大通河流域降水结构的演变特征及其驱动力探究

论文以青藏高原大通河流域为例,分别采用基于日、月降雨集中度指标（CI和CIM）,表征大通河流域的降水结构特征,并分析其演变特征;采用交叉小波分析探究太阳黑子和大气环流异常指数太平洋10 a涛动（PDO）、厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）与流域降水结构变化的联系。结果表明：1）流域南部的年均CI值高于北部,中部的年均CIM值高于流域其他部分;2）流域年CI值上升趋势明显,而其年CIM值具有明显下降趋势,且两者的一致性被破坏;3）太阳黑子对于流域降水结构影响最为显著,AO和ENSO的影响次之,PDO的影响最弱。研究成果有助于揭示大通河流域降水结构的驱动机理,为其模拟与预测奠定坚实的基础。     

中国西南纵向岭谷区近百年降水的时空变化特征

对纵向岭谷地区近百年来降水的时空变化特征进行分析,结果表明:纵向岭谷区年降水量、夏季降水量和冬季降水量第一种主要分布型式呈现出一致偏多(或偏少)的特征。由于受地形阻隔、通道及地形抬升影响,岭谷地区年和夏季降水量以元江-红河流域为界,东部降水量空间分布减小,西部年降水量空间分布增加,其中心在澜沧江、怒江流域摆动,具有经向分布特征;冬季岭谷地区雨量具有纬向分布特征。近百年的降水量变化,年际变化最显著,周期变化主要集中在3.5年以下的高频振荡时域内,其次是年代际变化,最后是气候态的变化,但冬季的气候态变化并不明显;年降水分布第二模态的气候态变化是3个不同时段中最明显的,其次是夏季降水分布的第二种模态。     

近50a来珠江流域降水变化趋势分析

全球气候变化和人类活动影响下,近年来珠江流域降水时空分布变化显著。论文利用珠江流域62 个站点1959—2009 年逐日降水序列,选取Mann-Kendall 统计检验方法和有序聚类法,研究了该流域16 个降水特征指数的趋势变化和变异特征,得到如下结论：①流域全年、春季、冬季降水量呈微弱上升趋势,秋季降水量为稳定下降趋势,夏季降水量无明显变化趋势。夏季降水变化趋势对全年降水变化趋势的空间分布影响最大,春秋次之,冬季最小;②流域春、冬两季降水占全年降水比例呈上升趋势,夏、秋两季降水占全年降水比例呈下降趋势;③流域全年降水日数和小雨日数呈显著下降趋势,中雨日数没有明显变化趋势,大雨、暴雨日数和95 百分位值降水日数均呈上升趋势。全年、小雨和暴雨降水日数显著突变时段发生在20 世纪90 年代初;④流域日平均降水量呈稳定上升趋势,降水时段趋于集中化。     

近57年厄尔尼诺-南方涛动事件对哈尔滨地区气候的影响

选取哈尔滨地区空间位置构成三角区域的哈尔滨站、尚志站、通河站三个台站日气象数据:利用统计分析方法研究了厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件对1955—2011年的平均气温、降水量的影响。结果表明:近57年来哈尔滨地区气温以0.32℃?(10a)~(-1)的速率升高,超过全国平均升温值0.26℃?(10a)~(-1);降水量以~(-1)4.21 mm?(10a)~(-1)的速率减少,比全国平均水平减少的更快。小波分析表明:哈尔滨气温变化在30 a的时间尺度上存在4 a和7 a的周期;降水量变化存在24 a的主周期。ENSO暖事件年哈尔滨气温略有升高,降水量略有减少;ENSO冷事件年的气温、降水变化与华北、西北地区不同,气温明显升高,降水明显减少,ENSO冷事件对哈尔滨地区气候影响较大。哈尔滨地区在ENSO冷事件年发生旱灾的可能性更大。本文研究可为哈尔滨地区减少旱涝灾害损失提供指导。     

