暖湿背景下新疆逐时降水变化特征研究

基于新疆16个国家基准站1991-2013年5~9月逐小时的降水观测资料,分析研究了新疆夏半年逐时降水的时空分布和日变化特征。结果表明:新疆小时降雨频数呈现西北多、东南少的特征;4 mm·h^-1以上量级雨强的强降雨高频时段北疆自西向东依次出现在下午、前半夜和后半夜,南疆多出现在夜间;新疆各区域逐时降水频率的日变化特征明显不同,各区域逐时降水分布并不均匀:塔城北部、阿勒泰地区日降水分布呈现双峰型特征,北疆其余地区则是较为一致的单峰型;南疆各区域以双峰型居多。南北疆0.1 mm·h^-1以上、4 mm·h^-1以上量级雨强的出现总频次均呈明显增加趋势,进入21世纪10年代南疆强降雨频次增加更显著。     

1961～2008年山东省极端降水事件的变化趋势分析

利用山东省1961～2008年逐日降水资料,采用百分位值法定义了极端降水事件的阈值,然后统计出极端降水事件的频次、降水量、强度和年最大日降水量,并对其空间分布和时间趋势进行分析。结果表明,山东省极端降水事件阈值的空间分布存在明显的地域差异,总体上以泰山为中心向周边逐渐减小;频次的空间差异较小,基本在18 d/a左右;极...     

1951-2012年渭河流域降水频次变化特征分析

利用渭河流域26个气象站点1951-2012年的逐日及逐年降水数据,分析流域降水频次的变化特征及其相关影响。结果表明：（1）年降水频次在空间上表现出由北向南逐渐递增的趋势,最高年降水频次为111.39 d·a^-1,最低年降水频次为67.77 d·a^-1。强降水频次在空间上表现出由西北向东南逐渐递增的趋势,高值区最高年强降水频次为8.10 d·a^-1,低值区最低年强降水频次为1.99 d·a^-1。（2）年降水量与强降水频次Pearson相关系数>0的区域占到总流域面积的96.59%,>0.6～<1的区域占到了总面积的74.14%,呈现为强相关或者极强相关,Pearson相关系数为负数,且呈现强相关或极强相关的区域只占到了总面积的0.8%。（3）强降水频次在一定阶段符合幂律分布。在拟合趋势线中间会发生转折点,强降水频次的规模较大时,拟合方程为y=198.9x-1.199（R²=0.901 8,P<0.01）,强降水频次较小时拟合方程为y=113 466x-5.402（R²=0.983,P<0.01）。幂律分布规律可以深层次的解释强降水是引发渭河流域洪灾的重要影响因素。     

降水在沙丘中的运动特征研究——以甘肃民勤沙区为例

自然降水和辅助人工模拟降水试验表明在民勤沙区,降水在沙丘上的下渗深度主要受沙面状况的影响。沙丘表层土壤田间持水量大小影响降水下渗,表层粉粒和粘粒含量影响田间持水量,降水量的大小与水分下渗深度的相关性并不显著;降水强度在29.8mm·d^-1以内时,固定沙丘上的最大含水层为10~15cm,降水的下渗速率只有10~15cm·d^-1;在半固定沙丘上,28.2mm·d^-1以内的降水的最大含水层为30~35cm,降水的下渗速率只有15.0~17.5cm·d^-1;在流动沙丘上,21.7mm·d^-1以内的降水强度的最大含水层为130~135cm,降水的下渗速率可达32.5~33.8cm·d^-1;在固定沙丘和流动沙丘上,8mm·d^-1以内的降水很快蒸发损失,而在半固定沙丘上能保存较长时间;与固定和半固定沙丘相比,流动沙丘表面水分(即7~8mm以内的降水)最易在短期内蒸发损耗。     

