2000—2019年秦岭南北实际蒸散发时空变化特征

基于遥感数据全面认识复杂地形单元实际蒸散发时空规律,对区域可持续水资源管理具有重要的意义。论文基于MODIS实际蒸散发(ET)数据,对2000—2019年秦岭南北ET时空变化特征进行分析,探究不同分区ET对植被变化的响应关系,进而识别ET趋势和年代变化的高相关海气环流因素。结果表明：① 在变化趋势上,以1000 m等高线为界,即秦岭地区北亚热带和山地暖温带的分界线,低海拔河谷地带为ET显著增加区,山地高海拔地区为ET下降区;② 除城市、乡镇周边地区,研究期间秦岭南北下垫面相对稳定,转为生态用地的活跃区主要分布在山地1000 m过渡带,其是ET与NDVI变化显著相关区,而1000 m以上高海拔地区两者相关性较低;③ ENSO、青藏高原北部气压异常,与秦岭山地、汉江谷地ET的趋势变化和年代波动显著相关,而西太平洋副热带高压与ET的趋势显著相关,与年代波动特征相关较弱。即发生中部型厄尔尼诺事件时,西太平洋副热带高压偏强,对流层低层形成异常反气旋,导致中国东部雨带北移,秦岭山地和汉江谷地降水偏少,气温偏高,ET往往偏大。研究结果启示：秦岭南北科学适应气候变化时,应关注秦岭山地、汉江谷地ET变化显著相关的环流信号;应深刻理解秦岭高海拔地区蒸散发下降趋势对区域水资源管理的影响。     

1970—2018年秦岭南北冷季降雪量时空变化及其影响因素

基于72个气象站点逐日观测数据,对1970/1971—2018/2019年秦岭南北冷季（11月~次年5月）降水类型（降雪、降雨和雨夹雪）进行识别;重点关注降雪时空变化特征,探讨降雪与气温、湿球温度的响应关系;依据“夏季-秋季-冬季”Niño 3.4区海温异常状态,细化4种不同发展过程的厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）事件,分析降雪异常与不同ENSO事件的对应关系。结果表明：① 相比气候平均态（1970—2000年）,1990—2018年,秦岭南坡（山地暖温带）降雪量下降了3.1 mm,基本与关中平原降雪量（17.1 mm）持平;② 空间趋势上,低海拔河谷地带降雪量以年代波动为主,山地高海拔地区为降雪下降区;③ 秦岭高山地区气温或湿球温度每升高1.0℃,降雪量分别下降23.1 mm和24.3 mm;从地带性角度分析,由北向南气温或湿球温度每升高1.0℃,秦岭南北降雪量分别下降3.0 mm和2.8 mm;④ 当厄尔尼诺/拉尼娜持续型发生时,关中平原降雪异常偏多;当拉尼娜发展型发生时,秦岭山地和大巴山区降雪异常偏少。当厄尔尼诺发展型发生时,秦岭南北降雪异常呈现“东西分异”,秦岭山地东部和关中平原为降雪异常偏少区。     

1970—2020年秦岭南北夏季昼夜复合高温时空变化及其影响因素

基于1970—2020年逐日最高温和最低温数据,对秦岭南北夏季昼夜复合高温时空变化特征进行分析,探讨不同分区昼夜复合高温变化与海温、大气环流异常的相关关系。结果表明：(1) 1970—2020年,秦岭南北夏季昼夜复合高温显著增加。其中,关中平原昼夜复合高温增速最快（0.93 d/10a）,是秦岭南坡（0.54 d/10a）的1.7倍。(2)空间上,昼夜复合高温天数格局呈现“谷地高、山地低”的分布特征,高值区主要分布于：关中平原、汉中盆地、安康盆地和丹江口水库周边。有35.0%的区域昼夜复合高温呈显著增加趋势,空间分布于：关中平原西段黄土台塬区、嘉陵江流域、秦岭山地西段和大巴山区。(3)在影响因素上,春季青藏高原500hPa气压变化与3个子区夏季昼夜复合高温异常呈显著正相关。即春季青藏高原500hPa气压异常偏强时,秦岭南北夏季昼夜复合高温天气发生风险较高。     

