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%。     

1961-2010年我国冬小麦可种植区变化特征

冬小麦是我国的主要粮食作物之一,在我国粮食生产和粮食安全方面占有重要地位。论文以全国553个气象台站1961-2010年的基本气象资料为基础,根据温度垂直递减规律,将气象站点的最低温度数据处理到海平面水平,而后利用ArcGIS软件,对海平面水平的最低温度数据进行空间插值,得到海平面水平的最低温度空间分布图;再利用全国的DEM数据将插值后的温度数据还原到相应的海拔高度,得到当地的最低温度空间分布图。参考崔读昌提出的我国内地冬小麦种植北界条件,并综合北疆有积雪覆盖区冬小麦安全越冬的判定条件,计算得到全国1961-2010年内不同年代际的冬小麦可种植区概率。利用不同年代际冬小麦可种植区概率分布图,从空间的角度分析了这50 a冬小麦可种植区的扩张状况、可种植概率的变化情况等,为我国的冬小麦种植区的选择提供参考。     

1970-2015年汉江流域多尺度极端降水时空变化特征

基于汉江流域63个气象站点逐日降水数据,辅以超阈值抽样、极端降水集中度（EPCD）和集中期（EPCP）、Mann-Kendall趋势检验等分析方法,对1970-2015年汉江流域多尺度极端降水变化特征进行分析。结果表明：（1）在旬尺度上,汉江流域EPCD较高,呈现出“西高东低”空间特征;汉江EPCP多年均值为七月下旬,空间呈现出“东部早,西部迟”的分布特征,不同流域表现出不同的年代变化规律。（2）在月尺度上,汉江流域极端降水各月分布不均,主要集中在5-9月,同年10月至次年4月为极端降水少发期。（3）在季尺度上,汉江流域极端降水夏季占比50%以上,但近期全流域夏季极端降水比例下降,其中上游主要为春季占比增加,中下游为秋季占比增加,说明夏季是影响汉江极端降水非均匀变化的关键季节。（4）在影响因素上,当东亚季风和南亚II区季风偏强时,汉江流域夏季极端降水量整体减少;当东亚季风偏弱时,夏季极端降水增幅呈南北分异,而南亚II区季风偏弱时,极端降水增幅呈东西分异。     

1961—2010年新疆生长季节指数时空变化特征及其农业响应

在定义生长季节长度(GSL)、生长季节开始时间(LSF)以及生长季节结束时间(FFF)三个生长季节指数的基础上,采用模糊聚类、稳健回归及Mann-Kendall非参数检验等方法分析新疆1961—2010年生长季节指数时空变化特征,并针对作物生长季节指数变化对区域农业生产的影响进行了深入探讨。结果表明:新疆20世纪90年代中期,GSL变化幅度很大,低纬地区生长季节受低温影响较小,而随纬度上升,中高纬地区生长季节受低温影响越大。生长季节长度的变化与秋季低温(生长季节结束时间)变化情况紧密相连,全疆生长季节长度在80%的保证率下,较多年平均生长季节长度缩短5~14 d。生长季节长度的延长,会导致净初级生产力以及年蒸散发总量上升,继而影响水文、生态系统以及生物地球化学过程。     

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。     

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—2012年中国棉花需水量的变化特征

利用中国三大棉区230个气象台站的地面气象资料和103个农气观测站的棉花生育期资料,采用联合国粮食与农业组织推荐的方法计算了研究区域内1961—2012年棉花全生育期和不同生育阶段的需水量,并探讨了棉花不同生育阶段缺水量和水分盈亏指数的变化。结果表明:1961—2012年我国棉花全生育期需水量和缺水量整体呈下降趋势;需水量在开花到吐絮期总体呈下降趋势,而在播种到开花、吐絮到成熟阶段基本无变化;缺水量在播种到吐絮期总体呈下降趋势,而在吐絮到成熟期基本没有变化。比较三大棉区典型站点棉花水分盈亏情况,研究区域内棉花全生育期和各生育阶段的有效降水量均不能满足棉花的需水要求,其中西北棉区棉花各生育阶段的缺水状况最为严重。研究可为中国棉花种植区域的农业用水及合理灌溉提供科学依据。     

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...     

