新疆石河子地区降水量变化特征分析

根据石河子地区4个区域(石河子市,莫索湾垦区,下野地垦区,安集海垦区)1959-2006年的年均降水量资料,利用Mann-Kendall秩次相关检验和时间序列的线性趋势检验得到:石河子地区的年际降水量总体呈上升趋势,但该趋势在0.05水平上不显著;通过Morlet小波变换对石河子地区降水量进行了多时间尺度的周期性变化分析和趋势预测,结果表明:石河子市,安集海,下野地,莫索湾垦区分别在15a,16a,14a,16a的中心时间尺度上存在约4个主周期,6a,5a,6a,6a的时间尺度上存在约9个次周期;2006年后的一段时间内石河子地区降水量可能呈下降趋势,经过2a左右以后该区将进入降水量的偏少期,并将有5年左右的持续时间。     

鄂尔多斯高原近48a降水及蒸发特征分析

利用鄂尔多斯高原1961-2008年降水和蒸发时间序列分析表明,研究区降水量和蒸发量总体特征是皆向减少趋势发展,但降水在各年代都呈下降趋势,而蒸发在波动中向减少趋势发展。以Morlet小波函数为工具,分析得出研究区内降水和蒸发都存在多时间尺度特征,其中降水在8-9年和14-16年的时间尺度下正负交替震荡特征最明显,而蒸...     

延安市近50年来降水特征及趋势变化的小波分析研究

利用Morlet小波对延安1952~2003年52年间的降水量进行了多时间尺度分析,结果表明,延安降水在3~6 a和25~32 a的时间尺度上变化较强,存在近22 a和3 a的降水周期,其中22 a的周期变化最为强烈。根据降水周期,延安年降水在2003年后的5~8 a内相对偏多,2007~2009年左右达到最大值,然后降水量开始减少,从2013年左右开始进入一个约10 a的少雨阶段。基于1952~1990年降水量资料,建立小波变换的最近邻抽样回归模型,用1990~2003年13 a的年降水量变化作为校验,13年中有11年的预测结果相对误差小于30%,说明小波分析和最近邻抽样回归模型结合可以较好地预测降水量的年际变化。     

1725-194年北京地区降水日数周期性分析

源于清代宫廷档案《晴雨录》资料的《北京250年降水》②中记载了北京地区1725-1904年降水日数,是研究该时段北京地区降水日数周期性的重要资料.文中结合该资料对北京地区年降水日数和各季节降水日数进行了周期性分析.互补集合经验模态函数(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)能将时间序列分解为不同时间尺度上的本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF),从而得到序列在不同时间尺度上的周期.文中采用CEEMD方法将北京地区年降水日数分解为不同时间尺度上的周期,发现其具有明显的年际和年代际周期,并采用功率谱对春、夏、秋、冬四季的降水日数进行周期性分析,发现其具有显著的年际周期性.采用小波互相关系数和小波位相谱来对降水日数和降水量情况的相关关系进行分析,发现两者在年代际尺度上的相关程度明显高于年际尺度上,且年代际尺度上的位相差异比年际尺度上的位相差异更大.     

宁夏山区小麦产量变化特征及其对气候变化的响应

利用宁夏山区各气象站1957～2002年的气候资料及同期小麦产量资料,分析了宁夏中部干旱带和南部山区小麦产量和气候要素的周期性变化特征以及小麦产量与气候要素的关系.采用常用的墨西哥帽小波(Mexican Hat)函数,分别对宁夏中部干旱带和南部山区小麦单产气候产量和气候要素时间序列进行了小波分析,分高、提取了小麦单产气象产量和气候要素时间序列的波动周期,并进行了相关性分析.结果表明:1954～2002年,宁夏中部干旱带小麦单产在波动中增长.气候产量与5月份降水量有明显的正相关.中部干旱带小麦气候产量具有4年左右、8年左右和16年左右的周期振荡,且以8年左右的周期最为显著.5月份降水量有4年左右、8年左右、16年左右和32年左右4个时间尺度的振荡周期,以8年左右、16年左右和32年左右的周期性振荡最强.气候产量和5月份降水量在4年和8年的振荡周期上有同位相,相关性达到显著水平.宁夏南部山区小麦单产在波动中稳步增长.气候产量与5月份降水量有明显的正相关,与5月份平均气温有明显的反相关.宁夏南部山区小麦气候产量有4年左右和8年左右的周期振荡,以4年左右的周期性振荡最强.5月份降水量有4年左右、8年左右、16年左右和32年左右4个时间尺度的振荡周期,以8年左右、16年左右和32年左右的周期性振荡最强;5月份平均气温存在着8年左右和16年左右2个时间尺度的振荡周期,以16年左右的周期性振荡最强.气候产量与5月份降水量4年和8年的振荡周期上具有明显的同位相,与5月份平均气温8年的振荡周期有明显反位相.气候变化对宁夏南部山区及宁夏中部干旱带小麦产量具有明显的影响.     

