青海湖水量平衡各分量的计算及变化

利用青海湖流域1958～2007年气象、水文资料和大小型蒸发量对比观测资料,计算了青海湖月季年降水量、蒸发量、入湖地表(下)径流和水位高度变化序列,并应用气候诊断方法分析了这些要素的年代际变化规律及其特点。结果表明:1958年以来,青海湖湖面年降水量(蒸发量)、入湖的年地下径流(地表径流)呈缓慢增多(减少)的趋势,月平均最高水位,正好处在湖面降水量最大、水面蒸发量相对较小和入湖地表(下)径流总量偏大的时段之内。年水位高度变化呈明显的下降趋势,年水位高度的变化倾向率为每10a下降0.734m。在1960～2007年的48a中,水位持平和上升年份只有15a,占总年数的31.4%,而水位下降年数为33a,占总年数的68.8%。水面年蒸发量大于900mm(小于875mm)的17 a(22 a)中,有1.2a(12a)水面下降(上升),流域年降水量及径流明显偏多的当年和次年水位上升,反之则水位下降。如果将来的气候与近48a类似,水位每年平均下降6.79cm,水位还要持续下降83a,一直到2090年水量收支才能达到平衡,那时水位才不再下降。     

近50年中国干湿气候界线波动及其成因初探

文中在 10a际尺度上详细分析了中国干湿气候界线波动与气候的干湿变化 ,得出 :过去 5 0a中国干湿气候界线波动显著 ,区域差异大 ,呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征。 2 0世纪 6 0～ 70年代中国干湿气候存在一次突变 ,由较湿润变为干旱 ,但各地干旱程度不同。干湿气候界线波动与气候的干湿变化具有显著的年代际特征。在此基础上分析了气候界线波动的可能原因 ,中国干湿气候界线的波动与气候的干湿变化是西太平洋副热带高压强度位置导致的东南季风、孟加拉湾暖流所导致的西南季风以及高原季风、中纬度西风环流等综合作用的结果。中国各地区干湿位相变化不一致 ,区域差异大 ,是不同环流以及环流的不同强弱组合所致。东南季风、西南季风、高原季风、中纬度西风环流、西太平洋副热带高压的年代际变化是过去 5 0a中国干湿气候界线波动与气候干湿变化年代际变化的根本原因。 2 0世纪 6 0～ 70年代的干湿突变 ,是整个北半球大气环流异常的结果     

近42年来青海湖水位变化的影响因子及其趋势预测

近42a来青海湖水位的持续性下降,且其年内变化特征明显;年平均入湖流量、湖面年降水量和年蒸发量均呈现减少趋势,上世纪90年代以后减少明显;入湖流量、湖面蒸发量和降水量特别是其上年值对当年湖泊水位影响显著,据此建立的青海湖水位模型可对以上因子对水位的影响进行模拟和预测;未来10a青海湖水位仍以下降为主。     

青藏高原季风对我国西北干旱区气候的影响

基于ERA-Interim逐月再分析资料及同期高原和我国西北干旱区观测站温度与降水资料,分析高原季风与西北干旱区气候的关系,对比高原典型强弱季风年平均大尺度环流和水汽输送条件的差异,探讨高原强弱季风年西北干旱区气候差异形成的原因。研究结果表明:高原季风与我国西北干旱区气候相关关系显著;高原强弱季风年对应的大尺度环流和垂直环流系统存在明显差异;水汽条件和抬升条件好坏与降水量多寡配合得较好,即强高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件更有利于降水,而弱高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件偏差,对应降水量较常年同期偏少。     

青海湖水位变化对青藏高原气候变化的响应

利用1959-2008年青海湖流域刚察和天峻站的降水、气温、风速及布哈河流量、青海湖水位高度、青藏高原地面加热场强度距平指数和青藏高原季风指数等逐月资料,分析了气候变化对青海湖水位年际波动的影响。结果表明,冬季青藏高原地面加热场的加强有利于青藏高原冬季风的加强,春末夏初(5～6月)青藏高原地面加热场强度的增强有利于青藏高原夏季风的提前(5～6月)加强;冬、春季青海湖流域风速与布哈河流量是引起青海湖水位年际差变化的主要因子;夏、秋季,青海湖水位年际差受流域降水量、风速和流量的共同作用,随着流域降水增加、入湖流量的加大、风速减小,水位年际差呈上升趋势(水位下降速度减慢)。建立了青藏高原热力作用和气候变化的关系及其对青海湖水位下降趋缓(年际差增大)的概念模型。     

