中国生态脆弱区高温热浪和干旱历史变化特征分析北大核心CSCD

高温热浪和干旱是影响陆地生态系统最主要的极端天气气候事件。已有关于中国高温热浪和干旱历史变化的定量研究主要针对全国范围、地理分区或单一区域,对于我国生态脆弱区相关极端事件的历史变化特征尚不清楚。本文利用中国CN05.1格点化观测数据集中的日最高气温观测资料和全球逐月标准化降水蒸发指数格点数据,分析了中国典型生态脆弱区1980~2014年发生的高温热浪和干旱的时空变化特征。结果表明:1980~2014年中国生态脆弱区的年高温日数和热浪次数整体呈增加趋势,两者变化趋势的空间分布类似。在空间分布上,高温热浪显著增加的区域主要位于北方生态脆弱区的中部和西部以及南方生态脆弱区的东部。其中,高温热浪增长显著的面积比率在西南岩溶山地石漠化脆弱区最高,在南方农牧脆弱区最低。区域平均来看,除南方农牧脆弱区较少发生高温热浪外,各脆弱区高温日数和热浪次数均呈现增加趋势,且除北方农牧林草区外,其余脆弱区增加趋势显著。北方生态脆弱区高温和热浪的发生频率和年际变化在20世纪90年代中期起均迅速增加。此外,中国生态脆弱区东部多呈现变干趋势且中等和极端干旱发生月数增多,其余地区则多变湿且极端干旱发生月数减少;区域平均来看,除西南岩溶山地石漠化脆弱区区域平均的干旱发生月数呈现显著增加趋势以外,其他区域的干湿和干旱发生月数的变化趋势小且不显著。     

1953-2018年惠阳高温变化特征分析

基于惠阳国家气象观测站1953—2018年逐日的日平均气温和日最高气温观测资料,采用线性回归、Mann-Kendall突变检验、相关性分析等统计方法,分析了惠阳高温天气特征及其年代际变化特征。结果表明:1953—2018年惠阳年平均气温呈显著上升趋势(0.017℃/年),年平均气温在1995年发生升温的突变;高温天气出现在5—10月,以7—8月最多;1953—2018年惠阳年平均高温日数为13.8 d,高温日数气候倾向率为0.28 d/年,上升趋势明显,暖期年平均高温日数比冷期年显著增多131%,高温热浪频次则增加160.7%,同时高温热浪强度也呈现显著增长趋势,特别是中度以上高温热浪过程明显增多。     

华北-华东地区高温热浪与土壤湿度的关系研究

利用观测站点的日最高气温、土壤湿度旬观测资料以及土壤湿度再分析资料等,分析了华北-华东地区高温热浪次数的时空变化特征及其与土壤湿度的关系。结果表明:1960s以及1990-2010年为高温热浪次数的高值期,1970s-1980s为低值期。利用旋转经验正交函数分解得到土壤湿度的3个气候分区,分区内前期(3-5月)和同期(6-7月)的土壤湿度与6、7月份高温热浪次数基本呈负相关关系,并且同期相关性更显著。在华北-华东北部与中部,5月下旬土壤湿度与6月高温热浪次数、6月上、中旬平均土壤湿度与6月高温热浪次数、7月平均土壤湿度与7月高温热浪次数的相关性均显著。     

1961～2014年鲁西南高温日数及高温热浪时空变化特征

选取1961~2014年鲁西南9个地面气象观测站最高气温资料,统计分析了鲁西南地区高温日数、高温热浪频次分布特征及变化规律。结果表明:1961~2014年鲁西南地区年平均高温日数在10.3~14.1d之间,呈现出自西南向东北逐渐减少的空间分布特征。近54a鲁西南高温日数呈先减后增总体微弱减少的趋势,1960年代和2001~2014年是鲁西南地区平均高温日数最多的两个时段。鲁西南单站高温热浪频次在62~93次之间,也呈现自西南向东北减少的空间分布特征,轻度、中度和重度热浪空间分布特征不尽相同。鲁西南地区以轻度热浪为主,占总次数的73.91%,中度热浪占21.60%,重度热浪仅占4.49%。重度热浪发生次数最多的为曹县。1990年代以来特别是21世纪以来,高温日数和高温热浪均呈增加趋势,高温事件的防范仍应是鲁西南地区防灾减灾工作的一项重要任务。     