乌梁素海表层沉积物营养元素及重金属空间分布特征

以地处寒旱区的内蒙占乌梁素海为研究对象,利用地质统计方法对乌梁素海表层沉积物营养元素及重金属元素的空间分布特征进行了分析.结果表明:乌梁素海表层底泥中总氮和总磷具有相似的空间分布特征,呈现出随水流总体方向由北到南递减的变化趋势,且在湖泊出口处形成局部高值区;表层底泥中有机碳含量与水生植物和藻类生长空间分布有很强的相关性...     

不同时间尺度条件植被温度指数干旱监测方法的适用性分析

以陕西省关中平原为研究区域,选取2003—2013年3—5月的Aqua-MODIS遥感数据、降水量和土壤含水量数据,探究10 d、16 d、32 d和48 d时间尺度条件植被温度指数(VTCI)干旱监测方法的适用性。结果表明:随着时间尺度增大,VTCI与降水量和土壤含水量的相关性均逐渐减小,说明VTCI干旱监测方法的适用性随时间尺度的增大而减小,且48 d时间尺度VTCI不适用于监测某一地区的受旱程度。不同时间尺度VTCI干旱监测结果的对比分析表明,旬尺度VTCI干旱监测的准确性最高。     

渭河流域基流及降雨的多尺度特征和突变分析

基于渭河干流上林家村、魏家堡、咸阳、华县4个站点的1955年-2005年的基流资料及关中地区的降雨资料,采用Morlet函数作为小波函数,对序列结构进行详细剖析,探讨了基流序列的多时间尺度变化及突变特征。结果表明:渭河流域基流的演变过程存在明显的多时间尺度特征,具有19-21a的近似主周期,7a的次周期,周期变化复杂,大时间尺度包含着小时间尺度。且在主周期上基流比降水的周期滞后约2a;从不同时间尺度的小波变换过程推测,渭河流域在未来几年基流量和降雨量都将处于丰的趋势;小波分析的时频局部化特性可展现基流、降水时间序列的精细结构,不仅将随着时间序列变化的周期震荡显现出来,还可以确定其突变点的位置,为短期水文预报提供参考。     

西安夏、秋季降水与太阳黑子的关系

基于西安市1960-2007年的降水数据和太阳黑子相对数,采用一元线性回归、Mann Kendall检验等方法,对西安降雨量进行分析,然后采用小波分析方法研究了西安夏、秋两季降水量与太阳黑子之间的关系。结果表明：夏、秋两季降水量约占西安全年降水量的80%;西安夏季降水量呈上升趋势,秋季降水量则呈下降趋势;降水量的变化与太阳黑子数多少密切相关,在太阳黑子出现极值年及2 a左右,降水量也出现极值;西安夏季降水量有10 a左右的周期,秋季降水量有9 a左右周期;太阳黑子在9 a时间尺度上与降水量有很强的相关性,且夏季降水量与太阳黑子相差1～2 a的正相关,秋季降水量则与太阳黑子提前2 a左右的负相关关系。     

