IPCC AR4多模式对中国地区未来40 a雪水当量的预估

通过评估参加CMIP3计划的22 个GCM在20 世纪气候情景(20C3M)下中国地区雪水当量模拟能力的检验, 挑选出模拟能力较好的模式, 通过多模式集合方法, 对SEARS的模拟结果进行集合, 预估未来40 a雪水当量在中国地区的时空变化特征.结果表明: 在A1B情景下和B1情景下, 中国地区未来40 a雪水当量年际变化均呈减少趋势; 在A1B和B1情景下, 青藏高原地区、 华北平原地区、 长江中游地区及东北北部地区的雪水当量均呈减少趋势, 其中在昆仑山西段帕米尔高原地区减少最为显著, 其次为喜马拉雅山区和巴颜喀拉山东段地区.在中国北部的内蒙古高原地区、 云贵高原等部分地区的雪水当量则有所增加.总体上, A1B情景下比B1情景下雪水当量的减少更为明显. 2021-2050年雪水当量在青藏高原减少显著; 对于季节变化来说, 在秋冬季积雪的累积期, 雪水当量可能增加, 尤其在10-12月, 而在积雪消融的春夏季(2-6月)有所减少.     

CMIP5多模式集合对南亚印度河流域气候变化的模拟与预估

利用印度河流域CRU、APHRODITE和CMIP5多模式逐月气温、降水格点数据集, 评估了CMIP5模式集合对印度河流域气候变化的模拟能力; 对多模式集合数据进行了偏差订正, 并对流域2046-2065年和2081-2100年气候变化进行了预估. 结果表明: 气候模式对流域年平均气温时间变化和空间分布特征有着较强的模拟能力, 时间空间相关系数均达到了0.01的显著性水平, 尤其对夏季气温的模拟要优于其他季节; 模式对降水的季节性波动也有着较好的模拟能力. 偏差订正后的预估结果表明, RCP2.6、4.5、8.5情景下, 相对于基准期(1986-2005年), 21世纪中期(2046-2065年)和末期(2081-2100年)整个流域年平均气温都有一定上升, 且流域上游增幅较大; 除RCP4.5情景下21世纪中期流域有弱减少趋势外, 年降水量都将有一定增长. 未来夏季持续升温将引起源区冰川的进一步消融, 春季降水对于中高海拔地区水资源的贡献将减弱; 流域北部高海拔区域冬季降水的增加有助冰川累积和上游水资源的增加, 东部高海拔区域冬季降水的减少会减少上游水资源. 两时期夏季降水都有一定的增长, 洪涝的发生风险加大; 流域暖事件和强降水事件也将可能增多.     

树轮记录的西北季风边缘区干旱变化

祁连山东部位于亚洲季风西北边缘区,对气候变化十分敏感。由于该区位于半干旱区,降水的变化直接影响人类社会经济的发展,所以研究该区干旱变化情况及其机制非常重要。 利用采自祁连山东部西北季风边缘、地处半干旱区的吐鲁沟地区的油松树轮样芯,建立了树轮宽度年表,时间跨度为1866-2003AD。树轮宽度年表与气象因子相关分析结果显示树木生长主要响应生长季内的降水和干旱变化。该年表与附近区域利用树轮宽度重建的帕尔默干旱指数（PDSI）进行对比,结果显示严重的干旱时间发生在1920s-1930s、1966年、1974年、1982年和1990s和21世纪初。多窗谱分析研究表明,该区年表序列存在显著的2~4 a周期（P<0.05）,该周期与ENSO变率吻合,与在贺兰山、祁连山其他地区、兴隆山及贵清山研究结果一致,表明这些区域可能受共同气候因子的影响。     

基于Z指数的晋中地区干旱变化特征及成因分析

为揭示晋中地区干旱形成机理和发展趋势,通过对历史文献记载的干旱年份进行整理,分析了大旱、特大旱出现的频率以及百余年来发生的干旱链,再利用晋中地区各雨量站1958—2020年逐月降水资料,通过线性回归、Z指数法、小波分析等方法分析季节、年际以及年代干旱变化,并结合历年成灾面积和减产量,分析了农业三大关键期的干旱特征和规律。最后通过地形地貌、气候特征、大气环流、河网密度等因素分析了干旱的成因,为当地抗旱减灾提供参考。     

