1951-2008年东北地区水分盈亏量时空格局

基于1951-2008年东北地区106个气象站点的实测数据,利用Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量,并将气候水分盈亏量表示为同期降水量与潜在蒸散量之差。最后,通过Kendall秩次相关趋势分析、Morlet小波函数、Mann-Kendall突变检验等方法探讨了东北地区水分盈亏量的时空变化特征。结果表明:①1951-2008年,东北地区多年平均水分盈亏量在-850~650 mm之间变化,呈自东向西、自北向南、自东北向西南逐渐减少的空间变化趋势;②东北地区106个气象站点中有97个站点的水分盈亏量呈下降趋势,其中28个站点的下降趋势能通过P<0.05的显著性检验;③全区平均、海拉尔、长春、宽甸年际波动明显,多年平均值依次为-283.60、-427.25、-362.58、334.91 mm,四者的水分盈亏量年内分配不均匀,最小值出现在5月,最大值出现在7-8月;④水分盈亏量存在周期结构性,偏高期、偏低期交替出现,全区平均、海拉尔、长春、宽甸的第一主周期依次为26、28、25、9 a,水分盈亏量还具有突变特征,全区平均在1999年发生了一次减少突变,长春在1958、1998年各发生了一次减少突变。     

基于TRMM订正数据的横断山区降水时空分布特征

鉴于高时空变异地区降水观测的需求,论文提出了基于ISODATA动态聚类法和最大似然法分区逐月回归的TRMM数据订正方法,并以横断山区为例,利用地基台站降水数据对1998-2012 年的TRMM 3B43 V7 数据进行了实验研究,并探讨了过去15 a 横断山区的降水时空分布特征及变化趋势。结果表明,TRMM 3B43 V7 数据在横断山区的总体精度较高,单站精度较低。订正后的TRMM 3B43 数据,与实测值偏差大为减少,降水相对偏差大于10%的站点由原始数据的16 个(42.1%)减少为7 个(18.4%),有81.6%的站点年降水量相对偏差小于10%,且相对偏差大于等于20%的站点仅3 个,能够基本满足横断山区降水时空分布特征研究的精度需要,有效地弥补了有限站点观测的不足。研究区内年降水量从东南向西北递减,与东亚季风在该区域的走向一致;1998-2012 年横断山区的降水量主要呈减少趋势,减少地区主要分布在南部以及中西部地区。夏季降水减少趋势最为突出,秋季次之,冬春变化趋势不明显。横断山区大部分区域的降水量与东亚夏季风指数正相关,与东亚冬季风指数负相关;最近15 a,研究区东亚季风指数持续变小,恰好与研究结果中的降水减少趋势一致。     

北疆地区近53年极端气温事件及其影响因素分析

根据北疆地区1960—2012年31个气象站点的逐日最高气温和最低气温资料,采用线性趋势分析、主成分分析和反距离加权等方法对该地区的年平均最高气温、年平均最低气温和14个极端气温指数的时空变化特征进行了研究,并探讨了各极端气温指数与北极涛动指数、北大西洋涛动指数和厄尔尼诺-南方涛动之间的关系。研究表明:(1)近53年来,北疆地区年平均最低气温、年平均最高气温分别以0.49℃·(10a)~(-1)、0.22℃·(10a)~(-1)的年际倾向率呈显著的上升趋势;气温日较差以0.27℃·(10a)~(-1)的年际倾向率呈显著下降趋势。极端暖指数除暖昼日数、夏日日数和极端最高气温均表现为不显著的上升趋势外,其他暖指数均呈显著上升趋势;极端冷指数中除极端最低气温、日最高气温的极小值呈上升趋势外,其他冷指数均呈减小趋势;在空间变化上各极端气温指数均表现为在阿尔泰山东南部地区和伊犁河谷地区变化幅度较大,其他地区变化较小。(2)冷指数(冷夜、日最高气温的极小值、极端最低气温)的增温幅度明显大于部分暖指数(暖夜、日最低气温极大值、极端最高气温),这一变化特征在山麓、山谷等地区表现最为明显,而在这一地区夜指数(暖夜、冷夜)的变暖幅度也明显大于昼指数(暖昼、冷昼)。(3)极端气温指数与大气环流指数相关性分析表明,三种大气环流指数中北极涛动指数对北疆地区极端气温的影响最为明显,其次是北大西洋涛动指数,且这两种大气环流指数对研究区极端气温冷指数的影响较为显著,而厄尔尼诺-南方涛动对研究区极端气温影响较小。     

