天山地区夏季极端降水特征及气候变化

基于1961—2007年天山地区32站的逐日降水资料,分析了夏季天山地区极端降水事件的气候分布和时间变化特征.结果表明:夏季天山地区的极端降水量、极端降水日和极端降水比分布存在明显的区域差异.局地极端降水频繁,平均3～4d就有1次发生,大范围极端降水较少发生.连续性极端降水以1d为主.极端降水量在天山南北坡均随地形增加而增多,地形高度对降水的影响,北坡要大于南坡.在相同高度范围内,北坡极端降水量基本均大于南坡.天山地区的极端降水事件呈增多趋势,在1970年代中后期至1980年代中前期,极端降水事件为低值期,而1990年代是高值期.     

天山天格尔山南北坡降水特征研究

对新疆天山天格尔山南北坡乌拉斯台河和乌鲁木齐河流域及其山前平原不同高度气象(水文)站近40a降水实测资料的统计分析,研究天山天格尔山南北坡不同坡向及高度的降水特征.结果表明:山区降水远大于山前平原,南北坡降水均呈现为增加趋势,冬季和夏季降水的增加趋势明显;山前平原区降水的年际变化幅度大于山区;冬、春季降水变率大于夏、秋季,南坡降水变率远大于北坡,冬、春季表现地尤为突出.年际降水的减少趋势出现在乌鲁木齐河流域中山峡谷地带的英雄桥水文站,其春季3月份的降水量减少趋势非常显著;乌鲁木齐河源大西沟气象站4～5月和6～8月月降水呈明显的反相关变化.     

基于AVHRR/NOAA影像的天山北坡近10a植被变化

提出一套基于遥感和GIS技术的干旱区植被变化和生态环境质量初步评价的研究方法,在天山北坡及其典型区域三工河流域应用取得满意结果.研究表明:1)1992—1998年天山北坡植被覆盖度和生物量持续增加,与同期温度和降水变化趋势一致,从植被角度响应了天山北坡气候向暖湿发展的态势.2)1987—1998年三工河流域从前山带到北部沙漠区植被覆盖度和生物量显著增加,尤其是绿洲外围的北部沙漠区和荒漠过渡带;从增加的幅度看,平原区增幅明显大于山区,后期大于前期;植被指数与6～7a温度、降水的均值呈现出明显的正相关,和6～7a蒸发潜力的均值表现出负相关,三工河流域植被变化显著地响应了6～7a时间尺度的气候变化.     

天山北坡三工河流域暴雨洪水及其对自然环境的影响

天山北坡的三工河孕育着新疆著名风景区天山"天池", 当来自西方路径的水汽在沿天山东移过程中遇"博峰"西北侧迎风坡阻挡, 使气流强迫抬升, 并通过山口气流绕流效应、山谷峡管效应、气流爬坡上升运动等造成的水汽垂直输送, 在天山南北坡形成暴雨, 三工河上游是暴雨活动中心频繁的地区.观测了天池上游96.7暴雨洪水, 调查了天池下游三工河05.8特大暴雨洪水的过程. 近百年来三工河曾在1915年、 1946年、 2003年和2005年发生过4次较大洪水;其中2005年洪水是1946年以来第1位的洪水, 洪水重现期定为61 a一遇. 三工河流域属于冰雪融水、降水补给为主的河流, 自20世纪80年代中后期以来, 年均气温呈上升趋势,降水则表现为明显增大的趋势, 洪旱灾害的发生频率加大. 这些气候和环境变化导致上游山区水土流失加剧, 暴雨洪水及洪旱灾害交替发生, 引起该区域水文环境、地表径流、流域水资源功能的恶性循环, 进而引发暴雨洪水灾害对风景区自然生态环境造成破坏并产生深远影响.     

