近57年中国北方气候干湿变化及与太平洋年代际振荡的关系

利用中国北方424个气象站点1960—2016年逐日地面观测资料,应用联合国粮农组织(FAO)Penman-Monteith模型计算潜在蒸散(ET0),基于降水量和潜在蒸散计算的湿润指数研究了1960—2016年中国北方干湿气候时空变化特征,分析了太平洋年代际振荡(PDO)对气候干湿变化的影响。结果表明:北方总体干湿变化不显著,空间上表现为西北、青藏高原、内蒙古湿润化而华北干旱化的特征。极端干旱区面积显著缩小,干旱区、半干旱区则明显扩张,表明气候敏感区域在扩张。极端干旱区和干旱区显著变湿润,半干旱区有变湿润的趋势。1960—1990年至1991—2016年,北方经历了变湿润的过程。西北西部、青藏高原湿润化趋势明显,极端干旱—干旱区的界线呈西界东移、南北界线收缩的变化。干旱化趋势主要发生在华北和东北部分地区,华北黄河沿线一带半干旱—半湿润区界线向东南方向扩张。东北中部和西北西部由于降水增加而ET0减少,气候变湿润。华北中西部、内蒙古东部和东北部分地区降水减少、ET0增加,气候变干旱。在PDO暖位相,西北、东北北部及内蒙古东部地区地表气候偏湿润;在PDO冷位相,地表气候偏干旱。而华北则相反。     

基于集合经验模态分解北疆降水多尺度变化特征

降水是中国西北干旱区水资源的重要组成部分,利用合理方法有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要。基于北疆42个气象站1961—2012年降水序列数据,从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化,对北疆过去52a来的降水进行多尺度分析,并对其空间差异进行了初步探讨。结果表明:过去52a北疆降水量存在明显的年际和年代尺度的变化,年际尺度的周期为5a和8a,年代尺度的周期为10a和30a。变化趋势上,降水量1985s之前呈减少趋势,在1985s之后呈增加趋势,且后期的增幅大于前期的减幅。突变分析表明北疆年降水量呈增加趋势。集合经验模态分解(EEMD)是一种适用于非线性、非平稳序列的信号分析方法,将EEMD应用于气候要素时间序列,可提取可靠真实的气候变化信号,同时,EEMD可以得到气候变化的固有时间尺度。     

基于SPI的近41年(1965-2005)河北省旱涝时空特征分析

河北省是旱涝频发地区之一。本文基于1965-2005年河北省84个气象站的逐月降水数据,采用标准化降水指数(SPI)、正交经验分解函数和旋转正交经验分解函数等方法,分析了近41a河北省旱涝时空变化分布特征。结果表明:河北省旱涝总体上呈阶段性变化特征,1965-1972年和1997-2005年干旱比较频繁,1973-1996年干旱频率较低;20世纪70年代和90年代前中期为雨涝比较频繁阶段。春秋季干旱呈减轻趋势,夏季干旱呈加剧趋势(不显著),冬季旱涝变化趋势不明显,但90年代以来河北省极端季节旱涝事件比较频繁。在空间上,河北省旱涝分布可分为东部、北部、南部和西部四个不同的区域,四个区域的旱涝总体上具有相对一致的大趋势,但在某些时段也表现出一定的南北差异和东西差异。河北省全省20世纪90年代后期旱涝变率最大,70年代前期和末期变率也较大,80年代变率最小;四个区域总体上表现出与全省大致相同的趋势,只是2000年以后南部地区旱涝变率持续较高。     

基于SPI的近30年黄河三角洲地区旱涝时空特征

根据1981—2010年黄河三角洲地区11个气象观测站逐月降水资料,采用标准化降水指数(SPI),分析了该地区的旱涝时空变化特征。结果表明:黄河三角洲地区在20世纪80年代干旱较为频繁,90年代中后期和2002年以后则雨涝较为频繁,其他时段呈现出旱涝交替变化的趋势;黄河三角洲地区四季旱涝变化的特征不同,但从长期趋势来看,四季均表现出向雨涝方向发展的趋势;黄河三角洲的区域旱涝变化特征基本趋于一致,且均呈现出多雨的趋势,但旱涝变化幅度有细微差别;黄河三角洲地区在20世纪80年代末至90年代初旱涝变率最大,其次是21世纪00年代中前期,其他时间变率较小,区域变率总体上与全区保持一致。     

