基于Mann-Kendall法和小波分析中小尺度多年气候变化特征研究——以甘肃省白银市近50年气候变化为例

基于甘肃省白银市近50年来气温、降水资料,运用Mann-Kendall法和小波分析进行研究。研究结果表明:白银市气温总体呈升高趋势,降水量呈现波动变化。白银市气温1987年后增长迅速,作物生长期内平均气温的变化和年均气温变化基本一致,但其对年平均气温增加贡献不大。白银市降水量进入20世纪90年代略有增加趋势,但增加趋势并不明显,作物生长期内降水量与年降水量变化极为相似,这与白银市降水量偏少且相对集中有关。白银市气温变化存在2~5年,9~11年和约20年的周期变化;降水变化存在2~6年,9~10年和20年左右的周期变化;其中气温和降水变化周期中均以20年左右的年代际变化为主。     

用树木年轮重建阿勒泰西部5～9月365年来的月平均气温序列

根据新疆阿勒泰西部地区5个采点的树木年轮样本,建立了该地区的树轮年表。通过相关普查发现,自回归年表序列与该地区当年5~9月的月平均气温存在明显的正相关关系,且具有树木生理学意义。用沙勒哈(t 1),吉克音(t,t 2)3个树轮自回归年表序列,可较好地重建该地区365年来当年5~9月的月平均气温,且经过交叉检验表明重建方程稳定可靠。通过分析发现,阿勒泰西部地区365年来的重建月平均气温序列具有5个偏冷阶段和5个偏暖阶段,并且具有13~14年和7年的显著冷暖变化准周期。重建月平均气温序列在1684,1706,1746,1767,1802,1839,1859,1881,1909年和1949年前后发生过突变。     

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。     

1951-2012年科尔沁沙地气温、降水变化特征

科尔沁沙地是中国沙漠化典型区域,生态与环境问题突出,研究其驱动力之一的气候变化特征十分必要.利用1951-2012年62 a气温和降水资料,对科尔沁沙地空间和区域平均气温、降水变化特征进行了分析.结果表明:空间多年平均气温以开鲁、通辽为中心向东西方向递减,自北向南逐渐升高,且各站点均呈显著增加趋势;空间多年平均降水量以开鲁、阿鲁科尔沁旗为中心向四周逐渐增加,除库伦站降水量显著减少外,各站点降水量变化均不显著.区域平均气温上升速率为[0.319℃·(10a)-1],区域平均最高气温的上升速率[0.223℃·(10a)-1]低于区域平均最低气温[0.525℃·(10a)-1],春季气温增幅最大,冬季次之.最低气温的升高可能是导致总体气温上升的主要动力之一.区域平均降水量年际间波动较大,但总体无明显变化趋势;各季节区域平均降水量均无显著变化.年区域平均降水量与年区域平均气温、夏季区域平均降水量与夏季区域平均气温呈显著负相关,整体呈阶段性对称变化.     

塔吉克斯坦降水量和气温时空变化特征

基于塔吉克斯坦46个气象站的数据,运用集合模态分解、趋势分析和小波分析等方法,对该国1971—2013年降水量和气温时空变化进行了研究。结果表明:1时间变化上,年降水量和平均气温都呈增加趋势,其中,年降水量存在3 a、6 a、14 a和27 a的变化周期,平均气温存在3 a、7.5 a、12~13 a和32 a的变化周期。2近43 a塔吉克斯坦平均年降水量大致呈自中部向四周逐渐减少的分布特征,在空间上增势明显,其平均降水量倾向率为15.2mm·(10a)-1;降水量季节变化差异明显,春、夏、秋、冬四季降水量倾向率分别为-1.7 mm·(10a)-1、1.3 mm·(10a)-1、1.1 mm·(10a)-1和4.4 mm·(10a)-1;年代尺度降水量空间距平表明,1970s降水量最少,在1980s和1990s持续增加,并在2000s达到年代最大值。过去的43 a间塔吉克斯坦年平均气温在空间上随着海拔的增高逐渐降低,在变化趋势上,气温均呈增加趋势〔平均气温倾向率为0.26℃·(10a)-1〕且自南向北增幅逐渐增大。四季平均气温也呈增加趋势,增势从大到小依次为:冬季、春季、秋季、夏季。年代变化上,总体经历了低温期—高温期—低温期—高温期的变化过程,其中,1970s和1990s气温相对较低,1980s气温东部相对较低、西部相对较高,2000s气温相对较高,2001—2013年年平均气温比多年平均值高0.4~0.7℃。3塔吉克斯坦气温和降水呈明显的共振负相关。     

