新疆天山北坡河川径流对气候变化的响应研究——以头屯河为例

以天山北坡头屯河为例,结合近50年的径流和相应气象站的降水、温度等资料,运用Mann-Kendall非参数检验的方法对头屯河径流变化的时间序列进行了检验分析.结果表明:在过去的50年里,头屯河的年径流量呈单调下降趋势,20世纪90年代与50年代和60年代相比,分别减少了0.004×108 m3和0.072×108 m3;降水没有单调变化趋势,而年平均温度则表现出持续升高趋势,与1950's相比平均升高了1.12℃.对头屯河径流、降水和温度时间序列的逐月资料变化趋势检验分析发现,头屯河8～10月的流量呈较为明显下降趋势,降水变化在此期间也呈减少趋势.由此得出结论:头屯河流域降水季节变化趋势,尤其夏季降水减少趋势以及温度的明显增加,可能是造成径流减少的主要原因.     

新疆天山北坡河川径流对气候变化的响应研究——以头屯河为例

以天山北坡头屯河为例,结合近50年的径流和相应气象站的降水、温度等资料,运用Mann-Kendall非参数检验的方法对头屯河径流变化的时间序列进行了检验分析.结果表明在过去的50年里,头屯河的年径流量呈单调下降趋势,20世纪90年代与50年代和60年代相比,分别减少了0.004×108 m3和0.072×108 m3;降水没有单调变化趋势,而年平均温度则表现出持续升高趋势,与1950's相比平均升高了1.12℃.对头屯河径流、降水和温度时间序列的逐月资料变化趋势检验分析发现,头屯河8～10月的流量呈较为明显下降趋势,降水变化在此期间也呈减少趋势.由此得出结论头屯河流域降水季节变化趋势,尤其夏季降水减少趋势以及温度的明显增加,可能是造成径流减少的主要原因.     

1990s长江下游干流径流量演变趋势

利用M-K相关分析方法和大通站1950-2000年逐月径流资料,研究了长江下游干流径流的趋势变化.研究结果表明:1950s以来长江下游径流量呈增加趋势,1990s平均径流量(30415.3 m³/s)比所有其他年代平均径流都大,为近50a以来的最大值;就季节和月份而言,秋季径流明显减少;夏、冬两季径流量,增加的趋势明显,尤以冬季枯水季节径流增加最为突出.洪水、枯水季节径流增加明显,但以枯水季节径流增加占优势.冬季枯水径流的增加,可能在一定程度上能够缓解长江口生态环境的巨大压力.1990s径流量的增加与全球变暖、水循环加快、长江流域降水量增加密切相关.     

淮河流域径流过程变化时空特征及成因

径流变化特征及成因研究对于农业灌溉、流域水资源配置与管理等具有重要理论与现实意义,而淮河流域是我国重要农业区,因而淮河流域径流过程特征及机理研究更突显其重要性.利用非参数Mann-Kendall趋势检验和小波转换等方法系统分析了淮河中上游息县、王家坝和蒋家集等9个水文站点径流资料,分析淮河流域中上游径流年内分配、年际变化、径流趋势、突变特征及周期变化等径流过程变化特征,并探讨了径流变化特征的成因.研究发现:(1)淮河中上游径流量主要集中于5-9月,约占年径流总量的70.37%,变差系数介于0.16~0.85之间,径流年际极值比则介于1.7~23.9之间,径流年际变化剧烈;(2)淮河中上游径流量整体呈下降趋势,尤其是4-5月径流下降趋势显著,季节变化不明显;(3)各站点年径流量在2000s呈显著周期变化,班台、王家坝、鲁台子和蚌埠站在该尺度上存在2.0~3.4 a尺度的小周期,息县、潢川和蒋家集站处于高能区.季节和汛期与非汛期的显著周期集中出现在1960s、1980s和2000s,1960s周期主要为2~8a.(4)潢川站年径流量对气候因子的响应最为明显,其对混合ENSO指数和太平洋中高纬年代际振荡指数(PDO)的响应分别通过了95%和99%的显著性检验.PDO对各站点月径流的直接影响最为显著,且主要集中在6月份,多呈显著负相关关系,以班台站最为显著,分别在1、4和6月通过了95%的显著性检验.南方涛动指数、北大西洋涛动指数和Nino3.4区海表温度距平指数(Nino3.4)对研究区月径流量的响应存在显著滞后性,Nino3.4对研究区月径流量滞后期的影响主要发生在潢川和蒋家集站,而北极涛动指数和PDO指数无滞后性响应.     