华北地区小时极端降水的非稳态研究

本文以华北五省为研究区，基于1960—2014年小时降水数据建立1、2、3、6、12和24 h极端降水序列，对比分析稳态和非稳态假设下极端降水重现期估计的差异。研究表明：1960―2014年华北不同时间极端降水的变化趋势略有不同，时间越短呈上升趋势的站点越多，1~3 h的极端降水呈上升趋势的站点较多，稳态和非稳态假设下的20~100 a一遇重现期平均差异较大，其中，1 h极端降水的显著上升站点中，二者的平均相对误差达30%~43%；而6~24 h极端降水中，呈下降趋势的站点增多，其中，24 h极端降水显著下降站点中，二者的平均相对误差达-43%~-32%；无显著趋势站点，二者的平均相对误差大部分介于-10%~10%。随着重现期增大，二者差异的不确定性区间增大，不同变化趋势站点表现一致。研究发现，华北地区短历时极端降水强度增加，稳态假设下极端降水的重现期会严重低估。因此，选用非稳态假设估计极端降水的重现期，将降低极端降水的灾害风险。     

1961—2010年我国夏季高温热浪的时空变化特征

利用全国753个站1961—2010年夏季逐日最高气温资料和基于死亡率明显增加而制定的高温热浪指标的已有研究成果,统计分析了我国高温热浪频次、日数和强度的时空分布特征。结果表明:我国的高温热浪频次、日数、强度高值区基本相同,均在江淮、江南大部和四川盆地东部等地,其中江西北部、浙江北部高温热浪频次最高,高温日数最多;浙江北部高温强度尤为突出。近50年来我国夏季高温热浪的频次、日数和强度总体呈增多、增强趋势,但也呈现明显的阶段性变化特征,20世纪60—80年代前期高温热浪频次和强度呈减少(弱)趋势,80年代后期以来,高温热浪频次和强度呈增多(强)趋势。区域变化特征明显,华北北部和西部、西北中北部、华南中部、长江三角洲及四川盆地南部呈显著增多(强)趋势;而黄淮西部、江汉地区呈显著减少趋势。自20世纪90年代以来,我国高温热浪的范围明显增大。     

2013年夏季我国南方区域性高温天气的极端性分析

提利用1960-2013年我国南方10省（市）733个站点的日最高、最低气温和日平均气温资料,对2013年夏季我国南方高温天气的极端性进行了系统的分析。分析结果显示：2013年夏季我国南方高温天气具有显著的群发性特征,覆盖了长江中下游以及重庆等八个省、两个直辖市;也具有以高温天气过程重现构成的持续性特征,主要经历了4次高温天气过程,其中,7月22日至8月21日的第三次高温天气过程,强度最强、范围最广。重点围绕区域性高温在历史上的极端性做进一步分析,结果表明：所研究高温区域的夏季平均气温、平均最高气温、平均最低气温均破历史纪录,为近50年新高;平均高温日数和强度也超过了历年平均高温日数和强度的极值,属历史罕见;高温日数和高温强度的高值区域范围比历年向北扩展,且高值中心值超过历史最高纪录,极端性突出;2013年极端高温事件的发生次数突破了历史纪录,其中8月的极端高温事件十分突出。     

1961—2014年中国高温热浪变化特征分析

基于全国1961—2014年716个站点的日最高气温资料和高温阈值与热浪HWMI （Heat-Wave Magnitude Index）指数的新定义,分析了全国高温热浪的高温日、热浪频次、HWMI指数的时空变化特征。结果表明：高温日开始早（晚）的地区结束相对较晚（早）。高温日数突变集中于1990s末至本世纪初期。研究时段内,全国性的严重高温热浪事件从7月上旬持续至9月上旬,各旬热浪频次差异较大;云南地区热浪频发于5月,其他月份热浪少见。除淮河流域热浪年频次呈减小趋势,全国其余地区呈现增加趋势,其中两广、云南和海南地区增加趋势最大。热浪指数从1960s—1980s递减,1990s后递增,且1998年后全国高强度热浪频发,特别是长江以南地区。     

