1961—2017年华北地区降水气候特征分析

基于华北地区1961—2017年的均一化降水数据,从降水量、降水强度、降水日数和降水量贡献率等方面揭示了华北地区降水的气候特征。结果表明：1961—2017年华北地区年降水量以3.2 mm/10a的速率减少,其主要原因是夏季降水的减少。空间上,降水量大值区的降水趋势变化呈减少特征;降水强度呈增大趋势,降水的时间分布更加集中;小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水日数和贡献率呈减小趋势,而中雨和大雨则有所增加;分析各等级降水对华北地区空间分布的贡献率,小雨事件对华北地区西部降水的贡献最主要,大雨、暴雨和大暴雨对华北东南部地区降水量的贡献最为主要,这进一步解释了小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水量的减少造成了华北地区西部和东南部地区降水总量的下降。华北地区降水气候特征研究可为区域气候变化以及暴雨、干旱等灾害应对提供科学支撑。     

1958-2013年山西降水时空分布

受全球变化的影响,1958-2013年山西的气候呈现了新的变化特点。基于38个气象站最新气候资料,应用线性倾向估计、均值分布和EOF等方法,研究了山西降水的变化特征。结果表明:(1)山西年降水量平均为494.9 mm;年降水量382.8～637.2 mm,呈下降趋势,与全国降水的变化趋势一致,但下降幅度为12.6 mm/10a,显著高于全国水平。(2)春、夏、秋、冬季平均降水量分别为77.6、290.5、114.3、13.0 mm,除冬季平均降水量略微增加外,其他季节均呈下降趋势,这与华北地区一致。(3)春、夏季和冬季降水量年代际特征明显,但各有不同,春冬大部分时段波动为反向特征,近年来逐渐趋于同向;夏季是在显著下降趋势上叠加了年代际变化,且下降幅度最大达9.8 mm/10a;冬季波动最为剧烈,降水量1.1～28.3 mm,最多年是最少年的24.7倍。(4)年及四季降水的总体一致性是山西降水变化的主导特征,近56年大部分年及其四季降水都表现出一致的偏旱或偏涝,但高荷载区具有一定的区域性特点,年降水位于中东部、春季降水位于中南部、夏、秋、冬季降水位于南部。(5)年和夏季降水EOF分解各模态的收敛速度较慢,第一模态的方差贡献分别为33%和49%,前3个模态累计方差贡献分别为69%和70%;春、秋季和冬季EOF分解各模态收敛速度较快,第一模态的方差贡献分别高达65%、62%和74%,前3个模态累计方差贡献分别达到81%、84%和86%。     

青藏高原近40年来的降水变化特征

利用我国青藏高原地区的1961-2000年56个气象站的逐月降水资料,通过计算降水量的距平百分率,分析了青藏高原自1961至2000年以来降水量变化的趋势和1961-2000年以来各季降水量变化趋势,发现:青藏高原近40年来降水量呈增加趋势,降水量的线性增长率约为1.12mm/a。再将高原划分为四个季节,分析了各季40年来的降水量的变化情况得出:春季降水量年际变化较大,秋季降水量变化不明显。夏季降水量值较大而降水变化幅度较小,冬季降水量变化则与夏季相反。通过将青藏高原分为南北两个地区,分析了两个区的年降水量和四个季节的降水量的变化得出:高原南区1961-2000年降水量呈增加的趋势,降水量的线增长率为1.97 mm/a,春季和冬季降水量年际变化较大,夏季降水量变化不明显,秋季降水量略有增加;北区年降水量和夏季的降水量变化较小,秋季降水量的年际变化较大,冬季降水量变化最大。对青藏高原的南北两区用Mann-Kendall方法进行突变分析,显示高原南区分别在1978年和1994年发生突变,北区没有发现突变。     