气候变化对中国内陆干旱区山区融雪径流的影响

气候变化对中纬度山区积雪具有极强的影响, 同时雪盖时空变化和融雪径流的波动被认为是气候变化的指示器. 本研究选择祁连山黑河流域作为中国西北地区山区积雪流域的典型区域, 分析了自1956~2001年近40余年以来气温、降水、累计降雪变化的状况和特点以及春季融雪径流的波动趋势. 结果表明: 黑河上游山区积雪流域的气候变化主要表现在年平均气温的缓慢上升而年降水基本平稳, 累积降雪量也处于波动变化之中. 年内气温的上升幅度以1~2月份比较强烈而其他月份气温上升幅度较小. 利用基于度-日因子算法的融雪径流模型SRM(Snowmelt Runoff Model)模拟气温上升框架下的融雪径流变化情势结果表明山区积雪流域融雪期在时间上的前移, 同时春季融雪径流量呈显著增加趋势且受径流周期变化控制.     

新疆北部降水的气候分布特征及其对ENSO的响应

分析研究了新疆北部地区近50年(1951～2000年)全年各月降水的气候分布特征和各季降水的年际变化规律,重点揭示了北疆多雨季节(4～7月)及其各月降水量对赤道东太平洋的海温SST和南方涛动指数SOI的显著响应关系,并用前期SST和SOI作为预报因子,建立了北疆地区雨季降水量的预报方程.该方程可用于北疆地区雨季降水量的长期预报.     

新疆天山北坡气候变化的生态响应研究

通过近40年天山北坡气候、水文、现代冰川、湖泊观测数据和近10年卫星遥感数据, 利用遥感和GIS技术, 从地表覆被生态系统和景观尺度, 提出了一套基于遥感的干旱区生态自然变化信息提取的研究方法, 分析了近40年天山北坡气候的变化趋势和与之相应的生态响应关系. 结果表明: (1) 近40年天山北坡气候变化的总体趋势是气温和降水增加, 特别是20世纪90年代以来的近10年气温、降水与径流量增加幅度较大; (2) 近10年天山北坡各地理分区植被综合指数显著提高, 提高幅度较大的是人工绿洲区和前山带, 其变化趋势有利于植被生态的改善; (3) 干旱区植被生态对气候变化的响应非常敏感, 由于近10年天山北坡气候的变化, 其植被覆盖度和生物量持续增加, 平原区增幅明显大于山区, 后期增幅明显大于前期.     

非绝热加热对大气局地扰动位能的影响和机理

本文运用统计相关和奇异值分解方法,系统地考察了非绝热加热对大气局地扰动位能的影响特征和机理问题.分析结果表明,热带地区海表温度异常和扰动位能的耦合相关特征与厄尔尼诺和南方涛动变率的关系密切,扰动位能在热带外地区的耦合模态空间型呈现出与北太平洋-北美大气遥相关型极为相似的分布特征.通过进一步考察大气中视热源与扰动位能的耦合特征,发现在低纬地区仍主要反映了厄尔尼诺和南方涛动的影响机制,在热带外地区,视热源异常的耦合模态则表现出与北半球环状模类似的特点,这表明热带外地区大气的局地能量有效性与热带非绝热加热的遥强迫以及局地性热源加热强迫有着极为密切的联系.     

中国日极端降水和趋势

利用中国2000多站50年以上的日降水资料,提取各站6个极端降水指数,即历年最大值(top-1)、历年10个最大值(top-10)累积量、历年总降水量、历年夏季top-1、历年夏季top-10累积量、历年夏季总降水量,分别形成各站各极端降水指数时间序列.统计了历年全国及6个子区域整个研究资料时段内出现top-1和top-10值的总站次,分别形成历年全国及6个子区域极端降水总站次时间序列.各极端降水指数时间序列的趋势分析表明,中国各站top-1和top-10累积量时间序列趋势分布存在较为一致的3个明显趋势区域,即中国东南正趋势区、西北正趋势区和华北负趋势区,但各时间序列的趋势分布区域特征和趋势幅度增减程度不尽相同;正负趋势明显地区的大多数站点趋势增(减)幅度比(趋势幅度与平均值的比值)达10~30%,部分站点达30%以上.top-1和top-10降水全国年总站次时间序列表明了一致的线性增加趋势,平均每十年分别增加2.4站和15站,但年际差别较大;极端降水年总站次表现为三段极端降水多发期,分别出现在20世纪60年代初、90年代中后期和21世纪初,6个区域极端降水年总站次趋势特征与全国年总站次不尽相同,极端降水全国年总站次出现较多的年份在区域上表现不一样.与降水有关的环流形势要素的时间序列趋势分析表明,华北及上游蒙古高原地区呈现明显的位势高度增加趋势,而低层从中国南部沿海地区到华北地区呈现一条南风风速减弱的趋势带和华北地区水汽含量减少的趋势区,这些趋势特征有利于华北地区极端降水的减少.经验回归水平分析表明,50年一遇重现水平从南部沿海的400~600mm减少到西北地区的50mm以下,相比20年一遇重现水平提升率平均达6.8%,但比降水最大值可小一倍以上.     