河南省1960—2018年旱涝演变及其极端与持续性分析

为探究河南省旱涝变化规律及其气候驱动因子,利用河南省17个国家基准气象台站1960—2018年逐日降水、气温资料,采用降水和潜在蒸发均一化旱涝指标,对河南省旱涝时空演变特征进行了多尺度、系统性分析。结果表明:(1)近59年河南省旱涝呈振荡性波动且具显著干旱化趋势,1980s偏涝程度最强,1990s中期之后趋于偏旱,而且干旱化趋势在未来将持续增强。季节间旱涝存在明显差异,尤其春季、秋季干旱化趋势最显著,夏季、冬季无显著干旱化趋势。全年、季节旱涝演变普遍存在3～5 a的年际周期变化,秋季还存在7～8 a的周期变化,全年与春、夏、冬季还存在13～14 a的周期性。(2)河南省全年与秋季呈全域性干旱化趋势,尤其以开封、郑州和新乡等黄河沿岸连片区干旱化趋势最为显著,夏季全省无明显旱涝变化趋势,冬春季干旱化趋势呈不同局域性。(3)1990s中期之后河南省极端干旱发生频次快速增多,连片、区域性干旱化趋势显著增强,极端雨涝则显著减少,冬季极端旱涝较少,夏季发生频次最高,全年与季节极端旱涝在空间变化上呈规律性差异分布。(4)1990s中期以来河南省持续性干旱事件的增多增强已成为必然趋势,发生次数、强度、持续时间均远超以往,而持续性雨涝事件则在1990s中期之后显著减少,两者的发生演化基本呈反相同步呼应、此消彼长的特点。河南省旱涝演变呈显著干旱化趋势,且呈全域性干旱化趋势分布特点,极端干旱、持续性干旱事件增多增强已成为必然趋势。     

基于标准化降水指数的山东省近45年旱涝演变特征

为探究山东省旱涝的演变特征,使用山东省25个国家气象观测站近45年的逐月降水资料,计算了月、季节和年尺度标准化降水指数(SPI),用旱涝频率、旱涝站次比、旱涝强度等指标分析了山东省旱涝的时空特征。结果表明:(1)山东省多年平均雨涝频率高于干旱频率,但不同地区、不同等级的旱涝频率差异较大,旱涝事件呈常态化发展趋势。(2)山东省旱涝影响范围大致相当。20世纪70年代的秋季旱涝状态以正常为主,其他时段各季节旱涝状态以交替出现为主。各季节多年平均雨涝频率均高于干旱频率,但多年和各季节的平均干旱强度均高于平均雨涝强度。(3)山东省受干旱的影响总体上大于雨涝,但20世纪70年代雨涝的强度和范围均明显大于干旱。20世纪80年代的秋季干旱影响范围最大,20世纪80年代的冬季雨涝影响范围最大。山东省旱涝的时空差异较大,全省受干旱的影响总体上大于雨涝,旱涝事件为常态化事件。     

1951-2016年长江荆南三口地区旱涝演变与急转特征分析

根据荆南三口地区22个气象站点1951—2016年月降水资料,采用标准化降水指数（SPI）及夏季长周期旱涝急转指数（LDFAI）,辅以EOF分析、小波分析、M-K检验等相关分析方法,分析荆南三口地区66年旱涝的变化特征。结果表明：（1）旱涝年际变化较大,20世纪50年代前涝后旱、60—70年代整体干旱、80年代旱涝交替、90年代洪涝、21世纪前涝后旱,且四季均可发生旱涝事件。（2）空间尺度可分为3个区域类型,东南部（湿润区）、中部（降水均匀区）、西北部（偏干区）,且季节空间分布上存在较大差异,西北部的五峰、宜昌、荆州等地四季干旱较多,中部的安乡、南县、华容等地四季洪涝较多。（3）年与四季多以5年、10年周期为主,并具有30~35年的长周期。（4）旱涝急转指数在1981年和2015年发生显著变化,而旱涝强度在1972年和2014年发生显著突变。（5）宜昌、石门、澧县等夏季多为旱转涝;五峰、宁乡、安乡、华容、常德等地夏季多为涝转旱。     

