基于FY-4A QPE的中亚五国降水时空分布特征北大核心CSCD

FY-4A定量降水估计产品(Quantitative PrecipitationEstimation,QPE)为深入研究中亚五国降水的时空分布特征提供了数据源。本文首先采用全球降水观测(Global PrecipitationMeasurement,GPM)多星集成降水终级产品IMERG-F(Integrated Multi-satellite RetrievalsforGPM Final run)评估FY-4A QPE,然后利用FY-4A QPE分析中亚五国的降水特点及时空分布特征,结果表明:(1)FY-4A QPE能够精细地反映中亚五国降水的空间分布差异,降水估计结果比较合理且与IMERG-F的时序变化具有较好的一致性。(2)中亚五国年平均降水量的空间分布差异大,且与海拔高度有关,高海拔地区的年平均降水量超过500 mm,但面积占比不足10%;低海拔地区的年平均降水量不足350 mm,但面积占比却超过90%。(3)中亚五国降水的空间分布有明显的季节性,夏季降水范围最广,平均降水量超过50 mm;秋季平均降水量最小,绝大部分地区平均降水量不足40 mm。吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦四季降水相对充足,部分区域季节平均降水量超过480 mm;哈萨克斯坦中西部、乌兹别克斯坦中西部和土库曼斯坦北部季节平均降水量不足40 mm。(4)根据月平均降水量超过40 mm区域的聚集度,中亚五国月平均降水的空间分布可以大致分为点状离散分布型、干旱型、半干半湿型和三明治型四种分布形态。(5)中亚五国夏季降水多发区的逐小时平均降水量具有“准三小时”周期性日变化特征,午后至前半夜是降水多发时段之一,降水类型以小雨为主,其次是少量的中雨。     

近50年我国天山山区降水变化区域差异及突变特征

利用天山山区32个气象站点1960-2010年的逐月平均降水数据和DEM数据等,进行了降水量时空变化趋势分析和突变分析。研究结果表明:自上世纪60年代以来研究区降水量持续递增,年均降水倾斜率达9.5mm/10a,1980s后递增趋势明显增强;降水主要集中在春夏两季,春、夏、秋和冬四季的降水倾向率分别为1.6mm/10a、3.7mm/10a、2.1mm/10a、1.8mm/10a,表明季节降水量也呈递增趋势,且以夏季降水增幅最大;年降水量空间分布呈现显著的"两中心",即吐哈盆地"低中心"和伊犁河谷"高中心",二者年降水量相差约450mm;山区各区域的降水亦呈明显的增加趋势,北坡降水倾向率达40-50mm/10a,递增趋势最显著,降水量亦多于其它区域;研究区年降水突变不明显,不同区域的季节降水突变具有一定的时期差异,秋季降水突变发生在上世纪80年代末,其它季节不明显,年降水突变发生在上世纪80年代末期。     

近50年青海降水时空格局变化

利用青海省32个气象站1961-2010年逐月降水资料,结合线性倾向估计、距平分析和Mann-Kendall检验对降水量年际、月际分布及变化趋势进行分析,进而依据功率谱和GIS方法揭示该区降水量的振荡周期和空间格局。结果表明:50年来,青海年降水量总体上呈现小幅增加趋势,线性倾向率为3.3mm/(10a);年内降水主要集中在5-9月,占全年的86.1%,月际正负距平变化相对较大;年代际降水变化阶段性明显,特别是21世纪以来增加态势显著;Mann-Kendall检验表明近20年年降水量和四季降水量(除冬季),均呈增加趋势;青海降水量空间格局基本呈东多西少、南多北少形势,且该区大部分降水量线性倾向率大于1.5mm/(10a);功率谱分析则显示该区降水振荡周期为准2a和3-4a。     

西北地区降水特征及变化规律分析

根据我国西北地区降水气候特征研究状况,利用较具代表性的我国西北地区北亚热带、温带驻防的25个空军机场气象台站1970~2000年历年逐时降水资料,从降水量、降水强度、降水时间、降水频率等方面,以气候区划区为区域分析单位,分析了西北地区的降水变化规律和特征。结果表明:西北地区北亚热带、温带年际降水量有从东南和西北两侧向中部明显减少的分布格局。30 a间中温带干旱区东部及其以东地区的降水量呈下降趋势,以西则基本呈上升趋势。降水强度基本表现为上升趋势,强度呈东南大、西北小分布,且以北亚热带湿润区和南温带干旱区南疆区上升速率表现最大。降水时间呈现减少趋势,其分布特点与降水量分布基本上一致,由东南和西北两侧向中间明显减少。近30 a来降水量东降西升,降水小时数、降水频率呈下降趋势,但小时雨强和中雨以上强度降水比重一直呈上升趋势,降水以短时、量大为特征出现的机率在增加,降水的有效利用难度在加剧,这种特征东部比西部要明显得多。青藏高原东侧降水量和降水小时数都处于下降趋势,雨强呈上升趋势,该地区干旱趋势在加剧。但在高原东北侧、北侧这种趋势表现相对要弱一些。     