20世纪下半叶全球干旱化的事实及其与大尺度背景的联系

利用CRU(Climatic Research Unit)的全球格点月降水及月平均气温资料, 通过计算地表湿润指数分析了1951~2002年全球干湿变化趋势. 重点对比研究了北美大陆、南美大陆、欧亚大陆、非洲大陆及澳洲大陆干湿变化的特征及差异, 并在此基础上对各大陆乃至全球的干湿变化与影响气候变化的大尺度背景的相关关系进行了分析. 结果表明, 在增暖背景下, 20世纪下半叶全球干湿变化趋势具有明显的区域差异, 非洲大陆、欧亚大陆、澳洲大陆和南美大陆近52年主要以干旱化趋势为主, 尤以非洲大陆和欧亚大陆最为剧烈. 北美大陆在1976年以后表现为变湿趋势, 南美大陆存在30年左右的干湿振荡周期, 但最近仍然处于干化的时段, 澳洲大陆的变化与之类似. 研究还表明, 增暖已经改变了全球环境干湿变化的分布格局, 南美大陆和澳洲大陆尽管降水为增加趋势, 但仍然表现为干旱化趋势, 其中温度升高是其表现为干旱化特征不可忽视的原因. 全球环境的干湿变化与大尺度背景密切相关: 非洲大陆、欧亚大陆的干旱化趋势、北美大陆的湿化趋势与北太平洋年代际振荡(PDO)显著相关; 而南美大陆、澳洲大陆干湿的年代际振荡与南方涛动指数(SOI)的年代际变化一致.     

近60年全球大气环流经向模态的气候变化

本文根据1948～2004年NCEP/NCAR 1000 hPa、500 hPa、100 hPa高度场逐月再分析资料,分析了近60年全球大气环流经向模态的气候变化. 结果表明：近60年来第一模态从低层到高层都表现出高纬与低纬地区之间明显的反向变化关系,且随时间有明显的增强趋势. 第一模态位相发生了相反的改变,低纬地区由负距平演变为正距平,高纬地区由正距平演变为负距平. 1000 hPa和500 hPa高度场上的南半球比北半球变化激烈,而100 hPa高度场上的北半球比南半球变化激烈. 第二模态在1000 hPa高度场上,主要表现为南极涛动（AAO）和北极涛动(AO),且两涛动在年际、年代际尺度上表现出明显的负相关关系;在100 hPa高度场上,主要表现为南北半球高纬度地区之间的反向变化;500 hPa高度场是1000 hPa和100 hPa的一个过渡层次,主要表现出明显的南极涛动(AAO). 第二模态可能是南北半球中高纬环流相互作用的桥梁.     

长江流域降水径流的年代际变化分析

应用1951-2001年长江流域年、季降水量资料、1885-2001年梅雨量资料以及一百多年以来长江重要控制站宜昌、汉口、大通年径流量资料,对长江流域降水径流的年代际变化、气候转折以及降水径流的变化趋势进行了分析研究.反映出长江流域夏季降水将有更加集中的趋势,即降水时间更集中、强度趋向于更大,对防洪不利.据趋势预测,宜昌、汉口径流量有减少的趋势,大通径流量有增加的趋势.     