景泰县近50年来气温、降水变化特征分析

采用线性趋势分析、Mann-Kendall、子波分析和功率谱分析等方法,分析了景泰县近50年年气温、降水的演变特征及对气候变暖的响应。结果表明:景泰年平均气温在1970年代中期发生了由降温到增温的转型,增温趋势明显,年平均气温增温率为0.32℃/10a。平均最低气温增温率高于最高气温,年平均日较差呈明显下降趋势,说明夜间增温高于白天增温。四季气温均呈上升趋势,但增温趋势表现出明显的季节非对称性,冬季增温最为显著,平均气温增温率达0.63℃/10a,为四季最高,秋季平均气温增温率为0.33℃/10a,春季为0.20℃/10a,夏季增温最小。降水量无明显的增减,但年际变化波动性较大。气温在1990年代中期发生增温的突变,降水没有突变现象发生。近50年来,景泰县气温的变化以8～10a、2～4a的周期振荡较强,年降水量变化的周期振荡以25a、9a、6a为主,在显著周期9a尺度上,两者为反位相变化结构,在5a时间尺度上自1990年代初期之后,降水与气温大致呈同位相变化。     

近50年来吉林西部半干旱区气候变化特征

根据吉林省西部地区6个具有代表性的气象站1961-2010年间的逐日气温、降水数据,运用趋势分析、小波分析和Mann-Kendall检验等统计方法,对吉林省西部半干旱区气候变化特征进行了分析。研究表明:近50年来,吉林西部半干旱区气温存在明显的增温趋势,以冬季气温升幅最大;降水则呈现减少趋势,夏季表现尤为明显。在不同的时间尺度上,气温、降水的变化趋势存在差异,年平均气温主要有5a左右,12a左右和30a以上的震荡周期,并在1989年发生突变;年平均降水主要有5a左右,30a左右的震荡周期,年际交替频繁。通过分析干燥度指数,吉林西部半干旱区干燥度指数主要存在6a左右、10a左右和35a左右震荡周期,并在1997-2002年之间发生突变,干燥程度总体呈现上升趋势,但上升趋势不明显,上升幅度自西向东逐渐减小。     

1965-2012年新疆北部地区气候变化及其对北极涛动的响应

近年来,增温增湿趋势影响着新疆北部(以下称北疆)的生态系统与农牧业发展,有必要对北疆气候变化及其归因进行深入剖析.根据北疆地区23个台站月平均气温、降水资料和北极涛动指数(AOI)标准化序列资料,采用线性倾向估计、累积距平、滑动t检验、相关分析、小波变换等统计方法,分析了1965-2012年北疆地区气温与降水的变化特征及其对北极涛动(AO)的响应.结果表明:①北疆年平均气温与年降水量变化呈上升趋势,线性倾向率分别为0.41 ℃·(10a)-1及11.26 mm·(10a)-1;二者发生突变时间分别在1988年和1986年前后;突变后,北疆春、秋、冬季增温显著,夏季气温增幅不明显;北疆降水量各季都有所增加,且以冬季增幅最大.②北疆气温、降水与AOI的变化周期具有一定程度的相似性:冬、夏季气温及降水与AOI在准3 a尺度周期上有很好的频域对应关系.③北疆冬季气温序列与AOI相关性较高;北疆冬季气温、降水与AO变化在多个周期尺度上呈显著相关且滞后0.5 ～1 a,说明AO变化对北疆气温和降水具有实际预报价值.     