西藏高原沙尘暴气候特征及成因研究

利用1960—2000年西藏22个台站观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了西藏沙尘暴日数的时空特征以及沙尘暴异常的气候成因。结果表明：西藏高原年平均沙尘暴日数分布为西多东少,狮泉河、申扎和泽当为年沙尘暴日数超过10 d的中心,它们的年变化特征是1～5月多,7～10月少。年沙尘暴日数的年代际变化特征为中间多、两头少,在20世纪90年代达到最少。青藏高原上空的高空西风急流减弱是导致西藏大风、沙尘暴日数减少的主要原因,影响西风急流偏强（弱）的气候系统是东亚大槽偏浅（深）和青藏高原高压偏强（弱）。沙尘暴日数的年代际异常与高空西风急流、大风日数、降水等要素年代际异常以及沙尘暴区地形地貌等因素关系密切。     

秦岭南北降雪异常空间模态识别及其影响因素分析

识别降雪异常空间模态,明晰降雪异常的影响因素,对理解中国南北过渡带气候变化规律具有重要的实践意义。论文基于1970—2020年逐日气象数据,辅以湿球温度动态阈值法、经验正交分解法等气候诊断方法,对秦岭南北冷季(11月—次年5月)降雪异常空间模态进行识别,探讨了不同主导模态与海气异常的相关关系。结果表明：(1)秦岭南北冷季降雪异常存在2个主导模态。第1模态为“全区一致型”,降雪异常偏强区分布于关中平原、秦岭山地、汉江谷地和大巴山区东段;第2模态为“山地主导下降型”,反映山地降雪异常对气候变化的敏感性;(2)在时间变化上,第1模态以年际波动为主,20世纪90年代中期后,空间模态多处于负相位,即全区一致降雪偏少;第2模态以年代转折为主,近期空间模态多处于正相位,即山地降雪异常偏少;(3)在影响因素上,第1模态降雪异常与1月中高纬度500 hPa欧亚遥相关波列相关,第2模态降雪异常与冬季赤道中东太平洋海温异常密切相关。研究将降雪异常格局与环流异常机制组合研究,可为理解中国南北过渡带降雪异常预警信号提供理论基础。     

中国北方沙尘暴气候成因及未来趋势预测

20世纪80年代以来的太阳活动加强, 全球气候变暖, 青藏高原地面加热场强度加强, 欧亚西风急流轴北移, 西太平洋副热带高压偏北偏西、强度加强, 蒙古气旋减弱, 西北西部的沙尘源区降水增加, 是中国北方沙尘暴减少的主要原因。20世纪末到21世纪初太阳活动开始进入新一轮的减弱期, 引起气候变暖趋势减弱, 气温上升趋势减缓, 青藏高原地面加热场强度减弱, 蒙古气旋逐渐加强。预计未来中国北方沙尘暴在波动中逐渐增加, 进入新一轮的相对活跃期。考虑到2003/2004年前冬(12~1月)青藏高原地面加热场强度偏弱, 新疆北部、河西走廊及宁夏等地气温异常偏低, 后冬(1~3月)蒙古气旋明显加强。预计2004年中国北方沙尘暴明显比近年偏多。偏多地区主要在中、西部。     

1980-2019年西北地区海拔依赖性变暖与雪雨比的关系研究北大核心CSCD

海拔依赖性变暖(EDW)及其机制是近年来的热点研究问题,目前对于中国西北地区EDW及其与降水相态变化之间的关系尚不清晰。本研究利用1980—2019年西北地区185个站点的日气温与降水数据,对西北地区EDW、雪雨比、降雪量、降雨量变化的关系进行了探讨。结果表明:①整个西北地区秋季、冬季存在EDW,年尺度不存在EDW。从空间分布来看,半干旱区夏季、半湿润区春季和冬季、青藏高原区冬季存在EDW,各气候区年尺度也不存在EDW。②西北地区在空间上雪雨比变化与海拔关系并不显著,只有半湿润区春季雪雨比下降速率随海拔升高而增大,其与EDW有显著的统计负相关。此外,半湿润区1000 m以下和1000~2000 m区间春季气温与雪雨比变化之间呈显著负相关关系。③西北地区在空间上降雪降雨量变化与海拔关系也并不显著,只有半湿润区1000 m以上春季降雪量下降率随着海拔升高而增大,其与EDW有显著的统计负相关。此外,半湿润区1000~2000 m和2000~3000 m区间春季气温与降雪量变化呈显著负相关关系,半干旱区2000~3000 m区间春季、青藏高原区各海拔区间春季、河西走廊及内蒙古西部1000~2000 m区间秋季、青藏高原区2000~4000 m区间秋季气温与降雨量变化呈显著正相关关系。西北地区EDW与降水相态变化之间存在复杂的关系,其相互作用机制存在明显的时空差异,还需要进一步深入研究。     

