影响阿克苏河年径流量变化的前期大气环流指数因子研究

应用阿克苏河两条支流的年径流量和国家气候中心发布的74类大气环流月指数资料,分析了年径流量与前一年大气环流月指数之间的关系.用滑动相关法提取初始因子库,建立回归模型和集合分析,得到超级集合回归模型.托什干河年径流量监测序列与超级集合拟合(预测)序列的相关系数达0.8766,而库玛拉克河达到0.8122.用逐级反推法,确定影响两条支流年径流量年际变化的前一年环流指数因子.影响托什干河年径流量年际变化的前期环流指数都以持续1个月的因子居多;影响库玛拉克河年径流量年际变化的前期环流指数都以持续2个月的因子居多,其次是4个月、1个月.影响两条支流年径流量的前期大气环流指数因子的种类、空间分布、时间分布、持续影响时间等差异很大,这些不同与阿克苏河两条支流的流域参数、地表水来源组成、地表径流形成的气象条件等多方面的差异有关.     

阿克苏河洪水类型及其形成的500hPa环流特征

利用阿克苏河两条支流和干流的月径流量以及年最大洪峰流量资料,分析了阿克苏河的洪水特征.阿克苏河西支托什干河主汛期在5~8月,北支库玛拉克河与阿克苏河干流的主汛期在7~8月,库玛拉克河的洪水对阿克苏河干流洪水作用更大.托什干河洪水以融雪型、融雪叠加暴雨型两种类型为主,库玛拉克河洪水以融雪(冰)型、融雪(冰)叠加冰湖溃坝型为主,阿克苏河干流洪水以混合型最多见,其次是融雪(冰)型.年最大流量排名前15位的洪水中,阿克苏河两条支流与干流在1987年以后分别出现了7~9a,在此基础上分析归纳了三类形成阿克苏河流域主要洪水的500hPa环流模型.阿克苏河流域主汛期形成混合型洪水的500hPa环流特征为:新疆高压脊稳定在天山山区中部及以东地区,5880gpm等高线北界稳定在天山上空或天山以北,西部边界在帕米尔高原以东的南疆盆地上空,中亚地区为副热带低槽活动区,环流形势相对稳定.主汛期形成融雪(冰)型洪水的500hPa环流特征为:新疆高压脊向北发展且稳定维持3d以上,5880gpm等高线北界稳定在天山以北,西部边界在帕米尔高原以西.春季形成融雪型洪水的500hPa环流特征为:帕米尔高原及西天山受新疆高压脊控制,稳定维持3d以上,高压脊内5840gpm等高线北边界维持在40°N以北.     

气候变暖背景下2015年夏季新疆极端高温过程及其影响

用新疆105个气象站监测资料,分析了2015年夏季高温过程的极端特征.2015年夏季新疆区域出现高温过程,从7月上旬后期开始,南疆东南部以及东疆最早出现日最高气温≥35℃的高温天气,进入中旬后高温范围迅速向西、向北蔓延发展,下旬初期范围达最大,南北疆均出现高温天气.新疆区域该次高温过程在7月中下旬最为强盛,全疆84.8%的测站（89站）出现高温;52.4%的测站（55站）的高温持续日数位居历史第1位;全疆21.9%的测站（23站）极端最高气温位居历史第1位,极端最高气温出现在吐鲁番东坎,达到47.7℃.这次高温过程造成8站夏季温度位居同期第1位,南疆及天山山区的7月平均气温位居历史同期第1位,有54.3%的测站（57站）7月平均气温突破同期历史极值.海拔3544 m的天山山区大西沟站7月份日最高气温连续突破历史极值,22日达到20.7℃.高温过程中,新疆区域7月0℃层高度位居1991年以来同期第1位,其中,7月19-23日连续6 d位居1991年以来的第1位.天山开都河流域日0℃层高度持续33 d高于1991-2015年平均值. 7月上旬到下旬,在500 hPa高空,伊朗高压东移并控制新疆,是造成此次高温过程的直接原因.在100 hPa高空,南亚高压的形态、中心位置、强度变化与新疆此次高温过程演变关系密切.高温过程造成新疆高山区冰雪迅速消融,引发塔里木河流域出现融雪（冰）型洪水.     