江苏省1961-2012年干湿时空变化及对单季稻产量的潜在影响

利用江苏省地区52个气象站1961-2012年逐月降水量资料及单季稻产量逐年数据,计算了1个月尺度的标准化降水指数(SPI),分析了研究区干湿变化与产量的潜在联系.全省尺度上单季稻生育期各月SPI的趋势检验结果表明江苏省6-8月3个月呈现变湿润趋势,其中8月份偏涝态势尤为显著;而5月、9月、10月3个月呈现变干旱趋势,其中9月份偏旱态势尤为显著.站点尺度上各月干湿变化趋势与全省尺度的结果基本一致,值得关注的是8月呈显著变湿和9月呈显著变干的站点大都分布在苏南地区.全省尺度上单季稻产量与生育期各月SPI的相关分析结果表明在7 10月4个月中,江苏省气候越湿润,则对单季稻产量越不利.站点尺度上的结果表明江苏省单季稻产量与SPI的相关性有着明显的地域差异,其中苏南地区的单季稻种植对气候干湿变化更为敏感,特别是7月、8月、10月3个月偏多的雨涝事件将会显著影响苏南地区的产量.     

锡林河流域1981-2016年干湿变化及其与温度的关系

为了探清锡林河流域历年干湿变化情况,利用锡林河流域1981-2016年共36年的降水与气温的逐月数据,在全年尺度和季节尺度上分析了36年来的降水与气温的时间变化,并计算了各月不同时间尺度（SPI1,SPI3,SPI6,SPI12）下的标准化降水指数,分析了气温与SPI的相关性、不同时间尺度SPI的敏感性和干湿事件的年际变化,根据逐月SPI序列,在牧草生育期内分离出不同月份的逐年序列来分析了生育期内SPI的变化情况。结果表明:（1）多年来年降水量的整体变化趋势极不明显,降水量年内分配不均匀,夏季占总降水量的一半还多;气温的年际变化比较显著且呈上升的趋势。（2）随着时间尺度的增加,SPI序列上升趋势减弱、波动频率减小、旱涝的起止时间延后。在各等级干湿事件发生频次来看,重涝、中涝、重旱与中旱事件表现出了明显的年际变化,而轻涝与轻旱事件每年均有发生,年际变化不明显。（3）生育期内5月、6月、10月SPI序列呈现出上升的趋势,而7月、8月、9月则呈现出下降趋势,说明春末夏初更为湿润,夏季整体偏旱,进入秋季则呈现出由涝变旱的趋势变化。（4）干湿事件与5月份和12月份的气温呈现出的是正相关关系,其他各月呈现出的均为负相关关系,且1月、6月、7月、8月、11月呈现出极显著的负相关关系。     

气候变化背景下淮河流域干旱演变特征

[目的]淮河流域是我国主要的粮食生产基地,明晰流域内干旱演变特征及其极端性对科学开展旱灾防御治理具有重要作用。[方法]基于淮河流域1971—2015年降水数据,计算3个月时间尺度的标准化降水指数(SPI),结合反距离权重空间插值法、气候倾向率、游程理论对干旱时空演变特征及其特征变量进行了分析。[结果](1)四季中,春、秋季呈干旱化发展趋势,且秋季速率明显大于春季,夏、冬季呈湿润化趋势,夏季速率大于冬季。(2)全区各季平均干旱频率均在30%左右。空间上,春季流域北部湿润化,南部干旱化;夏季流域北部干旱化,南部湿润化;秋季大部分地区气候倾向率为负值,正值区仅在江苏北部出现;冬季大部分地区呈湿润化趋势。(3)干旱特征变量中,干旱历时与干旱次数的空间分布特征相反;烈度峰值高值区与干旱历时、干旱烈度在流域东北部空间分布较为一致;流域东南部烈度峰值高值区较干旱历时和干旱烈度向东南部略有偏移。[结论]流域内秋季干旱化趋势明显,冬季呈湿润化发展,春夏季干旱演变存在地区差异,区域内干旱呈现极端化发展趋势。     

