青藏高原至中国东部年雨日变化趋势的分形研究

根据1951~2002年中国194台站的雨日资料,运用分形理论中R/S分析法的基本原理,设计了两项Hurst指数试验。研究并预测了中国5大区域年雨日的气候变化趋势。研究表明:中国5大区域未来年雨日变化趋势与过去50年来的变化有着很好的自相似性。两项Hurst指数试验结果表明中国今后年雨日将继续减少。依照5大区域的气候倾向率,未来10年青藏高原和川西高原平均每十年减少雨日3.7~3.8天;中国东部南方区和中国东部北方区平均每十年减少5.9~6.8天;四川盆地年雨日减少最多,平均每十年减少雨日12.3天。且期间雨日没有突变。     

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。     

1961—2015年中国降水面积变化特征研究

基于中国0.5°×0.5°逐月与逐日降水量网格数据集，采用线性趋势、克里金插值（Kriging）、森斜率等方法，分析1961—2015年中国3个自然区的降水量和降水面积的变化特征。结果表明：（1） 中国1961—2015年年均和季节平均降水量呈现由东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征，中国一半以上的地区年均和四季降水量呈增加趋势。（2） 日变化特征上，东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区均以小雨和中雨为主，其日降水面积多年平均值分别为：1 112.75×10³ km²、52.65×10³ km²，1 380.57×10³ km²、92.83×10³ km²，1 253.9×10³ km²、34.3×10³ km²，暴雨和大暴雨占的面积较小；三个区域不同等级日降水面积年内变化均符合二次函数曲线，三个区小雨日平均降水面积年际变化均呈略微减少趋势，青藏高寒区和西北干旱区大雨、暴雨和大暴雨均呈略微增加趋势，大暴雨整体波动较大。（3） 季节变化特征上，三个区四季均以小雨为主，暴雨和大暴雨所占面积较少。春季和秋季三个区小雨降水面积均呈减少趋势，春季和夏季三个区暴雨降水面积均呈增加趋势，冬季三个区中雨和大雨降水面积呈增加趋势。（4） 东部季风区春季和秋季，西北干旱区年均和四季，青藏高寒区春季、秋季和冬季不同等级降水量对应的降水面积均符合负指数分布规律。km²     

青海高原近40 a降水变化特征及其对生态环境的影响

 利用青海省1961-2002年26个代表站逐日雨量资料和高原东部地区10个站的降水自记资料,分析了近40 a来降水量、雨日、雨强的气候变化特征。结果表明:青海高原近40 a来年降水量无明显的变化,但夏半年降水量呈减少趋势,冬半年降水量呈明显的增多趋势；夏半年降水量和雨日虽在减少,但降水强度在增大；夏半年降水量的减少主要是降水日数的减少造成的,而冬半年降水量的增加是由于雨日增多和每个降水日平均雨量的增大所造成；随着气候变暖,夏、秋季降水明显偏少,出现暖干化的气候趋势。     

近50年来中国干湿气候界线的10年际波动

利用中国北方1951～1999年降水量和年蒸发量资料，计算了干燥度指数（D）。并据此将中国划分为干旱区（D（0.20）），半干旱区（0.20-0.50）和湿润区（D(0.50）），近50a中国干湿气候波动显著，区域差异大；50a波动幅度东北区为20～400km，华北区为40～400km，西北东部为30～350km，西南区为40～370km，以80年代为界，在20世纪80年代以前（包括80年代），西南区气候具有显著变湿趋势；西北东部稍变湿；华北区和东北区具有变干趋势，且华北区变干程度比东北区严重。进入90年代。西南区和西北东部气候有变干迹象。华北区西部气候的干旱程度有所增加，华北区东部有所减弱，东北区气候进一步变湿，半干旱区是湿润区与干旱区之间的过渡区，是中国季风的边缘地带，也是环境变化的敏感区，20世纪60～70年代中国（北方）干湿气候存在一次突变，由较湿润变为干旱。50年来干湿气候界线呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征，当干湿气候界线同时向西或向北移动时，中国北方气候就变得相对湿润；当同时向东或向南移动时，北方气候就变得相对干旱；当干湿气候界线东西、南北相异移动时，北方气候的干旱程度就介于二者之间。     

