珠江流域1960—2012年极端气温的时空变化特征

根据珠江流域43个气象站点(1960—2012年)16个极端气温指标数据,采用线性回归、Mann-Kendall(M-K)和小波分析法分析珠江流域极端气温的时空变化特征。变化趋势分析表明,除结冰日数(ID0)、月最高气温极小值(TXn)、冷昼日数(TX10p)和作物生长期(GSL)4个指标呈现出不显著的变化趋势外,夏日日数(SU25)、热浪日数(TR20)尤其是暖夜日数则呈明显上升趋势(P0.05);空间变化分析表明,冷夜日数(TN10p)、冷日持续指数(CSDI)和昼夜温差幅度(DTR)以及冷昼日数(TX10p)在整个珠江流域大致呈下降趋势,其余10个指标大致呈上升趋势,呈现出较好的流域一致性;突变分析表明,除了ID0、TX10p和GSL三个指标之外,其余指标均通过了显著性检验,大多数突变点发生于1980年代,其中夏日日数(SU25)、热浪日数(TR20)的突变点分别为2001和1994年;周期分析表明,大部分指标呈现多个周期震荡,且都以2~4 a为主周期。SCSMI(南中国海夏季季风指数)与ENSO是造成研究区极端高气温的重要因素。     

云南省丽江市1960 — 2017年极端气温变化特征

云南丽江市是位于南方且具有温带气候特点的地区,研究该区近58年极端气温变化对查明极端气温变化特点、规律和趋势具有重要科学意义,对极端气温引起的气象灾害的预防及减少气象灾害造成的损失有实际意义。利用丽江市气象站1960—2017年的日最高、最低气温和平均气温等气象数据,采用线性趋势分析法、累积距平值分析法、主成分分析法、Mann-Kendall突变检验法、Morlet复数小波变换系数及小波方差法,对选用的8个极端气温指数进行了研究。结果表明：丽江市的极端最高气温、极端最低气温、夏季日数、暖昼日数、暖夜日数等5个指数呈现上升趋势,冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数等3个指数呈现下降趋势。主成分分析结果表明：丽江市的夏季日数、暖昼日数和暖夜日数的增加对气温升高起到了主要作用。突变分析表明：丽江各指数的突变年主要出现在21世纪初和1983年前后。Morlet小波分析表明：丽江市极端气温指数的主周期普遍为18年,个别指数有12年、30年的周期。初步认为,全球气温升高是导致研究区极端气温变化的主要原因,预测丽江市未来2—3年的气温仍会呈现上升趋势,且极端高温事件的发生频率呈现上升趋势。     

湖南省常德市近50年极端气温变化特征及周期

利用1963—2012年湖南省常德市逐日气温观测资料,运用线性拟合、主成分分析、Mann-Kendall突变检验和Morlet复数小波等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。结果表明常德地区近50年来,极端最高气温、极端最低气温都呈上升趋势,冰日、霜日、冷夜、冷日数量呈下降趋势,夏日、热夜、暖夜、暖日数量呈上升趋势。除冰日天数未出现突变外,各极端气温指标的突变基本发生在1980年代到1990年代末。极端最高气温、极端最低气温、夏日、热夜、霜目、暖夜、冷日、冷夜、暖日都存在27 a左右的周期,冰日存在29 a左右的周期。总体来说,近50年来,常德地区极端天气热指数呈上升趋势,极端天气冷指数呈下降趋势,发生极端天气现象的可能性增加。由此可能造成夏季高温干旱和暖冬等灾害,需要及时采取预防措施,防止高温干旱和暖冬等情况对工农业生产和居民生活带来负面影响。     

黑龙江哈尔滨地区近60年极端气温变化研究

用1955~2013年哈尔滨市、尚志市(县)和通河县逐日气温资料,采用线性倾向法、距平及累积距平法、Morlet复数小波、主成分分析、相关性分析和Mann-Kendall检验法,对11个常用气候指标进行分析。结果表明,哈尔滨夏、秋、冬季气温呈上升趋势,冬季升温极为显著,春季气温以0.60℃/10a的速度显著下降;年均气温、年均最低温、年均最高温均有所增加,年均最低气温升幅最大。年极端最高气温、年极端最低气温、夏日日数、热夜日数、暖夜日数和暖日日数6个指标呈上升趋势变化;结冰日数、霜冻日数、冷夜日数、冷日日数及气温年较差5个指数呈下降趋势。年极端最高气温、年极端最低气温及变化率较大的暖夜日数,均有28~30 a的第一主周期和17~18 a的第二主周期,冷夜主要有3、6和8 a的短周期。主成分分析结果表明,高载荷的指数暖夜、冷夜和暖日这些相对指数的变化是哈尔滨极端气温变化的主要原因。相关关系矩阵表明,相对指数间的相关性极为显著;各暖指标、各冷指标间呈正相关,暖指标和冷指标间呈负相关。Mann-Kendall检验得知,冰日、冷夜和冷日三个冷指标的突变发生在20世纪70s、80s,其他指标的突变主要发生在1990~1999年间。总之,哈尔滨平均气温以0.32℃/10a的速率增加,升温幅度高于全国平均升温值0.26℃/10a,研究结果可为防灾减灾提供理论依据。     