岷江流域降水特征与旱涝灾害趋势分析

基于岷江流域14个气象站点1961—2012年逐月降水资料,采用数理统计方法结合GIS空间分析技术,对流域降水量时空演变特征进行了分析,利用不同尺度的标准化降水指数（SPI）对流域旱涝特征进行了研究。结果表明:（1）近52 a来,岷江流域年平均降水量呈显著减少趋势,减少倾向率为20.18 mm/10 a;流域年均降水量在1993年发生突变,降水量显著减少。（2）该流域降水量由东南向西北呈递减趋势,以松潘—小金—康定为界,该线以西地区年降水量为616～1 000 mm;该界线以东地区年降水量为1 000～1 732 mm。（3）以松潘—小金—康定为界,该界线以西降水量呈增加趋势,增加倾向率为0～27.11 mm/10 a的范围内;该界线以东降水量呈减少趋势,减少倾向率在0～80 mm/10 a的范围内。（4）岷江流域旱涝灾害阶段性变化趋势明显,1961—1967年涝灾频繁,1968—1972年干旱频率高,旱灾严重;1973—1993年涝灾频繁;1994—2012年旱灾程度与频次均呈增加趋势,旱灾严峻。（5）岷江流域旱涝灾害总体以1990年为转折点,1990年以前该区多涝灾,1990年后多旱灾,岷江流域由涝灾向旱灾转化的趋势明显,在未来一段时间应做好防旱抗旱工作。     

基于不同时间尺度的贵州省近50年气象干旱时空演化特征

[目的]基于气候因子分区条件下,分析贵州省不同区域在不同时间尺度下气象干旱的时空演变特征,可为干旱监测和预测、抗洪救灾提供理论依据。[方法]基于贵州省31个气象站点1970—2019年的逐月降水和气温数据,利用主成分分析讨论贵州省降水及气温变化特征,结合SPEI指数研究贵州近50年气象干旱时空演化规律。[结果](1)贵州近50年气温变化由东向西逐渐递增,即西部为气温极端变化和重度变化区、中部和东部为中度变化区、南部和北部边缘为轻度变化区; 贵州省降水变化由西向东逐渐递减,其中西部为极端变化和重度变化区、中部为重度变化区、东部为轻度变化及正常区;(2)贵州省近50年气象干旱强度中度变化区最大、其次是轻度变化区,重度变化区最小; 随着年代的递增及时间尺度增大,气象干旱逐渐增强,并呈现“峰—谷”交替现象,其中1970—1985年及1990—2000年为干旱“低谷”期、1985—1990年及2000—2019年为干旱“峰值”期;(3)贵州近50年逐月干旱频率以中低频为主,主要发生在贵州东部、南部及北部; 轻度变化与中度变化区70s干旱频率最小、变幅最大,10s干旱频率最大、变幅次之,其余年代干旱频率变化相对较小。[结论]气象干旱具有显著的时间尺度特征,干旱的时空演化是气候变化、流域地表及人类活动时空耦合的结果。     

面向极端气候事件的冀鲁豫地区农业气象灾害分析

[目的]研究冀鲁豫地区表征极端气候事件的极端气候指数时空变化特征,揭示区域内极端气候事件变化规律及其对农业气象灾害的影响,为农业生产合理利用气候资源,提高防灾减灾能力提供科学依据。[方法]基于冀鲁豫地区1960—2020年52个气象站点数据,1970—2019年农作物受灾面积数据,利用一元线性回归、滑动平均、R/S分析、IDW、Mann-Kendall和Pettitt检验分析了极端气候指数变化特征,通过灰色关联度和相关分析法研究了极端气候事件对农业气象灾害的影响。[结果]1960—2020年,冀鲁豫地区气候呈暖干化趋势,表征高温(低温)事件的指数呈上升(下降)趋势,气候逐年暖化;降水量略微下降,降水强度缓慢上升;未来该区气温会强持续上升,降水量(降水强度)会弱持续下降(上升)。近61年来该地区极端高温事件发生频率与持续时间呈大范围上升趋势,冀北与鲁东地区最为显著;河北中南部和山东中部地区极端低温事件发生频率与持续时间显著降低;山东中部与河南中东部地区降水极端化特征显著。1970—2019年,研究区农作物洪涝、旱灾、风雹受灾面积(受灾率)呈下降趋势,低温冻害受灾面积(受灾率)略有增加;旱...     

