未来气候情景下我国北方地区干旱时空变化趋势

干旱是我国北方地区最为突出的环境问题。根据WCRP耦合模式输出的未来气候变化逐月资料,基于降水-蒸发力标准化干旱指数（SPEI）,分析了IPCC SRES A1B、A2和B1三种情景下,2011-2050年我国北方地区干旱状况的时空变化趋势。结果表明：中国北方地区未来40 a呈现干旱化倾向,其中轻度和中度季节性干旱发生频率降低,重度和极端季节性干旱发生频率增加,增温引起的地表蒸发增加是极端干旱频发的主要原因。A1B、B1和A2情景下,2040s整个北方地区极端干旱频率增加、强度增强、影响范围明显扩大。极端干旱的增加可能给农业生产带来风险,采取有效应对措施,将有利于区域农业的可持续发展。     

宁夏地表湿润状况及极端干湿事件演变规律

利用宁夏1961—2004年月平均气温、月降水量资料,计算了地表湿润指数,以此为基础对宁夏地表湿润状况及极端干湿事件的分布特征进行了较为深入的研究。结果表明:近40多年来,宁夏大致经历了冷湿期、冷干期、暖干期;自20世纪60年代以来,宁夏年极端干旱频率有增加的趋势,极端湿年高频区逐渐缩小; 80年代以来,宁夏极端干旱年事件高频区明显扩大;不同气候型态下,极端干湿事件频率具有明显差异,冷干期极端干旱事件最多,极端湿润事件最少,冷湿期极端干旱频率最小,极端湿润频率最大。     

中国北方年极端温度的变化趋势与区域增暖的联系

建立在全国110站的日平均表面温度资料的基础上,着重分析了北方干旱和半干旱地区1951～2000年极端温度发生频率和强度的变化趋势,同时给出了年极端温度变化的变化趋势及区域差异;最后讨论了极端温度的时空特征和区域增暖的相互联系.结果指出:从1951到2000年,在北方干旱和半干旱地区,最低温度发生的频率显著减小,只是趋势开始的时间存在区域差异;与之不同的是,20世纪90年代以前,绝大多数地区最高温度发生的频率没有明显的变化趋势,但近10年却有一个明显的增加趋势;年极端日平均温度强度的分析结果表明:北方地区年最低温度存在显著的减小趋势.从各个分区零温度以下天数的统计结果来看,北方地区近50年来零温度的天数正在减少,且零温度的开始时间推后,结束时间提前.另外,通过分析北方地区极端温度发生的频率及年极端温度和区域增暖的关系发现,当前的增温趋势与极端最低温度发生频率的减少和年最低温度的升高密切相关,近10年极端最高温度的增加加剧了增温的幅度.     

松花江区气象水文干旱演变特征

采用标准化降水蒸散指数和径流干旱指数分析了1961~2010年研究区水文干旱和气象干旱时空演变特征,并探讨了水文干旱与气象干旱的关系。结果表明：① 1961~2010年松花江区呈总体干旱化且又有明显时段性的特征,其中1967~1983年和1996~2010年气象干旱频发、覆盖范围广、持续时间长且强度大;其它时段气象干旱少有发生。其次,气象干旱空间分布差异明显,东部的平均干旱频次和强度都大于西部地区,中部（嫩江流域中下游）平均干旱持续时间最长;但在嫩江流域和黑龙江上游地区干旱略有减弱趋势。② 松花江流域和挠力河流域水文干旱呈加剧的趋势,尤其是近15 a干旱化趋势明显;挠力河流域干旱频发、强度大且持续时间很长。松花江流域水文干旱程度弱于挠力河流域,但极端水文干旱事件频发。 ③ 松花江区气象干旱与水文干旱密切相关,嫩江流域水文干旱滞后于气象干旱2个月,而第二松花江流域和松花江流域水文干旱滞后于气象干旱3个月;挠力河流域水文干旱与气象干旱无明显的时滞相关性。     

Palmer干旱指数、地表湿润指数与降水距平的比较

利用中国气象局整编的1951年1月～1999年12月中国160站气温、降水月平均资料,计算了我国160站近49年逐月帕尔默干旱指数、地表湿润指数和降水距平百分率.对比研究表明:PDSI指数和地表湿润指数能抓住降水是干旱最重要的决定因素这一特征,并且,能反映出干旱过程具有更大的时空尺度.在实际蒸发较大的地区,PDSI指数比降水距平百分率描述干旱强度更准确.对于华北地区,在20世纪80年代以前,降水偏多,气温偏低,最大潜在蒸发较小,处于相对湿润的时段;80年代以后,降水偏少,加之气温的升高,华北的干旱越来越严重.     