1970-2015年秦岭南北气温时空变化及其气候分界意义

基于秦岭南北70个气象站点观测资料,辅以极点对称模态分解方法（ESMD）,对秦岭南北近期气温时空变化特征进行分析,进而以日平均温≥ 10 ℃积温天数为主要指标,以1月0 ℃等温线变化为辅助指标,探讨秦岭山脉的气候分界意义。结果表明：① 1970-2015年秦岭南北气温变化具有同步性,呈现出“非平稳、非线性、阶梯状”的增暖过程,变化阶段可分为：1970-1993年为低位波动期、1994-2002年为快速上升期、2003-2015年为增温停滞期;② ESMD信息分解结果表明,秦岭南北气温变化以年际波动为主导,并未呈现出明显的线性增暖趋势;③ 在空间上,秦岭南北气温趋势呈现“同步增温,南北分异”的响应特征,即秦岭以北地区空间增温具有一致性,秦岭以南地区则呈现“西乡—安康盆地交界”、“商丹盆地”两个低值中心;④ 在气候变暖背景下,秦岭作为气候分界线的作用依然明显,但是南北响应方式存在差异。其中,秦岭以南,北亚热带北界沿山地“垂直上升”,汉江谷地热量资源逐年增加;秦岭以北,尽管以城市带为中心的增温区不断延展,但是冷月气温偏低的格局并未改变。     

2002—2018年叶尔羌河流域积雪时空变化研究

积雪是冰冻圈中较为活跃的因子,对气候环境变化敏感,其变化影响着全球气候和水文的变化。积雪覆盖日数(SCD)、降雪开始时间(SCOD)和融雪开始时间(SCMD)是影响地表物质和能量平衡的主要因素。使用MODIS无云积雪产品提取了叶尔羌河流域2002年7月-2018年6月逐日积雪覆盖率(SCP),基于像元计算了SCD、SCOD和SCMD,系统地分析了其空间分布与变化特征,并探讨了其变化的原因及积雪面积的异常变化与ENSO的联系。结果表明:(1)研究时段内,流域的积雪覆盖面积呈微弱减少趋势,与气温呈显著负相关,与降水呈显著正相关;2002-2018年,SCP随海拔的升高呈明显的线性增加趋势(R2=0.92、P<0.01));各海拔高度带最大SCP出现的月份大致随海拔的上升往后推迟,最小SCP出现月份无显著变化(集中在8月),海拔4000 m以下,春季的SCP小于冬季,海拔4000 m以上,春季的SCP大于冬季。(2)SCD、SCOD和SCMD有明显的海拔梯度,在流域内,从东北至西南,呈现出SCD增加,SCOD提前,SCMD推迟的特征;变化趋势上,流域91.9%的区域SCD表现为减少,65.6%的区域SCOD有往后推迟的趋势,77.4%的区域SCMD表现出提前的趋势。(3)2006、2008年和2017年积雪覆盖面积异常偏大,而在2010年则异常偏小,其原因可能是ENSO影响了积雪的变化。(4)以喀喇昆仑为主的高海拔地区,包括帕米尔高原东部的部分地区,其SCD、SCOD和SCMD分别表现出增加、提前和推迟的趋势,这种变化与其春秋温度的持续走低以及降水量的增加有关。     