基于作物水分亏缺指数分析北方旱作地区春玉米干旱时空变化

采用1961-2018年北方旱作区156个气象站日值气候数据和1991−2013年春玉米生育期资料,依据干燥度指数将北方旱作地区划分为4个亚区。基于作物水分亏缺指数（CWDI）,通过分析各亚区水分供需状况、CWDI年际变化、干旱站次比和频率,揭示了中国北方旱作区春玉米干旱时空变化特征。结果表明：（1）Ⅰ区（湿润地区）和Ⅱ区（半湿润地区）水分供需平衡,Ⅲ区（半干旱地区）和Ⅳ区（干旱地区）水分供需不平衡。Ⅰ区降水量均方差达到70mm,CWDI年际间变化幅度最大,20世纪70年代CWDI在播种−出苗期和出苗−拔节期均为剧烈波动期;Ⅱ区CWDI在20世纪80年代春玉米乳熟−成熟期波动幅度较大;Ⅲ区在抽雄−乳熟期CWDI以1.06个百分点10a⁻¹（P<0.05）速率增加,年际间干旱有扩大趋势;Ⅳ区年际间CWDI变化不大。（2）1961−2018年抽雄−乳熟期干旱站次比以2.58个百分点10a⁻¹（P<0.05）的速率显著递增,其中发生特旱的平均站次比为14.95%,其余4个生育阶段无显著变化。抽雄−乳熟期发生旱级最重且干旱范围有显著扩大趋势。（3）在空间分布上,干旱等级和频率均呈现明显的东西向分布。黑龙江东部和西南部、吉林辽宁西部（Ⅰ区和Ⅱ区）发生轻旱频率达到3a两遇以上;张承地区（Ⅲ区）在播种−出苗期中旱频率5a一遇以上;毛乌素沙地（Ⅳ区）在拔节−抽雄期特旱频率达到3a两遇,以特旱威胁拔节−抽雄期为主。     

北方农牧交错带气候变化与旱涝响应特征

依据北方农牧交错带1961-2012年46个气象站气温、降水数据,采用气候倾向率、Mann-Kendall检测及Kring插值法,对该区气候变化及旱涝时空特征进行了分析。结果表明:(1)近52 a,北方农牧交错带气候呈现暖干化趋势,1986年后暖干化趋势有所加强。(2)不同区域不同时段,气温、降水表现出不同的变化特征。(3)全区及3个子区旱涝等级均呈上升趋势,不同区域旱涝等级变化趋势差异显著。(4)北方农牧交错带大涝呈"片状"分布,大旱呈"斑点状"分布。全区整体相对较易发生大旱,东北段相对更易发生大涝,华北段更易发生大旱。     

1951－2015年洞庭湖区旱涝演变及典型年份旱涝急转特征分析

旱涝灾害是制约洞庭湖区经济发展的重要因素,为预测湖区旱涝灾害变化趋势,该文选取1951-2015年洞庭湖区及其周边地区35个气象站点的逐月降水量数据,利用标准化降水指数和夏季长周期旱涝急转指数,辅以小波分析方法,分析近65 a来研究区域的旱涝演变及典型年份旱涝急转特征.结果表明:该区旱涝事件发生的频率高,不同时间尺度旱涝事件发生的平均频率为42.62%.在季节尺度上,夏季洪涝事件发生的频率最高,为33.33%,冬季干旱事件发生的频率最高,为41.54%;在年代际尺度上,20世纪70年代干旱事件发生的频率最高,为25.83%,其次是2001-2015年,频率为22.99%,90年代洪涝事件发生的频率最高,为30%.该区域旱涝变化有4个特征时间尺度,分别为4、10、25和31 a,预测湖区在未来几年降水偏多.洞庭湖区3个区域的旱涝变化大抵一致,但在不同时期仍存在一定的差异.湖区近65 a来有15 a的LDFAI绝对值大于1,旱涝急转现象较频繁,不管是旱涝变化还是旱涝急转变化,东、西洞庭湖区的变化趋于一致,南洞庭湖区与东洞庭湖区旱涝急转变化差异较大.     