黄土高原气候变化特征及原因分析

基于黄土高原111个气象站点1961—2018年逐日气温(最低气温、最高气温、平均气温)和降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、Sen's斜率估计和小波周期等方法分析了气温和降水的时空变化特征,并采用小波交叉功率谱分析方法对影响区域气候的环流因素进行了分析.研究结果显示:(1)黄土高原1961—2018年平均气温以0.35℃·(10a)?1速率呈显著增加趋势,进一步分析显示气温的上升主要来自于年均最低气温的显著上升(0.39℃·(10a)?1,P<0.01);在季节变化上,平均气温、平均最低气温、平均最高气温在冬季的上升速率最为显著;研究区降水的年际、季节上的变化均不明显.(2)年均气温的突变在1995年,年均最高气温和年均最低气温分别在1995年和1994年存在突变;年降水量不存在突变.年降水量变化的主周期2—3 a和4—6 a,气温变化的周期主要为2—4 a、6—8 a、12—16 a.(3)平均气温变化主要受北大西洋年代际涛动(AMO)影响、受北大西洋涛动指数(NAO)影响较小;年降水量主要受太平洋海温指数(Nino3.4)和北极涛动(AO)影响.     

重庆黑风洞石笋灰度记录的全新世季风气候变化

基于重庆地区黑风洞石笋HF01的~(230)Th年代数据、灰度数据、氧同位素数据和Fe含量数据,重建了长江中上游地区全新世季风变化历史。结果显示石笋HF01的灰度值主要响应东亚季风变化,石笋灰度序列能够记录东亚全新世季风气候变化历史,即全新世早中期东亚夏季风增强,在6 ka B.P.以后季风逐渐减弱。石笋HF01的灰度序列清晰地记录了一系列的Bond事件,显示石笋灰度值对气候环境变化敏感,是可靠的气候环境信息载体;也进一步证明东亚季风不仅受太阳辐射驱动,还受高纬地区千年尺度的气候变化影响。石笋HF01灰度序列功率谱所呈现的55 a周期与太平洋数10 a尺度涛动(PDO)的50~70a周期一致,45、25、23、22、18、12 a周期接近于太阳活动周期,说明在数十年至百年尺度上东亚季风可能受太平洋涛动和太阳活动的共同影响。     

青藏高原东北部气候变化的异质性及其成因

利用1961-2016年西宁等青藏高原东北部13个气象台站气温、降水等气象资料以及国家气候中心发布的南海季风指数、西伯利亚高压指数等大气环流特征量数据,分析近56年来气候变化与高原主体的差异性及其可能的气候成因。研究表明：近56年来青藏高原东北部气候变暖趋势十分显著,年平均气温气候倾向率高达0.39 ℃/10 a,呈现出三次明显的阶梯性增高态势,并于1994年前后发生了由冷到暖的突变,同时具有明显的空间差异性;年降水量及四季降水量均没有明显变化趋势,虽然经历了2002年左右由少到多的变化,但并未出现明显突变,年降水量具有3年、5年的准周期,而年降水日数微弱减少,降水强度呈增加趋势;该区域气候变化的年际波动主要受到东亚季风、高原季风和南海季风的年际振荡及其相互作用的影响,而西风环流的作用并不明显,植被覆盖的恢复既是对2002年以来降水量增加的具体反应,同时也对于气候变暖趋势起到了一定的缓和作用。     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数(Aridity index,AI),然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明:1)1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2)1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3)整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4)中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

横断山区产水量时空分布格局及影响因素研究

运用InVEST模型产水模块开展横断山区1990-2015年产水的量化评估,并开展相应的时空特征及影响因素分析。结果表明：（1）空间分布上,横断山区产水量均表现为南高北低的空间格局,垂直方向上,产水能力随着海拔的增加呈减小趋势。（2）1990-2015年产水深度表现为先小幅增大后明显减小再小幅增大的波动变化趋势。（3）不同土地利用类型的平均产水能力差异较大。其中以建设用地产水能力最强,约为550~920 mm;林地、草地居中,分别为438~650 mm和412~580 mm;未利用地和水域产水能力最弱,分别为273~457 mm和56~237 mm。（4）产水量空间分布与海拔及草地比例呈现显著的负相关,与降水量及林地比例呈显著正相关;时间变化上产水量与降水量呈显著正相关关系。该研究有助于推进山区生态系统服务研究的发展,其结果可为横断山区流域水资源管理、维持区域可持续发展提供科学支撑。     