近54a蒙古高原降水变化趋势及区域分异特征

近半个世纪,有关全球气候的话题一直是科学界争论的焦点,拥有世界最大温带草原的蒙古高原降水变化是属于全球变化问题,又是其脆弱环境变化的最主要驱动因子之一。通过利用蒙古高原1961—2014年136个气象站点的月降水量数据,采用Sen’ s斜率法、Mann-Kendall趋势检验法和空间地统计方法,研究了该地区近54 a降水要素基本气候特征及其时空变化规律。结果表明：（1）近54 a蒙古高原年降水量呈减少趋势,趋势为-2.30 mm·（10 a）^-1（P＞0.05）,整体上年降水量东南及西北显著减少,东北及中南明显增加（2）夏季和秋季降水量呈减少趋势,趋势分别为-5.75 mm·（10 a）^-1和-0.42 mm·（10 a）^-1（P＞0.05）;春季和冬季降水量呈显著增加趋势,趋势分别为1.95 mm·（10 a）^-1和0.50 mm·（10 a）^-1（P<0.05）;季节降水量出现正负距平的年份和周期有所不同。（3）春季和冬季降水量呈增加趋势的站点居多,占全部站点的89.0%和84.6%,主要分布于高原东北部和中南部地区;夏季和秋季降水量呈减少趋势的站点居多,占全部站点的80.1%和57.4%,主要分布于高原东南部和西北部地区。为准确评估蒙古高原气候变化以及合理提出生态环境决策提供科学参考。     

西藏高原降水变化趋势的气候分析

利用西藏1971~2000年月降水量、降水日数资料,分析了近30年高原降水的变化趋势。结果发现,西藏大部分地区年降水量变化为正趋势,降水倾向率为1.4~66.6 mm/10a,而阿里地区呈较为明显的减少趋势。年降水日数变化阿里地区、林芝地区东部为负趋势,正趋势以那曲地区中西部、昌都地区北部最为明显。20世纪70年代高原西部为正距平、东部为负距平,20世纪80年代大部分地区为负距平,20世纪90年代高原西部为负距平,东部为正距平。近30年来西藏高原平均年、四季降水量均呈增加趋势,年降水量以19.9 mm/10a的速率增加,尤其是20世纪90年代增幅较大,1992年以来春、夏季降水明显增加。阿里地区出现了暖干化趋势。年降水异常偏涝年主要出现在20世纪80和90年代。     

北京地区降水量时空分布规律分析

通过运用非参数检验方法(Mann-Kendall法),利用北京地区20个气象站点44年(1961-2004)观测的逐月降水资料,分析了北京地区降水量的时空分布规律。结果表明:在时间上,年平均降水量总趋势以每年1.72 mm的变化率减少,这种减少主要是由夏季、冬季降水量减少所引起的,尤以夏季最为显著,变化率为-3.26 mm/a,而在春、秋两季降水量则呈现出增加的趋势,变化率分别为0.34 mm/a和0.77 mm/a。降水期主要集中于夏季(6~8月),可占全年降水量的72.5%。在空间上,年降水量的高值区位于山前迎风坡一带,大致呈带状自西南伸向东北,高值区的西北、东南两侧雨量逐渐减少。市区形成一个明显的下降中心,其中海淀区年均减少3.7mm,降幅最大。     

拉萨近半个世纪降水的变化特征

利用拉萨1952-2005年逐月降水量,≥0.1 mm、1.0 mm、5.0 mm和10.0 mm年降水日数,分析了近半个世纪拉萨年、季降水量及年降水日数的年际和年代际变化.结果发现:近半个世纪以来,拉萨年降水量表现为前30年呈不显著的减少趋势,减幅为17.8 mm/10 a;季降水量除夏季呈不显著的减少趋势外,其它各季均表现为增加趋势,以秋季增幅最大;≥0.1 mm、≥1.0 mm和≥5.0 mm年降水日数表现为不同程度的增加趋势.近25年≥10.0 mm的年降水日数呈极显著的增加趋势.20世纪50年代至80年代夏季降水量表现为逐年代减少趋势,秋季降水量则呈逐年代增加趋势,而冬季降水量为负距平.各等级年降水日数20世纪80年代偏少,90年代偏多.年降水量异常偏旱年主要出现在20世纪80年代,50年代和60年代的初期各出现一次异常偏涝年,70年代从未出现过异常年份.14年振荡周期可能是影响年降水量的主导周期.     