气候变化对环青海湖地区天然牧草影响研究

近47a来环青海湖地区的气候变化特征及其对环湖盆地草地生态环境的影响,分析表明：环青海湖地区年平均温度升高、年蒸发量减少比较显著,而降水量呈增加趋势,气候有向暖湿化过渡的趋势。随着气候变化,环湖盆地天然草地植被盖度,高度和产量变化明显。在全球气候变暖的背景下,环青海湖地区,随气温升高、降水增加牧草产量有所增加,     

青海湖夏秋季局地气候效应数值模拟研究

由于水陆热力性质差异,湖泊对局地天气气候具有显著影响,占中国湖泊总面积一半以上的高原湖泊对区域天气气候的影响不可忽视,但目前对高原湖泊局地气候效应的研究依然存在不足。本研究利用WRF-FLake动态耦合模式,设计了有湖与无湖两组实验,对高原最大湖泊青海湖的局地气候效应进行了整年的模拟研究。结果表明,耦合模式的模拟性能良好,青海湖在1-6月使得区域气温降低,而7-12月使得区域气温升高,且青海湖的存在降低了1-9月的日最高气温,增加了6-12月的日最低气温,使得气温日变化减小,白天青海湖为冷湖效应,而夜间青海湖为暖湖效应。2-6月青海湖轻微减少区域降水量,7-12月明显增加了区域降水量,且8月增加量最显著。青海湖对局地年降水量的贡献率在湖面上最大可达50%～60%,而在周边陆地为10%～30%,夏季青海湖增加的降水量最多,而秋季青海湖对总降水的贡献率最大,青海湖增加的降水在20:00(北京时,下同)至次日02:00最多,而14:00-20:00最少,夏季增加的对流性降水较多,秋季增加的对流性降水较少。白天青海湖的冷湖效应使湖面产生下沉辐散气流,抑制对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应减弱,而夜间青海湖的暖湖效应使湖面产生辐合上升气流,促进对流的发展和水汽的扩散,导致湖泊降水效应增强。     

8月中国低纬高原水汽输送过程及其与降水量极端异常的联系

利用1979—2010年ERA-Interim再分析资料、全球降水气候中心(Global Precipitation Climate Center,GPCC)的降水量资料和站点降水观测资料,通过引入水汽贡献率和水汽通过率,构建描述降水量对水汽源地蒸发量的敏感性指数等方法,揭示了8月流入低纬高原水汽的输送过程的气候特征,及其与8月低纬高原降水量极端异常的联系。结果表明:(1)8月流入低纬高原水汽的重要源地是中南半岛北部和华南一带的陆地区域,以及北部湾和孟加拉湾北部西南至东北的狭长海面。(2)8月流入低纬高原水汽的主要输送通道有两条:孟加拉湾上空狭长的西南季风;经17°N附近偏东季风在南海西北部110°E附近发生转向后的东南季风。那加丘陵和中南半岛北部的纵向岭谷明显阻挡了两支水汽输送通道。(3)8月流入低纬高原水汽主要受大气环流影响,受水汽源地蒸发量的直接影响有限。当流入低纬高原水汽异常偏多(少)时,使得可降水量偏多(少),最终导致降水量偏多(少)。     

1960-2009年石羊河流域气候变化特征

利用线性倾向率和Mann-Kendall非参数检验及克里金（Kriging）空间插值法,分析石羊河流域气温、降水量和蒸发量3个气候要素的年代际时空变化特征。结果表明：1960-2009年石羊河流域气温最小增速为0.25 ℃/10 a,高于中国及全球平均增速,且石羊河流域东部地区增温速度大于流域西部;20世纪60年代石羊河流域气温为降低趋势,其他年代流域大部地区均为增温趋势,且这种增温趋势是突变的。石羊河流域各年代及50 a平均降水量流域西部地区均比东部地区增加明显,近50 a石羊河流域降水量的变化趋势大多数未通过显著性检验,流域降水量的变化是由于降水的年际振荡造成的。近50 a石羊河流域大部地区的蒸发量呈先减少后增加的趋势,除民勤外,流域各地区蒸发量的减少或增加均存在突变。石羊河流域气温持续升高和蒸发量增加及二者的协同关系可能导致区域干旱的加剧。     

近47a来青海湖流域气候变化分析

选取青海湖流域内及临近7个气象站点,对各站1959～2005年的降水和气温数据采用泰森多边形法进行了计算,并运用Mann-Kendall方法对其变化趋势进行了分析,同时对流域近47 a的气候变化与青海湖水位变化做了相关分析。结果表明:①青海湖流域近47 a来降水存在明显的阶段性变化,20世纪60年代、80年代、90年代降水都呈上升的趋势,70年代为下降趋势;同时年、夏季降水有增加的趋势。②同时期气温存在显著的上升趋势,尤其是冬季增温显著,年变化倾向率达到0.53℃/10 a,1987～2000年与1961～1986年相比,平均气温增加了0.79℃,显著高于全国水平。③青海湖流域近47 a来春、夏、秋、冬陆面蒸发变化倾向率均为正值,夏季陆面蒸发增加趋势显著,年变化倾向率为4.17 mm/10 a。④流域降水量对湖水位的年变化、布哈河径流、沙柳河径流有着显著的影响;在9 a尺度上讲,未来5 a流域秋季降水处于上升阶段,湖水下降会有所减缓或者回升。     