四川省乐山市近51年极端气温变化研究

基于1962—2012四川省乐山市每日气温资料,运用线性拟合及累积距平、Morlet复数小波等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。结果表明:(1)极端最高气温、极端最低气温都有上升趋势,霜冻、冷夜、冷昼呈下降趋势,夏日、热夜、暖夜、暖昼呈现出波动上升趋势。(2)年极端最高气温、暖夜、暖昼存在着27 a左右的周期,夏日、霜冻、热夜、冷夜、冷昼存在着28 a左右的周期,年极端最低气温存在着11 a左右的周期。除年极端最低气温外,其他的极端气温指数虽然主控周期不一致,但都存在28 a左右的周期。冷昼和暖昼变化较为复杂,存在4个周期。(3)极端天气暖指数呈上升趋势,夏日、热夜、暖夜、暖昼分别增加了15天、21天、32天、29天,极端天气冷指数呈下降趋势,霜冻、冷夜、冷昼分别减少了2天、24天、4天,乐山地区发生极端天气事件的可能性增加。(4)乐山市极端天气现象的发生与日益增加的人类活动以及全球变暖的大趋势密切相关。由于乐山市独特的地理位置,随着乐山市极端天气现象可能性的增加,乐山市发生干旱、洪涝、山地灾害的可能性也随之提高,需要做好预防准备。     

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。     

城市化对长三角地区极端气温影响的时空分异研究

论文利用长三角地区65个气象站1960—2014年日最高、最低气温资料,分析并比较了大城市站、一般城市站和乡村站极端气温指数变化趋势以及城市化对大城市站和一般城市站各极端气温指数趋势变化的影响。结果表明：极端气温暖指日数明显增加,冷指日数明显减少,极值指数呈微弱上升趋势。暖指数城市站比乡村站增加趋势明显,冷指数城市站比乡村站减少趋势明显。除月最低气温极小值外,其他极值指数变化趋势在城市、乡村间差异较小。大城市站冰冻日数、霜冻日数、冷（暖）昼日数和月最低气温极小（大）值城市化影响显著,一般城市站冰冻日数、霜冻日数和月最低气温极小值城市化影响显著,城市化对极端气温影响明显的是长三角北部、江苏南部和浙东南的部分城市站点。冷昼日数城市化效应在冬季较明显,暖昼（夜）日数城市化效应在夏季较明显,春季、夏季、冬季城市化对极值指数的影响显著。     

秦皇岛市近57年极端气温指数变化特征

利用1957—2013年河北省秦皇岛市每日气温资料,运用线性拟合及累积距平、MannKendall突变检验法、主成分分析法和MATLAB小波分析等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。结果表明,秦皇岛市近57年来,极端最高气温、极端最低气温都有上升趋势,冰日、霜日、冷夜、冷日天数呈减少趋势,夏日、热夜、暖夜、暖日呈增加趋势。由年代际分析可知,近57年来秦皇岛市的极端气温存在阶段性的变化特征,并有突变现象的发生,大部分突变年代集中于20世纪80年代左右。秦皇岛市近57年间气温上升的原因是夏日、热夜等暖指数的增加,其中热夜和暖夜增加最明显,对气温上升趋势有较大的贡献。本文所分析的10种极端气温指数都存在30 a左右的周期,部分指数存在18 a、8 a、3 a左右的周期。极端天气现象的增加会造成干旱、病虫、洪涝等气象灾害,应做好相应的防范措施。     

