1961—2007年黄土高原极端降水事件的时空变化分析

极端降水事件会引起严重的灾害事件,其变化趋势需要进行详尽的评估。基于50个站点1961—2007年日降水数据,定义极端降水事件及衡量指标后,使用M ann-Kendall法评估了黄土高原极端降水事件的空间分布和时间变化特征。结果表明,极端降水事件的空间分布具有东南—西北方向的梯度变化特征,降水量、强度和年最大日降水量均从东南向西北递减,而严重干旱事件从东南向西北递增。多数站点极端降水事件的各指标都具有单一趋势,但各指标具显著性趋势的站点数差异很大。约40%的站点极端降水频率具有显著降低趋势;约30%的站点极端降水量的减少趋势和严重干旱频率的增加趋势具有显著性;约10%的站点极端降水强度的上升趋势和年最大日降水量的下降趋势显著。     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数(Aridity index,AI),然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明:1)1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2)1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3)整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4)中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数（Aridity index,AI）,然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明：1）1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2）1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3）整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4）中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

1961—2017年青藏高原极端降水特征分析

基于青藏高原78个气象站点的逐日降水数据,采用百分位阈值法确定极端降水阈值,计算极端降水指数并分析其时空分布特征,以期为区域气候变化预测及防灾减灾对策的制定提供参考。结果表明：（1）1961—2017年青藏高原年降水量表现出上升趋势,上升速率为8.06 mm/10 a,多年平均降水量达472.36 mm。78个站点的年降水量倾向率最小值为-25.46 mm/10 a,最大值为43.02 mm/10 a,有15.38%的站点降水在下降,较为集中地分布在高原的东部和南部,其余84.62%的站点降水量在上升。（2）青藏高原各站点极端降水阈值的平均值为23.11 mm,取值范围为7.84~51.90 mm。高值中心出现在横断山区的贡山和木里,低值中心出现在柴达木盆地及昆仑山北翼区。（3）青藏高原各站点的极端降水量、极端降水日数和极端降水贡献率均表现出了明显的上升趋势,极端降水强度虽然也在上升但趋势并不明显,表明青藏高原极端降水量的上升并非是极端降水的强度引起的,而是由极端降水频次的上升引起的。柴达木盆地的极端降水量和极端降水日数虽然并没有表现出高值水平,但该地区的极端降水贡献率却表现出较高水平,表明该区域虽然降水量较少,但是降水往往以极端降水的形式产生。     

1961—2014年黄土高原气温和降水变化趋势

利用黄土高原地区52个气象站1961—2014年月气温和月降水资料,采用线性趋势法、累积距平法、Mann-Kendall法和Morlet小波分析等方法,对近54年来黄土高原气候变化和突变现象进行了分析。结果表明:1961—2014年黄土高原年平均气温呈上升趋势,线性趋势为0.31℃?10a~(-1)(P0.01),在1991年前后发生了由低温到高温的突变。四季均温均呈增加趋势,其中冬季增速最大,达0.44℃?10a~(-1)。气温年代际变化呈现明显的变暖趋势,1991年以后变暖加速,其中冬季均温增速最大。年均气温增速较大的地区位于黄土高原北部地区,黄土高原南部地区气温增速较小,变暖速率的空间分布随纬度升高而变大。1961—2014年黄土高原年降水量变化不明显,整体呈波动式下降,线性趋势为-7.51 mm?10a~(-1)(P0.05);其中1961—1970年属于降水偏多的年代,而1991—2000年属于降水偏少的年代。季节降水量呈现不同变化趋势和强度,其中秋季、夏季和春季降水量呈减少趋势,秋季降水减少速率最大,为-3.56 mm?10a~(-1);而冬季呈弱增加趋势,为0.43 mm?10a~(-1)。年降水量减少速率最大的地区位于黄土高原东南部,而黄土高原西北部降水变化不明显。Morlet小波分析结果表明,黄土高原年平均气温存在4 a和7~9 a变化周期,黄土高原年降水量存在5~7 a和12~14 a变化周期。通过以上分析,近54年黄土高原气候总体呈现暖干化趋势。     