新疆塔里木河流域洪水发生率非平稳性特征及气候变化影响研究

新疆洪水灾害近年来有加剧趋势,但其特征与机理尚未有深入探讨。论文利用核估计和Bootstrap方法深入分析新疆塔里木河（塔河）流域洪水发生率的非平稳性及不确定性,同时采用广义可加模型（GAMLSS）构建洪水发生频率与协变量（大气环流因子、降水和气温指标等）的关系并定量辨识主要影响因子。研究表明：1）塔河流域洪水在1960年代左右和1990年代左右两个时期高频发生,两个洪水高发期之间洪水发生次数多为2或3次,且与极端降水发生次数较为吻合;2）洪水发生率呈现显著非平稳性,从1990年左右洪水发生次数持续上升,并达到峰值,表明洪水发生频率及强度呈加剧趋势;3）冬季AMO和AO是影响新疆塔河流域洪水发生的重要因子,而冬季NAO和SOI则是影响塔河流域5个州的洪水发生次数最为显著的大气环流指标。论文研究可为新疆塔河流域洪灾预测与预警及流域洪水管理提供关键理论依据。     

基于GAM模型的洞庭湖叶绿素a浓度与环境因子相关性分析

为了解洞庭湖流域水体叶绿素a的时空分布及其与环境因子的关系,于2019年1～12月对洞庭湖进行采样调查分析,运用广义可加模型(GAM)分析了叶绿素a浓度与各环境因子间的关系.结果显示,洞庭湖水体叶绿素a浓度存在较为显著的时空分布差异,其年均值为5.77μg/L,变化范围为1.00～67.33μg/L.叶绿素a浓度变化的...     

基于MODIS数据的洞庭湖水体和水华时空变化研究

为明确洞庭湖水华发生规律、水体面积的变化规律及其影响因子,利用MODIS传感器提供的MOD02HKM数据,采用多波段水体指数（MBWI）模型、浮游藻类指数（FAI）方法识别、提取洞庭湖水体、水华范围,并对2001~2015年洞庭湖水体、水华时空分布数据进行分析.结果表明：洞庭湖的水面范围在年内呈现明显的季节变化,在年际成缩减趋势.水域面积由大到小依次是夏季、秋季、春季、冬季,且2001~2015年丰水期水体的平均面积是枯水期的2.2倍;2001~2015年洞庭湖水域面积萎缩速率为-14.574km²/a,其中夏季的萎缩速率最大,达到-38.678km²/a;2001~2015年期间,洞庭湖区域均发生水华,水华主要集中发生在东洞庭湖的西部湖湾区,西洞庭湖和南洞庭湖的水华则沿河岸零星分布;洞庭湖水华存在明显的季节变化和年季变化.每年水华面积基本呈现正态分布,最小值出现在冬季,最大值出现在夏季和秋季,其值达到681.43km²;2001~2015年水华爆发面积最高占全湖面积的18.2%,水华面积年平均变化率为-8.657km²/a,水华爆发面积呈现缩小的趋势.     

干旱内陆河流域降水稳定同位素的时空特征及环境意义

依据石羊河流域武威站(海拔1 531 m)、民勤站(海拔1 389 m)和西大河(海拔2 897 m)于2013年7月至2014年7月一个完整水文年的降水样品和气象数据,分析该流域降水稳定同位素的时空变化和局地大气降水线,讨论降水过程中温度、湿度、降水量、平均水汽压以及相对湿度等环境因素对降水稳定同位素演化的影响.结果表明:①研究时段内降水稳定同位素呈现出显著的季节性变化,冬季和春季较低,夏季和秋季较高;②武威站D-excess月均值低于西大河,除可能具有不同的水汽来源外,也反映了高海拔山地地区更多的受到局地再循环水汽的影响,低海拔平原地区云下二次蒸发更强烈;③流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,在天气尺度上体现出降水量效应,可能是受到淋洗作用或季风环流的影响;④δ18O值与平均相对湿度呈负相关关系,可能是随着降水量与湿度的增加使云下二次蒸发作用减弱.     