面向事件过程的秦岭南北极端降水时空变化特征

基于72个气象站点1970—2017年逐日降水和气温数据,面向极端降水过程,对秦岭南北4种极端降水类型（偏前型、偏后型、均衡型和单日型）时空变化特征进行分析,进而探讨不同分区、不同类型极端降水与区域增温的响应关系。结果表明：① 从长期气候角度分析,秦岭南北降水格局稳定,3个分区降水变化空间响应具有一致性,共同表现出“降水以波动为主,降水量近期增加,降水日数下降,整体呈现极端化”的特征;② 在极端降水主导类型上,以累计降水量为判断标准,秦岭以北为均衡型主导,兼有偏后型;秦岭南坡类型组合关系较弱,为单一均衡型,汉江谷地西侧为“均衡型+偏后型”,东侧为“均衡型+偏前型”组合;以累积降水频次为判断标准,秦岭南北主导类型为偏前型,其次是偏后型,汉江谷地“偏前型+偏后型”组合形态更突出;③ 秦岭南北极端降水与区域变暖关系密切。当气温升高时,持续性极端降水呈下降趋势,单日型极端降水呈增加趋势。其中,秦岭以北偏前型和均衡型极端降水在下降,秦岭南坡响应密切的为偏后型,汉江谷地为均衡型和偏后型;④ 面向极端降水事件过程,将极端降水事件细化,可有效验证极端降水对气候变暖响应的结论,对未来研究方法完善和研究思路设计具有启示性。     

1980—2019年中国西北地区降雪和融雪时空变化特征北大核心CSCDCSSCI

西北地区降雪和融雪特征的长期变化对于融雪洪水过程的准确模拟具有重要意义。本研究基于1961—1979年站点观测的日降水和气温等数据,首先对比了湿球温度法、KS方法和双临界气温法计算的降雪量,确定了精度最高的双临界气温方案,进而计算了1980—2019年的日雪雨比,最后分析了雪雨比、降雪开始日期和融雪开始日期的变化规律。结果包括:①春季平均气温呈显著上升趋势,随海拔上升升温速率减小,青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区春季气温上升速率略低于北疆、南疆、河西走廊及内蒙古西部,春季雪雨比在海拔1000 m以上呈显著下降趋势,在青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区呈显著下降趋势;秋季平均气温显著上升,随海拔上升升温速率增大,空间上在青藏高原地区上升速率最快,秋季雪雨比在不同海拔和部分气候分区都呈不显著下降趋势;冬季平均气温在海拔2000 m以上呈现显著升温,且随着海拔的升高升温速率加快,空间上在青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区呈现显著升温,降雪量在1000~2000 m呈现显著增加趋势,空间上在北疆地区呈现显著增加趋势。②降雪开始日期随着温度的升高在所有区域都没有显著的推迟,每一年的降雪开始日期在不同高程带和不同气候区之间的差别没有变化,仍为30~40d。③融雪开始日期在所有海拔区间和气候分区都呈现出显著的提前趋势,每一年的融雪开始的日期在不同高程带和不同气候区的差别仍为25~30d。降雪和融雪特征的变化说明气候变化可能已经对融雪洪水的特征产生了明显的影响。     

秦岭—大巴山高分辨率气温和降水格点数据集的建立及其对区域气候的指示

本文建立了秦岭—大巴山高分辨率(～29 m×29 m)的气候格点数据集,包括逐月气温和降水、年均温和年降水、春夏秋冬气温和降水。空间插值方法采用国际上较为先进的ANUSPLIN软件内置的薄盘光滑样条函数,以经度、纬度和海拔为独立变量。空间插值结果与流行的WorldClim 2.0气候格点数据集具有一致性,但是比后者更精确、分辨率更高、细节更突出。本文揭示和证实:秦岭南麓是最冷月气温的0℃分界线。秦岭—大巴山气温具有明显的垂直地带性。6月气温直减率最大,为0.61℃/100 m;12月气温直减率最小,为0.38℃/100 m;年均气温直减率为0.51℃/100 m。夏季和秋季降水从西南向东北递减,强降水中心出现在大巴山西南坡。冬季降水从东南向西北递减。大巴山是年降水1000 mm分界线,夏季降水500mm分界线;秦岭是年降水800 mm分界线,夏季降水400 mm分界线。与大尺度大气环流对比揭示:秦岭—大巴山气温和降水空间分布主要受到东亚季风和地形因子的控制。本文进一步明确了秦岭和大巴山的气候意义:大巴山主要阻挡夏季风北上,影响降水空间分布;秦岭主要阻挡冬季风南下,影响冬季气温空间分布。本文建立的高分辨率气候格点数据集,加深了对区域气候的认识,并将有多方面的用途。     