西北地区近50a气温和降水极端事件的变化特征

采用1960-2009年西北地区124个气象站点的逐日最高气温、最低气温和日降水量资料,对该地区极端气候变化进行了研究探讨,并在此基础上尝试预测了未来该地区极端气候变化的情形。研究表明:近50 a以来,西北地区夏季天数、生物生长季、热夜天数、高温天数分别以2.31、2.98、1.07、0.45 d·(10 a)^-1的速度显著增加;结冰天数、最大连续霜冻天数、低温天数分别以-2.51、-1.79、-3.62 d·(10 a)^-1的趋势在显著减少;极端气温年较差也以-0.39℃·(10 a)^-1的速度在减少;除极端气温年较差外,极端温度指数和年平均气温有很好的相关性;最大的1和5天降水总量、逐年平均降水强度和持续干旱天数呈增加趋势,而中雨天数和持续降水天数呈减少趋势;除持续干旱天数外,年降水总量与其他极端降水指标有很好的相关;从空间分布和各气候区来看,极端气候增加或减少的趋势及其与年平均气温或年总降水量相关性不尽相同。     

1961-2010年中国降水时空变化特征及对地表干湿状况影响

开展气候变化背景下中国降水时空变化特征及对地表干湿状况影响研究,对揭示陆地表层系统对气候变化的动态响应与变化规律以及防灾减灾具有重要意义。基于1961-2010年地面气象观测资料,分析我国降水与地表干湿状况时空格局;在此基础上,采用敏感性与贡献度分析,定量评估降水变化对干湿状况的影响。结果表明：过去50年间我国年降水量呈轻微增加趋势,其中,青藏高原（高原亚寒带、高原温带）、西北（中温带西部、暖温带西部）和南方地区（亚热带、热带）呈增加趋势,东北（寒温带、中温带东部）和华北地区（中温带中东部、暖温带东部）呈减少趋势。就地表干湿状况而言,华北和东北地区以干旱化趋势为主,西北、青藏高原及南方地区主要呈湿润化趋势。地表干湿状况对降水变化响应较为敏感（全国多年平均敏感系数：-1.13）,干湿指数和降水呈负相关。内陆干旱地区降水对干湿状况变化的贡献高于湿润地区,局部地区降水贡献度超过60%。     

近50年华北地区降水量时空变化特征研究

利用华北地区(京、津、晋、冀、鲁、豫)92个气象台站近50年的逐日气象数据,采用趋势分析法和小网格法分析华北地区降水量的时空变化规律,并利用G IS工具实现空间分异表达。结果表明:华北地区降水相对较少,年均降水量为614 mm。年均降水量呈由东南向西北逐渐减少的趋势。春季降水纬向分布明显,而夏季降水经向分布更为突出,秋冬季降水与年降水分布相似。随着年降水量由多到少变化,多雨区由东部沿海向南部地区移动,少雨区呈由中西部地区向中北部地区移动的趋势。该区降水年际变异性强,年降水和夏季降水均呈明显的降低趋势,春季降水略呈升高趋势,冬季降水升高趋势更为明显。1980年为由多雨期向少雨期的转折点,降水量存在8~10 a的显著振荡周期。20世纪60年代为月降水正距平出现最多的时期,而80年代和90年代为月降水负距平出现最多的时期。华北地区降水量季节性差异明显,夏季降水集中,全年65%~85%的降水量集中在6—9月。     

1961-2006年我国气候变化趋势与突变的区域差异

基于FAO56 Penman-Monteith校正模型模拟结果,结合线性趋势法、Mann-Kendall非参数检验法和滑动T检验法,分析了我国1961-2006年温度和水分条件的变化趋势与突变特征。研究揭示出近几十年来中国及各地区平均温度呈显著上升趋势,且在20世纪80年代后期发生显著突变,突变在东北部较早,南部地区相对较晚。全国降水量略有减少趋势,没有检测到显著突变,西北干旱区的降水在20世纪80年代中期发生显著突变。全国潜在蒸散呈显著减少趋势,在20世纪80年代初发生显著突变,东部地区突变发生时间早于西部地区。全国干燥度呈显著的减少趋势,在20世纪70年代末发生了显著突变;亚热带、青藏高寒区和西北干旱区的干燥度减少趋势尤为显著,西北干旱区在1986年发生显著突变,湿润程度增加明显。     