不同类型冷却屋顶方案对城市群热环境的缓解效果

利用耦合单层城市冠层模型的中尺度数值模式WRF/UCM,选取8组不同反照率和绿化比例的屋顶冷却方案进行敏感性试验,模拟研究不同冷却屋顶方案对长三角城市群2013年夏季城市热环境的影响,并分析其影响机制。结果表明：不同冷却屋顶方案对城市群热环境的缓解效果与屋顶参数之间呈很强的线性关系。高温热浪天气下,HR4（反照率为1.0）和GR4（屋顶绿化率为100%）方案的制冷度日数分别降低了14.7%和10.9%,节约的能源比普通夏日更多。同时,高温热浪天气会增强热岛强度,高反照率屋顶方案在白天对热岛起到更有效的缓解,热浪天气下日平均热岛强度最大可降低1.36℃。相同方案下,在高温热浪天气下的缓解效果均胜于普通夏日,平均而言,高反照率屋顶和屋顶绿化的降温效果分别增大38.5%和34.9%,增湿效果分别增大29.5%和21.9%,这主要是由于在高温热浪天气下,高反照率屋顶方案能够减少更多的净辐射通量,屋顶绿化方案能够释放更多的潜热通量。此外,城市格点密集区域的降温效果优于分散的城市区域,处于城市群中的常州区域较单独的杭州区域的降温幅度平均高32%。     

1961-2020年西北地区夏季降水趋势变化特征

采用近60年西北地区364站逐日降水观测数据,从降水量和降水日的角度对比研究了西北地区夏季降水趋势时空变化特征。结果表明：平均而言,西北地区夏季降水量占全年总降水量的50-70%。整体上西北地区降水量呈现显著增多的线性趋势,但并非全区一致性增多。降水量增多（减少）的站数约占区域内总站数的57%（43%）,降水日数呈现增多（减少）的站数约占总站数的43%（57%）。两者同时增加的站点主要位于南疆盆地、北疆西部及青海中部和北部等地,两者同时减少的站点主要位于甘肃东南部、宁夏、陕西中部偏东等地,而两者反相变化的站点主要位于新疆北疆地区、青海省西南部边缘地区和陕西南部。近60年西北地区极端降水量和降水日数也呈现出线性增加的趋势。西北地区各个区域降水量和降水日数除年际变化外,还存在年代际变化特征,但不同区域变化位相存在一定差异。     

1960~2011年中国日降水集中程度的时空变化特征

利用1960~2011 年的日降水资料,计算降水集中指数（Concentration Index,CI）,分析中国区域降水集中程度的空间分布及时间变化特征,得到以下主要结论：CI 指数可有效描述我国日降水集中程度;我国CI 指数介于0.575 与0.750 之间,平均为0.652,总体呈现出东部大、西部小,夏季大、冬季小的特征;44.17%站点的CI 指数表现出增加趋势,55.83%的站点表现出减少趋势,其中10.36%站点的变化趋势通过95%信度水平的显著性检验,CI 指数显著增大的站点主要分布在西北、华中和西南地区,显著减小的站点主要分布在东北、华北、东南沿海及青藏高原东部等地区;3~5 年是各子区域CI 指数变化的主要周期,与对应区域降水量的变化周期较一致;1970 年左右和2000 年左右是显著周期性变化出现较集中的时间段。     

Trend of climate variability in China during the past decades

Trends in precipitation and mean air temperature in China are estimated, and trend analysis on statistical moments of residuals is further used to investigate climate variability at different timescales. Trends of statistical moments for residuals (i.e. detrended series of climate records) are estimated by using least-square method and Mann?CKendall test. Results show that upward trend is detected in annual mean air temperature but no linear trend for annual precipitation in China. Weak trend is found for variability of precipitation while no trend is found for that of air temperature for China as a whole. But some regional features of climate variability are observed. It is found that the northwest of China shows a significant increasing for precipitation variability, which is consistent with previous work, especially for monthly precipitation. No change is detected in monthly mean air temperature for all stations, while small decreasing and increasing trends are detected for variability of annual mean air temperature in northeast of China and southwest of China, respectively.     