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。     

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。     

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。     

1961—2012年吉林省日照时数的变化特征及影响因素

日照时数变化特征及原因存在区域差异,为了反映日照时数变化特点,论文利用标准正态检验法(SNHT),对47个站点1961—2012年日照时数观测资料进行均一性检验,得到31个均一站点,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验、小波分析、相关分析等方法研究了吉林省日照时数的变化特征和影响因素。结果表明:1961—2012年期间,吉林省年日照时数呈现出显著减少的年际变化特征,平均每10 a减少53.9 h,1985年前后吉林省日照时数由明显偏多变为明显偏少;四季日照时数均呈显著减少趋势;近52 a来,吉林省大部分地方日照时数呈减少趋势,中西部地区的东南部和东南部地区的西部为显著减少区。低云量的增加是导致吉林省日照时数减少的主要气象因素;大气污染物排放量增加所引起的气溶胶光学厚度增加对年日照时数减少的长期变化及冬季日照时数的年际变化有显著影响。     

近2年上海市夏季降水地球化学特征研究

在连续监测采样分析基础上运用相关性分析、主成分分析、海盐示踪法和HYSPLIT模型,分析了上海市2008年和2009年夏季降水主要成分的化学特征、来源及酸性降水的成因.近2年夏季降水中,pH平均值分别为4.72和4.68,酸雨频率分别为53.30%和63.30%;离子浓度的大小顺序为SO24-NH 4+NO 3-Cl-Ca2+Na+Mg2+K+,其中SO42-、NH 4+、NO 3-等二次组分在降水中占有较高比例,三者之和分别占降水中离子总量的55.01%和65.97%,表明上海市大气环境中二次污染比较突出;SO42-/NO 3-的当量比分别为3.19和2.13,表明该市夏季酸性降水类型为硫酸和硝酸复合型;可溶性有机碳(DOC)含量变化范围为1.36～10.69 mg/L,平均含量为2.44 mg/L;NH 4+同SO24-(r=0.81)、NO 3-(r=0.58)的相关性分别大于Ca2+同SO24-(r=0.72)、NO 3-(r=0.57)的相关性,且NH 4+/Ca2+的当量比分别为1.31和2.49,说明NH 4+对夏季降水酸性的中和作用大于Ca2+;夏季降水中,SO42-、NH 4+、NO 3-、K+、Ca2+主要是陆源物质输入,Mg2+、Cl-两者海、陆源物质都有贡献且陆源贡献大于海源.后向轨迹分析表明上海市夏季酸性降水不仅与局地污染源有关,还与来自其西南方向的远距离污染物质输入有关.     

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。     

1961-2006年东北地区农业气候资源变化特征

应用1961-2006年中国东北三省72个气象台站的气象资料,统计分析了东北三省稳定农耕期、生长期及积温、降水量、日照时数农业气候资源的变化特征,结果表明:研究期间,东北三省平均农耕期、生长期分别延长了2.4 d·10 a^-1、2.3 d·10 a^-1;经Mann-Kendall检验,农耕期长度、生长期长度分别在1988年、1992年发生突变。46 a东北三省积温表现为一致的增多趋势,降水量、日照时数呈减少趋势。分析比较突变年前后两个时段的农业气候资源变化,农耕期、生长期平均积温高值区向东、向北扩展;农耕期降水量高值区、低值区面积萎缩,中值区向东南方向扩张,生长期降水量中高值区面积减少;农耕期平均日照时数呈现高值区、低值区面积减少,而生长期日照时数呈现高值区、低值区面积增大的特点。     

川西甘孜藏族自治州1961—2015年日照时数变化特征分析

甘孜藏族自治州(简称甘孜州)位于青藏高原东南缘,是一个气候敏感区和环境脆弱区.利用多年气象数据探讨该区气候变化趋势对研究区环境保护、灾害防治和发展规划有重要意义.本文基于1961—?2015年甘孜州11个气象站点的日照时数、气温、降水、相对湿度和风速数据,通过一元线性回归、5 a滑动平均、累计距平、Mann-Kendall(M-K)突变检验和样条函数插值分析方法,研究该地区年际、季度的日照时数时空变化特征以及与其他气候因子之间的关系.研究结果表明:(1)平均日照时数在年际和季度尺度上呈减少趋势,减少速率分别为25 h·(10a)?1(年际)、6.4 h·(10a)?1(春季)、6.8 h·(10a)?1(夏季)、6.9 h·(10a)?1(秋季)、6.3 h·(10a)?1(冬季).(2)空间分布上,德格的西部地区日照时数减少最快,而乡城县等极少数地区出现日照时数增加的趋势.(3)年际日照时数在1989年发生突变,在季节尺度上春季、夏季、冬季发生突变的年份分别为1989年、1991年和1994年,秋季突变不明显.(4)日照时数与气温、降水量、相对湿度均呈负相关关系,相关系数分别为??0.2、??0.6、??0.5;日照时数与风速呈显著正相关关系,相关系数为0.6.本研究可为甘孜州地区1961—?2015年的气候变化提供数据支持.     