20世纪90年代以来上海地区降水资源变化研究

为了揭示20世纪90年代上海地区降水资源的变化特点,根据1991-2003年上海地区11个站降水资料,在与前30年(1961-1990年)平均比较的基础上,统计分析1991年以来降水量、降水日数、相对湿度、蒸发量、降雪日的变化情况,结果表明:20世纪90年代以后,上海地区年平均降水量增加11%,汛期平均雨量增加18%,年平均降水日数却略有减少,这样使年平均降水强度增强了12%,季节分配格局改变,区域分布格局未变;年平均相对湿度和年平均蒸发量略减小,年平均降雪日数减少5d。     

基于高分辨率格点观测数据的青藏高原降水时空变化特征

基于青藏高原地区1961-2010 年高分辨率的逐日降水格点资料,按多雨区、相对少雨区、相对多雨区、少雨区和干旱少雨区选取青藏高原8 个研究区域。对近50 a 青藏高原年和季节降水量的分布形式以及变化趋势进行了分析。结果表明:青藏高原平均年降水分布不均匀,存在区域差异,呈现出由其东南部向西北部递减的分布形式。且同时存在季节差异,夏季降水最多,其次是春季和秋季,冬季降水最少。其中夏季降水分布形式与年降水分布形式对应较好;其他季节降水普遍集中在高原南部、东南部以及西南部。年降水变化以102°E为界,以东降水逐年减少,以西增加。季节降水变化趋势存在明显的区域和时域差异,在降水量较大的季节和区域,其降水增加趋势相应较大,反之较小。四季中除了夏季位于高原中东部较大范围的降水减少区以及冬季拉萨地区附近的两个降水减少中心外,其他地区各季节都表现出降水增加的趋势。     

近50a来珠江流域降水变化趋势分析

全球气候变化和人类活动影响下,近年来珠江流域降水时空分布变化显著。论文利用珠江流域62 个站点1959—2009 年逐日降水序列,选取Mann-Kendall 统计检验方法和有序聚类法,研究了该流域16 个降水特征指数的趋势变化和变异特征,得到如下结论：①流域全年、春季、冬季降水量呈微弱上升趋势,秋季降水量为稳定下降趋势,夏季降水量无明显变化趋势。夏季降水变化趋势对全年降水变化趋势的空间分布影响最大,春秋次之,冬季最小;②流域春、冬两季降水占全年降水比例呈上升趋势,夏、秋两季降水占全年降水比例呈下降趋势;③流域全年降水日数和小雨日数呈显著下降趋势,中雨日数没有明显变化趋势,大雨、暴雨日数和95 百分位值降水日数均呈上升趋势。全年、小雨和暴雨降水日数显著突变时段发生在20 世纪90 年代初;④流域日平均降水量呈稳定上升趋势,降水时段趋于集中化。     

山东省太阳总辐射的时空变化特征分析

基于山东境内17 个气象站1961—2012 年逐日日照时数资料,利用Angstrom 公式估算各站点太阳总辐射,并利用空间插值法、线性倾向估计和Pettitt 突变检验方法对全年和四季太阳总辐射的时空变化特征进行了分析。结果表明:1961—2012 年山东地区多年平均年太阳总辐射的变化范围为4 814.3~5 338.8 MJ/m²,地区间差异大,全年太阳总辐射的空间分布特征为北部多、南部少;全年和夏季太阳总辐射时间序列在全部17 个站点趋于减小趋势,且除威海外,均达到至少0.05 显著性水平;除春季和秋季各有3 个和1 个站点太阳总辐射呈增大趋势外,其余站点春季、秋季和冬季太阳总辐射均呈减小趋势;全年和各季节太阳辐射减小速率较大的站点主要分布在山东中部和西南部地区;近52 a 间,1997 年以前为平均年太阳总辐射值的偏大时期,而其后则为偏小时期。     