近50年青藏高原东部冬季积雪的时空变化特征

选取青藏高原东部地区1961-2010 年64 个测站的积雪数据,分析了冬季积雪日数的空间分布和年代际变化特征,结果表明：高原东部冬季积雪空间分布差异较大,巴颜喀拉山、唐古拉山和念青唐古拉山多雪且变率大,藏南谷地、川西干暖河谷地带及柴达木盆地少雪且变率小,这样的空间分布是由周边大气环流系统及复杂局地地形共同造成的;高原东部冬季积雪表现出“少—多—少”的年代际变化特征,分别在80 年代末和20 世纪末发生由少到多和由多到少的两次突变,尤其是20 世纪末的突变更为显著;降雪和气温的变化是影响积雪日数的重要因素,其中降雪的影响更为显著;80 年代末高原冬季降雪由少到多的突变是造成积雪日数发生相应变化的主要原因;20 世纪末高原冬季气温和降雪分别发生由低到高和由多到少突变,其影响叠加导致积雪日数发生了更为显著的突变。     

秦巴山地垂直带谱结构的空间分异与暖温带—亚热带界线问题

秦巴山地垂直带谱结构的空间分异对于揭示秦巴山地地域结构复杂性和过渡性、探索中国复杂的生态地理格局具有重要的意义。本文从文献中搜集了秦巴山地33个山地垂直带谱,建立了秦巴山地数字垂直带谱体系,从纬向、经向和坡向3个维度分析了山地垂直带谱的结构、特征、数量、高度以及分布模式。结果表明:①纬向上从南向北基带由亚热带常绿阔叶林带逐渐转变为暖温带落叶阔叶林带;垂直带结构由复杂逐渐变得简单;优势带由山地针阔混交林和山地常绿落叶阔叶混交林转变为山地落叶阔叶林带;②经向上山地垂直带结构呈现复杂—简单—复杂的特征;常绿落叶阔叶混交林带和山地落叶阔叶林带的海拔呈现了二次曲线分布模式;山地针阔混交林带的海拔则呈现显著的线性降低趋势;③坡向方面,秦岭北坡和南坡基带均为暖温带落叶阔叶林带,但南坡含有常绿成分;大巴山北坡为亚热带常绿落叶阔叶混交林带,大巴山南坡为亚热带常绿阔叶林带;秦岭和大巴山北坡优势带类似,均为山地针阔混交林带或山地落叶阔叶林带,但大巴山南坡具有独特的山地常绿落叶阔叶混交林优势带,这表明了大巴山比秦岭更适合作为暖温带和北亚热带的分界线,但是未来还需使用土壤和气候指标进行系统的分析。     

The role of declining Arctic sea ice in recent decreasing terrestrial Arctic snow depths

The dramatic decline in Arctic sea ice cover is anticipated to influence atmospheric temperatures and circulation patterns. These changes will affect the terrestrial climate beyond the boundary of the Arctic, consequently modulating terrestrial snow cover. Therefore, an improved understanding of the relationship between Arctic sea ice and snow depth over the terrestrial Arctic is warranted. We examined responses of snow depth to the declining Arctic sea ice extent in September, during the period of 1979–2006. The major reason for a focus on snow depth, rather than snow cover, is because its variability has a climatic memory that impacts hydrothermal processes during the following summer season. Analyses of combined data sets of satellite measurements of sea ice extent and snow depth, simulated by a land surface model (CHANGE), suggested that an anomalously larger snow depth over northeastern Siberia during autumn and winter was significantly correlated to the declining September Arctic sea ice extent, which has resulted in cooling temperatures, along with an increase in precipitation. Meanwhile, the reduction of Arctic sea ice has amplified warming temperatures in North America, which has readily offset the input of precipitation to snow cover, consequently further decreasing snow depth. However, a part of the Canadian Arctic recorded an increase in snow depth driven locally by the diminishing September Arctic sea ice extent. Decreasing snow depth at the hemispheric scale, outside the northernmost regions (i.e., northeastern Siberia and Canadian Arctic), indicated that Arctic amplification related to the diminishing Arctic sea ice has already impacted the terrestrial Arctic snow depth. The strong reduction in Arctic sea ice anticipated in the future also suggests a potential long-range impact on Arctic snow cover. Moreover, the snow depth during the early snow season tends to contribute to the warming of soil temperatures in the following summer, at least in the northernmost regions.     

