近19年干旱半干旱过渡区气温降雨变化特征分析

针对西北干旱半干旱区生态环境各要素的过渡特性,文章以位于干旱半干旱典型过渡区的定西市为例,通过整理其地面观测站1991-2009年较为完整的气温和降水资料,分析了定西地区气温、降水的年平均变化趋势和年代际变化特征。结果表明:近19年来,年平均气温总体呈上升趋势,突变时间为1996年;年均降水量呈下降趋势,突变时间为1995年。造成定西气候变化的主要原因有:(1)定西市所处的地理位置和地形条件的汇聚特征,由其引起的焚风效应和夏季青藏高原上空下沉气流的影响,叠加近十几年定西地区人为活动温室气体排放量的增加,是引起地面温度增高主要原因。(2)定西地区处于印度洋、太平洋和欧亚大陆三大环流的汇聚位置,既受夏季青藏高原高空辐散气流的控制,还受全球尺度大气环流振荡的影响,高空环流脊槽移动转换和深浅变化会给当地带来大范围的干湿变化。温度升高地表蒸发加大也是影响当地降水减少的原因之一。     

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。     

豫西山区降水与气温的波动规律研究

根据豫西山区4个国家地面气象观测站1957—2008年的降水和气温数据,运用小波分析和统计分析相结合的方法研究了该地区降水和气温的多时间尺度波动特征。研究结果表明:①近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温均具有复杂的多时间尺度特征,年降水量在4 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显,而年均气温在8 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显;②近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温虽然具有明显的周期性波动,但是,使用白噪声功率谱进行显著性对比检验得出的结果表明,它们的主周期的显著性水平普遍较低,可以认为基本属于随机性波动;③近50 a来,在4~12 a的尺度上,豫西山区的年降水量和年均气温具有极显著的负相关性,而且预计未来几年该地区仍然可能延续2006年以来气温偏高降水偏少的气候特征;④小波分析和统计分析都属于经验诊断的范畴,对分析过去气候要素变化的多时间结构特征具有较好的效果。但是,由于它们不涉及因果机理,因此要想准确地预测未来的气候变化趋势,还必须对气候系统当中的复杂变化过程开展深入的机理研究。     

天水市过去116年气温变化趋势及突变分析

天水位于青藏高原东北部的副热带北部边缘,受大陆性季风气候的影响,生态环境脆弱,是研究全球变化区域响应的理想之地。基于天水市1901—2016年的月平均气温资料,运用一元线性回归、5年滑动平均和Mann-Kendall非参数检验等方法分析了过去116年来天水市气温在不同尺度上的变化特征及突变节点。结果表明：天水市1901—2016年气温总体呈上升趋势,气候倾向率为0.058℃?(10a) ^?1。各季节均表现出增温趋势,春季、夏季、秋季和冬季的线性倾向率分别为0.084℃?(10a) ^?1、0.019℃?(10a) ^?1、0.022℃?(10a) ^?1、0.102℃?(10a) ^?1。最冷月份1月及最热月份7月同样表现出增温趋势,线性倾向率依次为0.085℃?(10a) ^?1、0.038℃?(10a) ^?1。年平均气温在1923年和1993年发生了两次突变。春季和秋季突变年与年平均气温基本一致,夏季气温突变存在超前和滞后现象,冬季突变时间为1978年。最冷月份1月平均气温在1977年发生突变,最热月份7月平均气温突变年份集中在2000年之后。总体而言,天水市过去一百多年来,气温呈上升趋势与全球变暖大背景一致。     

1961—2010年阿拉善左旗气温和地温的变化特征分析

关于气温变化特征已有大量研究,但关于地温变化及其与气温的关系研究还较少。该研究以干旱区为研究区域,利用1961—2010 年阿拉善左旗平均气温和0~80 cm各层平均地温的逐月资料,采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候统计方法研究了近50 a 阿拉善左旗气温和各层地温的年代和季节变化趋势、地气温差变化、气候突变和异常年份以及气温和地温关系。结果表明：气温与各层地温有很好的相关性;与年均气温相比,地温对气温的放大程度除0 cm外随土层深度增加呈增加趋势。年、季平均气温和各层平均地温均呈显著升高趋势,但气温和地温的升温速率不一致;年均气温的升温率和升温幅度高于除0 cm外的各层地温变化;气温、0 cm 和80 cm 地温在冬季的升温最大,5~40 cm 地温在春季升温最大;春、夏季,随土壤深度增加,地温呈减小趋势,气温介于各层地温之间;秋、冬季,随土壤深度增加,地温呈增加趋势,气温小于除0 cm外的各层地温增加;气候变暖背景下,年均、夏、秋和冬季的气温比地温的响应更快,而春季各层地温比气温的响应更迅速。近50 a 各层年均地温(0 cm除外)和气温的温差减小0.3~0.8℃;随土壤深度增加,地气温差的减小幅度降低。年均气温和各层地温的气候突变出现在1980 年代和1990 年代,而气温和地温在四季大多无气候突变现象。四季气温和各层地温的异常年存在一定的对应性,而年均气温和各层地温的异常年份一致性较差。     