近44年来我国西北地区干湿特征分析

利用我国西北地区1960—2003年131个测站降水和小型蒸发皿蒸发量资料, 综合考虑降水和蒸发这两个水分平衡最关键的分量构造了降水蒸发均一化干湿指数, 进而研究了西北地区干湿的时空演变特征。结果表明:一致性异常是西北地区近44年干湿特征的最主要空间分布模态; 西北地区干湿异常特征主要分为西风带气候区型, 高原气候区型和季风气候区型; 整个西北地区及其西风带气候区、高原气候区年干湿特征呈较为显著的变湿趋势, 大约在20世纪70年代中期均发生了由干向湿的突变, 而季风气候区表现为变干趋势, 并且在90年代前期发生了由湿向干的突变; 整个西北地区及各分区近44年来主要以年代际周期振荡为主。     

The Dynamic Plateau Monsoon Index and Its Association with General Circulation Anomalies

Based on monthly ECMWF reanalysis-Interim(ERA-Interim) reanalysis data,along with monthly precipitation and temperature data,the Dynamic Plateau Monsoon Index(DPMI) is defined.The results of a contrast analysis of the DPMI versus the Traditional Plateau Monsoon Index(TPMI) are described.The response of general circulation to northern Qinghai-Xizang Plateau summer monsoon anomalies and the correlation of the DPMI with general circulation anomalies are investigated.The results show that,the DPMI reflected meteorological elements better and depicted climate variation more accurately than the TPMI.In years when the plateau summer monsoon is strong,the low over the plateau and the trough near the eastern coast of Asia are deeper and higher than normal over South China.This correlation corresponds to two anomalous cyclones over the plateau and the eastern coast of Asia and an anomalous anticyclone in South China.The plateau and its adjacent regions are affected by anomalous southwesterly winds that transport more moisture to South China and cause more precipitation.The lower reaches of the Yangtze River appear to receive more precipitation by means of the strong westerly water vapor flow transported from the "large triangle affecting the region".In years when the plateau summer monsoon is weak,these are opposite.The plateau monsoon is closely related to the intensity and position of the South Asian high,and the existence of a teleconnection pattern in the mid-upper levels suggests a possible linkage of the East Asian monsoon and the Indian monsoon to the plateau summer monsoon.     

环青海湖地区夏半年极端降水时空特征及其对大气环流因子的响应

研究利用环青海湖地区8个气象站点1961—2018年逐日降水数据，分析了该地区夏半年降水量和极端降水指标的时空演变和大气环流特征，为准确理解水资源变化提供了重要的研究基础。结果表明：近60年环青海湖地区夏半年降水量呈显著增加趋势；极端降水事件各项指标（夏半年极端降水量、夏半年极端降水日数、夏半年极端降水强度、夏半年1日最大极端降水量、夏半年极端降水事件频率）呈上升趋势，尤其2005年以来各项极端降水指标上升趋势特别明显。21世纪初期是环青海湖地区的降水突变期，夏半年降水量和极端降水事件多项指标均在这一时期发生了突变。通过对极端降水指标与环流变化的关系研究发现，南极涛动指数(AAO)、西太平洋副高强度指数(WPSH)与极端降水指标显著正相关。在2006年前后南极涛动指数(AAO)和西太平洋副高指数(WPSH)发生比较明显的转折性变化，最终导致环青海湖地区夏半年极端降水各项指标在2006前后出现比较明显的突变。环青海湖地区夏半年降水量和极端降水量均存在6年的短周期和16年左右的长周期。环青海湖地区夏半年极端降水量和半年极端降水日数的均表现为西部较东部显著的空间变化特征。     

呼伦湖湿地消长对气象水文因子变化的响应

利用1961—2005年呼伦湖湿地的气象及水文资料,基于灰色关联度分析、Mann-Kendall检验及小波分析、回归统计等方法,分析了湿地消长对气象水文因子变化的响应特征。结果表明:年与夏季气候在湿地消长中起主导作用。区域年降水量每增加10 mm,年降水量的直接作用是使湿地水域面积和水位深度分别增加2.6 km2和1.6 cm;年径流量每增加1×108 m3,湿地水域面积和水位深度分别增加4.8 km2和3.0 cm。45年来,湿地消长对影响因子连续变化过程的响应特征具有一致性,特别在20世纪90年代后响应更显著,湿地萎缩加快;气温与降水量变化在湿地水域面积、水位深度消长中的贡献率分别为33.1%与66.9%,22.5%与77.5%,降水量变化起主导作用。湿地消长对影响因子的多时间尺度周期性具有很好的响应。在27年的年代际尺度主周期与11~16年次周期、2~10年年际尺度准周期的叠加作用下,45年来,湿地消长出现了2次减少、1次增加的周期过程,并呈现短周期波动特征。     