基于SPEI的西南地区近53 a干旱时空特征分析

论文基于标准化降水蒸散指数（SPEI）,统计分析西南地区128 个测站1960-2012 年的气象数据,从干旱年际变化趋势、四季变化趋势、干旱强度、干旱事件频次、干旱频率以及与ENSO的关系,对西南地区近半个世纪的干旱时空特征进行了分析。结果表明：①西南地区及子区域近53 a 来呈干旱化趋势,21 世纪初干旱发生最频繁,干旱强度、极端干旱及中等干旱的频次均呈增加趋势;②四季大部分区域呈干旱化趋势,以秋季最为突出;③春季,干旱发生频率最高且集中在横断山地、四川盆地东部和云贵高原中部,夏季,横断山地北部、若尔盖高原和广西丘陵西北部易发生干旱,秋季,云贵高原、广西丘陵及四川盆地部分区域干旱频率较高,冬季,干旱易发区集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一线;④各区域四季的干旱指数与ENSO指数相关性不同,并且ENSO事件强度与四川盆地和横断山地的SPEI 在年变化趋势方面存在明显负相关,与其他区域呈正相关。此外,西南地区在厄尔尼诺年和拉尼娜年都会出现干旱,但前者爆发干旱灾害的概率比后者高。而且各区域存在差异,四川盆地、若尔盖高原在厄尔尼诺年易发生干旱,而云贵高原在拉尼娜年发生频率较高,广西丘陵、横断山地没有明显规律和特征。     

1960-2006年闽江流域径流演变特征

基于闽江流域1960-2006年逐月径流、降水以及气温等资料,应用Mann-Kendall趋势分析、经验模态分解等方法,探讨流域径流演变规律及其对气象要素变化的响应特征。结果表明:①闽江流域年径流呈上升趋势,其上升主要来自非汛期径流的贡献;秋季和冬季径流始终以上升趋势为主;夏季径流20世纪90年代以来呈上升趋势,而春季径流则呈现下降趋势。②流域降水和气温均存在上升趋势,尤以气温上升为显著;径流的上升趋势比降水显著。③径流和降水变化均存在多尺度特征,降水变化周期大于径流;80年代以来,径流和降水的年代际变化振荡幅度有所减弱,而年际变化的波动幅度在加强。分析表明,闽江流域径流上升趋势较降水显著的原因,一方面是由于流域蒸发的减少和降水强度的增大;另一方面是流域下垫面特征改变等因素的影响。     

基于ENSO发展过程的中国夏季降水时空变化特征

利用1961—2019年中国地面降水月值格点数据,结合趋势分析、合成分析及T检验等气候诊断方法,对中国夏季降水时空变化特征进行分析,进而探讨不同类型ENSO事件对应夏季降水规律。结果表明：20世纪60—90年代末,长江、淮河夏季降水波动增加,海河降水持续下降,符合“南涝北旱”空间特征;21世纪后,除淮河夏季降水下降之外,其他流域降水均呈增加趋势;对于不同ENSO发展类型而言,以厄尔尼诺为主导的事件,副高脊线西伸增强,中国夏季多雨区集中在江淮地区,由南向北呈现“中间涝,南北旱”的空间格局;以拉尼娜为主导的事件中,副高脊线东移、控制面积缩小,中国夏季降水在胡焕庸线两侧、华南降水明显偏少;对于两种转换型事件而言,当前冬发生厄尔尼诺、夏季转为拉尼娜时,副高西伸且面积扩大,中国夏季降水偏多;反之,副高东移且面积缩小,中国夏季降水整体偏少。     

地球系统模式CESM模拟的ENSO变率与中国东部降水格局

根据地球系统模式（CESM）的千年控制模拟试验结果,以Niño3.4区的逐月海表温度变化为指标,辨识了212次El Niño事件、226次La Niña事件;分析了El Niño和La Niña事件发生当年及次年中国东部5-9月降水异常的空间格局;探讨了ENSO与华北、江淮、江南和华南4个区域旱涝的关系。结果表明：El Niño事件发生的当年5-9月,华北和华南地区降水减少2%~10%,长江中下游地区降水略有增加（0~2%）;次年,江南地区转为降水增加（2%~10%）,华北北部降水继续减少。在La Niña事件发生的当年,华北地区降水偏多（增加2%~10%）;次年,江淮地区降水显著减少（2%~5%）。ENSO增强会导致降水变幅加大。在El Niño衰减并向La Niña快速发展的年份,江南地区出现洪涝灾害的概率较其他年份高1倍以上。这些认识为深入揭示气候系统内部年际变率对中国东部降水格局变化与区域旱涝的影响作用、理解2016年长江中下游发生重大洪涝灾害提供了异常天气气候背景依据。     