1961—2015年西南区域单季稻生长季气候年型及其生产潜力分析

了解气候变化背景下农作物气候年型以及不同气候年型下作物的生产潜力,对实现农业的可持续发展具有重要意义。基于1961—2015年西南区域单季稻种植区316个气象台站的逐日气象资料和单季稻生产资料,利用异常度概念分析了单季稻生长季的10种气候年型,解析了不同气候年型下单季稻的气候生产潜力,并分析气候变化对单季稻生长季气候年型及生产潜力的影响。结果表明：（1）近55年来西南区域单季稻生长季正常年型发生频次最高,平均21.5次,其次是少雨年型和多雨年型。从空间分布来看,正常年型多出现在云南南部和西北部、四川攀西和四川盆地南部的部分地区,少雨和多雨年型多出现在四川盆地大部和其他省市的部分地区,高温年型多出现在四川攀西地区、云南和贵州的个别地区,低温和寡照年型的空间差异不明显。（2）1961—2015年,西南区域单季稻气候生产潜力平均为7065.6 kg/hm²。与正常年相比,多雨年型气候生产潜力偏高超过10%,少雨年型偏低超过14%,降水是影响单季稻气候生产潜力的最主要因子。（3）气候变暖对西南区域单季稻生长季气候年型变化的影响最为显著。与1961—1990年相比,1991—2015年暖年增加,冷年减少。近55年来西南各省市单季稻气候生产潜力均呈下降趋势,1990年代以来暖年的增加有利于气候生产潜力的提高,而少雨和寡照年的增加是气候生产潜力总体下降的主要原因。     

西南地区秋绵雨变化趋势与周期性特征的区域差异

利用西南地区338 个气象站点1961-2009 年9-11 月的逐日降水资料,采用REOF对秋绵雨进行气候分区,运用线性趋势、滑动t 检验、Yamamoto 检验、Mann-Kendall 检验、复Morlet 小波等数学方法,分析各分区秋绵雨日数的变化趋势、突变特征、周期性特点,结果发现：西南地区秋绵雨东多西少,四川东南部、重庆西南部和贵州北部秋绵雨最多,年发生率在80%以上,年均日数在10 d 以上;西南地区秋绵雨可分为4 个气候区,即四川盆地东部区、黔南区、四川盆地西部区和滇东北区;其中四川盆地东部区、黔南区、四川盆地西部区秋绵雨日数有减少趋势,滇东北区有增加趋势,但均不显著;黔南区秋绵雨日数在1988 年发生了由多到少的突变,滇东北区秋绵雨日数则在1985 年和1995 年发生了两次相反的突变;各分区秋绵雨日数的年代际振荡周期差异较大,从10 a 到27 a 不等,年际振荡周期四川盆地东部区和黔南区为2～5 a尺度,四川盆地西部区和滇东北区为2～3 a尺度。     

贵州降雨变化趋势与极值特征分析

利用1961—2004年逐日降雨资料,分析了贵州降雨强度、无雨天数、极值降雨的变化趋势及空间分布特征。利用Mann-Kendall法与反距离权重插值法对贵州近44年降雨时空变化趋势进行了分析。利用Gumbel分布拟合最大日降雨量的概率分布特征,并利用极大似然法进行分布参数估计,推求了极端(50年,百年一遇)降雨情形。结果表明,贵州近44年来汛期有雨日降雨强度、最大日降雨量、连续3日、5日、7日无雨的出现频率呈现明显的上升趋势;最大日降雨总体由南向北减少,连续无雨天气出现频率的增加幅度空间分布总体呈东高西低的趋势。     

中国西北地区持续干期日数时空变化特征

采用1961-2011 年111 个地面观测站逐日降水量资料,分析了中国西北地区近51 a 四季持续干期日数变化趋势。结果表明：近51 a 来西北全区春季和冬季持续干期日数都呈明显的下降趋势,冬季的下降幅度达到-1.6 d·(10 a)^-1,而夏季和秋季变化趋势不太明显。空间分布上该区大部分地区持续干期日数变化倾向率春季呈减少趋势,变化倾向率在-5.0～5.0d·(10 a)^-1之间;夏季不同的区域变化趋势不同;秋季西北西部呈减少趋势,而西北东部则呈增加趋势;冬季除陕西南部的关中平原和秦巴山地外,其他大部分地区呈减少趋势,变化倾向率在-6.0～3.0 d·(10 a)^-1之间。持续干期日数年代际变化和空间变化趋势在不同自然区变化趋势也存在差异。     

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.