近60a毛乌素沙地东缘主要气候要素的多时间尺度变化特征

基于中国气象科学数据共享服务网提供的1954-2013年的气候资料,采用线性倾向分析、累积距平法、Morlet连续复小波变换等方法,探讨了毛乌素沙地东缘年均气温、年降水量和年均相对湿度的年代际变化、周期性及突变特征.结果表明:1)毛乌素沙地东缘的年均气温和年均相对湿度变化趋势较显著,气候倾向率分别是0.25℃/10a和-0.78％/10a,降水量变化呈微弱下降趋势(-7.74mm/10a),但趋势性变化并不显著.2)年均气温、年降水量和年均相对湿度在研究时域上均表现出多时间尺度变化特征,时间序列变化的主周期分别为16a、13a和18a.3)年均气温、年降水量与年均相对湿度相比,突变时间存在2a左右的滞后期;年均气温、年降水量与年均相对湿度在主周期时间尺度下,分别经历了5次、7次和4次正负位相循环,且在2013年以后的短时间尺度上分别处于偏低期、偏少期、偏干期.4)年均气温、年降水量和年均相对湿度在16a、13a和18a时间尺度上的位相结构变化既有相似性,又有差异性,具体表现为气温偏高(低)年(代)对应着降水量和相对湿度的偏少/小(多/大)年(代)的变化规律.     

Change features of time-series climate variables from 1962 to 2016 in Inner Mongolia,China

Detecting change features of climate variables in arid/semi-arid areas is essential for understanding related climate change patterns and the driving and evolution mechanism between climate and arid/semi-arid ecosystems.This paper takes Inner Mongolia of China,a unique arid/semi-arid ecosystem,as the study area.We first detected trend features of climate variables using the linear trend analysis method and then detected their trend-shift features using the breaks for additive seasonal and trend method based on the time-series of monthly precipitation and monthly mean temperature datasets from 1962 to 2016.We analyzed the different change features of precipitation and temperature on a regional scale and in different ecological zones to discover the spatial heterogeneity of change features.The results showed that Inner Mongolia has become warmer-wetter during the past 54 years.The regional annual mean temperature increased 0.4°C per decade with a change rate of 56.2%.The regional annual precipitation increased 0.07 mm per decade with a slightly change rate of about 1.7%,but the trend was not statistically significant.The warmer trend was contributed by the same positive trend in each season,while the wetter trend was contributed by the negative trend of the summer precipitation and the positive trend of the other three seasons.The regional monthly precipitation series had a trend-shift pattern with a structural breakpoint in the year 1999,while the regional monthly mean temperature series showed an increasing trend without a periodical trend-shift.After the year 2000,the warmer-wetter trend of the climate in Inner Mongolia was accelerated.The late 20th century was a key period,because the acceleration of the wetter trend in some local zones(I and II)and the alleviation of the warmer trend in some local zones(Ⅶ,Ⅷand IX)occurred simultaneously.Moreover,the change features had a strong spatial heterogeneity,the southeastern and southwestern of Inner Mongolia went through a warmer-drier trend compared with the other areas.The spatio-temporal heterogeneity of the climate change features is a necessary background for various types of research,such as regional climate change,the evolution of arid/semi-arid ecosystems,and the interaction mechanisms between climate and arid/semi-arid ecosystems based on earth-system models in Inner Mongolia.     

内蒙古沙尘暴的成因、趋势及其预报

本文利用内蒙古1961～2001年的天气气候资料,对内蒙古中西部地区沙尘暴作了统计分析,阐述了沙尘暴的危害并给出了沙尘暴的基本定义。分析了引起沙尘暴的天气和气候因子的变化趋势,研究了他们对沙尘暴的影响,结果表明近40年内蒙古的沙尘暴总体呈减少趋势,但从1998年开始有所增加;沙尘暴的空间分布以阿拉善盟偏北地区为最高发区;降水、气温、大风、寒潮、北半球极涡、西太平洋副热带高压、亚洲西风环流、东亚大槽和南方涛动等天气和气候因素均对该地区沙尘暴的发生有不同程度的影响。     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对影响2001年4月6-8日强沙尘暴天气发生的若干天气因素进行了研究。结果表明在本次“锋面气旋型”沙尘暴过程中,气旋冷锋是引发强沙尘暴的主要系统,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。冷锋的动力学特点决定其常与强沙尘暴伴随。影响沙尘暴的诸多天气因素中,影响地面大风形成的有效动量下传机制为高空急流下沉支使高空动量下传至对流层中层,其下方形成的深厚混合层使这一动量继续下传到地面。“混合层”从本质上反映了有利沙尘暴形成的大气层结特征,深厚混合层的是否形成很大程度决定着沙尘暴的强度。本次过程深厚混合层的形成是长时间地面加热的结果,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献,其影响程度与地形分布密切相关。地面热通量试验表明地面加热对冷锋过境时上升运动的强度、深厚混合层形成、高空动量下传等具有重要影响,并因此影响沙尘暴强度。     