西北干旱区极端气候水文事件特征分析

中国西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一。气候变化导致气候水文系统的不稳定性加剧,极端气候水文事件的频度和强度增大、重现期缩短,灾害程度加重。借助资料分析和文献阅读,对过去50 a中国西北干旱区极端气候/水文事件的发生规律、影响机制及未来趋势进行了梳理总结,主要结论如下：（1）西北干旱区的极端气候/水文事件呈逐年增加趋势,特别是20世纪70年代以来增加显著;气温和降水极值都表现为一致的增强趋势。降水量的增多是降雨频率和强度共同增加的结果。（2）中国西北干旱区低温、降水极值在1986年左右发生了明显的突变,高温极值在1996年左右发生突变。突变后,气温和降水极值均发生了显著增强变化。（3）北半球极涡面积指数和青藏高原指数对西北干旱区气候极值变化具有重要影响,冬季极值还受冬季北极涛动和北大西洋涛动等影响。（4）新疆地区有变暖湿趋势,而河西走廊东部则为变干趋势。强大的西伯利亚高压和增强的贝加尔湖气流造成新疆地区降水增加,而河西走廊干旱增加是由东亚夏季风减弱引起的。     

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.     

近48年青藏高原强降水量的时空分布特征

基于青海和西藏地区48个气象台站近48 a(1961~2008年)的逐日降水资料,分析青藏高原冬、夏半年强降水量的时空演变特征。结果表明:青藏高原强降水量与总降水量的空间分布相似,夏半年为由东南向西北递减,冬半年则由唐古拉山脉东段的高原腹地向四周递减;夏(冬)半年强降水量存在准3、准6 a(7~8 a)的年际振荡以及准9~10 a(15 a)的年代际振荡;夏半年高原北(南)部强降水量以增加(减少)趋势为主,强降水量呈现出微弱的减少趋势,而冬半年高原大多数地区均呈现出明显的增加趋势,在1976年发生突变现象。     

1951年以来ENSO事件对中国西北不同气候区的影响

通过对中国西北典型半湿润区、半干旱区、干旱区和半荒漠区4个不同气候区1951-2015年降水和气温资料的搜集、整理和处理,分析研究区1951年以来降水和气温的变化,并对其进行M-K突变检验,总结ENSO事件对气候与旱涝灾害的影响.研究结果表明:①4个气候区降水量逐年变化幅度差异明显,半干旱区为变化幅度最小区域,半湿润区和干旱区变化幅度最大但出现降低的趋势,而半荒漠区则是降水量增长最明显的区域;降水的集中度由东往西变化逐渐增大,东部比西部滞后5d左右.②4个气候区气温上升幅度存在差异,半湿润区气温上升幅度最大,干旱区气温上升幅度最小.③El Ni(n)o事件使4个气候区发生不同程度的降水减少、气温升高,而La Ni(n)a事件则使降水增加、气温降低.④El Ni(n)o事件会给4个气候区当年带来旱灾,次年带来涝灾;La Ni(n)a事件则会给当年带来涝灾,次年带来旱灾.     

降水时空变化对中国南方强酸雨分布的影响

利用SCIAMACHY、GOME 卫星资料反演的SO₂、NO₂ 柱浓度和中国重点城市SO₂ 排 放量数据分析了中国酸雨前体物时空分布特征, 并结合气象观测资料探讨了在降水分布出现 气候学时空尺度调整的背景下, 降水长期变化对强酸雨分布的影响。结果表明: (1) 中国南方 地区NO₂、SO₂ 排放量相对于降水的冲刷能力而言仍然处于较高的水平, 为强酸雨的形成提 供了充足的污染物条件。(2) 1993-2004 年间, 以1999 年为转折期, 中国南方强酸雨分布形势 经历了一个由强到弱到再次增强的过程。1999 年后, 西南强酸雨区强酸雨城市比例持续下 降, 江南强酸雨区强酸雨城市比例迅速增加, 强酸雨东移扩大趋势明显。(3) 中国南方强酸雨 区的空间分布与1961-2006 年冬夏季降水量线性增减速率超过10 mm/10a 的地区一致。以季 节降水量线性增减速率超过10 mm/10a 为界, 将江南及西南强酸雨区各季节降水量做线性趋 势和突变分析, 发现江南地区冬夏季降水量在1999 年出现增减趋势转换, 与强酸雨城市比例 转折的时间一致。其中, 1991-1999 年江南强酸雨区冬季降水减少, 夏季暴雨显著增加, 有利 于酸雨缓解, 强酸雨范围缩小; 而2000-2006 年, 冬季降水处于偏多时期, 夏季降水却相对 偏少, 强酸雨覆盖范围扩大。西南强酸雨区春秋季降水量在1990 年后持续减少, 导致春秋季 降水占年降水量比例下降, 使得年降水pH 值升高, 强酸雨形势得到缓解。     