1960—2010年中国南方地区夏季旱涝时空分布特征

基于1960—2010年中国南方地区51 a降水资料,进行Z指数变换,再利用降水距平场作REOF分区,并分别对各区域代表站点Z指数序列作线性趋势分析和M-K分析及Morlet小波分析。结果表明：中国南方5个分区岳阳站、广州站、丽水站、信阳站和巢湖站5个典型站点的年际及年代际波动幅度都比较明显,但均呈由干变湿的趋势。且5个站点分别在1973、1993、1992、2002年和1979年发生突变,突变后UF一直呈上升趋势,总体均由干变湿5,个分区旱涝异常具有相对一致的性质。中国南方地区夏季降水具有多时间尺度振荡的特点,存在2—3 a和5—6 a的周期。     

1955-2005年中国极端气温的变化

利用1955-2005年中国234站逐日最高、最低气温资料,通过计算趋势系数等,研究了中国年、季极端气温变化趋势的时空特征。结果表明：空间分布上,我国年和四季的极端低温均表现出稳定的增温趋势;年、春季和夏季极端高温在黄河下游地区出现了较明显的降温趋势,而在华南地区增温趋势较显著;时间演变上,无论年还是四季,极端低温的增温幅度明显大于极端高温的增幅;极端气温在四季均有增温趋势,尤其以冬季的升温最明显;年极端高温和低温的年代际变化基本一致。     

Snowfall trends and variability in Qinghai, China

Snow is an important component of a climate system, and very sensitive to climate change, and it can be an indicator of checking and monitoring global change. This paper is concerned with identifying changes in the time series of snowfall in Qinghai, located in western China. We used the Mann-Kendall test to evaluate the annual and monthly trends in snowfall in Qinghai during the periods 1957/58–2006/07 based on data obtained from 25 stations. Significant positive and negative trends at the 90, 95, and 99 percent confidence levels were detected for numerous stations. In order to understand the regional pattern of snowfall in Qinghai, the detected trends are spatially interpolated using the inverse distance weighted interpolation method in a GIS environment. The results indicate that in January snowfall in the most area of Qinghai shows a significant upward trend, especially in the Delingha and Nomhon area in northern Qaidam Basin, as well as southeastern Qinghai, however, there is no significant downward trend area. The trend analysis indicates that annual snowfall has a significant upward trend in Delingha and Nomhon area in northern Qaidam Basin, and the downward trends occurred in the Qilian mountain area and Gonghe Basin. This is especially the case for highlighting the spatial structure of snowfall trends. The research results help in further understanding the regional pattern of snowfall in Qinghai and its response to global climatic warming.     

Shift changes and monotonic trends in autocorrelated temperature series over Iran

Temperature data from 29 synoptic stations in Iran for a period of 40?years (1966–2005) were analyzed to test for the existence of monotonic trends and shift changes in the annual, seasonal, and monthly mean air temperature series using the Mann–Kendall and Mann–Whitney tests. The influences of significant lag-1 serial correlation were eliminated from data by the trend-free pre-whitening method prior to the trend analysis. The magnitude of the temperature trends was derived from the Theil–Sen’s slope estimator. It was found that annual mean air temperature increased at 25 out of the 29 stations, of which 17 stations showed significant monotonic trends. The magnitude of the annual mean air temperature trends averagely was (+)0.224°C per decade. Most of the stations with the significant positive monotonic trends had a significant upward shift change. The analysis indicated that the change point year of the significant upward shift changes was 1972 for the whole stations except the coastal ones. Moreover, the strongest monotonic increasing trends and upward shift changes were observed in summer especially in August and September. The spatial analysis of the mean air temperature trends revealed the highest numbers of significant monotonic trends in the big cities of Iran. These findings provide more insights for better understanding of regional temperature behavior in the study area.     