沙坡头地区固沙植物油蒿、柠条蒸散状况的研究

应用一组自动称重式lysimeter对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区半灌木油蒿(Artemisia ordosica)与灌木柠条(Caragana korshinskii)植丛的蒸散与流沙区蒸发比较,在生长季节进行两年连续观测研究。结果表明,植丛生长季节蒸散约占同期降水量的90%以上,根层220cm深度以下无降水补给作用。裸沙蒸发量与深沙层补给量分别占降水量的70.5%与12.6%。湿润年(P=215.8mm,其中生长季P=1837mm)生长季内油蒿与柠条植丛日平均蒸散速率接近,分别为0.86mm·d^-1,0.87mm·d^-1。干旱年(P=121.0mm,其中生长季P=114.0mm)油蒿植丛日平均蒸散速率降低为0.68mm·d^-1,而柠条植丛日平均蒸散速率仍然高达0.80mm·d^-1。由油蒿、柠条植丛月蒸散量比较,干旱年柠条在降水相对集中且丰沛的月份具有较高的蒸散量(如1991年8月,ET为66.3mm(相当于蒸散速率2.15mm·d^-1)),致使根层年内贮水量亏缺量(ΔS=-42.6mm)较油蒿植丛严重(ΔS=- 18.7mm)。而油蒿植丛在全生长季保持低下蒸散水平,表明由于植物种利用水分的机制不同,其植丛ET随年降水变化差异明显。但是,较之于湿润年均呈现下降趋势。在湿润年,裸沙区日均蒸发量为0.60mm·d^-1,而在干旱年,其蒸发速率降低为0.44mm·d^-1,相应的月蒸发最高值为38.0 mm(相当于蒸散速率1.27 mm·d^-1)。裸沙区蒸发量日均值与月最大值几乎均降低为植丛蒸散量的一半。     

塔克拉玛干沙漠腹地降水特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站与周边3个气象站2000—2014年的气象观测资料,分析沙漠腹地近15 a降水量的年、季、月分布及变化特征,并与同期沙漠周边地区资料进行对比分析。结果表明：塔克拉玛干沙漠腹地近15 a年平均降水量为26.0 mm,比周边同期平均少37.3%,但降水稳定性高于周边各站;塔克拉玛干沙漠腹地降水的年、季、月分布与沙漠周边各站基本保持一致,夏季降水占总降水量的69.3%,且逐年有所增加,对全年降水量的变化贡献最大;沙漠腹地月降水量分布极不均匀,6月降水量最大,占全年降水的41.6%,2月和3月降水量最少,仅占全年的0.7%,降水最多月是最少月近60倍;水汽压在沙漠腹地相对不稳定,但相对湿度相对较稳定;沙漠腹地最长连续降水日年平均2.9 d,最长无降水日数年平均96 d,最长连续无降水日数呈逐年上升趋势。     

塔克拉玛干沙漠周边地区极端弱降水的时空变化特征

选用塔克拉玛干沙漠周边40个气象站1961-2009年日降水资料和4个极端弱降水指标,分析该地区极端弱降水的时空变化特征。采用M-K法和F检验对各站点降水指标的变化趋势及变化率进行检验和计算,并利用Monte Carlo模拟进行区域显著性检验。由 Copula函数得到两降水指标的联合分布,计算两降水指标的联合重现期。结果表明：（1）年最长连续无降水日数（CDD）多为80～100 d,呈显著减少趋势;出现频率最高的每年日降水量小于降水日序列25%分位数的日数（D₂₅）为0～10 d,呈显著增加趋势;每年日降水量小于降水日序列25%分位数的总降水量（P₂₅）的值集中在0～1.5 mm,2～3 mm的 P₂₅从2000年才开始出现;出现频率最高的每年日降水量小于降水日序列25%分位数的日平均降水量（I₂₅）为0.1～0.3 mm,I₂₅超过0.4 mm的情况极少出现。（2）CDD与D₂₅和P₂₅各自五年一遇值的空间分布相反。除CDD和D₂₅均大于各自五年一遇值的联合重现期较长外,其余各类型联合重现期较短。沙漠周边地区发生不同类型极端弱降水事件的概率不同。     

近50a青藏高原东部夏半年强降水事件的气候特征

基于青藏高原东部47个站点1963-2012年的5~9月逐日降水资料,分析了近50 a该区夏半年强降水的时空分布特征和相对强度。结果表明:青藏高原东部夏半年强降水事件在7月出现的频次最多,以持续1 d的单站暴雨为主;强降水量和频次在近50 a呈弱增长趋势,其存在准12 a的年代际震荡,且在1978年之后,强降水量同时存在大致准3 a的演变周期,在各自然分带强降水量和频次的变化趋势存在差异;夏半年强降水量和频次呈现出自东南向西北阶梯性递减的分布特征;青藏高原东部夏半年强降水的相对强度与强降水量呈反向特征,其中以柴达木地区相对强度为最大,藏东川西区为最少;各自然分带的强降水量和频次与夏半年降水量有很好的相关关系,而强降水的相对强度与夏半年降水量表现出不同的正负相关性。     