维系塔里木河的生命健康——塔里木河生命健康的内涵与诊断

塔里木河是我国乃至世界的最大内陆河,历史上环塔里木盆地的九大水系都对塔里木河干流有贡献,由于源流区人类活动影响和气候变化干扰,近50年来补给塔里木河干流的源流条数已减到四条,水量也在不断减少,加之塔里木河干流区上中游耗水严重,导致20世纪后期下游水量持续减少和水质盐化,生态环境恶化,已威胁到塔里木河的生命健康.为此,自2000年开始,实施了以恢复塔里木河下游绿色走廊为代表的修复河流生态系统的世纪工程,然而,维系塔里木河生命健康是一项长期而艰巨的历史任务.提出维持塔里木河生命健康的内涵包括6个方面内容,并从5个方面对河流生命健康功能进行诊断,最终给出了5条建议.突出生命健康的内涵与诊断,阐述塔里木河生命含义,为内陆河流域人水和谐共处,制定塔里木河流域长远的规划和近期的治河体系提供参考.     

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.     

中国干旱区温度带界线对气候变暖的响应

在全球气候变暖大背景下,热量资源的改变与温度带界线的动态变化将会影响到干旱区天然植被的生长与分布,而农业气候资源的变化将对干旱区农业生产的布局与种植制度的调整产生深刻影响。本文采用1961-2007 年均一化气温数据与MPI_ECHAM5 模式输出的21 世纪上半叶A1B情景下的区域降尺度格点数据,选取保证率为80%的日均温≥ 10 ℃持续日数等值线和日均温≥ 10 ℃等积温线为干旱区温度带北界指标,探讨了过去近50 年及21 世纪上半叶气候变暖背景下中国干旱区温度带界线的动态变化。研究表明,(1) 1961-2007 年,干旱区夏、冬半年气温呈显著增加趋势,且冬半年较夏半年增温幅度要大;各年代日均温≥ 10 ℃积温与≥ 10 ℃持续日数的等值线动态变化一致,均表现为显著向北或向高海拔推移;(2) 通过对温度带北界指标变化的判断,1961-2007 年干旱区暖温带和中温带北界普遍北移,北移幅度最大者为阿拉善地区,超过1 个纬度;21 世纪上半叶,暖温带和中温带北界将继续北移,且暖温带移动趋势更为显著;无论是过去近50 年,还是21 世纪上半叶,干旱区暖温带和中温带北界均有向高海拔区域移动趋势;(3) 与温度带北界的变动相对应,干旱区生长期起始日期和终霜日等气候指标显著提早,天然植被与作物种植北界向北向西推移,并呈现向高海拔区域扩展的态势。因此,综合考虑农业气候资源变化以及人类活动的影响,从而确定气候条件与农业生产种植之间的反馈关系,这将是下一步研究的重点。     

新疆不同季节降水气候分区及变化趋势

利用新疆88个测站1961—2006年逐日降水量资料,采用EOF（主成分分析）、REOF（旋转主成分分析）、线性趋势、kendall-τ检验以及累积距平、t检验、信噪比相结合等方法,对新疆四季降水量的空间特征、变化趋势以及突变时间等进行了对比诊断分析\.结果表明,新疆四季降水量EOF的前3个载荷向量场均表现为全疆一致的降水偏多或偏少型、南北疆反变化的南多（少）北少（多）型以及东西反向的东多（少）西少（多）型等3大整体异常结构;在同一约束条件下,不同季节REOF分析所揭示的降水气候分区不同,冬季大致可划分为3个区,春季6个区,夏季7个区,秋季5个区;除南疆偏西地区冬季降水量未出现显著突变增加趋势外,新疆大部地区于1986年前后冬夏降水量同时显著突变增多,与其上空大气可降水量(APW)的增加有关;北疆春季降水量既没有显著的增加趋势,也未发生过突变;南疆大部地区春季降水量曾出现过显著突变增加,但突变时间早晚不一;从长期变化趋势看,北疆北部、中天山两侧及其以东地区秋季降水量虽增加不显著,但在1978年前后出现过突变增加,是季降水量突变最早区域;北疆西部冬、夏、秋降水量均显著增加,是新疆降水量增加最敏感区域,但秋季降水量的突变增加是从1997年开始的,比冬夏突变晚11 a左右,比其东部地区偏晚30 a左右。     