近60 a来内蒙古极端降水时空变化及其影响

基于内蒙古地区41个气象站点1958-2017年的逐日降水数据,采用世界气象组织等推荐的9个极端降水指数,运用线性趋势分析、克里金插值法、Mann-Kendall检验、Morlet小波分析和主成分分析等方法研究了内蒙古地区近60a来极端降水时空变化、周期规律和气象灾害效应。结果表明:内蒙古地区近60a来出现了干燥化趋势,即伴随着降水量的减少,各极端降水指数出现不同程度的下降趋势,以20世纪60年代和21世纪初下降最为明显。各极端降水指数倾向率在空间上大体呈现出从东西部向中部递减的规律,大都以集宁、呼和浩特、通辽和新巴尔虎右旗为低值中心。各极端降水指数的最大概率突变年为1995年,此后出现了不显著下降的趋势。各极端降水指数均存在3~5 a、14~17 a、20 a左右的周期变化。除连续无雨日数外,各极端降水指数与年降水量之间均存在较好的相关性。内蒙古极端降水变化导致该区旱灾与风灾增多加重,草原沙漠化加强,洪灾与低温冻害减少减轻,应有针对性地采取措施加强旱灾与风灾预防。     

内蒙古一次特强沙尘暴大风成因分析

2010年3月19日,内蒙古中西部地区发生了近几年最严重的沙尘暴天气。沙尘暴天气由蒙古国西部起沙,在内蒙古中西部地区加强,随着天气系统的演变,地面形成强沙尘暴或特强沙尘暴天气。利用常规观测资料及数值预报产品资料对3.19沙尘暴天气过程进行诊断分析,得到以下结论:3.19强沙尘暴、特强沙尘暴天气过程,是近地面前期强烈增温,导致地表热力不稳定,由蒙古气旋产生上升运动起沙。高空西北气流上,斜压扰动不稳定发展,高空冷平流激发了垂直于地面的锋面次级环流,地面气旋转为强冷锋过境,内蒙古中西部地区产生强沙尘暴天气。高空急流对沙尘暴天气的产生具有重要作用。高空急流出口区右侧,下沉气流落于地面冷锋后,引起大风,加强了沙尘暴天气。在冷锋移动过程中,冷高压强度少变,处于其前沿锋区内的山西、河北、河南、山东等地产生了扬沙或沙尘暴天气。     

近二十年内蒙古地区空中水资源的分布及变化趋势

根据内蒙古自治区12个探空站1980-2000年的每日两个时次的探空资料,计算了每个探空站的可降水量,分析了内蒙古地区可降水量的时空分布和多年的变化趋势。另外利用这12个站的实际降水资料分别计算了它们每个月的降水效率、年平均降水效率。结果表明:可降水量从1-7月逐渐增加,7月后逐渐减少,且从东到西依次减少。1980-2000年12个站的可降水量均呈现出增加的趋势。降水效率在7、8月份最大。年平均降水效率最少的是额济纳,最大的是索伦。内蒙古地区的降水效率较低,即使是降水效率最大的索伦站7月份的降水效率也只有21.02%,因此,可以说内蒙古地区的空中水资源的开发潜力是较大的。     

沙尘物质的来源与防治途径

本文分析了沙尘暴形成的自然过程和危害特征,并探讨了内蒙古沙源区土壤颗粒物质的含量,指出沙尘暴的沙尘来源主要是退化草原、活化的沙地和裸露坡耕地等。同时根据风沙流运移规律及其和土壤颗粒的关系,提出了防治沙尘暴的关键技术原理,并探讨了有效控制沙尘暴的技术途径。     