1961-2012 年西藏极端降水事件的变化

利用18 个气象站点1961-2012 年逐日降水量资料,计算了10 个极端降水指数,采用滑动平均、线性回归、Mann-Kendall 非参数检验和Morlet 小波分析等方法,分析了西藏极端降水事件的变化规律。结果表明：西藏近52 a 连续干旱日数（CDD）呈显著减少趋势,最大5 d 降水量也趋于减少但不显著,大雨日数和强降水量的线性趋势不明显,其他6 个极端降水指数都表现为增加趋势且不显著。与全球、青藏高原及其周边地区比较,西藏CDD和连续湿日的变幅明显偏大,最大1 日降水量、强降水量和极强降水量的变幅明显偏小。除CDD外,极端降水指数的变化趋势与海拔高度呈显著的二次曲线关系,仅有中雨日数的变化趋势与经度呈显著的正相关。在近52 a 的时间尺度上各项极端降水指数都存在3～4 a 显著周期,多数指数也存在12a、15 a 和16 a 的周期。在时间转折上,CDD的突变点时间较早,从1974 年开始;中雨日数、连续湿日和年总降水量的突变点发生在20 世纪80 年代末。从空间分布来看,那曲地区西部是极端降水指数变化最为显著的区域,雅鲁藏布江中游大部的多数极端降水指标趋于下降,而山南地区南部、林芝地区东南部的降水极值和降水强度都在增加。     

河南信阳市近62年来极端气温变化特征及周期分析

通过对河南省信阳市每日气温资料的搜集和整理,运用线性拟合及累积距平、Morlet复数小波等方法对WMO发布的10种极端气温指数进行了计算和分析。研究了信阳地区近62年来极端气温变化特征及周期性。结果表明,近62年来信阳地区的极端最高气温几乎没有变化,极端最低气温在波动变化中有小幅上升趋势,夏日、热夜、暖夜天数呈现波动上升,冰日、霜日、冷夜、冷日天数呈下降趋势。极端最高气温、极端最低气温、冷夜、暖夜、冷日、暖日都存在35 a左右的周期。夏日、冰日、热夜、霜日存在37 a左右周期。冰日的变化存在着5个左右的周期,极端最低气温、冷日与冷夜的变化存在4个左右的周期。其中极端最低气温、霜日、冰日、冷夜、冷日、暖夜都有5 a以下的周期。冷夜和暖夜、冷日和暖日、夏日和冰日以及热夜和霜夜存在负相关的关系,其中冷夜和暖夜以及热夜和霜日的变化幅度较大,它们之间有负相关关系。冷日和暖日以及夏日和冰日的变化较小,负相关的关系不太明显。总体来说,近60年来,信阳地区极端天气热指数呈上升趋势,极端天气冷指数呈下降趋势,整体气温呈现上升的趋势,其中近二十年气温上升更明显。     

2005~2016年中国大气边界层SO2的时空变化趋势

利用臭氧观测仪（OMI）卫星遥感反演的大气边界层（PBL）SO₂柱含量（PBL SO₂）数据分析了自2005年以来中国PBL SO₂柱含量数据的空间分布特征、变化趋势及其影响的原因.从长时间尺度上,PBL SO₂柱含量呈现明显的下降趋势.2005年中国区域年平均PBL SO₂柱含量为0.317DU,2016年为0.276DU,减少了0.041DU,大约为13.2%.SO₂柱含量呈现明显的周期变化特征.冬季浓度较高,夏季较低,最小值和最大值分别出现在7和12月,分别为0.246和0.404DU.小波分析显示SO₂的变化在10个月的尺度水平上存在明显的主振荡周期,在40个月的尺度水平上存在明显的次周期变化.中国区域SO₂污染严重的高值区主要出现在京津冀鲁环渤海地区、关中平原（山西省和陕西省）、河南省大部分地区、四川盆地、长江三角洲地区和珠江三角洲.最大的SO₂柱含量值可达1.1DU以上.京津冀鲁环渤海地区的高值区已经延伸到长江三角洲地区,有向南延伸和珠江三角洲连在一起的趋势.由于地形和天气特征的影响,四川盆地地区SO₂出现次高值区.在青藏高原和西北地区,SO₂浓度较低,呈现背景值特征,多年平均的SO₂约在0.05DU的水平.中国区域SO₂变化趋势在空间分布上存在明显的区域差异,变化的范围在-0.70~0.15DU之间.SO₂出现逐渐减少的地区主要是在高值区,如京津冀鲁环勃海地区、关中平原、四川盆地,长江中下游和珠江三角洲.减幅最大的是四川盆地和珠江三角洲,大约减少了61%.四川盆地2005~2016年约减少了0.55DU;珠江三角洲约减少了0.45DU.出现增长的地区主要是西部和北部地区,以及东南沿海除珠三角外的大部分区域,最大增长大约为0.15DU.     