大规模城镇化对黄淮海地区气候及水资源影响的数值试验

黄淮海地区是我国传统的农耕区,也是经济快速发展、城镇化进程快速推进的区域之一,使得该地区植被覆盖发生了明显变化。为研究城镇化对气候与水资源的影响,应用RegCM3区域气候模式,通过控制试验和敏感性试验,在保证积分时间（2001-2005年）的情况下,输出降水、蒸发、温度、湿度、土壤水分、径流、整层水汽含量等资料,利用敏感性试验和控制试验输出量的差值,来分析黄淮海地区城镇化对气候和水资源要素的影响情况。结果表明,城镇化对研究地区气候及水资源造成的影响主要表现在使局地风场减弱、降水减少、地面气温增加、空气湿度减小、水资源总量减少、土壤含水量减少和地表径流增加等方面,从而对气候和水资源造成影响。     

青海地表水资源的变化及影响因子

通过分析近３８年青海省主要河流径流量及其流域降水、气温的变化趋势,着重研究了干旱气候对青海地表水资源的影响。结果表明,内陆河多为高山冰雪融水和雨水混合补给型河流,外流河多为以雨水补给为主的河流;青海地表水资源呈减少趋势,其减少趋势进入９０年代后尤为明显;气温和降水是影响青海地表水资源的主要气候因子,其中气温升高加剧了流域蒸发量的增大和干旱影响,减少了地表径流量;而９０年代以来降水量的减少特别是汛期降水量的减少直接影响到径流量的减少。     

干旱气候对青海地表水资源影响的研究

通过分析近38年青海省主要河流径流量及其流域降水、气温的变化趋势,研究了干旱气候对青海地表水资源的影响。结果表明,内陆河多为高山冰雪融水和雨水混合补给型河流,外流河多为以雨水补给为主的河流;青海地表水资源呈减少趋势,其减少趋势进入90年代后尤为明显;气温和降水是影响青海地表水资源的主要气候因子,其中气温升高加剧了流域蒸发量的增大和干旱影响,减少了地表径流量;而90年代以来降水量的减少特别是汛期降水量的减少直接影响到径流量的减少。     

Fluctuations of the Semi-Arid Zone in China, and Consequences for Society

Herein, we calculate an aridity index, D, based on annual precipitation, P, and measured evaporation, PET, from φ20 evaporation pans: D = P/PET. The data were collected between 1951 and 1999 at 295 meteorological stations operated by the Chinese Meteorological Administration. On the basis of the index, three climatic regions are recognized in China: an arid zone in which D ≤ 0.20, a semi-arid zone with 0.20 < D ≤ 0.50, and a humid zone in which D > 0.50. Temporal fluctuations of the climate boundaries are substantial, and differ significantly regionally, and have the shifting features in the same direction in some areas and in opposite directions in others over the past 50 years. The semiarid zone lies along the border of the monsoon, and is thus highly susceptible to environmental change in China. In the period from the late 1960s to the early 1970s, the climate became drier in most parts of the regions of northern China. Moreover, the drought has an increasing trend. The fluctuations of climatic boundaries and the alternation from drier to wetter climate have substantial inter-decadal features. The main factors affecting the fluctuations in climate boundaries are the East Asian summer monsoon, the Indian Monsoon, the plateau monsoon in Tibetan Plateau, the westerly circulation, and the West Pacific Subtropical High. The different types of circulation and the strength of these circulations result in regional and temporal differences in aridity. Inter-decadal variations of the dry- and wet climate boundary fluctuations and of the arid and humid climate result from the inter-decadal changes of East Asian summer monsoon, Indian Monsoon, plateau monsoon, westerly circulation, and West Pacific Subtropical High. The anomalous general atmospheric circulation in the Northern Hemisphere during the late 1960s to the early 1970s is the cause of the remarkable change in arid and humid climate in China. Major natural disasters produced by arid and humid change are drought and flood disasters. They cause enormous economic losses to agriculture and industry. Furthermore, the loss has a substantial increasing trend. More than 110 cities are in severe water-deficiency conditions because of shortage of water resource in China. Drought has been a limiting factor of economic and social development in China.