近50 年西南地区极端干旱气候变化特征

利用中国气象局整编的1960-2009 年西南地区108 站逐日气温、降水等资料,计算年、月地表湿润指数,并进行标准化,统计极端干旱发生频率,对年际、年代际、季风期和非季风期的极端干旱变化特征进行分析,得出结论：(1) 整体上,四川盆地西南部、横断山区南端、广西南部沿海和贵州北部是近50 年来年极端干旱发生频率明显增加的地区;年代际变化上,20 世纪60-80 年代极端干旱呈逐渐减少趋势,高发区交替出现在东南-西北-东,90 年代下降明显,整个地区都转湿,进入21 世纪后,极端干旱距平呈现正距平,且增幅较大,区域间差异却显著减小。(2) 季风期与非季风期的极端干旱变化有很大差异,季风期极端干旱频率在不断增加,多发生在四川盆地周边海拔较高的山区、广西大部和“帚形山脉”地带,海拔对季风期极端干旱发生频率有一定影响;非季风期缓慢下降,整体偏湿。(3) 通过滑动t 检验和小波分析发现,季风期西南极端干旱在2003 年发生突变,非季风期在1989 年突变,年极端干旱发生频率是季风期和非季风期的突变叠加的结果;年极端干旱存在准5年和准12 年的周期变化。     

宁夏极端气候事件及其影响分析

对全球气候变暖背景下宁夏气候变化基本事实,特别是极端气候事件的变化进行了研究。结果表明,近40多年来宁夏的年平均气温在波动中持续上升,增温幅度高于全国平均值,其中,中部干旱带和银川以北地区冬季的增温幅度达到了2.4 ℃;年降水量波动变化,增减幅度不大。伴随气候变暖,极端气候事件增多,干旱、冰雹、暴雨、霜冻等气象灾害频发,灾害造成粮食产量损失加大,社会、经济损失不断加重。     

极端干旱荒漠地区大气热力边界层厚度研究

通过对以往一些野外观测事实分析,发现在极端干旱荒漠区的晴天热力大气边界层厚度远远超出了以往在其他地区发现的热力大气边界层厚度,由此提出了荒漠地区超常厚度大气热力边界层现象。并且,讨论了控制大气热力边界层形成和发展的主要物理因素,还对极端干旱荒漠地区这种超常厚度大气热力边界层现象进行了理论分析和解释,初步认为地表白天强烈加热和夜间快速冷却是极端干旱荒漠区出现超常厚度大气热力边界层的最根本原因。     

530年来中国东部旱涝分区及北方旱涝演变

使用我国东部地区530年来100个站的旱涝等级序列作REOF分解,根据前7个旋转空间模上高荷载区分布,将中国东部地区分成7个旱涝气候区,即东北区、华北北区、华北南区、西北区、长江中下游地区、华南区及西南区.在分区基础上,着重研究了中国北方季风边缘地带旱涝演变特征.自1470年以来中国北方的旱涝存在明显的阶段性和区域性.16～17世纪上半叶,中国北方干旱频繁,尤其在东北区、华北南区及西北区普遍出现严重干旱.18～19世纪,华北北区干旱发生较多,东北区以涝为主;而华北南区及西北区旱涝交替发生,但变化幅度相对较缓.华北北区及华北南区分别在19世纪末及20世纪初突然从涝相气候跃变为旱相气候,这两地区的干旱持续近百年,是我国北方干旱最严重的地区.五百多年中,东北区、华北北区及西北区极端干旱呈现出相似的变化趋势,具有两头多而中间显著减少的特征;而华北南区一直是极端干旱多发区.中国北方各个旱涝气候区的旱涝具有多时间尺度的年代际振荡特征.4个地区的旱涝变化都存在20～30年时间尺度的周期振荡;除西北区外的三个地区的旱涝变化都存在70～80年时间尺度的周期振荡;东北区及西北区的旱涝变化存在40～50年时间尺度的周期振荡;另外,准10年时间尺度的周期振荡存在于华北北区和南区.     

蒙元时期陕甘宁交界地区干湿变化特征

从官修正史、方志和历朝纪事本末、区域气象灾害年鉴等历史文献资料中提取关于陕甘宁交界地区(元前期陕西四川行省的西北部以及元后期的陕西行省和甘肃行省的交界地区,主要包括宁夏府路、河州路、巩昌路、奉元路和延安路之间的部分)的水涝、干旱等气候信息共240余条,利用湿润指数法、旱涝灾害定级法对其于湿变化特点进行研究.研究发现1208-1369年期间,陕甘宁交界地区气候总体以干旱为主.旱涝灾害发生频率的比例为85/38.按照旱涝变化类型可将研究区旱涝变化过程分为三个时段,1208-1240年是以干旱为主要特征,局部时段偶发水涝灾害的时期;1240-1320年,基本持续干旱,而且极端干旱事件频发;1320-1369年,旱灾略有好转,但是旱涝交并发生.蒙元时期陕甘宁交界地区的干湿变化具有明显的转折性和周期性.转折主要发生在1230年和1325年前后,以此两点为界,前后气候变化类型有比较明显的差异.蒙元时期的干湿变化具有10年和23年的准周期,均与太阳活动周期吻合,说明蒙元时期区域干湿变化受太阳活动影响较大.