天山中段树木生长对气候垂直梯度的响应*

文章通过天山中段垂直梯度上多个台站的气候资料,系统分析了不同海拔高度气候变化的时空差异性,以此作为与轮宽资料进行相关分析的基础。进一步利用气候条件较为一致的天山中段鹿角湾、乌鲁木齐河源山区和天池等地森林上限附近树木年轮宽度变化资料,结合前人在这一地区森林内部和森林下限所做的研究,探讨了天山中段树木生长对气候垂直梯度的响应。结果表明,天山山区最大降水高度有明显的季节变化,从而导致气候因子对树木生长影响的复杂性。除了海拔最高的采样点天池(TC)外,其他采样点均与上年8~9月降水总量正相关,与上年7~8月平均温度负相关,与当年4~5月降水总量正相关。而在海拔最高、高山林线附近的采样点与当年2月均温显著正相关,与当年5月气温显著负相关。可以认为,在研究区树木生长主要受到上年7~8月由高温引起的干旱和当年4~5月由降水不足导致的干旱的影响。在接近气候林线处,低温的限制作用才表现出来。     

基于2001—2015年遥感数据的天山山区雪线监测及分析

基于2001—2015年MOD10A1/MYD10A1、MOD13Q1以及相关气象数据,采用积雪持续时间比率法,监测了天山山区的季节雪线高程,分析了其变化特征及影响因子。结果表明:①近15年天山山区雪线整体呈显著上升趋势,平均高程3 680 m左右,其中,北坡、伊犁河谷、南坡季节雪线的稳定性依次减弱,平均高程分别为3 620 m、3 390 m及3 820 m;空间上雪线高程呈现南高北低、东高西低的纬度地带性分布特点。②年际尺度上,气温是影响天山山区雪线高程的主控因素,呈显著正相关,南北坡与之相同,但伊犁河谷则降水是影响其变化的主控因素,呈显著负相关;季节尺度上,夏季气温、冬季降水是影响雪线高程的主控因素,降水与其呈负相关,但气温较高的地区,夏秋季降水会促进积雪融化,使雪线高程上升;月尺度上,7月气温、1月降水对其影响最明显,且存在一定的滞后反应。③天山山区雪线高程比零度层低800 m左右,两者呈较好正相关;雪线高程与NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）呈负相关,植被覆盖较好区域,同年NDVI与雪线高程相关性较好,植被覆盖较差区域,前一年NDVI与其相关性较好。     

气候因子影响天山北坡植被指数时空分布研究

利用2000—2004年逐月的MODIS归一化植被指数(NDVI)数字影像，计算了天山北坡NDVI动态变化与气温、降水变化的相关关系。在此基础上，分析了NDVI变化的区域分布规律，探讨气温、降水对NDVI动态变化的驱动作用，研究了NDVI变化的气候因子驱动的区域分布规律，并据此对天山北坡植被NDVI变化的气候因子驱动进行了分区。结果表明，研究区的植被状况主要受气温和降水的复合影响，气温主导影响区域主要分布在天山中高覆盖度林区和绿洲农区过渡带以及NDVI≤0.25的荒漠区区域内。      

2002年前后博斯腾湖水位变化及其对中亚气候变化的响应

通过对湖泊补给水量的分析,博斯腾湖2002年前后水位由高向低的转折变化是由开都河径流变化造成的.对2002年前后天山南北其它主要湖泊的水位和河流径流变化作了比较分析结论.由于山区河源径流补给组成不同,表现出在同一中亚气候背景下,即2002年前后该地区气温降低而降水东西各有差异,使得天山西段受降水补给为主的河流,2002年后径流仍有增加,具体反映在伊塞克湖、巴尔喀什湖等水位持续上升和托什干河等径流的偏丰;而天山东部的开都河,受降水减少和气温降低对冰川变化的双重影响,2003年以来径流明显减少,导致博斯腾湖的水位持续下降.     