内蒙古地区与全球云水资源分布情况研究

利用ISCCP-D2云资料、内蒙古116个气象站地面降水资料、NCEP同化资料,分析研究了全球云水时空分布特征及内蒙古地区云水时空分布特征、降水分布特征,研究表明:20年年均变化来看,可降水量在波动过程中有增多的趋势;降水量从1984年到1998年有增多的趋势,1998年到2001年有明显的减少趋势;从24年实际降水量空间变化趋势来看,内蒙古东部地区有明显的减少趋势,中西部地区有增多趋势,尤其中部地区乌兰察布市、呼和浩特市、包头市等地区有明显的增多趋势。     

近54年来晋陕蒙地区降水变化特征

以晋陕蒙地区60个气象站点1960—2013年逐日降水观测资料为基础,分析了晋陕蒙地区近54年来年均降水量和极端降水量的时空变化。研究发现,近54年来,晋陕蒙3个省(区):(1)年均降水量都在波动中呈缓慢的减少趋势,减少趋势均不显著,晋陕蒙三省(区)减少趋势分别为14.014、10.706 mm·10a-1和0.76 mm·10a-1;空间上内蒙古年均降水量呈现出明显的东西差异,由东部400~500 mm向西减少到200 mm以下,山西年均降水量由东南向西北递减,晋东南在500~800 mm,而晋西北在400~500 mm,陕西年均降水量表现为南多北少的特点,陕南地区大于800 mm,陕北下降到400~500 mm。(2)从变化趋势上来看,从东南向西北,降水出现由减少到增多的变化趋势,原来降水多的地区趋于减少,降水少的区域趋于增多,晋陕蒙地区内部降水量差异趋于减小。内蒙古东部减幅为0~1 mm·a-1,而西部增幅为0~1 mm·a-1。山西省南部最大减幅1~3 mm·a-1,而在晋东北减幅在3 mm·a-1以上。陕北和陕南地区减幅较小为0~1 mm·a-1,陕西中部大部分地区减幅较大为1~3 mm·a-1。(3)200 mm和400 mm降水等值线呈明显年代际波动,1970年代和1990年代偏西偏北,1980年代和2000年代偏东偏南。近年来夏季风影响范围缩小,内蒙古降水趋于减少,晋陕南部略有增加。(4)年均极端降水量呈不显著增加趋势,变化幅度大部分在0~1 mm·a-1,此时段内极端降水量未发生突变,极端降水量的增加,使本地区降水处于不稳定状态;极端降水强度方面,山西和陕西的极端降水强度明显大于内蒙古,山西和陕西极端降水强度由南向北依次递减,陕西南部大于50 mm·a-1,而北部降低到30~40 mm·a-1,山西省大部分地区在40~50mm·a-1,只有在北部为30~40 mm·a-1,内蒙古极端降水强度由东向西逐步减少,东部为30~40 mm·a-1,西部在20 mm·a-1以下,极端降水强度的变化趋势内部差异不大;极端降水日数呈弱增长,增长水平不显著,此时段内极端降水日数没有出现剧烈变化。     

全球变暖背景下中国北方沙尘暴变化及其对黄土高原成壤的影响研究

黄土的风成说表明粉尘黄土沉积及其成壤与沙尘暴之间存在着密切的联系,作为粉尘搬运的典型:沙尘暴是一种在强冷空气条件下粉尘快速而大规模被搬运和沉降事件,而长时间尺度的沙尘暴事件受全球气候变化的控制和影响;同时,沙尘暴发生的频次和强度变化进而会影响黄土高原地区的黄土粉尘沉积及其成壤强度的变化。本文是在考察中国北方沙尘暴成因机制与黄土高原粉尘沉积和成壤之间关系的基础上,探讨了在全球持续变暖背景下中国北方沙尘暴的发生频次变化及其对黄土高原地区粉尘沉积和成壤强度的可能影响。主要结论是:在全球持续变暖的背景下,虽然粉尘沉积区的降水并没有显著增加,但粉尘源区气候趋于暖湿化,导致中国北方沙尘暴有逐年减少的趋势,使得黄土高原粉尘堆积的速率减小,因而,黄土高原地区将进入一个成壤相对强的时期。