三江平原气温降水变化分析——以建三江垦区为例

气温及降水与人类生产生活密切联系,其变化必然会对生态系统和社会经济等产生重大影响。利用三江平原建三江垦区15个农场气象站1965～2002年气温和降水资料,运用气候趋势系数和一元回归分析法进行气候变化分析。结果表明:近40年来本区气温呈显著上升趋势,平均气温以0.50℃/10a幅度升高,不同季节平均气温均呈上升趋势,且冬季增幅最大,达0.82℃/10a。气温升高存在显著的区域差异,最大的增温中心位于南部边缘,气温倾向率大于0.60℃/10a。降水趋势性变化不显著,但仍呈弱减少趋势,年降水量倾向率为-1.90mm/10a,四季降水量以秋季减少最为显著。在此基础上进行气候突变分析,结果表明气温突变出现在1987年,降水突变出现在1980年和1997年,但降水突变不明显。研究三江平原建三江垦区的气候变化对于保障区域粮食安全具有重要的指导意义。     

1961—2009年新疆极端降水事件时空差异特征

选用1961—2009年新疆61个测站的逐日降水资料,根据百分位值方法定义不同台站的极端降水阈值,用一元线性回归、M-K突变检验及EOF分析等方法分析各区域50年来极端降水的时空分布特征及变化趋势。结果表明：（1） 过去50年新疆极端降水事件总体表现出了波动上升的趋势,但各区域的极端降水量相差悬殊,极端降水量受地形因素影响大;（2） 阿尔泰山区、准噶尔盆地和天山山区的极端降水量分别在1986年、1983年和1989年发生显著的上升突变;（3） 极端降水阈值、年均降水量、年均极端降水量、年均极端降水频率和极端降水强度呈现山区高、盆地低的特点;年降水量越少的区域,极端降水对年降水量的贡献越大。     

Assessing changes in extreme precipitation over Xinjiang using regional climate model of PRECIS

In this paper, an analysis, with the simulation of PRECIS(Providing Regional Climate for Impact Studies), was made for future precipitation extremes, under SRES(Special Report on Emission Scenarios) A2 and B2 in IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) AR4. The precipitation extremes were calculated and analyzed by ETCCDI(Climate Change Detection and Indices). The results show that:(1) In Present Scenario(1961–1900), PRECIS could capture the spatial pattern of precipitation in Xinjiang.(2) The simulated annual precipitation and seasonal precipitation in Xinjiang had a significantly positive trend and its variability had been deeply impacted by terrain. There was a strong association between increasing trend and the extreme precipitation's increase in frequency and intensity during 1961–2008. Under SRES A2 and B2, extreme precipitation indicated an increasing tendency at the end of the 21 st century. The extreme summer precipitation increased prominently in a year.(3) PRECIS's simulation under SRES A2 and B2 indicated increased frequency of heavy precipitation events and also enhancement in their intensity towards the end of the 21 st century. Both A2 and B2 scenarios show similar patterns of projected changes in precipitation extremes towards the end of the 21 st century. However, the magnitude of changes in B2 scenario was on the lower side. In case of extreme precipitation, variation between models can exceed both internal variability and variability of different SRES.     