珠江流域降水干湿时空特征及气候因子影响研究

利用模糊C-均值聚类算法、皮尔逊相关和滑动相关分析等方法,对珠江流域做了气候一致性分析,在此基础上,研究了珠江流域不同分区年降水和干湿季降水变化的时空特征,分析了区域干湿变化与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)、印度洋偶极子(IOD)和太平洋10年涛动(PDO)等主要气候因子的遥相关关系,探讨了珠江流域干湿变化的气候成因。在此基础上,进一步研究上述气候指标对不同时间尺度干湿变化影响的平稳性与差异性。除此之外,还研究了气候指标的冷暖期对基于6个月SPI值的珠江流域干湿状态的影响。研究表明:(1)IOD、NAO和ENSO分别是导致珠江流域年降水、湿季降水和干季降水发生变化的主要影响因素,且对当年及下一年降水的影响是相反的。(2)珠江流域不同时间尺度的降水与对其有显著影响的气候指标(年降水与IOD,湿季降水与NAO,干季降水与ENSO),两者之间不同时期的滑动相关往往具有较强的相关性和前后相关一致性。(3)各气候指标对珠江流域不同时间尺度降水的影响在空间分布上不太均匀。(4)不同位相下气候指标对珠江流域干湿状态的影响存在较大差异。总体而言,当处于各气候指标暖期时珠江流域出现湿润期的概率较冷期时更大且在空间分布上更均匀。     

高分辨率泥炭孢粉记录的天山北坡2400 cal yr B.P.以来植被演替及其对气候变化的响应

天山北坡受西风环流影响,是对气候变化反应最敏感的地区之一。但由于缺乏高分辨率的古气候记录,对该区域2000 cal yr B.P.以来气候演变过程的认识仍存在分歧,尤其是气候演化模式和水热组合方式等问题。为厘清上述问题,以伊犁盆地2400calyrB.P.以来的泥炭沉积剖面为研究材料,通过对其进行精确定年和高分辨率孢粉研究,重建了天山北坡2400 cal yr B.P.以来的植被和气候演化历史。结果表明:1) 2400 cal yr B.P.以来天山北坡气候经历了暖干―暖湿―冷湿3个阶段,并可与其他地区研究结果进行良好对比。2429―949 cal yr B.P.期间,喜光、喜暖植物含量丰富, PCA axis 1得分指示有效湿度偏低,气候以暖干为主要特征; 949―475 cal yr B.P.期间,区域有效湿度明显增加,气温较高,为中世纪暖期;475―301calyrB.P.期间的小冰期打断了天山北坡气候向暖湿化发展的趋势,此时段内以冷湿为主。2)天山北坡气候变化过程并不稳定,包含短期的气候突变事件,泥炭沉积物记录了以冷湿为主要特征的小冰期,可能是西风环流加强、西风带南移或北大西洋涛动负异常叠加,温度变低导致水面蒸发、植物蒸腾减少等共同作用的结果。     

天山山区近40a夏季降水变化及与南北疆的比较

利用新疆1959-1998年的降水资料,分析了天山山区近40a来夏季降水变化特征,并与南疆、北疆进行了比较.结果表明:天山山区近40a来的夏季降水在干湿阶段、最干最湿年份、降水变化的周期方面均与南北疆有别;天山山区夏季降水空间上的同步性变化比南疆及北疆弱一些;天山山区近40a来夏季降水年代际变化与北疆较为相近.新疆近40a来夏季降水最多的年代是90年代,天山山区偏多12%,南疆偏多25%,北疆偏多21%.     

新疆43a来夏季0℃层高度变化和突变分析

采用1960-2002年新疆11个探空站逐日观测资料,按气候特点和径流情况把新疆划分为阿尔泰山西坡,天山北坡,天山南坡,昆仑山北坡,北疆西部5个区域,分析了43a来新疆夏季0℃层平均高度变化趋势和空间分布差异.结果表明:新疆夏季0℃层平均高度43a来总体呈上升趋势,20世纪60年代经历了一个明显下降的阶段,70年代变化相对平缓,80年代初开始上升,90年代初以后上升明显,表现为突升,但均未发生显著气候突变.新疆除了昆仑山北坡0℃层下降外,其余均为明显升高;升幅从南向北、从西向东增加.尽管各地变化不尽相同,但80年代初至今的上升趋势和90年代初期开始的涌升现象较为一致.0℃层高度的上升意味着高空中低层大气气温在升高,说明新疆近年来不仅近地面气温在升高,高空同样气温在变暖.     