1961—2018年呼伦湖水面面积变化特征及其对气候变化的响应

为揭示近60年来呼伦湖水面面积的变化规律,确定影响呼伦湖水面面积变化的主要因素,采用曼-肯德尔检验（Mann-Kendall tests）、一元线性回归和小波分析法解析1961—2018年呼伦湖水面面积及其所在区域气温、降水量、蒸发量和相对湿度的变化趋势、突变特征和周期性变化规律,采用皮尔逊相关性分析（Pearson correlation analysis）和灰色关联分析研究水面面积与气象要素的相关性.结果表明:1961—2018年呼伦湖水面面积在1 739~2 360 km2之间,总体以72.84 km2/（10 a）的速率显著减小,2009年人工调水实施以后水面面积逐渐恢复并稳定在2 030 km2左右.近60年来呼伦湖区域气候暖干化明显,表现为气温显著升高、蒸发量显著增大、相对湿度显著降低、降水量非显著减少.1961—2018年,呼伦湖水面面积对气候突变及其周期波动存在相应的响应,水面面积与区域蒸发量呈显著负相关,Pearson相关系数为-0.546,与区域蒸发量和降水量的灰色关联度为0.938~0.960,人工调水实施前（1961—2008年）水面面积与气象要素的相关性强于1961—2018年.研究显示,气候变化引起的蒸发量增大是呼伦湖水面面积减小的重要原因,人工调水严重干扰了2009—2018年呼伦湖水面面积对气候变化的响应.      

上海市降水过程中汞的浓度变化研究

为了研究降水过程中汞浓度变化规律,采集了上海市区2009年7月6日一次连续降水过程中的分时段12个雨水样品,利用冷原子荧光测汞仪测定了总汞、溶解态汞和颗粒态汞浓度.分析结果显示,降水过程各时段雨水样品的总汞浓度变化范围为0.26～0.53 μg·L-1之间,其中溶解态汞占总汞的比例为67.9％～96.8％;总汞浓度和颗粒态汞浓度的总体变化规律较一致,降水事件的前30分钟内浓度较高,之后逐渐降低,最终趋于稳定;溶解态汞浓度从降水事件开始由高到低逐渐变化,最终也趋于稳定.通过清除比计算云下冲刷过程对雨水中总汞浓度的贡献,发现云下冲刷的贡献大于40.9％.     

1990—2009年中国大陆主汛期降水的变化特征及其可能原因

利用我国160个台站1951—2010年逐月降水观测资料,分析了我国1990—2009年夏季（6—8月）降水的变化特征,对其代表性雨型进行了分类,重点分析了1990年代和2000年代主要多雨带的变化特征。此外还分析了1990年代和2000年代的北半球500 hPa大尺度环流背景和气温及海温背景的差异,从而探讨了夏季降水...     

2010—2016年上海城区臭氧长时间序列变化特征初探

基于2010—2016年上海城区近地面大气臭氧（O₃）的连续在线观测数据，研究了上海城区O₃长时间序列变化规律和污染特征.结果表明，近7年来上海城区O₃污染逐渐凸显，但总体以轻度污染为主，7—8月高温炎热季节以中度污染居多.城区O₃-8 h（臭氧日最大8 h滑动平均）年均增速为3.81 μg·m^-3·a^-1，99%和95%分位值增速较快，分别为6.65和4.94 μg·m^-3·a^-1；25%、50%和75%分位值的增速在3.06~4.45 μg·m^-3·a^-1之间.春季O₃浓度均值较高，年际变化小；夏季极值较高，且污染超标情况最为突出；秋季O₃浓度次于春、夏季，冬季最低；夏、秋和冬季O₃浓度总体呈上升态势.O₃日变化呈"单峰型"，最大值出现在13：00左右，且峰值逐年增加，污染持续时间变长，最小值出现在早晨7：00.城区O₃"周末效应"逐渐减弱.基于KZ过滤器方法的数据分析结果表明，上海城区O₃-8 h长期变化主要受O₃-BF（O₃-8 h的基准组分）影响；O₃-SF（O₃-8 h的天气影响组分）在5—9月对O₃-8 h影响较大，其范围为-98.85~139.60 μg·m^-3.