长江流域近50年降水变化及其对干流洪水的影响

根据我国长江流域气象观测站近42年的资料,分析了整个流域年和季节平均面雨量、暴雨日数和暴雨量的变化特征,以及降水对流域径流和洪水的影响.长江流域年和夏季平均面雨量存在明显的年际和年代变化特征,也表现出比较显著的趋势变化特点.大部分测站年平均面雨量呈增加趋势,夏季和冬季平均面雨量的增加趋势尤其明显;秋季平均面雨量呈显著下降趋势.同时,年和夏季暴雨日数和暴雨量也在较大范围内呈显著增加趋势.长江流域的降水对干流平均流量具有重要影响.1973年、1983年和1998年的洪水主要是由明显高于平均的流域面雨量引起的;长江下游平均流量变化趋势也同流域年平均面雨量、夏季平均面雨量变化趋势基本一致,特别是70年代末以来,下游平均流量和流域面雨量的上升趋势更加明显,并同时在1998年达到最高值.长江流域大的丰水年一般对应El Nino年或El Nino次年,表明E1 Nino对长江较大洪水可能具有一定影响.     

BCC_CSM1.1(m)模式对于夏季亚洲-太平洋涛动的模拟

亚洲-太平洋涛动是北半球夏季亚洲大陆和北太平洋副热带地区对流层中高层扰动温度场上大尺度的东西反相的遥相关现象,其异常变化与亚洲-太平洋地区夏季风气候有着密切的联系.基于欧洲中心的ERA-40再分析资料和国家气候中心BCC_CSM1.1（m）气候系统模式多年的数值模拟结果,本文主要评估了BCC_CSM1.1（m）模式对于夏季亚洲-太平洋涛动的空间分布、指数的时间演变及与其变化所对应的亚洲地区夏季环流异常等方面的模拟能力,结果表明：BCC_CSM1.1（m）模式能够较好地模拟出北半球夏季对流层中高层扰动温度在亚-太地区中纬度存在的西高东低"跷跷板"现象;模式能够模拟出夏季亚洲-太平洋涛动指数的年际变率,但是不能模拟出该指数在20世纪60-70年代明显下降的年代际趋势;模式还能较好地模拟出亚洲-太平洋涛动高低指数年亚洲-太平洋地区夏季环流的异常：指数偏高年份,南亚高压增强,高空西风急流带和热带东风急流均加强,索马里越赤道气流增强,南亚热带季风和东亚副热带季风均增强,东亚季风低压槽加强,西北太平洋副热带高压增强,南亚和东亚北部降水增加,菲律宾地区、中国长江流域-朝鲜半岛-日本一带地区降水减少,反之亦然.     

新疆北部降水的气候分布特片及其对ENSO的响应

分析研究了新疆北部地区近50年（1951-2000年）全年各月降水的气候分布特征和各季降水的年际变化规律，重点揭示了北疆多雨季节（4-7月）及其各月降水量对赤道东太平洋的海温SST和南方涛动指数SOI的显著响应关系，并用前期SST和SOI作为预报因子，建立了北疆地区雨季水量的预报方程。该方程可用于北疆地区雨季降水量的长期预报。     

1990s长江流域降水趋势分析

依据国家气象局提供的实测月降水和日降水资料,运用Mann-Kendall(M-K)非参数检验法验证了降水趋势,并通过空间插补法,由点扩展到面,分析了1990s长江流域降水变化特征,发现1990s长江流域降水变化以降水在时间和空间分布上的集中度的增加为主要特点:时间上,年降水的增加趋势以冬季1月和夏季6月降水的集中增加为主;一日降水量大于等于50mm的暴雨日数和暴雨量在1990s也有了较明显的增加.空间上,年降水、夏季降水、冬季降水的增加都以中下游区的增加为主,尤其以鄱阳湖水系、洞庭湖水系的降水增加为主.1990s长江流域春季和秋季降水的减少以5月和9月两个汛期月份的降水减少为主,除金沙江水系和洞庭湖水系等少数地区外,流域大部分地区降水呈减少趋势.上述1990s出现的降水趋势明显与近年来全球变暖背景下长江流域各地区不同的温度及水循环变异有关.     

夏季亚洲极涡的长期变化对东亚环流和水汽收支的影响

主要分析了1951～2004年夏季亚洲极涡强度和面积的长期变化趋势及其对东亚夏季环流,水汽输送和降水量的影响,发现1951～2004年,夏季亚洲极涡表现出了明显的强度减弱,面积缩小的变化趋势,并以面积缩小更为显著,这正对应于北极涛动（AO）指数在该时段的显著升高.在这种北半球中高纬大尺度环流变化的影响下,东亚夏季高空西风急流在近54年显著南移,冷空气活动的南侵程度明显增强,从而造成低空偏北风显著增强而偏南风减弱.与此相应,近54年整个中国区域内低空纬向风速呈明显的减小趋势.总的来看,东亚夏季风环流发生了明显减弱.同时,流经中国的中纬度西风水汽输送在近54年也表现出一致减弱的趋势,而南风水汽输送大致以110°E为界,以东的夏季风区呈显著的减弱趋势而以西则有明显的增加趋势.这种水汽输送的变化影响了中国不同区域内水汽输送通量散度的改变,进而使得夏季降水量发生变化.分析表明,夏季亚洲极涡的面积和强度与东北、华北和西北东部的水汽输送通量散度和夏季降水呈正相关,而与长江中下游、华南、西南、青藏高原和西北西部呈显著负相关,夏季亚洲极涡在近几十年的面积缩小和强度减弱是中国夏季降水长期变化的一个可能原因.     