华南暴雨的气候特征及变化

利用华南110个测站1961—2008年逐日降水资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验、小波分析、计算趋势系数等统计诊断方法,分析了华南年和前、后汛期的暴雨日数、强度、贡献率等的气候特征及变化。结果表明,近48年来,华南年平均暴雨日数的地理分布总体上呈由沿海向内陆递减的趋势,最多中心在广西东兴（14.9d）,最少中心在广西隆林（3.2 d）。华南的暴雨72%发生在汛期,其中前汛期占45%,后汛期占27%。华南平均年和前、后汛期暴雨日数呈微弱上升趋势,但不明显。年和前、后汛期暴雨日数具有明显的年际、年代际变化特征。华南平均年和前汛期的暴雨强度有微弱增加趋势,特别是2005年以来升幅明显,而后汛期暴雨强度有不明显减少趋势。华南年暴雨贡献率增加明显,而前、后汛期暴雨贡献率增加并不明显。小波分析表明：2000年以来,华南年、前、后汛期暴雨日数具有2～3 a和3～4 a准周期振荡。     

Spatiotemporal variations in rainfall erosivity during the period of 1960–2011 in Guangdong Province,southern China

Rainfall erosivity, which shows a potential risk of soil loss caused by water erosion, is an important factor in soil erosion process. In consideration of the critical condition of soil erosion induced by rainfall in Guangdong Province of southern China, this study analyzed the spatial and temporal variations in rainfall erosivity based on daily rainfall data observed at 25 meteorological stations during the period of 1960–2011. The methods of global spatial autocorrelation, kriging interpolation, Mann–Kendall test, and continuous wavelet transform were used. Results revealed that the annual rainfall erosivity in Guangdong Province, which spatially varied with the maximum level observed in June, was classified as high erosivity with two peaks that occur in spring and summer. In the direction of south–north, mean annual rainfall erosivity, which showed significant relationships with mean annual rainfall and latitude, gradually decreased with the high values mainly distributed in the coastal area and the low values mainly occurring in the lowlands of northwestern Guangdong. Meanwhile, a significant positive spatial autocorrelation which implied a clustered pattern was observed for annual rainfall erosivity. The spatial distribution of seasonal rainfall erosivity exhibited clustering tendencies, except spring erosivity with Moran’s I and Z values of 0.1 and 1.04, respectively. The spatial distribution of monthly rainfall erosivity presented clustered patterns in January–March and July–October as well as random patterns in the remaining months. The temporal trend of mean rainfall erosivity in Guangdong Province showed no statistically significant trend at the annual, seasonal, and monthly scales. However, at each station, 1 out of 25 stations exhibited a statistically significant trend at the annual scale; 4 stations located around the Pearl River Delta presented significant trends in summer at the seasonal scale; significant trends were observed in March (increasing trends at 3 stations), June (increasing trends at 4 stations located in the Beijiang River Basin), and October (decreasing trends at 4 stations) at the monthly scale. In accordance with the mean annual rainfall over Guangdong Province, the mean annual rainfall erosivity showed two significant periodicities of 3–6 and 10–12 years at a confidence level of 95 %. In conclusion, the results of this study provide insights into the spatiotemporal variation in rainfall erosivity in Guangdong Province and support for agrolandscape planning and water and soil conservation efforts in this region.     

1979~2015年青藏高原低涡降水特征分析

为了研究青藏高原低涡降水长期特征,利用1979~2015年高原低涡数据集、依照高原低涡降水范围,匹配高原各站逐日降水信息,对高原低涡降水特征进行统计分析。结果表明,青藏高原低涡降水量呈上升趋势,大值中心位于西藏那曲地区,呈向东南凸出递减分布,并以夏季低涡降水为主,全年和夏季高原低涡降水量与总降水量均存在明显的正相关关系。安多站高原低涡降水呈下降趋势,但对年降水的平均贡献率高达三成;那曲站与托托河站高原低涡降水在总体上却呈上升趋势,递增率分别为0.2 mm/a和0.7 mm/a,其中那曲低涡频数与低涡降水强度的正相关系数达0.66,而托托河低涡降水占总降水的百分比却呈下降趋势。高原低涡日降水量等级主要以小雨为主,但中雨却是低涡降水量的主要贡献者。趋势分析发现高原低涡降水递增中心位于青海北部,递增率达到0.9 mm/a,次中心在西藏西南部雅鲁藏布江沿线地区;同时,高原低涡引发小雨降水基本呈全区一致增加趋势,中心位于西藏东北部和青海西南部地区;中雨降水上升趋势主要集中在西藏西南部、青海地区以及四川西部,其中青海南部存在较为明显上升中心区,下降趋势主要分布在西藏北部和东部。