基于K指数的阿勒泰地区夏季气象干旱特征

利用阿勒泰地区7个气象站1981-2010年6-8月降水量以及计算得到的蒸发量和K指数,用经验正交函数分解（EOF）和旋转经验正交函数分解（REOF）方法,分析了近30 a阿勒泰地区夏季干旱特征,用最大熵谱和谐波分析方法对阿勒泰3个分区K干旱指数的主要周期进行了分析。结果显示：用K干旱指数为指标,阿勒泰地区中西部干旱发生频率高于偏东地区;全地区可分为3个区域,Ⅰ西南谷地平原,Ⅱ东部丘陵地区,Ⅲ北部山区;各分区夏季干旱总体呈下降趋势。阿勒泰干旱的空间分布除受大尺度天气系统影响外,还受地理位置、地形地势等多种因子影响。各区干旱存在准10 a的长周期和3～5 a短周期振荡,且相对稳定,但其显著周期及其年代变化差异较大。     

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。     

玛纳斯河肯斯瓦特以上流域近55年降水量变化特性分析

根据玛纳斯河肯斯瓦特水文站1956～2010年逐月观测的降水资料,运用线性回归,5年滑动平均,累计距平,Mann-Kendall以及EMD的分析方法,分析了玛纳斯河流域降水量的年内、年际、年代际变化特征。结果表明:近55年来,玛纳斯河流域降水量年内分配不均匀,主要集中在4～8月份,占年降水量的70.19%;年际变化大,总趋势以4.42mm/10a的变化率增加,但该趋势在0.05水平上不显著,降水变化具有明显的阶段性;年降水量变化存在准6～8年、准10～14年、准23～26年、准52年的波动周期。     

玛纳斯河流域绿洲区气候变化特征分析与预测

利用1964～2007年玛纳斯河流域绿洲区5个气象台站逐月气温、降水数据,建立玛河流域绿洲区年均气温、降水序列,利用一元线性回归、Mann-Kendall等方法分析研究区44年来气温、降水的变化特征.并利用均生函数预测模型对研究区未来5年气温、降水变化进行预测.结果表明:1)玛河流域绿洲区近44a来气温呈显著上升趋势,...     

干旱区绿洲41年温度和降水变化趋势及分析

近年来,气候变化成为全球关注的热点问题,气温和降水量的变化直接影响到我国的生态环境建设和经济发展。本文以新疆石河子气象局1961~2002年年均气温、最大冻土深度和降水量观测资料为研究对象,运用线性拟合方法、滑动平均方法、散点图法进行趋势和相关关系分析。结果表明:(1)自20世纪60年代后期以来,石河子年均气温呈上升趋势,最大冻土深度呈下降趋势。(2)石河子年降水量呈上升趋势,而每年的降水量主要集中在春季。(3)石河子春、夏、秋三季节随着温度升高降水量下降,冬季则相反。(4)用M-K法分析,得出历年温度和降水发生了突变及发生突变的时间。     

近43年岱海湖区气候变化特征分析

利用岱海湖区的气象观测资料,对岱海湖区的气候变化特征进行了初步分析。结果表明:近43年来,岱海湖区气温呈现出明显的升高趋势,其中20世纪90年代上升幅度为最大,高出多年平均水平0.63℃;而湖区的降水量和蒸发量则呈现出减少趋势,其变化倾向率分别为-9.64mm/10 a和-12.98 mm/10 a;结合大气干旱指数的计算结果,对岱海湖区的气候变化特征进行了阶段性划分,其中20世纪60年代和70年代为相对冷湿期,80年代是冷湿向暖干发展的过渡期,而90年代以后湖区则呈现出明显的暖干化趋势。     

陇西地区2000年来降雨变化及其驱动因子分析

利用历史文献气候记录重建了甘肃东部陇西地区近2000年来的气候变化,参数化结果显示陇西地区近2000年降雨呈不对称"W"型变化。0～230AD降雨逐渐增加,此后开始下降;在290～470AD的持续干旱后,降雨回升;710～1010AD是该区近2000年来持续时间最长的湿润期,而后降雨波动下降;近千年来的最干旱阶段出现在17世纪末和18世纪。周期分析和对比研究结果表明数百到千年尺度上,太阳辐射可能驱动了陇西地区最近2000年的降雨变化,太阳活动对该区十到百年尺度上的降雨变化也有重要影响。中纬度西风带的位置和强度变化能通过影响夏季风北边缘带的活动,从而也对陇西地区十到百年尺度降雨变化产生重要影响。     