陕西省气温降水变化特征的区域差异

以陕西省境内47个气象站点1959～2009年逐月气温、降水数据为基础,利用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验和滑动t检验,分析陕西省近51a气温、降水变化趋势和突变特征的时空分布差异.结果表明：（1）年平均气温以陕北黄土高原区和关中平原区增温显著,且前者增暖突变最早;春季和秋季平均气温以关中平原区增温幅度最大,春季平均气温陕北黄土高原区增暖突变最早;秋季平均气温关中平原区增暖突变最晚;冬季平均气温以陕北黄土高原区增温幅度最高,陕南秦巴山地区最低,且关中平原区增暖突变最早,陕南秦巴山地区最晚.（2）年降水量变化趋势不显著,减少突变发生在陕南秦巴山区;春季平均降水量以关中平原和陕南秦巴山区减少趋势显著;夏季和秋季平均降水量变化趋势不显著,但关中地区在夏季发生增加突变,陕北黄土高原区在秋季发生减少突变.     

元谋干热河谷近50 a降水变化的多时间尺度分析

水热矛盾是元谋干热河谷生态系统的主要限制因子,降水变化对农业发展和生态系统的恢复具有重要影响.以Morlet为连续小波基,对元谋干热河谷近50 a降水的变化进行多时间尺度变换,结果表明:年降水和分季节降水量呈波动性增长之势,夏季增长趋势明显;旱季降水变化率显著高于雨季.在不同时间尺度上,全年降水与各季节降水量的变化具有多尺度波动的特点,且夏季和秋季降水量的变化在全年降水的变化中占有重要地位;夏季降水丰枯年际转化的速率快,而其他季节相对较慢.干热河谷降水的多尺度变化既与全球气候变化的背景相关,又与下垫面覆被变化相关.降水多尺度变化规律表明,未来短期降水总体具有减少趋势,会对反季节蔬菜和旱作农业的生产造成不利影响.     

1961—2016年中国昼夜降水变化的时空格局

全球气候变暖背景下中国降水量变化的区域差异显著。基于1961—2016年期间,全国763个观测台站白昼和夜间的降水观测数据,分别从昼夜降水量、降水日数、降水强度以及对总降水量的贡献率等四个方面,解读中国九大流域昼夜降水变化的时空格局。结果表明：① 昼夜降水量变化的流域差异显著,可归纳为四种类型：昼夜同增型、昼夜同减型、昼增夜减型和昼减夜增型。② 流域总降水量变化与昼夜降水量密切相关。淮河流域降水量减少是由白昼降水量（-0.72 mm/a）减少所致,而黄河流域降水量减少则是由夜间降水量（-0.21 mm/a）减少所致。③ 干旱区、半干旱区及半湿润区的流域,昼夜大雨的雨量要高于昼夜暴雨;湿润区的流域,则表现为昼夜暴雨的雨量要高于昼夜大雨,尤其是珠江流域和东南诸河流域。④ 从全国尺度来看,白昼大雨、夜间大雨和暴雨对总降水量的贡献率超过10%,而白昼暴雨的贡献率约10%。湿润区流域昼夜暴雨对总降水量的贡献率高于昼夜大雨对总降水量的贡献率,而干旱区-半干旱区流域则相反。研究结果有助于深化认识全球变暖对区域日降水循环的影响。     

宁夏连阴雨(雪)过程变化规律研究

利用宁夏主要气象站1961年以来逐日降水及云量资料,定义了连阴雨（雪）日数的标准,分析了近50 a来宁夏连阴雨（雪）过程的分布特征、演变规律及与降水总量、干旱灾害的关系。1961年以来宁夏连阴雨（雪）过程总体呈下降趋势,尤其5~7日的过程显著下降;冬季连阴雨（雪）过程呈上升趋势,且近年来变率明显增大;其他季节呈下降趋势,尤其春季下降趋势最明显;进入21世纪以来,虽然连阴雨（雪）过程总体仍偏少,但比20世纪90年代明显增加,其中冬季各级别的次数均增加,而秋季4日以下、8日以上的连阴雨（雪）过程也增多,特别是8日以上的连阴雨（雪）过程,年、冬季、秋季均为各年代之首,尤其秋季平均每年偏多2.2站次。近50 a来,宁夏连阴雨（雪）过程降水量及持续时间均呈下降趋势,进入21世纪明显回升,且8日以上连阴雨（雪）过程、过程降水量超过50 mm的连阴雨均较80、90年代明显增加,尤其10日以上的过程总数及过程降水量在50.0~99.9 mm的连阴雨所占比例均达到各年代之最;连阴雨(雪)过程的减少使得降水量总量减少,干旱灾害增加。     