不同海拔对干热河谷土壤微生物量及活性的影响

以四川宁南县金沙江下游的河谷地带为研究区域,选择不同海拔下的土壤为研究对象,研究不同海拔下土壤微生物量及其活性的变异特征.结果表明,在干热河谷区,海拔对微生物量、基础呼吸强度、诱导呼吸强度(SIR)影响显著,且随着海拔高度的升高,上述指标呈显著线性增加.在海拔705~1005m处随着干热风影响的减少,微生物量及其活性逐渐增加,其后随着海拔的继续升高,干热风影响降低,微生物量及其活性总体趋于稳定.海拔1005~1400m可以作为是干热风影响的过渡区.微生物量、基础呼吸强度、SIR具有明显的干湿季变化且变化规律相似,其中干季微生物量及其活性显著低于湿季.干季代谢商(qCO2)随海拔先降低后升高并趋于稳定,湿季没有显著差异.干季和湿季土壤微生物量与理化属性具有较强的相关性,可以作为评价土壤肥力的指标.上述研究结果表明,在金沙江干热河谷区,干热风是影响土壤微生物量及其活性的主要因子之一,从生态恢复角度出发,应该尽可能的减少干热风和水分对土壤和植被的胁迫作用,促进该区域生态的可持续性发展.     

1960～2012年中国东南沿海地区降水变化特征及重涝灾害趋势判断

基于东南沿海地区46个气象站点逐年实测降水数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验法、Z指数法等气候诊断方法分析了1960~2012年东南沿海降水量时空变化特征,利用可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系等灾害时间对称性方法,对重涝灾害未来趋势进行判断。结果表明:1)1960~2012年东南沿海地区降水整体呈增加趋势,增加速率为1.91mm/a;2)在空间变化上,降水量高值区域,降水呈现下降趋势,而降水量低值区域,降水则呈现上升趋势;降水呈下降趋势的区域集中在降水高值区,由南向北降水呈下降趋势站点逐渐减少,区域洪涝灾害风险逐渐增大;3)东南沿海旱涝变化具有明显的年际变化趋势,主要表现为20世纪60~70年代整体偏旱,80~90年代涝灾逐年增多,2000年后旱涝灾害频发,形成"重旱-重涝并重"的格局;4)东南沿海地区重涝时间序列具有明显的时间对称结构,经可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系三种方法综合判断,2016年重涝信号较强,有可能发生较严重的涝灾,需要相关部门予以重视,完善区域自然灾害防御应急体系。     

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。     

西南地区夏季极端降水的水汽来源分析

西南地区地形复杂,极端降水极易形成山洪并引发地质灾害,1998年夏季西南降水达709.3 mm,超出平均降水约23.9%。经使用水汽追踪模型WAM2layers和ERA-Interim再分析资料等大数据追踪西南降水水汽来源,发现西南夏季降水主要有四个源区,分别是西南季风区、西风带区、本地和东南季风区,1998年夏季分别贡献了330.1 mm、110.0 mm、104.8 mm和65.6 mm水汽,约占所追踪降水的52.2%、17.4%、16.6%和10.4%。西南季风区作为最大源区,贡献了超过一半的降水水汽。增加的降水其水汽主要来自西南季风区、西风带区和本地,比平均分别多贡献80.1 mm、29.3 mm和27.1 mm,合占所增加降水的99.9%;其中又以西南季风区贡献占主导。进一步发现,1998年夏季太平洋副高向西南延伸,并在北孟加拉湾和我国南海形成两个高压中心异常,导致西南季风向我国西南地区的水汽输送异常强劲,从而造成西南地区降水异常增多。     

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。     

秦岭南北降水空间分异研究

为了探讨秦岭南北降水空间分异特征,本文以秦岭山脊线南北22个气象站点2011~2018年间的逐日降水量及全球资料同化系统风向数据为基础,借助协同克里金插值和混合单粒子拉格朗日积分扩散传输模型(HYSPLIT模型)的后向轨迹模式等方法,对秦岭山区降水进行了空间格局分析、水汽轨迹追踪及水汽源地贡献率计算。结果表明:(1)秦岭山区等降水量线南北空间变化格局反映了山地水汽阻隔效应,同时北麓年降水总量空间差异较小,而南麓年降水总量自西向东则有高-低-高的分布特征、空间变异较大;(2)秦岭山区水汽输送路径主要有三条:源自印度洋孟加拉湾的西南水汽、源自西太平洋的东南水汽、来自蒙古-西伯利亚的北方极地大陆水汽;(3)夏季的秦岭西部山地对西南水汽的阻隔作用效果大于东部山地作用于东南水汽,而秋季的印度洋水汽输送基本对山脉北麓降水没有显现影响,而西太平洋水汽的输送路径只是向东有所偏移。     