1960～2012年中国东南沿海地区降水变化特征及重涝灾害趋势判断

基于东南沿海地区46个气象站点逐年实测降水数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验法、Z指数法等气候诊断方法分析了1960~2012年东南沿海降水量时空变化特征,利用可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系等灾害时间对称性方法,对重涝灾害未来趋势进行判断。结果表明:1)1960~2012年东南沿海地区降水整体呈增加趋势,增加速率为1.91mm/a;2)在空间变化上,降水量高值区域,降水呈现下降趋势,而降水量低值区域,降水则呈现上升趋势;降水呈下降趋势的区域集中在降水高值区,由南向北降水呈下降趋势站点逐渐减少,区域洪涝灾害风险逐渐增大;3)东南沿海旱涝变化具有明显的年际变化趋势,主要表现为20世纪60~70年代整体偏旱,80~90年代涝灾逐年增多,2000年后旱涝灾害频发,形成"重旱-重涝并重"的格局;4)东南沿海地区重涝时间序列具有明显的时间对称结构,经可公度、蝴蝶结构图和可公度结构系三种方法综合判断,2016年重涝信号较强,有可能发生较严重的涝灾,需要相关部门予以重视,完善区域自然灾害防御应急体系。     

和田河年径流变化规律研究

根据和田河实测年径流资料,应用小波分析、R/S分析等多种方法,探讨了在气候变化和人类活动影响下,和田河年径流变化规律及其成因。结果表明,和田河年径流存在减少趋势,且具有一定的持续性。通过径流变化的影响因素分析表明,上游出山口处两支流的径流变化主要受气温升高的影响,下游入塔里木河处除受降水减少的影响外,主要是由于人类对水土资源开发进程的加快,人类活动是其径流变化的主要原因。     

近50年首都圈沙尘暴的变化趋势及其与气温、降水和风的关系

利用首都圈地区 11个基本和基准气象台站近 50年的观测资料 ,给出了这 11个台站自建站至 2000年沙尘暴发生日数的年际变化序列 ,并分析了其与气温、降水和风的关系 .结果表明 :首都圈沙尘暴具有很大的时空差异 ,西北部沙尘暴日数明显多于东南部 .沙尘暴发生日数的年际波动很大 ,同一站点最多年份与最少年份相差几十倍 .二连浩特、阿巴嘎旗、锡林浩特、丰宁、张家口、怀来和北京等 7个气象站自建站至 2000年的沙尘暴日数呈显著的下降趋势 ,其余 4个气象站没有显著的上升或下降趋势 .首都圈地区沙尘暴季节性显著 ,多集中在春季 .与沙尘暴日数相关性最强的是起沙风日数 ,有 6个站点的沙尘暴日数同起沙风日数呈显著的正相关 ;其次是气温 ,有 3～ 4个站点的沙尘暴日数与年均温、冬季均温和春季均温呈显著负相关 ;降水量与沙尘暴日数的相关性最弱 ,只有朱日和 1个站点与春季降水量呈显著负相关 .另外有 4个站点的沙尘暴日数与气温、降水和风均没有显著的相关关系 .根据上述研究结果就首都圈沙尘暴的时空变异性及其与气候因素的关系等问题进行了讨论 .     

华北地区1951-2009年气温、降水变化特征

基于华北五省(市)64个基本气象站的1961-2009年逐年逐月气温、降水资料, 利用泰森权重计算了华北地区面平均降水及面平均气温,并建立了7个长序列气象站的气温、降水与面平均值的回归方程,展延了研究区1951-1960年面平均降水和气温资料。对展延后的1951-2009年序列数据,应用Mann-Kendall检验、Mann-Whitney检验、9 a滑动平均等方法进行趋势分析,分析结果显示: 该区59 a间年气温上升了1.5 ℃,年气温序列存在显著上升趋势,年气温序列在1993年前后有一个突变点,年气温距平以1989年为低温期与高温期的分界线,年气温平均每10 a增长2.2%;年降水序列无显著趋势,亦无显著跳跃趋势,年降水距平大致以1976年为多雨期与少雨期的分界线,年降水平均每10 a增长-1.3%。研究成果为深入分析华北地区气候变化规律、未来气候变化影响,以及水资源对气候变化的响应提供了基础。     