新疆阿克苏河流域降水的时空分布

基于新疆阿克苏河流域的自然地理特征,利用阿克苏河流域内及附近的11个气象台站1960-2003年的降水资料,对降水进行时间和空间的分析。时间分析表明:自1960年以来,流域内降水呈不显著的增加趋势,线性倾向率为0.522,从20世纪70年代开始降水以13.21 mm/10 a的速度增加。降水年际变化较大,相对较不稳定,变异系数的平均值为0.38。空间分析是以DEM数据为基础,采用梯度距离平方反比法(GIDS)作为差值公式,得出整个流域的年降水量呈纬向分布特征,降水量的大小与地形分布有着十分密切的关系。回归分析显示:降水量与海拔高度呈二次函数的相关关系,得出其二次函数模型,并通过了0.001显著性检验。海拔2 000 m以上降水增加较快,且迎风坡多于背风坡。从变异系数的变化来看,流域内降水空间差异不大,近44年存在下降趋势。     

近55 a内蒙古极端降水指数时空变化特征

基于内蒙古100个气象站点1960-2014年日降水数据,选取气候变化监测与指数专家组(ETCCDI)推荐的9个极端降水指数,采用Sen’s斜率法和Mann-Kendall非参数统计检验方法以及空间地统计方法,研究了极端降水指数时空演变特征。结果表明:研究区区域平均的全部极端降水指数均呈不同程度的下降趋势,且年际波动显著;分区的年际趋势有所差异,即东部地区潮湿日数(NW)呈增加趋势,其余极端降水指数均呈减少趋势,其中持续干燥指数(CDD)呈显著下降趋势(P<0.05);中部地区所有极端降水指数均呈减少趋势,其中年总降水量(PRCPTOT)减少趋势较明显;西部地区持续湿润指数(CWD)、强降水量(R95)、单日最大降水量(Rx1day)、5日最大降水量(Rx5day)呈减少趋势,其余指数均呈增加趋势。从极端降水指数变化趋势的空间分布特征来看,区域差异显著,总体上呈下降趋势的站点主要分布于内蒙古东部和中部地区,而呈上升趋势的站点主要分布于内蒙古东北部和西部地区。     

新疆北部汛期降水的变化特征

基于新疆北部1961-2007年43站逐日降水资料,分析汛期降水的变化特征。结果表明：小雨、中雨和大雨的降水日数和降水强度均呈增加和增强的趋势,大雨日数和强度变化显著,尤其在2000年以后。进一步的研究发现,湿时期（1987-2007年）相对干时期（1961-1986年）,新疆北部汛期的总降水量均是增多的,北疆西北部降水量的增多主要是由于小雨和中雨的增加所致,而天山山区及其北麓,伊犁河谷地区降水量的增多是由大雨增加主导。极端干旱事件呈减少趋势,尤其在近10 a处在低发期,极端湿润事件呈增多趋势。     

黄土高塬沟壑区砚瓦川流域近60年降水时空变化特征

采用气候趋势倾向率、小波变换、Mann-Kendall突变检验等方法,对黄土高原砚瓦川流域1951-2009年近60年的降水进行时空特征分析。结果表明：从时间过程上看,该流域春、秋季降水量明显趋于减少,而夏、冬季则稍有增加,年降水量在波动中呈下降趋势;年降水量最显著的振荡周期为32年,经历高-低-高3个循环交替,夏、秋季的周期变化对年降水量的影响较大;该流域50年一遇的年降水量和最大日降水量分别是815．3 mm和111．5 mm;降水年内分布主要集中在6-9月,占全年的68％。年降水量没有明显的突变现象,但在50年代有两次降水转折,80年代后期以来出现七次降水转折。从空间分布上看,流域年降水呈西高、东低的态势,其中东北部年降水量近60年来下降幅度较大,西部年降水量下降幅度较小。     

基于DEM的甘肃省降水资源分析

对甘肃省80个气象站近30 a(1971～2000)的降水量资料,利用地理信息系统(GIS)技术进行数据栅格化,采用趋势面分析、逐步回归、宏观地理因子模拟与小地形订正等方法,建立全省降水空间分布的数学模型.从推算结果看:甘肃省降水资源分布差异很大,从100 mm以下到800 mm以上均有分布,而且基本上呈现由东南向西北逐级减少的趋势;甘肃省干旱区(r<300 mm)面积最大,达到184 144.01 km2,占到全省面积的46.6%.     