洞庭湖流域冬季降水的时空变化及与全球海温的关系

论文基于1961-2015年洞庭湖流域96个气象站点逐月降水数据和英国哈德莱中心月平均海表温度资料,利用EOF、Morlet小波和偏相关分析等方法,对洞庭湖流域冬季降水的时空变化和周期特征进行分析,并探讨影响流域冬季降水的关键海区及其关键时段。结果表明：在年际时间尺度上,洞庭湖流域冬季降水主要存在全区一致型、南北反向型和中部-南北部反向型3个模态,各模态分别具有12 a、16 a和7 a左右的长周期以及3 a左右的短周期。在与全球海温的关系方面,流域冬季降水与ENSO和南海海温均存在显著相关,平均而言,在ENSO处于暖位相或南海海温偏高时,流域冬季降水易偏多,反之,则流域冬季降水易偏少;但ENSO和南海海温对流域冬季降水的影响范围及其关键时段存在明显差异,其中ENSO的影响范围主要分布在流域南部,其在前期10月与流域冬季降水相关性最好,而南海海温的影响范围集中在流域东部,其在次年2月与流域冬季降水相关性达到最高。     

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。     

ENSO事件对珠江中下游地区降水氢氧同位素的影响

水汽源区变化与ENSO事件显著影响季风区水循环过程。基于珠江中下游地区4个GNIP站点（中国香港、广州、桂林、柳州）的降水同位素及OLR（向外长波辐射）数据,研究了ENSO背景下δ¹⁸O的时空分布特征及ENSO事件对降水中氢氧同位素特征的影响机制。结果表明：ENSO事件是影响稳定同位素年际差异的主要因素,通过影响雨季降水的年内分配而实现;正常年大气降水线方程的斜率与截距均大于厄尔尼诺年而小于拉尼娜年;拉尼娜年加强 δ¹⁸O的反温度效应,厄尔尼诺年减弱反温度效应;厄尔尼诺与拉尼娜年热带辐合带的变化规律呈现出相反的趋势,其OLR场的变化与研究区稳定同位素特征有着较强的对应关系;ENSO事件年不同的水汽源区相对湿度特征是造成d值年际差异的主要因素。     

1960—2013年北京旱涝变化特征及其影响因素分析

基于1960—2013年北京及其周边34个气象站点逐日降水数据,利用标准化降水指数(SPI),辅以小波分析、滑动平均和相关分析等气候诊断方法,论文分析了近54 a北京旱涝变化特征,探讨了城市化和大气环流异常与旱涝变化的关系。结果表明:1近54 a北京轻微旱涝事件呈减少趋势,极端旱涝事件逐渐增多;2在年代变化上,20世纪60—80年代SPI值呈稳定波动,80年代中后期SPI值呈下降趋势,涝灾逐渐减少,旱灾逐渐增多,1999—2008年形成10 a连旱的降水偏少期;3快速城市化对北京旱涝变化影响明显,但是并未改变旱涝宏观变化趋势;4 ENSO与北京旱涝变化关系存在不稳定性,El Nio事件并非严格对应旱灾,La Nia事件并非严格对应涝灾;副热带高压位置和东亚夏季风强弱与北京旱涝变化关系相对稳定。当副热带高压明显北移、东亚夏季风偏强时,北京多发生干旱;反之,则北京明显偏涝。     

1970-2015年汉江流域多尺度极端降水时空变化特征

基于汉江流域63个气象站点逐日降水数据,辅以超阈值抽样、极端降水集中度（EPCD）和集中期（EPCP）、Mann-Kendall趋势检验等分析方法,对1970-2015年汉江流域多尺度极端降水变化特征进行分析。结果表明：（1）在旬尺度上,汉江流域EPCD较高,呈现出“西高东低”空间特征;汉江EPCP多年均值为七月下旬,空间呈现出“东部早,西部迟”的分布特征,不同流域表现出不同的年代变化规律。（2）在月尺度上,汉江流域极端降水各月分布不均,主要集中在5-9月,同年10月至次年4月为极端降水少发期。（3）在季尺度上,汉江流域极端降水夏季占比50%以上,但近期全流域夏季极端降水比例下降,其中上游主要为春季占比增加,中下游为秋季占比增加,说明夏季是影响汉江极端降水非均匀变化的关键季节。（4）在影响因素上,当东亚季风和南亚II区季风偏强时,汉江流域夏季极端降水量整体减少;当东亚季风偏弱时,夏季极端降水增幅呈南北分异,而南亚II区季风偏弱时,极端降水增幅呈东西分异。