川渝地区夏季降水与赤道印度洋海温的诊断分析

利用川渝地区1960-2006年逐月降水量资料和美国NOAA Research/ESRL逐月再分析海表温度(SST)资料,采用经验正交函数分解(EOF)、点相关、合成分析和奇异值分解(SVD)等方法,详细探讨了川渝地区夏季降水量与赤道印度洋海温的关系。结果表明:川渝夏季降水量EOF分解得出的第一模态占总方差的27.8%,降水量的空间分布为全区一致型;川渝地区夏季降水量与赤道印度洋海温区域(10°N~16°S,57~77°E)(下称关键区)存在显著相关。合成分析指出关键区海温异常偏暖(冷),对应川渝地区夏季降水量比常年同期偏多(少)。通过SVD分解发现,川渝地区夏季降水量与关键区海温呈显著相关,具体表现为印度洋关键区海温与川西高原和盆地东部夏季降水量呈同位相变化,与盆地中部降水量呈反位相变化。     

夏季风水汽输送对云南夏季旱涝的影响

利用欧洲中期天气预报中心的1961-2002年逐月再分析资料(ERA-40),计算夏季80°E~130°E, 0°~35°N区域内水汽通量及其散度,并使用EOF分解和小波分析等统计方法,对云南夏季水汽通量及其散度的时空特征进行诊断分析,结果表明:云南夏季风降水有两支水汽来源,最强一支来自越赤道气流转向后在孟加拉湾北上形成西南水汽输送,其水汽源地为印度洋、孟加拉湾,反映南亚季风对云南的影响;另一支为副热带高压南侧的东风气流,其源地是西太平洋、南海,反映东亚季风对云南的影响;云南夏季降水的主要水汽通道是南亚夏季风水汽输送。夏季风水汽通量矢量的第一特征向量分布型大致呈反气旋式水汽输送,对应云南夏季降水的一致偏多;水汽通量矢量场第二特征向量的分布大致为气旋式水汽输送,对应云南夏季降水偏少;第三特征向量为气旋式－反气旋式,造成云南夏季降水南北分布差异,反映云南夏季降水的南北差异。第一模态的水汽通量有很强的年际变化,在年代际变化上13~15 a周期较为显著,在年际变化上2~3 a的周期较显著;1960年以来水汽通量呈减少趋势为-0.105 kg(m·s)^-1/a。第二模态的水汽通量呈增加趋势,为0.566 kg(m·s)^-1/a,在年代际变化上11~15 a周期最为显著,从1970年代中期后水汽通量呈2~3 a的周期振荡。夏季异常旱涝年与来自孟加拉湾和南海地区的西南水汽输送的强度及位置有关,并且对流层中层的水汽输送起决定因素。     

2015/2016年海洋和大气环流异常对中国夏季降水的影响

利用1981年1月-2016年8月中国160个气象站降水量资料和NCEP/NCAR资料,对比分析了2015/2016年的主要海洋和大气环流异常及其对夏季降水的影响。结果表明：1）2015和2016年夏季降水异常分布有着明显的差异。2015年夏季降水呈南多北少特点;2016年夏季降水明显增多,尤其是北方地区,且呈现经向型分布。2）热带印度洋-太平洋海温状况监测显示,2015年海温异常表现为El Niño发展年、热带印度洋全区一致模态海温偏暖、印度洋偶极子正位相;2016年海温异常表现为El Niño结束年、热带印度洋全区一致模态海温偏暖、印度洋偶极子负位相。3）2015年,受热带印度洋-太平洋海温异常影响,使得夏季西太平洋副高偏强、偏南,再配合中高纬冷空气活跃,西风急流轴位置偏南,导致我国降水北少南多。4）2016年,受El Niño衰减、印度洋偶极子负位相影响,副高偏北;叠加印度洋海温偏暖的“充电器”效应,副高偏强;同时冷空气偏北偏弱,西风急流轴位置偏北,导致长江中下游及以北区域降水偏多。     