近50年来西北半干旱区气候变化特征

选用西北半干旱区33个气象站1951-2004年温度、降水、相对湿度、风速、蒸发量等气象观测资料,分析主要气候要素变化规律,揭示了近50年来西北半干旱区气候变化的一些新特征.结果表明,西北半干旱区降水量近50年来年际变化趋势除个别地方外绝大多数地区呈下降趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率在-59.168～-1.143 mm/10 a之间,秋季降水量减少最多,春季次之,而夏季部分地区和冬季大部分地区降水量呈略增趋势.降水量存在3年、6～8年的周期振荡特征,3年周期振荡在1962-1966年为中心的局部时段内最强,之后逐渐减弱.6～8年振荡在1980-1985年为中心的局部时段内最强.气温距平呈上升趋势,气温距平变化曲线线性拟合倾向率在0.074～0.507 ℃/10 a之间,大部分地区呈先降后升型,转型时间为20世纪60年代后期至70年代前期.冬季气温增高最多,秋季、春季次之,夏季陕、甘、宁交界区及陇中地区气温增高而其余地区气温距平略呈下降趋势.相对湿度近50年来年呈波动变化.平均风速近50年来年际变化趋势除个别地方略增外,其余各地均呈下降趋势.蒸发量近50年来年际变化趋势除个别地方呈上升趋势外,其余各地蒸发量呈下降趋势.     

西藏羊卓雍湖流域近45 年气温和降水的变化趋势

利用西藏羊卓雍湖流域气象、水文观测站1961-2005 年逐月的平均气温、降水量等资 料, 分析了近45 年流域气温、降水的年际和年代际变化特征和异常年份, 以及羊湖水位变化趋势及影响因子, 结果表明： 近45 年流域年平均气温以0.25 ^oC/10a 的速率显著升高, 增温主要表现在秋、冬季。近25 年, 流域平均降水量除冬季呈减少趋势外, 其他各季节表现为显 著的增加趋势, 增幅为11.4~30.0 mm/10a, 夏季增幅最大; 年降水量以54.2 mm/10a 的速率明显增加。20 世纪60 年代至90 年代, 除夏季外, 其他3 季表现为逐年代增温趋势。在夏季, 降水量除80 年代偏少外, 其他3 个年代偏多; 而冬季相反, 80 年代降水偏多, 其他3 个年代偏少。流域年平均气温异常偏高年出现过3 次, 且发生在20 世纪90 年代末至21 世纪初; 60 年代后期和70 年代初降水多异常年份。自1997 年发电以来, 降水量呈增加趋势, 流域平均降水量达409.7 mm, 明显高于平衡降水量, 水位呈较明显的上升趋势。降水增多、日照减少, 以及气温明显升高、冰雪融水增加是造成水位上升的主要原因。     

1960―2012年安徽省降水和气温变化特征及其与ENSO的相关性分析

使用安徽省1960―2012年气温与降水资料,采用线性倾向估计法、反距离加权插值法、最小二乘法和相关分析法分析安徽省近53年来气温和降水的时空变化特征及其与ENSO的关系。结果表明：1）近53年来安徽省年降水量和年平均气温分别以0.93 mm/a和0.02℃/a的倾向率呈增加趋势;季节变化表明,夏季和冬季降水量呈明显的增加趋势,而春、秋两季则呈减小趋势;四季气温均有所升高,春季气温增幅最大。2）不同季节降水量的年代际变化特征并不明显,降水主要集中在夏季,约占全年降水量的45.95%;与降水量年代际变化不同,年均温和四季气温的年代际变化呈波动上升趋势。3）降水存在显著的空间差异,夏、冬两季降水量由北向南减小幅度逐渐增大,春季降水量由北向南增加幅度逐渐增大;气温的空间变化并无一定规律,但宿州是四季以及全年增温幅度最大的地区。4）不同时间尺度的降水和气温均与Nino 3.4区海表温度距平和南方涛动均存在一定的相关性,其中3、9和11月的降水与Nino 3.4区海表温度距平以及南方涛动有较为显著的相关性,而在9月,气温受Nino 3.4区海表温度距平和南方涛动影响较显著;Nino 3.4区海表温度距平对年降水量和年均温的影响更明显。5）近53年来,El Nino事件和La Nina事件的出现频数分别为16和15次,La Nina事件对降水的增加的影响强于El Nino事件,而El Nino和La Nina事件对气温的影响均不显著。     