基于Copula 函数的新疆极端降水概率时空变化特征

依据新疆地区53 个雨量站1957-2009 年日降水资料,根据研究需要,定义了8 个极端降水指标。运用K-S 法确定降水指标最适概率分布函数,确定十年一遇极端降水量值;在此基础上,采用Copula 非参数估计方法,通过Akaike Information Criterion (AIC) 法确定两降水指标联合分布函数,系统分析极端降水单变量极值及降水极值二维联合概率分布特征,研究新疆地区降水极值概率变化的空间演变特征。研究结果表明：(1) 北疆比南疆湿润,北疆发生极端强降水的概率大,而南疆发生极端弱降水的概率较大,另外,相比较而言,山区要比平原降水多;(2) 极端强、弱降水同年发生的概率分布特征复杂,从降水天数来看,一年内同时发生长历时强降水与弱降水事件的概率山区较平原大;从极端降水总量来看,同时发生强降水与弱降水事件的概率在平原区较山区为大;从极端降水强度来看,同时发生强度较大的强降水与弱降水事件的概率在天山南坡较其他地区为大;(3) 洪旱发生概率与地形有关,天山是洪旱发生的分界线,山区发生洪旱灾害的概率比平原小。     

近47年环渤海地区不同级别降水事件变化

利用1961～2007年逐日降水资料,分析了环渤海地区不同级别降水日数、降水量和降水强度的气候特征和变化趋势.结果表明:年及四季雨日均呈减少趋势,雨日的减少主要体现在微雨和小雨日数的显著减少;降水强度略有增加,但主要是源于微雨和小雨降水强度的增加;20世纪90年代以来,小雨和中雨雨量对年总降水量的贡献较大,极端强降水频率和降水量减少,其对年总降水量的贡献偏小,造成环渤海地区年降水量减少,气象干旱加重;雨日的减少使连续无降水事件频率加大,也在一定程度上加剧了干旱程度.     

塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量变化特征

利用2009-2011年塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站测得的土壤热通量数据,分析了塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量在不同天气条件下的变化特征。结果表明：（1）塔克拉玛干沙漠腹地1 cm处土壤热通量年平均值为1.9 W·m^-2,5、20、40 cm处分别为1.0、0.4、0.4 W·m^-2;1 cm处土壤热通量年最大值为334.1 W·m²,年最小值为-184.2 W·m^-2;土壤热通量基本表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。（2）各土层土壤热通量具有明显的日变化特征。随着土壤深度的加大,土壤热通量的日变化幅度明显减小,最大值出现的时间有一定的滞后性。土壤热通量5 cm出现最大值的时间比1 cm处延迟3 h,延迟速率为0.75 h·cm^-1,20 cm比5 cm出现最大值的时间晚2 h,延迟速率约为0.13 h·cm^-1。（3）不同天气情况下的土壤热通量日变化特征有一定的差异,晴天较为规则,阴天、雨天、沙尘天则较不规则,且1 cm处土壤热通量受天气影响最显著。晴天1 cm处土壤热通量平均值为9.0 W·m^-2;阴天、雨天、沙尘天1 cm处土壤热通量值平均值分别为5.1、-6.1、-1.9 W·m^-2。     

塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形近地层微气象特征

利用2018年10月8日至2019年1月31日塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形上高大沙垄高点和低点的温度、相对湿度、风速和大气压同步观测资料,对比分析沙漠起伏地形上秋冬季的微气象特征。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地高大沙垄造成的地形起伏,使得沙垄高点和沙垄低点气温、比湿和风速日变化差异明显。沙垄高点和沙垄低点气温差异主要体现在夜间,与沙漠腹地夜间存在逆温现象有关,表现出沙垄高点气温明显高于沙垄低点,观测期气温差异平均值为6.6 ℃。沙垄低点气温日较差高于沙垄高点。2018年10、11、12月,气温随高度变化出现逆温现象与沙垄高点气温高于沙垄低点气温在时间上相互对应。两个站点比湿较小,平均比湿分别为0.68 g·kg^-1和0.99 g·kg^-1。比湿日变化趋势随季节发生显著变化,主要与大气稳定度增加、冬季水汽增多及夜间逆湿现象逐渐显著相关。地形位置较高的沙垄高点风速比沙垄低点大,风速差异主要体现在夜间。2018年11月2、14、15、20日和2019年1月30日,沙垄高点风速维持在1.9~4.6 m·s^-1,平均3.2 m·s^-1,沙垄低点风速维持在0.8~4\^5 m·s^-1,平均2.5 m·s^-1。     