陕北黄土高原区极端降水时空变化特征及其影响因素

基于1970—2017年逐日降水数据,辅以趋势分析、空间分析和小波相干等气候诊断方法,对陕北黄土高原区极端降水时空变化特征进行分析,探讨不同海区海温异常与降水变化的响应关系。结果表明：① 1970—2017年,陕北地区气温波动上升,降水增加,半干旱界线明显向西北方向移动;② 1970—2017年,陕北地区降水呈现极端化。具体表现为,弱降水日数减少,强降水日数增加,降水持续时间呈现破碎化,1日最大降水量、5日最大降水量和降水强度均表现出显著的上升趋势;③ 在影响因素上,陕北地区极端降水变化受赤道太平洋中西部海温影响明显于东部,受赤道太平洋北侧影响明显于南侧,受海温年代周期变化影响（14~16a）明显于中长期周期（4~8a）。同时,NINO W区可作为区域极端降水响应的关键海区。当NINO W区海温异常偏高时,陕北地区降水普遍偏高,降水强度和持续时间增加,易发生雨涝灾害。     

近50年青藏高原东部降雪的时空演变

选用1967-2012年青藏高原东部60个站点的观测资料,分析了该地区降雪的时空演变特征,并结合降水和气温的变化,探讨了降雪与积雪的关系,结果表明：青藏高原东部年降雪量在1.3~152.5 mm范围内变化,空间分布差异显著;秋季降雪表现出中间多、周边少的特征,冬季降雪表现出由东南向西北递减的特征,春季降雪最多且空间分布与年降雪基本一致;降雪可划分为青南高原区、藏北高原区、柴达木盆地区、青藏高原东南缘区、川西高原西北部区、青藏高原南缘区、青海东北部区及藏南谷地区;就青藏高原整体而言,除秋季外,整年、冬季和春季降雪均表现出“少—多—少”的年代际变化特征,其中冬季降雪在1986年发生了由少到多的突变,整年、冬季和春季降雪均在1997年发生了由多到少的突变;不同区域降雪的时间变化规律各具特点;降雪与积雪的关系十分密切,春季降雪受气温的影响最为显著,秋季次之,冬季最弱;20世纪末,春季降雪受气温升高的影响表现出与降水变化相反的由多到少的气候突变特征。     

2001—2017年祁连山积雪面积时空变化特征

科学监测祁连山积雪面积及变化特征对该区域气候研究、雪水资源开发利用、环境灾害预报及生态环境保护等具有重要意义。基于2001—2017年MOD10A2积雪产品和气象数据,分析祁连山积雪面积动态变化特征及与气温降水关系。结果显示:(1) 2001—2017年祁连山积雪面积年际波动趋势较大,呈减小趋势,多年平均积雪面积约为5×104km2,占祁连山总面积的25. 9%;年内变化成"M"型,即在一个积雪年中有两个波峰和波谷,波峰出现在11月和1月,波谷出现在7月;季节变化波动趋势较大,夏冬季积雪面积减小趋势大于春季,秋季呈现略微增加趋势。(2)祁连山区积雪面积主要分布在3 000～4 000 m及4 000～5 000 m,积雪覆盖率随着海拔上升呈现逐渐增大的趋势;祁连山区不同坡向积雪覆盖面积差异较大,积雪覆盖率差异较小;积雪频率高值区呈典型的条带状分布,与祁连山地形相一致,呈西北—东南分布,且分布西部大于东部。(3)初步分析认为祁连山积雪面积变化对气温要素更敏感。