年代际背景趋势对新疆冬季降水预测效果的影响

准确的气候预测信息是及早采取应对措施,减缓干旱、洪涝等气象灾害不利影响的科学基础。短期气候预测是世界性技术难题,全球变暖背景下,区域极端天气气候事件频发,短期气候预测面临系列新挑战。在制作季节尺度预测模型时,如果考虑年代际趋势背景的影响,对改进新疆区域冬季降水预测水平有多大帮助?利用1961-2013年新疆33站冬季降水量以及前期108项月环流特征量指数,用"滑动相关—逐步回归—集合分析"方法建立预测模型,在建立预测模型时,考虑各站冬季降水量以及前期环流指数的线性趋势,设计了"原始序列"和"去线性趋势"两套年代际背景处理方案,对比分析两方案下的新疆区域冬季降水预测效果。研究结果表明:两种年代际背景处理方案对新疆区域冬季降水量均有一定的预测能力;相比之下,"去线性趋势"方案的预测效果更好;以单站交叉建模得到的独立试报序列与实测序列之间的时间相关系数为指标,挑选更优的建模方案结果作为"集合"方案预测结果,"集合"方案的预测效果明显优于"原始序列"方案,与"去线性趋势"方案相比略有改进。考虑冬季降水量的年代际背景趋势,可以改进新疆冬季降水预测效果。     

0℃层高度与夏季阿克苏河洪水的关系

应用阿克苏河两条支流的出山口水文站日流量资料, 以及流域及其周边3个探空站的0 ℃层高度资料, 分析了1999年夏季阿克苏河流域特大洪水期间0 ℃层高度与日流量的关系. 阿克苏等3站的0 ℃层高度逐日变化与阿克苏河两条支流逐日流量之间有显著的相关关系. 托什干河日流量与超前2～3 d、持续3～4 d的0 ℃层高度累积值之间的相关系数最大; 库玛拉克河日流量则与超前3～4 d、持续4～5 d的0 ℃层高度累积值之间的关系最为密切. 阿克苏河流域东部库车站的0 ℃层高度与托什干河日流量之间的关系最密切; 中部的阿克苏站、西部的喀什站的0 ℃层高度与库玛拉克河日流量之间的关系更加显著. 1999年特大洪水中, 阿克苏河日流量与0 ℃层高度之间呈指数函数关系. 以0 ℃层高度为因子, 建立了阿克苏河两条支流4个日流量序列的非线性多元回归模型.     

2002年塔里木河流域"四源一干"地表径流情势

2002年塔河流域内平原及山区气温都明显偏高, 平原降水偏多, 山区降水略偏多.3～10月 0 ℃层高度接近常年.塔里木河4条源流出山口天然径流量273.9×108m3, 比多年平均值227.0×108m3多46.9×108m3, 偏多20.7%, 属丰水年.其中发源于天山山脉的阿克苏河和开都河-孔雀河径流增幅大, 水量充沛, 属丰水年; 而发源于喀喇昆仑山脉的叶尔羌河和源于西昆仑山的和田河径流量保持多年均值年.4条源流入塔里木河水量为54.82×108m3.在塔里木河干流上游段耗水量25.42×108m3, 是干流最大的耗水区段, 中游段耗水量24.55×108m3, 下游段耗水量7.38×108m3.上、中游区间耗水量49.97×108m3, 占阿拉尔站年径流量的90.8%.从7月20日至11月10日共计114 d由博斯腾湖向塔里木河下游生态应急输水, 从博斯腾湖调水12.67×108m3, 恰拉水库分水闸向塔里木河输水2.339×108m3, 大西海子水库下泄3.313×108m3, 年内台特玛湖形成了28.74 km2的水域面积, 下游沿河地下水位普遍回升, 影响范围达800 km2, 生态效益十分显著.