在此基础上进一步研究了该区域AOD的空间分布特征及变化趋势。结果表明,MODIS暗像元算法AOD产品在半干旱区原生植被覆盖地表精度优于深蓝算法,而西北干旱区荒漠地表深蓝算法产品精度较高。Aqua—MODIS深蓝算法AOD产品能够较好地给出我国西北荒漠亮地表地区AOD的分布及季节变化情况,AOD高值区多分布在沙尘源区,且春季AOD最大。2003～2010年,塔里木盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地年均AOD分别在0．5、0．4和0．3附近波动;沙尘区各区域年均AOD大多呈现增加趋势。其中,塔里木盆地AOD增加趋势较大,而内蒙古西部和准噶尔盆地呈现微弱减少趋势。     

卫星遥感结合气象资料计算的西北干旱区地面感热特征分析

选取1981年7月-2006年12月美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的归一化植被指数(NDVI)资料和Ch-INDV参数化关系式,计算了我国西北干旱区84个测站历年各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,得到如下主要结论:(1)西北干旱区地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在数值大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,感热实际计算值的空间分布更明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)西北干旱区地面感热输送呈单峰型年变化特征,春、夏季非常强,秋、冬季较弱;大部分区域全年均为正值,地表为感热源。(3)以97.5°E为界,西北干旱区东、西部具有不同的年际变化趋势,东部的地面感热四季均有逐年增加的趋势,而西部秋、冬季逐年略有增加,春、夏季逐年减弱明显,气候倾向率分别为-1.15 W.m-2.(10a)-1和-2.08W.m-2.(10a)-1。(4)西北干旱区地面感热输送具有明显的年代际变化特征,1980年代总体偏强,1990年代总体偏弱,2000年以来,西北地区中部的感热输送偏弱,东、西部除个别测站外均偏强。(5)西北干旱区的感热变化并不只由地气温差的变化来决定,它与地面风速和地表状况的变化也有较强的依赖关系。在冬季,主要响应地气温差的变化,春季地面风速和地气温差的影响作用同等重要,夏季以地面风速的影响为主,地气温差的影响次之,秋季与夏季相反。另外,夏季地表状况对感热的影响作用也不容忽视。     

西北干旱区空中水资源的时空变化特征及其原因分析

利用1979—2008年NCEP/NCAR月平均再分析资料,从大气可降水量、水汽输送及收支等方面分析西北干旱区空中水资源的时空变化特征,并揭示其主要原因。研究表明,1979—2008年西北干旱区整层年水汽含量略呈增加趋势,而夏季水汽总收入呈现显著增加趋势。区域空中水资源的变化与中纬度西风水汽输送密切相关。尽管区域西风指数的年代际减弱反映了西北干旱区东、西边界西风水汽输送的减弱趋势;但受区域特殊地形的影响,区域东边界水汽收支的减弱趋势远强于西边界,使得大量的水汽滞留于西北干旱区,从而导致该区域夏季水汽总收入呈现增加趋势。     

气候变化及人类活动对西北干旱区水资源影响研究综述

本文回顾了西北干旱区气候变化事实及其对水资源影响的最新研究进展,从气候变化和人类活动两个角度综述了水资源变化的原因,以及未来西北干旱区水资源变化与适应对策。研究表明：1961年以来西北干旱区呈现明显暖湿化趋势,其中冬季增温最快,夏季降水增加速率最大。伊利河谷、塔城等地区增温趋势最大,北疆降水量增加最多。受气候变暖导致冰雪快速消融和山区降水增加的影响,西北干旱区西部河流黑河、疏勒河、塔里木河出山口径流量显著增加。由于东部河流石羊河径流的补给主要靠降水,降水的减少导致径流呈现下降趋势。不合理人类活动造成石羊河、黑河和开都河中下游径流减少。本文提出了西北干旱区亟待深入研究的任务：极端天气气候事件的变化规律及其对水资源影响;未来气候变化和水资源的预估;气候变化归因研究;气候变化-社会经济活动一体化适应策略选择;水资源科学合理定量分配等。     