中国草地NDVI时空动态对多尺度干旱的响应

草地对干旱的响应较其他植被类型更为敏感,且不同草地类型在不同气候区干旱的响应具有较大差异,因此分气候区探究不同草地类型对干旱的响应机制对草地资源保护具有重大意义。基于植被Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)、草地覆被及标准化蒸散指数(SPEI)数据,分析1982—2015年中国不同气候区不同草地类型植被NDVI的时空动态及其与SPEI的关系,并确定NDVI与SPEI指标最大相关系数所对应的干旱时间尺度,结合气象数据探究气温、降水及水平衡因素对草地干旱响应的影响状况。结果表明:中国草地NDVI呈现出极显著增加趋势(0.004/a)。草地NDVI呈显著增加的比例为15.62%,集中在华北平原地区、四川、云南、广西及西藏的东南部地区。草地SPEI值呈不显著增加趋势(0.05/10 a),其中显著变干的区域集中在内蒙古中部和宁夏地区。草地NDVI与SPEI指数呈显著正相关的区域集中在内蒙古、青海省南部及新疆北部地带。内蒙古、新疆、青海省北部及西藏南部地区的草地NDVI对干旱响应的时间尺度较短,而青海东南部及西藏中部草地NDVI对干旱响应的时间尺度较长。高山亚高山草甸和草甸区域植被NDVI与SPEI的相关性最强,且对干旱的响应时间尺度较长,而荒漠草地对干旱的响应时间尺度较短; 与湿润区域相比,干旱区域草地NDVI与SPEI的相关性更强,且对干旱响应的时间尺度更短。降水是草地响应干旱的最主要因素,水平衡次之,而气温的影响较小。     

气候变化背景下中国北方干湿区降水资源变化特征分析

中国北方地区降水资源空间差异较大且种植结构迥异,细致分析北方不同干湿区降水资源的变化规律和分布特征,可为北方地区合理利用降水资源,调节种植结构,适应气候变化提供科学参考。该文利用中国北方15个省市308个气象站点1961-2010年逐日降水资料,以1981年为时间节点,将过去50 a分为1961-1980年和1981-2010年两个时段,基于干旱区、半干旱区和半湿润区划分标准,明确了与1961-1980年相比,1981年以来北方干旱区、半干旱区和半湿润区空间变化特征;依据中国气象局降水量等级标准及春夏秋冬四季划分标准,系统分析了北方三大区域内小雨、中雨、大雨及暴雨各等级降水量和降水日数在全年降水量和降水日数中的比例,以及降水在一年四季中的分配特征。研究结果表明:气候变化背景下,1981年以来西北地区的干旱区面积减少,东北地区的半湿润区面积减少,而半干旱区面积扩大明显。研究时段内干旱区年降水量呈显著增加趋势,最近30a各等级降水量和降水日数均高于1980年之前的20a,其中小雨、中雨等级增加幅度最大;季节变化中,尤以冬季最明显。半干旱区和半湿润区年降水日数均呈显著下降趋势,最近30 a小雨等级降水量和降水日数均有明显下降;夏季和秋季降水量和降水日数均减少,半干旱区夏季降水减少更明显,半湿润区则以秋季减少最为显著。北方地区年内发生的降水事件95%以上是小雨和中雨,小雨和中雨量总计占全年降水量的75%;研究时段内北方地区的小雨频率有不同程度下降,而中雨频率呈升高趋势,干旱区表现尤其明显,其对作物生长季内降水有效利用影响较小。各季节降水分配的变化中,干旱区和半干旱区春季降水贡献率升高,半湿润区秋季降水贡献率降低;干旱区仅夏季降水频率有下降;半干旱区各季节降水频率指标变动最突出,春冬季节降水频率有增加而夏秋季节降水频率在下降;半湿润区春季和冬季降水频率有所增加,而秋季降水频率下降;研究区域内各降水指标极大值主要集中南北两端;干旱区与半干旱区内北疆地区及内蒙古东北部的强降水量、强降水日数大于区域内青海、甘肃、宁夏的中部和南部。所得结论可为明确中国北方地区不同干湿区降水资源变化及种植结构和作物布局调整提供参考。