广东北江流域降水时空分布及其与Niño 3区SST相关性分析

论文选取广东省北江流域18站1965-2007年月降水数据,应用REOF方法将月降水量场划分为4个子区域,利用Mann-Kendall方法进行趋势检验,并采用滑动t检验方法进行变点分析,结果表明:流域东南部年降水量呈减少趋势,西北部呈增加趋势,年降水量增加变点出现在1992、1993年。选取REOF各分区最大特征向量载荷的站作为基准站,采用Morlet小波、交叉小波变换和小波相干分析其周期特征及其与Niño 3区SST相关关系,结果表明:4站月降水量周期变化均与Niño 3区SST相关显著;时滞相关分析表明,南雄、佛冈、连南三站月降水量变化与Niño 3区SST相关性在滞后3、4个月时最强,而三水站在同期相关性最强,这种差别可能与三水附近地区近几十年来受到的人类活动影响较强有关。     

春季北支脊变化特征及其对中国气候的影响

论文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个站月降水量和气温资料,通过小波、相关分析等方法,讨论了春季北支脊的变化特征及其对中国同期降水和气温的影响。结果表明：春季北支脊缓慢增强,存在2~3 a和准6 a的周期;纬向位置略向东移,具有准3 a和12 a的周期。春季北支脊偏强（弱）,黄河流域到江南地区的降水量偏少（多）,东北、西南和华南地区的降水量偏多（少）;春季北支脊纬向位置偏东（西）,中国北方大部分地区的降水量偏多（少）,西南和江南大部分地区的降水量偏少（多）;中国大部分地区的升（降）温显著。当春季北支脊纬向位置显著偏东（西）时,且强度偏强（弱）,淮河流域降水偏少（多）,东北、西南和华南地区的降水偏多（少）,中国大部分地区气温明显偏高（低）。通过对相应的环流和物理量场的分析,能较合理地解释中国春季气候异常的原因,对中国短期气候预测有一定帮助。     

近50a海河流域降水丰枯遭遇分析

针对海河流域洪水资源利用的迫切需求,基于39 个气象站点近50 a 长系列降水数据(1951—2008 年),利用Copula 连接函数,揭示海河流域内部南北山区与平原区之间的降水丰枯遭遇情况,为缺水的海河流域洪水资源利用与管理提供决策依据。研究表明,海河流域各区受到同一天气状况影响较大,同一水系在山区和平原区的降水同丰、同枯概率均在20%以上,其中同枯的概率更大(北部水系25%,南部水系31%);同一水系内山区丰水与平原区枯水的遭遇概率小于6%,降水丰、枯互补性较差;但不同水系之间的山区与平原区降水丰枯遭遇概率为9%。从全流域的角度,考虑南北水系之间调水,将有助于海河流域洪水资源的开发利用。     

青藏高原夏季500hPa纬向风昼夜差异及其影响

论文利用NCEP/NCAR再分析资料及中国142 个测站12 小时降水资料,采用线性倾向估计、合成分析、相关分析等方法,对青藏高原夏季500 hPa 纬向风的昼夜变化特征及其影响进行了分析。结果表明：自1950 年以来,高原夏季500 hPa 昼、夜纬向风均呈现整体减弱趋势,且减弱趋势夜间比白天明显,纬向风日较差呈增大趋势。高原昼、夜纬向风在1967 年均存在减弱突变,纬向风日较差存在1965 年的减小突变和1975 年的增大突变,纬向风日较差具有4~6 a 及16~23 a 的显著周期。高原昼夜纬向风异常,使得高原东侧及其以东地区出现异常的上升或下沉气流,且高原纬向风减弱时,长江以北的我国大部分地区降水偏少,长江以南地区降水偏多,降水对高原纬向风异常响应的昼夜差异主要表现在四川盆地东西部降水异常的昼夜差异上。