西北地区东部季节干旱的时空变化特征分析

干旱作为我国西北地区东部影响最大的气象灾害, 可引起农业减产、水资源短缺、土地荒漠化和生态环境恶化等严重问题.在国家新一轮西部大开发战略实施之初, 在全球气候变暖背景下, 有必要对干旱发展的最新特征和演变趋势进行详细分析研究, 为加强防旱、抗旱,促进经济发展提供科学决策依据和参考.采用国家干旱标准综合干旱指数(CI指数), 利用西北地区东部74个气象代表站逐日气温、降水资料, 分析了西北地区东部不同级别干旱日数在各个季节的时空分布和变化趋势. 结果表明: 在气候变暖背景下, 西北地区东部从长期趋势看, 春、夏、秋季干旱呈加剧趋势, 冬季干旱呈减轻趋势. 21世纪以来春、夏季干旱进一步加剧, 尤其是夏季加剧更显著, 而秋、冬季干旱出现了减弱的新趋势. 在西北地区东部主降水期3-11月重-特旱加剧趋势比轻-中旱加剧显著, 南部干旱化趋势比北部更加明显. 尤其是宁夏同心地区春旱加剧非常显著, 已成为西北地区东部重-特旱最严重的地区.对于干旱发展的这一新动态, 必须引起有关部门的高度重视, 采取科学、有效手段加强防旱、抗旱.     

多尺度干旱指数在江淮流域的适应性研究

利用1960-2010年江淮流域34个地面气象观测站的逐日降水、日平均气温、相对湿度等实测资料, 分别计算了江淮流域的Z指数、降水距平百分率、相对湿润指数、标准化降水指数以及CI指数, 经与江淮流域干旱记录对比分析, 结果表明: 月尺度的Z指数在5种干旱指数中应用效果最好, 符合率达70%以上;在时间域上, 月尺度的Z指数仅在春季吻合率稍差, 其余月份均在70%以上;月尺度的SPI指数在冬季吻合率较差, 其余月份同Z指数总体相当;MI指数效果最差;日尺度的CI指数应用效果存在时空差异, 在河南最好, 在山东最差, 夏季效果最好, 春季、冬季最差.     

基于标准化降水指数的内蒙古地区干旱时空变化特征

利用内蒙古及周边地区70个气象站1951~2014年降水数据,采用标准化降水指数等方法,对内蒙古近64年气候干旱时空变化进行分析。结果表明:研究区近64年来除西部年际、春、秋、冬季,中部春、秋季及东部春、冬季气候趋于湿润外,其他均趋于干旱。中、东部年际、植(作)物生长期SPI在2001年和1990年左右发生突变,东部突变后趋于干旱并在2006年左右又发生明显转折后趋于湿润。西部在1960s干旱严重,中、东部在1990s至2000s干旱严重。西部年际SPI由西北向东南、东部由南向北干旱趋势速率呈阶梯状下降,中部干旱趋势速率较西、东部快;植(作)物生长期SPI空间变化与年际一致,但西、中部干旱趋势明显的区域有所扩大。     

RegCM3模式在西北地区的应用研究I:对极端干旱事件的模拟

为了检验区域气候模式RegCM3在西北地区的模拟能力,对2001年夏季西北地区极端干旱事件进行了模拟.结果表明:模式能很好地再现西北地区主要的环流特征和温度及降水的变化情况,主要的偏差在于高原上低压中心的模拟偏低,对西北东部对流层低层位势高度的模拟偏高.区域平均的温度模拟存在着1~3℃的冷偏差,偏差产生的原因与地表净辐射的负偏差有关.月降水量模拟远远偏大,最小的百分比偏差也达到了30%.模拟结果同时表明,由于受模式初始场的影响,6月降水和气温的模拟效果最差.RegCM3的模拟中还存在着许多问题,必须开展进一步的工作来提高模式的模拟效果,减少偏差.     