1960-2009年石羊河流域气候变化及极端干湿事件演变特征

利用石羊河流域4个气象站1960-2009年逐日气象资料,应用FAO Penman-Monteith模型、相关分析等方法分析石羊河流域气候变化特点。结果表明:①1960-2009年气温、降水及湿润指数均在波动中呈较明显的增加趋势,气温、降水和湿润指数变化倾向率分别为0.338 ℃/10 a、4.791 mm/10 a 和0.006/10 a, 1960年代-2000年代石羊河流域经历了相对冷干-冷湿-暖湿3个阶段,暖湿化趋势明显;②冬季是暖湿化趋势最明显的季节,其次是秋季;③从上游向中下游多年平均湿润指数逐渐减少,湿润指数离散程度由小变大,湿润化速度由快变慢,而增温速度大体上存在逐渐增加的趋势;④1960-2009年石羊河流域极端干旱事件频率在波动中呈减少趋势,极端湿润事件频率却在波动中呈增加趋势,1960年代和1970年代是石羊河流域极端干旱事件持续频发的年代,上中下游不同地区极端干湿事件持续频发的时间存在差异。降水和风速是影响极端干湿事件变化的主要气象因子。在全球变暖背景下,石羊河流域干旱的气候环境有一定的改善。     

1960—2014年松花江流域降雨侵蚀力时空变化研究

基于松花江流域及其邻近61个气象站1960—2014年逐日降雨数据,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、小波周期分析和地统计插值方法,分析流域内不同地形区和子流域年降雨侵蚀力时空分异特征及其影响因素。结果表明：1）松花江流域多年平均降雨侵蚀力为1 717.6 MJ·mm·hm^-2·h^-1·a^-1,呈波动变化趋势,存在以15.2 a为主周期和4.7 a为小周期的周期性变化特征,且在1982和1998年发生显著突变;2）松花江流域降雨侵蚀力空间分布特征与降雨量分布特征基本一致,自东南向西北递减,与东南季风的影响区域相吻合;流域年降雨侵蚀力变化趋势呈现明显的区域分异,在流域西北地区年降雨侵蚀力呈增加趋势,而在中部平原区的东北部和西南部呈现下降趋势;3）年降雨侵蚀力随地形的变化表现为东部丘陵山地区>中部平原区>西部山地区。在东部丘陵山地区年降雨侵蚀力与经度、纬度显著相关（P<0.01）,而在中部平原区和西部山地区降雨侵蚀力与海拔、经度和纬度关系不甚明显;4）流域内各子流域年降雨侵蚀力存在明显分异,年降雨侵蚀力在各子流域的变化趋势表现为从第二松花江流域到流域中游再到嫩江流域呈依次降低趋势,其分布特征与降雨量的分布一致,各子流域年降雨侵蚀力均呈不显著的降低趋势。     

2001～2017年全国气溶胶光学厚度时空分布及变化趋势

为探究全国大气气溶胶光学厚度（AOD）的分布及变化特征,利用最新的MODIS/Terra C6.1 550 nm AOD月数据分析了2001~2017年全国AOD的时空分布及变化趋势.结果表明,空间特征：年均AOD空间分布呈现两个显著的高值中心和低值中心,第一高值中心位于以人为气溶胶为主的华北平原、华中地区、长三角地区、珠三角地区和四川盆地,第二高值中心位于以尘埃气溶胶为主的塔克拉玛干沙漠地区,两个低值中心分别位于内蒙古地区东部至东北地区北部以及青藏高原.时间特征：各区域AOD峰值主要出现在春、夏季,塔克拉玛干沙漠地区、四川盆地和珠三角地区AOD在3~4月达到峰值,华北平原、华中地区和长三角地区AOD在5~7月达到峰值.趋势特征：2001~2006年,我国西北地区和内蒙古地区AOD呈现减少趋势,我国中东部地区和西南地区东部AOD呈现增长趋势.2007~2012年,青藏高原和塔克拉玛干沙漠地区AOD变化趋势由减少转为增长,华北平原和四川盆地AOD的增幅减弱,长三角地区AOD呈现弱的下降趋势.2013~2017年,我国大部地区AOD呈显著地下降趋势.     