晋北沙漠化地区1980-2014年的气候变化

气候变化对土地沙漠化有一定驱动作用。以晋北沙漠化地区为研究区域,对1980-2014年影响该地区土地沙漠化的气候因子进行分析,采用气候变化倾向率、突变检验、滑动t检验、GIS空间模拟和插值等方法来探讨气候变化时空变化特征。结果表明：（1）1980-2014年,晋北沙漠化地区春季升温速率较大,气温整体呈缓慢上升趋势,年均气温从1980年6.37℃升高到2014年8.01℃,空间上呈现出由两边向中心逐渐减弱的趋势,并且在1990年存在明显增温突变,春夏季气温突变明显;（2）晋北沙漠化地区秋季降水增长幅度最为明显,年降水量整体呈现升高趋势,年降水量的倾向率均为正值,年降水量从1980年357.83mm升高到2014年403.82mm,降水量处于非突变的自然波动状态,稳定性较强,在空间上差异明显,由东北向西南逐渐增加;（3）年均风速呈逐年减小的趋势,春季风速从1980年3.25m·s^-1降低到2014年2.48m·s^-1,减小趋势最为明显,在空间上呈现由西北至东南逐渐增大的趋势。     

呼和浩特市降水的时空变化及干旱特征分析

本文利用呼和浩特及其周边22个气象站点1951-2018年年降水量月数据,定性、定量揭示了呼和浩特地区降水的时空变化及干旱特征。结果表明：呼和浩特多年平均降水量整体呈东南向西北递减的分布规律,以下降趋势为主,有8个站点降水量呈上升趋势。呼和浩特夏季多年平均降水量最大,秋季、春季次之,冬季最少;春季、秋季降水量呈上升趋势,夏、冬两季相反;春季降水量上升速度整体大于秋季,夏季降水量减少速度整体大于冬季。呼和浩特秋季发生干旱事件的频率最高,其次是夏季、年际和春季,冬季最低;整体上,呼和浩特发生轻旱事件的频率最高,其次是中旱和重旱,特旱事件频率最低。本研究丰富了降水量时空变化及干旱特征的研究成果,为区域生态环境改善、水资源问题应对等提供了参考。     

2001-2013年华北地区植被覆盖度与干旱条件的相关分析

基于MODIS-NDVI遥感数据以及地表气象数据,计算了2001-2013年华北地区的修正Palmer干旱指数（Palmer Drought Severity Index,PDSI）和植被覆盖度,总结出植被覆盖度以及PDSI的年际变化规律,从华北地区生态分区的角度分析了二者的相关关系。结果表明：① 华北平原的植被覆盖度呈南高北低、中部高四周低的分布特点,最低为内蒙古高原草原生态区的0.61,最高为淮阳丘陵地区的0.84;② 2001-2013年,华北平原整体植被覆盖度主要呈上升趋势,其中华北的北部、西部、南部山区及丘陵地带植被覆盖度主要呈上升趋势,而华北平原农业区以及京津唐城郊地带植被覆盖度呈下降趋势;③ 华北地区的东北部有变潮湿的趋势,南部则有变干旱的趋势,其他地区干旱条件变化不明显;④ 华北地区植被覆盖度与气候干旱程度的平均相关系数为0.20,73.37%的地区相关系数为正,正相关关系最为明显的地区为华北地区的西北部,而北京、天津、以及河北省与河南省一级、二级城市的城郊地区相关系数多为负值。⑤ 在华北大部分地区,夏季和秋季的气候干旱条件对植被覆盖度的影响最为明显。     