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。     

科尔沁沙地奈曼旗1970—2010年降水的多时间尺度分析

利用回归分析、小波分析和Mann-Kendall （M-K）突变分析研究了1970—2010年奈曼旗的降水变化特征。结果表明：（1） 不同雨量级中,0~5 mm降水事件最多,占全年降水事件的70%以上,其降水量也最多,占全年降水量的18%;降水间隔期以0~5 d为主,占全年无降水期的73%。（2） 1970—2010年奈曼旗年降水及季降水波动较大,基本呈相对少雨期和相对多雨期相间分布的特征;年降水及春、夏、秋和冬季降水的倾向率分别为-12.4、0.8、-3.2、-1.3 mm/10a和-0.3 mm/10a; 年降水及春、夏和秋季降水在1990年左右以正距平为主,而在1985年之前和1995年以后以负距平为主;冬季降水基本随年份增加呈减少的趋势。（3） 1月降水量最少,7月最多。7月降水量约占年降水量的30%以上,且与其他各月相比均有显著差异。（4） 通过小波分析发现,奈曼旗年降水存在6~8年的较短周期和17年左右的较长周期变化;年降水和夏、秋及冬季降水在进入21世纪后都有减少趋势。（5） M-K突变分析表明,奈曼旗年降水减少及春季降水增加的突变点分别为 2004年和2006年。     

1961—2010年讨赖河山区径流变化特征及其驱动因素

以1961—2010年讨赖河山区气温、降水和径流资料为基础,综合运用线性趋势、距平百分比、重标极差、Mann-Kendall突变检测、小波变换和多元线性回归等多种数理分析方法,研究了讨赖河山区径流的年内和年际变化规律,并探讨了气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：径流年内分配极不均匀且呈单峰型分布,汛期径流占年径流的比重为62.11%。径流经历了“丰-枯-丰-枯”4次波动,在1984年发生由多到少的显著性突变,但整体呈不显著减少趋势且具有持久性。径流在22年准周期上振荡最为明显,经历了“少-多-少-多-少-多-少”7次循环交替,2010—2015年径流可能再次偏多。近50年来山区气温呈“稳定波动-快速上升”变化,降水量呈显著增加趋势,但山区降水转化为径流的比例减少。气温升高和降水量增加引起的蒸散发增加,同时气候变化和人类活动共同作用下的地表覆盖类型的变化均对径流变化产生影响。     

潘家口水库入库水资源变化趋势及影响因素

采用滑动平均和线性回归法对潘家口水库1956~2003年入库径流进行了分析,探讨了影响径流变化的基本因素,给出了降雨量、用水量和下垫面等因素变化对径流量变化贡献程度的定量估算方法。结果表明:入库径流呈不规则的周期波动变化,且整体呈较为明显的减小趋势;降雨量、用水量和下垫面等因素变化是影响径流量变化的主要因素,特别是下垫面的变化,其贡献程度可达70%左右。     

毛乌素沙区1961-2016年降水特征

基于毛乌素沙区10个气象站1961-2016年观测资料，应用Mann-Kendall方法和t检验法对各气象站年降水量进行了突变检验，借助小波分析讨论了各气象站年降水量的周期特征，根据降水量等值线划分结果对整个研究区分区分析了年、季、月和日尺度上的降水变化特征，并在两个时段上分析了季节性降水的差异。结果表明：毛乌素沙区年降水量空间特征差异明显，东部亚区呈上升趋势，中西部亚区呈下降趋势，但变化趋势不显著且无突变发生；降水年内分配不均，干湿季分明，降水集中在5-9月，夏秋季降水占全年降水比重大，季、月和日尺度降水量存在梯度递减变化；年降水量的年际变化过程存在多重时间尺度的自相似结构；近26年的冬春季降水增加显著，但降水波动幅度小于前30年。     

1961-2014年张掖市降水变化趋势

选取张掖气象站1961-2014年逐日降水观测资料,采用线性趋势分析和Mann-kendall 检验等方法分析了张掖市年降水量、年最大降水量、冬季降水量和其他季节降水量的变化趋势和突变特征。结果表明：1961-2014年张掖市年降水量总体呈增加趋势,其中1982-1984、1995-1996、2007-2013年降水量增加趋势显著。年最大降水量和冬季降水量增加趋势明显,分别发生了6次和1次突变,其中年最大降水量突变点分别发生在1963年、1980年、1982年、1984年、1987年和1991年;冬季降水量1964年后呈显著增加趋势,1969年降水量突变增加。而其他季节降水量呈波动增加趋势,突变增加分别在1963年、1967年和1969年发生。