新、旧气候态的差异及其对新疆气候评价业务的影响

摘要：利用新疆100个国家气象站的月、季、年气温、降水要素1991─2020年和1981─2010年平均值资料,从区域平均和空间分布两方面对2个气候平均值进行对比分析。结果表明：全疆的平均气温一致增加,且大部地区增温显著,春季增幅最大,秋季最小,北疆增幅略大于天山山区和南疆。全疆降水增幅3.1%～5.0%,冬季增幅最大,秋季最小,天山山区增幅大于北疆和南疆。月气温,2、3、4、6月升幅较大,5─10月较小,月气温差值空间型分为三型：全疆一致增加型、全疆大部增加型和全疆大部减少型。月降水,2、8、11月增幅较大,月降水差值空间型分为三型：全疆大部增加型、全疆大部减少型和北疆大部减少南疆部分增加型。气候平均值更替后,气温距平和降水距平百分率偏高的特征将弱化,其等级整体由正距平向负距平方向调整,基于旧气候态下的评价结论也需重新评估。     

塔里木盆地北缘一次局地极端暴雪天气异常机制及成因

2021年4月2日塔里木盆地北缘拜城县出现突破历史同期极值的灾害性暴雪。利用ERA5高分辨率再分析资料、自动气象站观测资料和FY-2G卫星资料,分析了极端暴雪天气环流异常、多尺度环流特征及物理机制。结果表明：（1）高层伊朗高压及低纬东风气流的异常导致中亚低涡与高原低涡异常结合,加强了低层异常东风气流,东风急流引导南海、孟加拉湾暖湿空气沿河西走廊到达塔里木盆地中部,使得水汽辐合及垂直上升运动加强,在地面辐合线触发下,产生极端降雪天气。地面冷高压稳定维持,导致塔里木盆地持续降温,而拜城位于海拔1000 m以上的浅山区,二者共同作用,造成拜城4月降水相态仍然为雪。（2）垂直位温梯度和西风异常导致湿斜压不稳定发展,形成低层锋生和高层及近地面湿位涡异常,而锋生作用和湿位涡异常又通过垂直运动变化影响降雪的发生发展。对于拜城而言,起决定作用的是中层的上升运动及300～500 hPa的垂直风切变。（3）中尺度云团不断发展并向东北移动经过拜城县上空,增加了降雪持续时间和降雪强度,移动方向和传播方向的一致性则决定了中尺度云团生消演变特征。研究结果可加深对塔里木盆地局地极端暴雪成因的认知,为精确预报、精准服...     

西北干旱区极端高温时空变化特征分析

利用1961—2010年西北干旱区83个气象观测站的日气温资料,通过线性倾向率、百分位法及Mann-Kendall法得出西北干旱区极端高温的具体变化特征。用百分位法对西北干旱区日气温数据进行处理,确定极端高温指标的阈值,得出极端高温强度和极端高温事件的频率。结论如下:自1989年开始,西北干旱区年极端高温呈显著上升趋势,空间上西部大于东部,局部地区盆地南缘大于北缘;极端高温日数呈明显的上升趋势;四季极端高温均有上升趋势,秋季增长率最高、冬季最低,秋季极端高温日数增长速率最大;季极端高温及高温日数高值区分布在西北干旱区西北和东南部的盆地边缘,干旱区沙漠边缘及戈壁区;西北干旱区年、季极端高温日数均与年平均气温相关性突出。     

新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨

新疆是对全球变化响应最敏感地区之一,分析全球变暖背景下新疆干湿气候变化及其影响,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。基于气象水文观测资料,对新疆区域干湿气候变化及其影响评估进行了探讨。结果表明：① 20世纪80年代中后期以来新疆气温升高,降水量增加,呈“暖湿化”特征;但1997年之后,干旱变化趋势、干旱频率、干旱发生月份等均有明显增加,导致70%以上的区域变干,新疆气候出现了从“暖湿化”向“暖干化”转折的强烈信号,即发生了“湿干转折”;② 新疆气候转折对区域生态和水资源造成明显的影响,归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）经历了先增后减的变化过程,1982—1997年植被趋于“变绿”,但1997年之后植被长势迟滞,土壤水分明显下降,生态逆转,生态负效应凸显;③ 新疆河流径流变化出现明显的区域差异,对干湿气候转折响应复杂,受冰雪融水对径流补给比例的影响,发源于天山的河流径流对区域干湿变化有正响应,但发源于昆仑山的河流径流响应不明显。研究结果表明气候“湿干转折”和极端气候事件加剧背景下新疆干旱化急剧增加,水循环系统和生态系统不稳定性加剧,相关成果可为区域干旱灾害防灾减灾和风险管理提供有价值的决策参考。     

天山山区水汽和云水含量的空间分布特征

利用欧洲数值预报中心(ECMWF)发布的第一代全球分辨率ERA-Interim再分析数据,分析了1979～2014年天山山区水汽含量和云水含量的空间分布特征。结果显示：(1)水汽含量的高值中心出现在伊犁河谷地区,中心值域在10—11kg m-2之间,低值区位于天山中部的巴音布鲁克附近,中心值域在5—6kg m-2之间;夏季水汽含量最丰富,在8—11kg m-2之间。(2)云液水含量的高值区出现在博格达山北坡,而云冰水含量的高值区在西天山海拔较高的托木尔峰地区,低值区均在伊犁河谷等海拔低的地区;夏季云液水含量、云冰水含量均呈减少趋势,云冰水含量较云液水减少的更为明显,下降速率为0.28kg kg-1/10a;(3)垂直分布上,云液水含量在600hpa左右的高空出现高值区,中心最大值为10kg kg-1;云冰水含量的高值区则出现在500hpa左右的高空,为11kg kg-1;在对流层大气中云冰水含量值远大于云液水,且云冰水发展的高度较云液水更高。     