黄土高原近50年降水量时空变化特征分析

为了揭示黄土高原近年来降水量的时间变化和空间分布特征,以黄土高原区域及周边72个气象基准站1961—2012年52 a逐日降水资料为基础,通过泰森多边形法将各雨量站的降水量展布到整个区域,采用M-K趋势检验法分析年降水的年际、年内时空变化特征。结果显示:(1)黄土高原年降水量时间变化呈缓慢下降趋势,UFK曲线小于0且没有超出置信线。空间上整体呈下降趋势,出现阳泉、榆社站两个显著减少中心,β值分别为-3.3 mm·10a-1和-2.1 mm·10a-1。(2)黄土高原春季多年平均降水量整体呈不明显下降趋势,1961—1963年与1966—1987年降水量呈减少趋势,1963—1966年与1987—2012年呈增加趋势。空间上西部、北部地区大部分呈增加趋势,五台山增加幅度最大,β值为2 mm·10a-1。(3)夏季多年平均降水量呈明显下降趋势,2008年左右为突变点,2008年以后降水量下降显著。空间上整体呈下降趋势,较明显的减少中心有环县、延安、西峰镇、平凉和临汾,β值分别为-0.9、-0.9、-0.8、-0.8 mm·10a-1和-0.8 mm·10a-1。(4)秋季多年平均降水下降趋势显著,空间变化与夏季类似,减少中心依然是环县、延安、西峰镇、平凉和临汾,β值均为-0.8 mm·10a-1。(5)冬季多年平均降水量整体呈明显上升趋势,空间上降水变化呈缓慢上升趋势,最大上升中心华山,β值仅为0.95 mm·10a-1。     

全球变暖情景下新疆降水的变化

基于有关水文气象测站的观测资料,对全球变暖背景下新疆降水的时空分布特征、演变趋势与变化原因进行了分析。结果表明:近40年来新疆年降水量总体上呈增加的趋势,并且不同地区降水的区域性差异十分明显。从年代际变化来看,新疆降水从上世纪60年代到80年代中期处于振荡减少阶段,80年中后期以后降水呈振荡增加趋势,且1987年为一个降水突变的拐点;新疆年平均降水量的增加主要应归因于全球变暖所带来的境外输入水汽量的增加。     

三江源地表反照率时空变化及其与气候因子的关系

基于2001-2010年的MODIS地表反照率产品(MCD43A3),分析三江源地区地表反照率的空间格局和变化规律,并结合该地区14个气象站点的气温和降水数据,探讨地表反照率与气候因子的相关关系。结果表明：三江源地区地表反照率在空间上呈西高东低的分布特征,与该地区高程变化的趋势基本一致;10 a 间平均地表反照率为0.209,集中分布在0.15~0.25。从年际变化来看,研究区地表反照率整体呈增加趋势,但变化不显著;地表反照率的季节变化较为明显,从冬季到夏季逐渐减小,从夏季到冬季逐渐增加,低值时段为6-9月,变化近似于“U”字形。温度和降水能够通过影响植物的生长和土壤表层含水量进而影响地表反照率;在季节尺度上,地表反照率受春季和秋季气候条件的影响最为显著,二者存在显著的负相关关系,而在冬夏两季地表反照率与气候因子在空间上具有正相关和负相关共存的现象。     

内蒙古作物生长季降水资源空间分布及月尺度旱情特征分析

研究内蒙古地区生长季内降水资源和旱情分布特征,对于该区合理布局农牧业、充分利用水资源以实现粮牧稳产具有重要的科学意义。文中利用内蒙古自治区46个气象站点1961-2010年逐日气温、降水量数据,分析了内蒙古地区5~9月降水资源时空分布规律,并基于干旱指数(K)从月尺度上研究了旱情分布特征。研究表明:1)内蒙古地区生长季降水资源不足且空间分布不均匀,降水量(平均为255.0mm)自西向东递增。近50年降水有减少的趋势,降水变率为25.3%,与降水量成反比。2)生长季重旱以上的区域面积占自治区面积的37.5%。5月份旱情最严重,基本为"十年十旱"。3)内蒙古地区旱情等级呈经向分布特点,西部地区干旱程度重于东部地区。     

新疆阿克苏河流域近40年来气温和降水变化

利用阿克苏河流域5个站1961-2000年的气温和降水资料,对近40年阿克苏河流域气候变化及趋势进行分析.结果表明:①阿克苏河流域近40年来气温逐渐上升,年平均气温的倾向率为0.2 ℃/10 a.②阿克苏河流域年降水量以10.8 mm/10 a趋势上升.③对降水量、气温进行相关分析,发现降水与年平均气温呈负相关.年平均气温与四季的相关性均比较显著,都通过了显著性水平检验.年降水与冬季降水的相关性不显著,春、夏、秋三季的降水与年降水均呈正相关,且通过了a=0.01显著性水平检验. ④年平均气温在1993年发生了由低向高的突变,降水在1987年发生由低向高的突变.     