天山托木尔峰国家级自然保护区垂直自然带景观特征分析

根据实地考察和相关参考资料,运用历史文献和统计分析的方法,对托木尔峰国家级自然保护区垂直自然带景观特征进行分析,结果显示：对托木尔峰自然保护区垂直自然带的形成,地形地貌因素起着主导作用,纬度起着次要作用,受地形地貌因素制约的水热条件是形成各垂直自然带景观特征的最重要的物质和能量来源,随着水热条件的垂直变化,从低山带至高山带有规律的出现暖温带荒漠带、温带荒漠草原带、山地草原带、亚高山草甸带、高山草甸带、高山垫状植被带和高山冰雪带.东西走向的天山山脉,南北向深切的冰川和流水地貌,对来自北大西洋和北冰洋的湿润气流起了显著地屏障作用,致使托木尔峰南、北坡具有不同的气候特点,南坡形成了暖温带半干旱和干旱气候.自然景观以温带荒漠、荒漠草原和草原为主,植物种类贫乏,具有耐旱特点,随着海拔高度的增加,植物的荒漠成分逐渐减少,草原和草甸成分逐渐增加,土壤的有机质含量提高,碳酸盐的淋溶作用增强.     

天山南坡黄水沟与清水河寒区流域极端水文事件对气候变化的响应

冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响,近几十年来新疆区域洪水呈显著加重趋势,尤其是南疆区域洪水明显加剧. 以天山南坡黄水沟与清水河寒区流域为研究区域,通过分析水文站极端水文事件,结合流域上游山区巴伦台气象站资料,研究了高寒山地流域在气候变化背景下极端水文过程出现时间、年最大和最小径流的响应特征. 结果表明：1986年是水文过程的突变点,从1986年开始随着降水、气温的增加,河流径流量呈增加趋势;最大年径流出现时间从6月中下旬推迟到7月下旬;最大径流和最小径流与年径流量呈正相关关系,最大径流与夏季降水关系密切,而最小年径流与冬春季的气温关系密切. 随着1986年以来的气温升高,冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显,也使年最小径流明显增大;1986年以来降水变化决定着年径流量增加,使年最大径流集中出现在夏季且量级增大. 总体来讲,20世纪80年代中期以后山区河流年极端洪峰量增大,洪水量增多,年际间变化幅度明显增大,从而对下游造成更严重的灾害. 因此,加强气候变化对寒区流域水资源和洪水灾害的影响评估,使科学技术在减灾方面发挥主导作用.     

1961-2016年中国天山不同级别降雪事件变化特征分析

为了更好地理解降雪对气候变化的响应及机理,利用天山山区及周边49个站点日气象资料,采用参数化降雪判识方案提取降雪序列,以百分位阈值法分级别分析天山山区1961-2016年降雪事件变化特征。结果表明:①天山山区降雪量和降雪频次呈山区大于盆地,北坡大于南坡,自西北向东南递减的分布特征。②过去56年来,天山山区降雪量显著增加,降雪频次微弱增加;各级别降雪量和降雪频次变化趋势表现为:小雪显著减少,中雪变化平稳,大雪和极端降雪显著增加;降雪显著增加区域集中分布于天山北坡中部和伊犁河谷地区,降雪量的增加主要由极端降雪量和频次的增加所致。③年降雪量、大雪降雪量和频次、极端降雪量和频次在20世纪80年代中期发生突变增加,其他级别降雪量和频次无明显突变。④天山山区降雪量和极端降雪量的增加与气温变暖有关。     

五台山高山带植被对气候变化的响应

根据五台山高山带草本群落特征种的生长、分布和高山林线树种的年轮分析,揭示了近20年来气候变暖对高山植被的影响。高山草甸和林线过渡带的某些植物种向上爬升的趋势与同期区域气温升高密切相关。草本群落及其特征种沿垂直梯度的爬升与五台山高山带近年来的增温趋势相符合,进一步说明了高山带植被对气候变暖的响应较为敏感,可作为气候变化的指示体。树木年轮宽度序列分析和响应函数表明夏季降水对五台山的高山带木本植物生长有较大影响。由于夏季温度较高,冻土融化,提高了降水的利用效率,促进了树木生长。根据树轮宽度指数与7月份降水量的相关关系,重建了20世纪五台山地区7月份的降水量,基本反映了其间降水量变化的规律。结果表明:五台山20世纪20年代、30年代中期至40年代是相对比较干旱的时期,30年代初期和50年代是相对湿润期,近年来,降水量有下降趋势。