中国西北5月和9月地表气温的年际变率机理及其预测

本文基于1961～2016年中国西北地区逐日地表气温观测资料以及全球大气再分析资料,通过统计诊断和数值模拟的方法,揭示了西北地区5月和9月地表气温年际变率规律及其机理,并在此基础上分别构建了季节预测模型。结果表明：（1）西北5月和9月地表气温年际变率经验正交函数分解第一模态均为全区一致型空间分布,但具有不同的变率特征。（2）西北5月地表气温正异常与拉尼娜衰减型海表温度异常所对应的热带纬向三极型对流（降水）异常强迫有关,对流异常激发的热带外遥相关波列导致西北地区上空受反气旋（高压）异常控制,造成局地向下太阳短波辐射增多,从而使得西北地表气温增加;而西北9月地表气温正异常与拉尼娜发展型海表温度异常所对应的热带纬向偶极型对流（降水）异常强迫有关,偶极型对流强迫能够在西北地区东西两侧激发反气旋（高压）异常,导致西北地表气温正异常。（3）基于物理机制,分别利用拉尼娜衰减和发展型的相关海表温度异常预测因子,建立针对西北地区5月和9月地表气温年际变率的季节预测模型,独立预报期间（2007～2016年）预测技巧相关系数分别可达0.74和0.62,可为西北地表气温短期气候预测提供参考。     

基于PCA和BP神经网络的径流预测

径流预测为流域水资源的合理开发利用与统筹配置提供依据。运用多元线性回归、主成分回归、BP神经网络及主成分分析和BP神经网络相结合的方法,对新疆呼图壁河流域石门水文站2009-2011年各月径流量进行预测,并采用相关系数、确定性系数及均方根误差对各模型预测精度进行比较。结果表明：（1）神经网络等智能算法具有高速寻优的能力,对短时间尺度的月径流量的预测结果较好;（2）主成分回归等常规算法能充分反映出某地区径流的年际的稳定性,对全年径流总量的模拟精度较高;（3）主成分分析和BP神经网络相结合的方法,提高了神经网络的收敛速度,同时降低了局部极值的影响,优于简单的BP神经网络,适用于呼图壁河月径流量预测。     

基于HYSPLIT4的一次新疆天山夏季特大暴雨水汽路径分析

利用新疆维吾尔自治区105个观测站气象资料、NCEP/NCAR再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT_v4),定量分析了2004年7月17-21日新疆天山山区特大暴雨的水汽输送情况。结果表明,2004年7月17-21日暴雨降水主要以天山山区为主,暴雨过程的水汽主要来自700 h Pa,水汽输送路径有3条,其中偏北路径有2条,另1条为偏西路径;暴雨的水汽源地主要有3个,其中超过50%的水汽来自阿拉伯海以北—里海—巴尔喀什湖地区的水汽输送贡献,其次是波罗的海—北冰洋沿岸地区,占到26%,而鄂霍次克海以东地区为21%;伊朗高压北抬与欧洲脊东移形成的乌拉尔脊叠加是暴雨过程的主导系统,中亚低涡东南移动形成强降水。同时,对流层高层的副热带西风急流和低层的偏东低空急流对强降水的水汽输送和辐合有重要影响。     

新疆南部干旱区暴雨研究：科学认知与主要进展*

新疆南部(简称南疆)是典型的干旱区,地形和下垫面复杂,生态环境脆弱,对气候变化异常敏感。在全球变暖背景下,近年来南疆暴雨发生频率和强度明显增加,引起社会广泛关注。本文主要回顾了南疆干旱区暴雨的科学认知、研究进程和最新研究进展,南疆暴雨具有降水集中度高、相对强度大、极端性强、空间分布不均匀等特点。南疆暴雨研究经过了从大降水个例到多尺度相互作用机理和数值模拟发展应用的阶段,目前在南疆暴雨的重要影响天气系统和水汽输送等方面取得新的科学认识。最后,对干旱区暴雨科学研究的未来发展方向进行了简要的讨论和展望,以期承上启下,为未来新时期南疆暴雨研究提供创新基础。     

天山山区空中水汽含量及与气候因子的关系

利用建立的天山山区水汽含量与地面水汽压的经验关系式,计算天山山区及周边44站1961~2009年的水汽含量值,分析水汽含量的时空分布及其与气候变化因子的关系。结果表明:天山北麓的河谷平原地带是水汽含量高值区,中天山和东天山是低值区。水汽含量在近50 a内呈增加趋势,夏、秋季增加明显。水汽含量是影响天山山区降水量的最主要的因素之一,水汽对全球变暖和气候变化可能有负反馈作用,而冬季NAO和AO与水汽相关性最显著。这些研究对于揭示区域水分循环过程和全球变暖背景下的区域响应有重要意义。