太湖流域降水、气温与径流变化趋势及周期分析

基于太湖流域及周边气象站1957-2009年气象数据,采用Mann-Kendall和小波分析方法,分析其平均气温、极端最高和最低气温、降水量、最大日降水量及径流量的变化趋势和周期特征,并对流域径流量的变化及与降水量的耦合关系等进行分析。结果表明:太湖流域在过去50多年整体呈增温增湿的趋势;靠近大城市的站点气温升温趋势明显高于其他站点;流域夏季的极端高温事件有增强的趋势;流域年降水量呈不显著的增加趋势,而最大日降水量却呈显著的增加趋势,从一定程度上反映出流域内极端降水有增强的趋势;降水量和径流量的变化趋势较为一致,都呈不显著的增加趋势,且两者增加幅度基本相当;流域各要素存在约4 a的显著振荡周期和8 a的不显著振荡周期。     

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。     

全球变化背景下安徽近55 a气温时空变化特征

基于安徽省80个气象站的月值气温观测数据,采用线性倾向率、Mann-Kendall突变检验、小波分析和R/S分析等数理统计方法,研究多时间尺度下的气温变化特征。结果表明:1)近55 a安徽省气候呈现明显的暖化趋势,年均气温及春、秋、冬季气温均呈明显上升趋势,其中春季升温幅度最显著,年平均气温在20世纪90年代波动幅度最大;2)年平均气温在1996年发生了突变,与突变前相比,突变后的平均气温增加了0.82℃,年平均气温发生了较大的变化,增暖趋势显著;3)近55 a安徽省年平均气温的变化主要存在5~8 a和10~15 a周期振荡,由小波方差图可以确定年平均气温存在6 a和11 a的主周期;4)安徽省年及四季平均气温的Hurst指数都大于0.5,表明存在显著的Hurst现象,即在不同时间段,该地区的气温时间序列大体上延续历史变化趋势,说明近55 a来安徽省的气温变化存在趋势性成分。春季和冬季Hurst值最高,表明与其他季节相比,春季和冬季的增温持续性最强,是年平均增温的主要贡献者。     

1960-2006年艾比湖流域冷暖季气候状况分析

运用线性倾向估计、累积距平、小波分析、Mann-Kendall检验等方法对艾比湖流域1960-2006年冷、暖季和全年平均气温、降水量、日照时数的变化趋势、周期性和突变性进行分析。结果表明:①47 a来,艾比湖流域平均气温和降水量均呈增加趋势,其变化率分别为0.43 ℃/10 a、12.02 mm/10 a;而日照时数呈减少趋势,其变化率为-22.30 h/10 a。②从空间分布来看,流域各站年均气温均呈不同程度的增加,其中以托里增幅最大,温泉增幅最小;除托里年降水呈减小趋势外,其他各站年降水量皆表现为增加趋势;冷季日照时数减少趋势明显强于暖季,这也导致研究区大部分站点年日照时数呈减少趋势。③平均气温、降水和日照时数序列在冷季、暖季、全年中都存在着长周期和短周期。其中,降水和日照时数都具有8 a左右的短周期,并分别存在14 a和20 a的长周期;而气温的变化周期较为复杂,且具有较强的波动性,存在11 a和22 a的年代际周期。④流域气候的突变发生在20世纪80年代,1988年流域气温发生了由偏冷时期向偏暖时期的转变;1986年降雨发生了由少雨到多雨的变化,流域气候开始变得湿润;1984年左右日照时数出现由多到少的转变。     

全球大气降水年均氚浓度恢复模型(1960-2014年)

运用环境同位素氚（³H）建立模型来定量研究地下水运动规律已被广泛应用于水文地质和环境监测领域,大气降水氚浓度是这类模型中必须的输入值.目前已建立的全球大气降水氚浓度模型（MGMTP）为这一领域的研究提供了一种恢复全球范围内年平均氚浓度的新方法,但该氚浓度模型后期恢复数据出现异常负值及面临适用年限等问题.因此,本文选用国际原子能机构和世界气象组织提供的1960—2014年全球氚浓度值实测资料,基于因子分析法拓展了MGMTP模型的适用年份,并对不同的数据预处理及分析方法进行了对比,同时对MGMTP模型提及的"异常负值"问题进行了进一步明确与改进.最后把模型应用于南北半球的典型站点,将恢复得到的数据与实测数据进行对比,发现拓展后的MGMTP模型结果能较好地拟合实测数据.研究表明,该模型具有简单易用、时间序列长、全球性适用等优点,尤其对缺少大气降水氚浓度实测数据的地区具有重要参考价值.