乌鲁木齐1991-2010年降雨特征分析

 利用1991—2010年5—9月乌鲁木齐市气象站降水量资料,分析了乌鲁木齐近20 a降雨特征。结果表明,逐小时降水量和降水频次呈现较为一致的日变化特征,均以20时以后至翌日11时左右为高值区,在下午16时达最低值;1 h降水频次最多的是量级≤1.0 mm的降水,其次是1.1 mm≤R1≤3.0 mm,但1.1 mm≤R1≤3.0 mm量级的降水贡献率最高,其次是R1≤1.0 mm。不同量级降水过程均有较为明显的年际差异,小雨过程发生的频次最多,其次为中雨、大雨和暴雨过程。前半夜为小雨、中雨和大雨过程最易发生时段,下午为暴雨过程最易发生时段。小雨、中雨、大雨和暴雨过程发生最多的时段分别为7月中旬、5月中旬、5月中下旬、5月上中旬与7月中旬及8月下旬。短时性降水(1~3 h)主要集中在前半夜,持续4~6 h和7~9 h降水多集中在前半夜到后半夜,持续10~12 h及以上的降水多发生在下午至后半夜。20 a来雨日年际变化不明显,后10 a和前10 a相比,暴雨日数有所增加,而其他量级及总雨日均减少。     

塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层大涡模拟

为了探索塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层湍流结构和热对流运动规律,利用沙漠腹地探空及地表通量观测资料,开展了晴空对流边界层的大涡模拟研究。结果表明：（1）沙漠夏季晴空条件下,对流边界层湍能主要由地表热力浮力对流产生,机械剪切对边界层湍能的贡献较小,小尺度湍涡对湍能的耗散随高度呈减弱趋势,边界层湍能变化呈现间歇性特点。（2）沙漠夏季晴空边界层中存在着有组织的热对流泡现象,热泡最大上升速度可超过4.0 m·s^-1;沙漠热对流运动一般呈羽状和网状分布特征,在上升运动区周围伴随有大片的下沉辐散区域。（3）地表感热和逆温层顶盖强度是控制和影响沙漠对流边界层发展的两个重要因素,感热增大,对流边界层变暖且高度升高;感热减小,对流边界层变冷且高度降低。在感热不变的条件下,逆温层顶盖强度越强,越不利于对流边界层发展,反之则相反。     

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。     

黑河流域日降水格局及其时间变化

利用10个气象站1950—2000年日降水资料,对黑河流域的降水及其时空格局进行了研究。结果表明:①降水事件以≤5 mm的降水为主,占全年降水事件的82%,0～10 d间隔期占全年无降水期的40.7％,＞10 d间隔期占59.3％;②年降水日数与降水量之间存在显著的正相关性(r=0.78,P<0.01),＞10 mm降水总量与年降水量呈显著正相关,而≤5 mm降水总量与年降水量的相关性差;③＞10 mm和≤5 mm的降水总量变化范围分别为:0～262.6 mm,20.3～172.7 mm ,变异系数分别为0.25～0.92,0.17～0.25;④近50 d来,黑河流域近50 d降水量的变化总体上呈平稳上升趋势,≤5 mm的降水日呈现小幅下降的趋势,≥10 mm的降水日呈小幅上升的趋势。0～10 d的降水间隔期出现的频率总体保持不变,＞10 d间隔期出现的频率出现明显的下降趋势,年内总降水日数保持不变。     

极端降水事件对科尔沁沙地一年生植被的影响

在科尔沁沙地奈曼旗,大于10 mm的降雨属极端降雨。根据当地多年平均降雨量,设置雨量×降雨次数的双因素模拟试验(T₁,共288 mm、分18次;T₂,共288 mm、分9次;T₃,共576 mm、分36次;T₄共576 mm、分18次;CK,接收当年的自然降雨),考察极端降雨对科尔沁沙地一年生植被的密度、多样性指数、生物量及根冠比的影响。结果表明:(1)在萌发期,植株密度在各处理下均维持在2 000株·m^-2;而在生长发育后期,T₃、T₄维持在400株·m^-2,而T_I、T₂维持在1 600株·m^-2,CK下为1 200株·m^-2,说明降雨总量决定了能完成生活史的沙地一年生植被的数量。(2)T₁、T₂、T₃3种极端降雨模式均显著提高沙地一年生植被的生物多样性指数,说明科尔沁沙地一年生植被的生物多样性不是由年降雨量单一因素决定的,而是由每次降雨量与降雨次数的分布共同决定的。(3)T₃、T₄显著降低了沙地一年生植被的水分利用效率。     

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明：（1）利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R²均在0.8以上。（2）地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R²为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^-2。（3）地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征：早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。（4）地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。（5）沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。