西北干旱区棉花对气候变化响应的评价指标体系

近年来,在全球变暖的大背景下,西北也经历着同样的变暖趋势,尤其在西北干旱区新疆、甘肃河西走廊等地的棉花种植区,气候变暖对棉花生长发育的影响研究日益增多,但如何正确、合理地评价棉花对气候变暖的响应,已成为目前十分突出的科学和实际问题。在评价的过程中,评价指标的选择和确定是重中之重。鉴于此,本文筛选了几类重要的评价指标,主要有棉花生长发育、产量品质、种植结构、地理分布、农业气象灾害、农业病虫害气象指标等,这些指标的选择为科学评价棉花对气候变化的响应奠定了一定的基础。     

西北地区初夏冰雹及其环流背景气候特征

应用西北地区194个气象站1961~2001年初夏6月冰雹日数资料,研究了西北地区初夏冰雹发生日数的时空分布特征,讨论了典型多雹年和少雹年大尺度环流的气候特征。结果表明:西北地区初夏冰雹发生日数最高的地方在天山山脉西端、沿祁连山脉及其以南的青海大部(除柴达木盆地)和甘肃甘南高原等海拔较高的地方。在冰雹发生日数最高的地方年代际变化明显,而在冰雹发生日数偏少的地方年代际变化不明显。另外多雹年和少雹年的北半球极涡中心强度、高原高度场、印缅槽、欧洲环流C型天数等环流特征量以及北半球500 hPa环流形势和OLR场均存在着明显差异。     

Possible Impacts of Global Warming on the Hydrology of the Ogallala Aquifer Region

The Ogallala or High Plains aquifer provides water for about 20% of the irrigated land in the United States. About 20 km³ (16.6 million acre-feet) of water are withdrawn annually from this aquifer. In general, recharge has not compensated for withdrawals since major irrigation development began in this region in the 1940s. The mining of the Ogallala has been pictured as an analogue to climate change in that many GCMs predict a warmer and drier future for this region. In this paper we attempt to anticipate the possible impacts of climate change on the sustainability of the aquifer as a source of water for irrigation and other purposes in the region. We have applied HUMUS, the Hydrologic Unit Model of the U.S. to the Missouri and Arkansas-White-Red water resource regions that overlie the Ogallala. We have imposed three general circulation model (GISS, UKTR and BMRC) projections of future climate change on this region and simulated the changes that may be induced in water yields (runoff plus lateral flow) and ground water recharge. Each GCM was applied to HUMUS at three levels of global mean temperature (GMT) to represent increasing severity of climate change (a surrogate for time). HUMUS was also run at three levels of atmospheric CO₂ concentration (hereafter denoted by [CO₂]) in order to estimate the impacts of direct CO₂ effects on photosynthesis and evapotranspiration. Since the UKTR and GISS GCMs project increased precipitation in the Missouri basin, water yields increase there. The BMRC GCM predicts sharply decreased precipitation and, hence, reduced water yields. Precipitation reductions are even greater in the Arkansas basin under BMRC as are the consequent water yield losses. GISS and UKTR climates lead to only moderate yield losses in the Arkansas. CO₂-fertilization reverses these losses and yields increase slightly. CO₂ fertilization increases recharge in the base (no climate change) case in both basins. Recharge is reduced under all three GCMs and severities of climate change.     

中亚和中国西北干旱气候变化特征及其对产业结构的影响

利用近百年年降水量资料，分析了亚洲大陆干旱、半干旱地带的主体部分，即中亚和中国西北地区的年降水量变化特征和产业结构。分析结果表明，中亚和中国西北地区年降水量在空间分布和时间演变上，既表现出某些相似性，又呈现出独特性。并且根据降水特征分析，提出了半干旱地区产业结构调整的成功事例。     

北太平洋增暖对我国西北秋雨的影响

利用1979—2012年我国160站逐月降水资料、NOAA全球海洋表面温度资料和NCEP-DOE大气环流再分析资料,采用统计分析方法研究了北太平洋海表增暖对我国西北秋雨年代际变化的影响。结果表明：西北秋雨在2000年前后经历了年代际跃变,1986—1999年为少雨期,2000—2012年为多雨期。进一步分析表明：西北秋雨的年代际变化与北太平洋海表增暖关系密切,北太平洋海温偏暖时,东亚—北太平洋地区的大气温度升高,引起东亚地区的南北温差减弱,使东亚西风急流减弱,急流中心偏北,东亚中纬度地区气压升高,导致异常东风水汽输送带偏强,造成西北秋雨异常偏多。