基于污染损害指数的环境空气质量评价与分析

采用基于污染损害指数的普适公式,对粤港珠江三角洲区域2007年环境空气质量进行了评价,并对污染损害指数空间分布与时间变化进行了分析和探讨。研究结果表明,粤港珠江三角洲区域环境空气污染损害指数为5．79,环境空气质量为二级,属于轻污染,并且夏季优于秋冬和春季,与气象条件密切相关。粤港珠江三角洲区域首要污染物为PM10,其次为NO2。珠海、香港、深圳空气质量较好,东莞、佛山空气质量最差,这与污染源分布、污染物扩散条件以及城市间空气污染的相互影响有关。     

珠江流域下游地区降水空间分布规律研究

剧烈人类活动和全球气候持续变化双重影响下流域水文气象要素特征研究是目前水文水资源领域热点问题之一。论文以珠江流域下游地区为研究区域,根据该地区125个雨量观测站1956—2005年50 a逐月降水资料,利用信息论中有向信息传输指数定量分析各观测站点之间降水的信息传递,并结合聚类分析方法判断各观测站的所属关系,研究珠江流域下游地区降雨的空间分布规律。研究表明:受地形条件和沿海季风气候的共同作用,珠江流域下游地区降水具有自相似性特点,在空间分布上存在7个相似区域。     

1965—2013年渭河流域降水时空变化分析

利用1965—2013年渭河流域及其周边22个气象站点的降水数据,采用线性回归、经验正交函数(EOF)分解和Mann-Kendall突变性检验等方法,分析了渭河流域近50 a降水的时空分布特征。结果表明:1)从时间变化来看,在0.05显著性水平上,除春季降水呈现明显减小趋势外(-6.23 mm/10 a),其他季节和全年降水量的变化均不明显。同时,突变分析表明春季降水存在明显的突变,1991年为其突变点,其他季节和年降水均不存在显著的突变。2)渭河流域降水空间分布不均,总体呈现由东南向西北减小的趋势,从变化趋势空间分布来看,上游的减少趋势大于中游地区。3)EOF分解结果表明,渭河流域全年和四季降水的空间分布存在总体一致型和东南—西北区域反位相型的分布类型。     

长江流域干旱时空变化特征及演变趋势

干旱通常被认为是我国最严重的自然灾害之一,其造成的经济损失十分巨大.长江流域作为典型的湿润-半湿润区,干湿交替明显,干旱事件时空分布特征较为复杂.为了深入认识和理解长江流域气象干旱现状及其特征,探究干旱事件发生规律,采用长江流域1951-2015年PDSI（Palmer drought severity index,帕尔默干旱指数,运用Mann-Kendall检验、EEMD（ensemble empirical mode decomposition,集合经验模分解）、REOF（rotation empirical orthogonal function,旋转经验正交函数分解）、森斜率估算等分析方法,探讨长江流域干旱面积时间变化特征、干湿情景时空分布特征以及变化趋势.结果表明:1951-2015年,长江流域发生季节性干旱的面积整体呈扩大趋势,2000年后该趋势有所减缓.流域内呈现6个明显的干湿空间分布型,2000年后流域的东南部呈变旱态势,整体而言,流域内"南涝北旱"特征十分明显.未来,长江流域整体有变湿的趋势,西北部更旱,东北部变湿,南部以及东南部PDSI上升趋势明显,有发生旱涝急转的可能.      

三江源地区极端气候事件演变事实及其成因探究

利用三江源地区14个气象台站1962-2005年逐日气温、降水资料分析了该地区冷暖干湿极端气候事件的演变规律，探讨了其变化成因。研究表明：近44a来三江源地区气温等级由冷向暖转变，极端高温事件频繁发生，而极端低温事件则逐年减少，致使气温不断向着更高的均值状态持续增暖；尽管降水量干湿变化不甚显著，但降水的极端状况即严重干旱或暴雨事件均呈减少趋势，降水量的变化趋于稳定，降水变率减小；地形对极端气温、降水事件频次变幅的空间分布均有着较为显著的影响，且对后者的影响更为显著；高原季风、厄尔尼诺事件及高原积雪等因子的年际振荡是三江源地区极端气候事件发生频次波动的主要原因。     

1961—2010年广西气温变化对全球变暖的响应

利用广西88 个气象站1961—2010 年的年平均气温和年极端最高、最低气温数据,运用GIS 技术、气候倾向率以及Mann-Kendall 突变检验方法对广西近50 a 气温的时空变化特征及突变特征进行分析。结果表明:在全球变暖影响下, 近50 a 广西全区年平均气温和年极端最高、最低气温总体上均呈上升趋势,其中年平均气温和年极端最低气温的气候倾向率均达到了极显著水平;年平均气温和年极端最高气温的突变时间分别为2001 年和2003 年,均比极端最低气温(1984 年) 晚了近20 a 左右;年极端最高和最低气温存在非对称变化。时空分布图表明,区域平均值忽略了研究区域内的差异,尽管近50 a 来广西气温区域平均值的总体变化呈上升趋势,但不同时期各地区间气温变化的趋势和幅度各有差异。