基于连通性指数(IC)的近30年鄱阳湖流域水系结构与水文连通演变评估

由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体系,定量分析该地区近30年来水系格局和结构连通性的时空演变特征,并结合该时期地形、土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,利用连通性指数(index of connectivity,IC)评估功能连通性的动态变化,进而探讨水文连通与径流量和输沙量的联系。结果表明,近30年来鄱阳湖流域水系结构趋于复杂化,主要体现在流域北部。除干流外,其他等级河流的数量和长度均有所增加,其中Ⅲ级河流最为明显。河网密度、水面率、河网复杂度和发育系数均呈增加趋势,2000年后的变化率约为2000年前的两倍。水系连通环度、节点连接率和水系连通度总体增加,结构连通性呈好转趋势且变化幅度较小。功能连通分析表明,近30年来大部分流域IC减少,流域下游靠近主河道的平坦地区IC较高,上游远离河道的植被密集区域IC较低。此外,IC与年径流量和输沙量表现为显著的正相关性(...     

北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数关系的年代际变化

基于观测资料分析,研究了夏季北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数之间的关系,发现两者的联系呈现由弱转强的年代际变化特征.1948~1977年,北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系较弱;但1980~2009年,两者转为显著的正相关,北大西洋涛动偏强(弱)对应西北太平洋热带气旋数偏多(少).本文进一步从大气环流变化角度,探讨了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系在前后两个时段出现不同的可能原因.结果表明,在后一时段,当北大西洋涛动偏强时,西北太平洋低层为异常气旋型环流,季风槽加强,西太平洋副热带高压偏东,西北太平洋地区高层大气异常辐散,低层大气异常辐合,这些条件均有利于热带气旋的生成和发展,西北太平洋热带气旋因此偏多.然而,在前一时段,北大西洋涛动对上述环流系统的影响不明显,因而减弱了北大西洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的联系.研究进一步揭示,与北大西洋涛动异常相关联的波活动通量的变化可以解释北大西洋涛动与西北太平热带气旋频数联系的这种年代际变化.     

全球变暖背景下中亚干旱区降水变化特征及其空间差异

依据Climatic Research Unit（CRU）1930～2009年间的最新0.5°×0.5°网格点的月均降水量序列,本文分析了中亚干旱区近80年来的降水变化特征及其区域差异.结果发现,近80年来主要受西风环流控制的中亚干旱区年降水整体上表现出增加趋势,年降水中以冬季降水的增加趋势最明显（0.7mm/10a）.中亚干旱区近80年来的降水变化存在空间差异,可划分为五个降水变化区域（Ⅰ-哈萨克斯坦西区,Ⅱ-哈萨克斯坦东区,Ⅲ-中亚平原区,Ⅳ-吉尔吉斯斯坦区,Ⅴ-伊朗高原区）,根据年降水分布模式以45°N为界划分为两类：研究区北部的两个区（Ⅰ和Ⅱ区）四季降水较均匀,南部的三个区均以春、冬季降水为主（占全年降水的60%～82%）.在降水变化趋势上,除了中亚干旱区西南（Ⅴ区）在近80年来有微弱的减少趋势外,其他四区均表现为增加趋势,尤以干旱区西部的Ⅰ区和Ⅲ区降水增加显著.近80年来降水增加或者减少的趋势主要取决于冬季的变化趋势.研究还发现,中亚干旱区降水存在较明显的年际变化, 中亚干旱区及其各分区都具有2～3 a的显著周期,南部三区（Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ区）还存在5～6 a的显著周期,在此基础上都具有3～4个阶段性的变化趋势.最近一次趋势性变化开始于20世纪70年代中后期,研究区降水更多的表现出区域的差异性.近80年来,中亚干旱区降水对全球变暖的响应复杂,西风环流变化可能是影响中亚干旱区降水变化的主要因素.