基于MCI的新疆干旱变化特征分析

基于新疆92个国家气象站1961—2019年逐日气温和降水数据,通过气象干旱综合监测指数（MCI）分析新疆干旱过程及干旱强度,结果表明：（1）全疆年平均干旱日数在空间分布特征为：各地轻旱、中旱的年平均干旱日多数分布在研究区西北部,少数分布在研究区东南部;重旱年平均干旱日数以昆仑山脉为轴线,自西向东呈递减趋势,北疆特旱年平均干旱日数大于南疆;（2）年平均干旱强度呈自东南向西北依次加重的分布特征,春、夏季区域间干旱强度空间差异较小,秋季区域间干旱强度差异性较大;（3）干旱强度与其影响范围时序变化特征趋向一致;通过旋转经验正交函数（REOF）的时空分析,将新疆分成三个模态：第一模态南北疆成相反形式的分布特征,第二模态为东西部相反的分布特征,第三模态呈伊犁河谷偏湿的分布特征,且各模态干旱强度随时间变化趋势不同。     

基于气候模式筛选的碧流河水库流域未来期径流预估研究

为评估IPCC第四次评估报告中的15个全球气候模式对碧流河水库流域气温和降水的模拟效果,通过LARS-WG降尺度方法,选取了HADCM3等3种气候模式,分析其在A2、A1B和B1三种排放情景下未来期(2011~2040年)碧流河水库流域气温和降水的变化,进而结合ABCD月尺度水文模型,预估未来气候变化下碧流河水库流域的径流变化特征,为流域水资源规划和管理提供依据。结果表明:CNCM3、HADCM3和IPCM4三个模式对碧流河水库流域模拟效果较好;与基准期相比,未来期多年平均降水变幅为-6.4%~3.7%,多年平均温度升高0.8℃~1.2℃,实际蒸发增幅为2.4%~4.4%;多年平均年径流量变化范围为4.8~6.2(108m3),三种排放情景下各模式平均径流量均呈减少趋势,较基准期减幅为-4.7%~-27.1%,未来水资源利用将会面临更大挑战。     

The Modification of Palmer Drought Severity Index in the Research of Drought in Huaihe Area

Palmer指数是目前研究区域干旱时应用最广泛的指数之一,但由于其空间适用性比较强,所以在应用已修正的Palmer指数描述淮河流域干旱等级和持续时间时和实际情况有较大差异,因此有必要做进一步订正。利用淮河流域开封、信阳、巢湖站1961—2009年逐日降水和气温等常规观测资料,根据1965年Palmer指数原理,在2004、2006年几次修正的基础上对Palmer指数进行修正。淮河流域和美国Kansas、Iowa周边区域均属亚热带季风气候,但在用Palmer指数研究2个区域的旱涝时,其前期旱涝对后期的影响程度存在一定的差异,在淮河流域前期旱涝的影响要小些,因此,在修正Palmer指数过程中加入一个修正系数,用以改善其敏感度。结果表明,修正后的Palmer指数在反映淮河流域的干旱强度和持续时间等方面都得到了很好的改进,可以用于淮河流域干旱的监测和预警。     

Palmer干旱指数在淮河流域的修正及应用

Palmer指数是目前研究区域干旱时应用最广泛的指数之一,但由于其空间适用性比较强,所以在应用已修正的Palmer指数描述淮河流域干旱等级和持续时间时和实际情况有较大差异,因此有必要做进一步订正。利用淮河流域开封、信阳、巢湖站1961—2009年逐日降水和气温等常规观测资料,根据1965年Palmer指数原理,在200...     