全球气候变化背景下中国降水量空间格局的变化特征

相对于全球性的持续变暖趋势,降水量变化格局及其区域分异有更大的不确定性,因此研究不同区域降水量的变化特征是当前全球气候变化研究的重要内容之一。本研究基于1951²002年中国约730个气象台站观测数据,利用空间插值和Mann-Kendall时间序列趋势分析方法并结合GIS技术,分析了过去50多年中国降水量的时空变化特征。结果表明,全国平均年降水量从60年代到90年代呈明显下降趋势,但在90年代后期出现回升,其中夏季和冬季降水量已达到50年代和60年代的水平。同时,降水量变化呈现显著的区域分异特征:华北、华中、东北南部地区持续下降,长江流域以南地区明显增加,而新疆北部、东北北部和青藏高原西部60年代到70年代下降,80年代后期有所回升。中国北方有从干旱到湿润转变的迹象,但华北和东北南部地区仍然处于持续的干旱期。中国降水量的总体下降及90年代后期的回升与全球变化趋势基本一致,但区域变化格局与全球中高纬度地区降水增加、热带和亚热带地区减少的特征正好相反。     

开都河流域上下游过去50 a气温降水变化特征分析

利用开都河流域上下游4个气象台站（上游巴音布鲁克,下游焉耆、和静、和硕）1960-2009年的气温、降水资料,采用趋势分析与距平等统计方法,分析了近50 a来开都河流域的主要气象要素变化特征。研究发现：（1）1960-2009年开都河流域上下游年平均气温均呈明显上升趋势,增长强度分别为0.27 ℃/10 a和0.22 ℃/10 a。2000年后气温升高尤其显著,上游和下游的气温分别较50 a平均水平偏高0.97 ℃和0.69 ℃。该流域年最高温没有明显增加,而上下游年最低气温分别上升0.41 ℃/10 a和0.61 ℃/10 a,并与年平均气温有较好的相关性。通过对不同年代际各月气温的分析,发现该地区气温季节性特征在过去50 a发生了明显的变化。主要表现为冬季气温总体上升,夏季气温相对稳定,冬季与夏季温差逐渐减小,季节性呈变弱趋势。上游年代际间气温季节变化较下游更明显;（2）开都河流域降水主要集中在夏季,近50 a上下游降水量均呈增加趋势且上游达显著水平。上下游在降水分布及变化特征上有较大差异,上游年平均降水总量（273 mm）明显高于下游（77 mm）,且上游降水量增加强度（9.13 mm/10 a）高于下游（5.34 mm/10 a）。降水量年代际之间有一定差异,降水波动主要是在夏季,上游降水量的波动性大于下游。     

乌鲁木齐地区近50a降水特征分析

根据乌鲁木齐地区分布在不同垂直高度上的4个气象站近50 a的实测降水资料,运用回归分析、趋势分析、Mann-Kendall检验、小波周期分析及变异分析等方法,分析了乌鲁木齐地区近50 a来降水变化特征。结果表明:(1)乌鲁木齐地区降水量时空分布极不均匀,空间分布上中山带的年平均降水量最大,为551.4 mm,其次是高山带,为458.4 mm,乌鲁木齐市区263.2 mm,达坂城最小,仅为71.8 mm;从时间分布来看,表现为较明显的季节分布差异,各地降水量主要集中在夏季,春季大于秋季,冬季最少。(2)近50 a来乌鲁木齐各地区的降水都呈明显增加的趋势,其中山前平原乌鲁木齐市区增加的幅度最大,降水趋势倾向率为26.02 mm/10 a,其次是高山带,倾向率为21.84 mm/10 a,中山带和达坂城倾向率分别为10.23 mm/10 a和8.55 mm/10 a。各地在年代际变化趋势上变现的不完全一致。(3)降水突变的时间各地不完全相同,山前平原区乌鲁木齐气象站降水发生突变时间出现在1982年,达坂城出现在1991年,高山带出现在1994年,而中山带没有明显的突变。(4)乌鲁木齐地区各地的降水量均存在准6 a的周期,6 a的周期可能是影响乌鲁木齐地区降水量的主导周期;山前平原区达坂城和乌鲁木齐降水波动较大,中山带和高山带表现相对稳定。