新疆达坂城地区52a来气温和降水变化特征分析

根据乌鲁木齐市达坂城气象站（1958—2009）的气温和降水资料,利用线性趋势函数及滑动平均法分析了气温和降水的变化趋势,并用Morlet小波变换对年气温和年降水量进行了小波分析。结果表明：近52a来达坂城地区年平均气温、平均日最高气温、平均日最低气温及春、夏、秋、冬季气温均呈上升趋势,其中90年代以来是气温上升最显著...     

开都河源区径流变化的气候响应

气候变化下的山区径流时空变异特征是干旱区水文水资源研究的热点之一。本研究选择天山南坡开都河流域源区为典型研究区,基于1958-2017年大山口水文站和巴音布鲁克水文站径流数据,及巴音布鲁克气象观测数据,采用TFPW-MK趋势检验、小波分析与小波相干等方法分析径流序列的趋势、突变和周期特征及其对气候变化的响应。结果表明:近60 a来,开都河源区径流、降水、气温呈显著增加趋势,并且径流量、降水量与最高气温的增率在加快,而平均气温与最低气温的增率减缓;径流量、降水与平均气温的突变年份集中在20世纪90年代,并且均存在28 a的周期;夏季径流量增加主要受夏季升温的影响,而早春径流量增加主要与冬季降水增加、早春升温有关;在年尺度上,降水是影响开都河径流变化的主要因素,气温主要以积温形式影响着径流的变化;在月尺度上,积温与降水均与径流呈显著正相关关系,且源区上游径流较下游径流对气温变化更为敏感。     

西辽河流域近60年来气候变化趋势分析

采用Mann-Kendall法,以实测站点数据为基础,选取降水和气温两个主要气象要素指标,对西辽河流域1951~2006年来的气候变化趋势进行了分析。研究结果表明:1)近60年来,西辽河流域降水量总体呈减少趋势,但趋势不明显。变化序列可以划分为三个阶段:1951~1984年平均降水量呈减少趋势;1985~1995呈增加趋势;1996~今年降水呈减少趋势;三个阶段趋势都不显著。近60年来春季降水变化大,夏、秋、冬三季降水量呈减少趋势,冬季减少明显。2)西辽河流域气温在20世纪90年代以前变化不明显,上世纪90年代至今气温显著增高,目前仍在上升阶段,近60年来全年各月气温都呈显著增加趋势。     

喀和铁路沿线近48年气温、降水的变化特征

应用喀和铁路沿线9个气象站1961～2008年气温、降水资料,采用克里格插值、线性倾向率、Mor-let小波等方法,分析了气温和降水的时空、变化趋势及周期特征。结果表明：喀和铁路沿线各地平均气温分布不均匀,降水量主要表现为西段的喀什一带多于东段和田一带,且自西向东逐渐偏少;气温和降水变化倾向率均为正值,分别为0.243...     

利用树轮重建玛纳斯河流域过去289 a降水变化

利用采自天山北坡中部玛纳斯河流域的树轮样本,建立了玛纳斯河流域合成的区域标准化年表。树轮-气候响应分析表明,玛纳斯河流域树木径向生长的主要限制性因子是上年7月至当年6月降水量。进一步利用该年表重建了玛纳斯河流域过去289 a的降水变化。历史降水变化特征分析表明,过去289 a的降水经历6干6湿的阶段变化,并存在着1810、1823、1824、1885、1910、1944、1945年和1977年8个干旱年;具有2.0~2.4 a、3.3~3.8 a、17.4 a、48.0 a和64.0 a变化准周期,并在1780年前后发生了由少到多的突变,在1807年前后与1830年前后发生了由多到少的突变;重建的过去289 a玛纳斯河流域降水变化与天山山区历史气候变化序列有较好的一致性,并且能够代表新疆北部和中亚大部分区域历史降水变化。