GEV干旱指数及其在气象干旱预测和监测中的应用和检验

介绍了一种新的基于广义极值分布(Generalized Extreme Value,GEV)的干旱指数的构建过程及其原理。并利用1951—2010年中国地区160个气象台站的逐月降水资料,选择6个代表台站,检验1951—2010年60年间预测的干旱和实际干旱事件发生的吻合程度;利用2009—2010年资料检验GEV指数和实际发生的干旱事件在月尺度上的监测效果。结果表明,利用GEV方法定义的干旱指数能较好地监测干旱事件的发生和发展,与目前广泛使用的Ci指数监测结果较为一致。同时这种指数也能用于某一地区干旱事件的预测和干旱等级的划分。对干旱业务监测和预测有重要的参考意义。但该指数对站点疏密有一定的依赖性,站点稀疏的区域存在着一些误差。     

物理过程参数化方案对中国夏季降水日变化模拟的影响

系统地分析了不同陆面过程、辐射传输以及积云对流参数化方案对区域气候模式模拟中国夏季降水日变化能力的影响,发现日内最大标准化降水及其出现时刻的模拟对不同模式物理过程的组合方案敏感。陆面过程、辐射传输参数化方案只影响降水强度的模拟,而对降水日变化形式和峰值出现时间模拟的影响较小,降水日变化形式的模拟对积云对流参数化方案敏感且与模拟区域的选择关系密切。Grell方案对青藏高原东部、长江中游地区夏季降水的日变化特征具有较好模拟能力,Kuo和Anthes-Kuo方案较好地模拟出了东北、华南地区夏季降水的日变化特征,BM方案仅能模拟华南地区夏季降水的日变化特征。4种积云对流参数化方案均不能模拟出江淮—华北地区夏季降水日变化的双峰值结构。     

中原末次冰期间冰阶以来的古季风气候变迁

中原邙山黄土地层以巨厚的马兰黄土为特色。本文研究了末次冰期间冰阶以来邙山黄土－古土壤序列的粗颗粒含量和磁化率值曲线反映的冬夏季风变迁及其相互关系,发现在万年尺度上夏季风增强对应于冬季风减弱,冬季风增强对应于夏季风减弱,但在千年尺度上冬季风变化比夏季风强烈得多,而且末次间冰段开始时冬季风减弱明显早于夏季风增强。通过中原黄土记录与深海及冰芯Ｏ同位素记录的对比,发现短时间尺度气候变化阶段明显具有很大的区域性特征,它们不能简单地进行等时性全球对比,而应该通过各自独立的时间标尺来建立古气候变化的远距离联系。     

中国区域性暴雨事件未来变化:RegCM4动力降尺度集合预估

区域性暴雨事件由于影响范围大、持续时间长,更易引发严重洪涝灾害,对经济社会可持续发展构成严重威胁。因此,预估区域性暴雨事件的未来变化对于气候变化适应和灾害风险管理意义重大。本文基于区域气候模式RegCM4对4个全球气候模式的动力降尺度模拟,利用“追踪式”客观识别方法,对我国区域性暴雨进行了识别,并从发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度5个方面预估了其在RCP4.5情景下的未来变化。多模式预估结果表明,我国平均区域性暴雨事件的发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度到21世纪末均呈不同程度的上升趋势。与1986—2005年相比,无论在21世纪中期(2046—2065年)还是末期(2080—2099年),位于“低值区”的事件出现频率减少,而位于“高值区”的事件出现频率增加。轻度区域性暴雨事件发生频次将减少,而中度、重度和严重的区域性暴雨事件发生频次将增加。在空间分布上,区域性暴雨事件的发生频次、持续时间和降水量均在我国东部区域大范围增加,并且三者增幅的空间分布型态较为一致。增加最显著的区域主要位于长江中下游、江南和华南地区,而且到21世纪末期的增加幅度大于中期。     

本世纪中国西北地区的干旱变化

本文分析了陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆五省区有气象观测资料以来的干旱变化,并与历史时期的变化做了比较。同时还对该地区干旱变化与气温的关系作了分析。     

植被状况指数的改进及在西北干旱监测中的应用

干旱是全球分布最广、发生频率最高、持续时间最长、影响范围最大、造成的经济损失最为严重的一种自然灾害，干旱也是所有自然灾害中影响因子最为复杂、人类了解最少、监测最为困难的一种自然灾害，干旱监测是世界性的难题。干旱可以发生在任何气候带上，但干旱、半干旱地区是全球干旱灾害发生最频繁的地区。干旱发生特征和规律因地区的不同会有很大的差异，不同地区对干旱监测方法不同。目前，世界各国干旱监测主要利用基于气象、水文、农业和卫星遥感等观测资料建立的各种干旱指数开展，已经有150多种干旱指数。植被状况指数VCI是应用最为广泛的一种卫星监测干旱的指数，研究和业务应用结果表明，VCI对全球各地的干旱均有较好的反映，已经应用在美国国家大气海洋局（NOAA）日常干旱监测业务中，中国国家卫星气象中心干旱卫星遥感监测服务产品也是以VCI为基础。 我国干旱半干旱地区主要分布在新疆、甘肃、青海、陕西、宁夏以及内蒙古自治区的中西部，这里降水少且不稳定，降水变率大，是中国干旱发生频率最高的地区。干旱严重制约着当地经济发展和人类生活质量的提高，使本身非常脆弱的生态环境趋于恶化。为了了解条件植被指数VCI对西北地区不同气候区干旱的监测能力，以上述6省（区）为研究区，利用1982—2003年22年NDVI数据，计算了研究区域22年来逐月的VCI，对比分析了不同气候区VCI与降水距平的关系。结果表明，VCI在空间和时间上较好地反映了西北大部分气候干旱发生、发展和空间分布，是干旱监测的较好指标，但在干旱和极端干旱地区，VCI经常出现异常偏高现象，不能反映干旱气候区常年干旱的基本特点。通过对西北不同生态系统之间NDVI特点和各生态系统间NDVI年变化及其年际变化规律的研究，设计了VCI改进方案，提出了改进的条件植被指数RVCI。通过对22年来逐月RVCI与VCI的对比，RVCI客观地反映了干旱气候区常年干旱特点，较VCI有显著改进。      

Research Progress and Prospect of Integrated Drought Monitoring Based on Multi-source Information

At present, drought monitoring has changed from single factor to multi-factor comprehensive direction. In order to better promote the development of comprehensive drought monitoring theory and related models, the conceptual connotation of comprehensive drought monitoring was comprehensively and systematically analyzed, and the construction methods of comprehensive drought monitoring model were sorted out, which were divided into fiveWater balance model method, linear model combination method, multi-variable joint distribution function method, principal component analysis method and multi-source information data mining method. Furthermore, in view of the current challenges and shortcomings of integrated drought monitoring, the direction of future development of integrated drought monitoring model was put forward, that is, at the theoretical level: The first is to study the internal mechanism of drought and its occurrence and development process, clarify the relationship among the factors affecting drought, and construct a comprehensive quantitative drought monitoring model integrating multiple factors; The second is to enhance the pertinence of drought monitoring model, develop suitable drought monitoring model according to different regions, underlying surface, growing season, etc.;The third is to construct the precision verification index system of comprehensive monitoring model for drought in view of the difficulty of model validation. At the technical level, the integration and fusion of drought-related multi-source information is studied to improve its comprehensive utilization level and provide abundant data support and technical support for drought monitoring.     

中国旱灾农业承灾体脆弱性诊断与评价

旱灾是世界上影响面最广、造成农业损失最大的自然灾害类型，世界近一半的国家干旱严重。中国旱灾频繁，每年旱灾损失占各种自然灾害损失的15%以上，随着人口和农业的快速发展，农业承灾体脆弱性对灾情的放大也在增加。基于灾害系统理论，从致灾因子和耕地承灾体的区域组合角度，在旱灾频发高值区，选择雨养农业、灌溉农业和水田农业为主要承灾体类型，构建了农业旱灾脆弱性生产压力和生活压力，灾前—灾中易损性和灾中—灾后适应性等农业旱灾承灾体脆弱性诊断指标体系。提出脆弱性评价的区域模型，即：雨养农业的易损—适应模型（兴和）、灌溉农业的生产—生活压力模型（邢台）和水田农业的需水—灌水模型（鼎城）。基于农业承灾体脆弱性评价，提出制定适应降水变化的波动土地利用结构调整区域政策、建立农业生态—生产范式、建立“水银行”管理机制、建立用水效益和开源节流的评估体系以及加强“截水—抽水—控水”为一体的灌溉系统工程建设，提高灌溉应急能力等对策，以期为农业旱灾的防御和区域粮食安全决策提供科学依据。