科尔沁西部乌兰敖都地区气温与降水关系分析

利用科尔沁沙地西部乌兰敖都地区1981-2004年气象资料,分析气温和降水关系.结果表明,气温呈上升趋势,降水量呈相反趋势.各季节气温升高的月份正是降水量减少的月份,同时,降水量增加的月份正是气温降低的月份.春、冬季气温有逐渐回升的趋势.年降水量波动较大,5～9月降水(279.2 mm)占全年降水量的87.7%,同期平均降水日数(52.3 d)占年降水日数的70.3%.约有80%的最长干旱持续期出现在冬春两季.夏季和全年的降水量与其平均气温呈显著负相关 (P<0.05),秋、春、冬季降水量与气温相关性依次逐渐减小.24 a来降水量总体下降的趋势可能与1999-2004年年降水量低于多年平均降水量有关.     

鄂尔多斯盆地降水量分布特征分析

应用鄂尔多斯盆地5个代表站1981-2000降水量资料,对该地区降水分布进行分析,分析结果表明:降水特征由西北向东南递增,降水量年内分配比较集中,连续最大4个月占全年降水量的75%以上,连续最小4个月降水量占全年5%以下,盆地北边最大月降水量趋势基本保持平稳,盆地南边最大月降水量变化趋势与年降水量变化趋势基本吻合。     

基于LMDZ模型的西北干旱区水汽再循环率分析

局地水汽再循环是陆地水循环过程的重要环节。在我国西北干旱区水汽再循环的绝对量虽然有限,但对区域降水的贡献(即水汽再循环率)却不容忽视。本文基于嵌套同位素模块的LMDZ模式模拟数据,运用同位素混合模型,对西北干旱区1979-2007年水汽再循环率的时空特征及其作用机制进行了分析。结果表明:研究时段内,外来水汽对降水的月尺度和年尺度贡献率都明显高于再循环水汽,季节上呈夏高冬低,年际上呈逐渐上升的态势;而再循环水汽的贡献率较低,呈夏季低冬季高且逐年下降(冬半年植物蒸腾水汽的贡献率在年际上呈上升趋势)的特点。外来水汽对降水的贡献率存在空间差异,山区附近的值往往较高,荒漠平原区的值则较低。就地表蒸发与植物蒸腾而言,地表蒸发对降水的贡献率整体低于植物蒸腾,但在小范围地区也有相反的规律。外来水汽和地表蒸发水汽的贡献量与其贡献率的空间分布特征基本一致,而植物蒸腾水汽在山区的贡献量高于荒漠平原区。     

1978-2010年北京地区不同等级降水空间特征

利用20个气象站1978-2010年逐日降水资料，分析北京地区近33 a降水变化空间分布特征。结果表明：北京地区总降水量的分布与总降水强度关系比与降水日数的关系更为密切。然而，对于不同等级的降水，其降水量与降水日数关系较降水强度的关系更为密切。降水量在不同季节的分布不一致，而降水日数在不同季节的分布有一定的相似性，如在北京的西北部，不论任何季节，降水日数都较其他地区高；西南部和北部地区春季、夏季和秋季降水日数均较高，而冬季则有明显不同。春季和夏季降水强度从东南向西北逐渐减小，秋季降水强度从东北部向西南部逐渐减小，冬季城区及其城区以北地区降水强度较大。从降水量、降水日数和降水强度的变化趋势来看，大多数站点呈下降趋势，降水量与降水强度的变化趋势分布较为一致。     

1991—2021年内蒙古降水酸碱度时空变化特征分析

为了解内蒙古降水酸碱度的演变特征,使用全区酸雨站历史观测资料和气象要素、大气污染物浓度数据,分析降水pH值和酸雨、碱雨频率等时空分布特征及影响因素,其中碱雨阈值以酸雨为基准,定义为pH>8.4的降水。结果表明:(1)由于内蒙古土壤酸碱度大多呈碱性且风沙缓冲作用较强,大部分地区碱性降水占比高于酸性降水,仅东北部的满洲里酸性降水占比更高;酸雨和碱雨发生概率较小,分别占总观测次数的1.1%和3.6%。(2)降水pH值的空间分布表现为:中部>西部>东部的特征,近15 a(2007—2021年)年均降水pH值均值为6.2(满洲里)～7.2(锡林浩特),属于非酸雨区;近5 a内蒙古大部分地区酸雨、碱雨频率下降,仅乌拉特中旗的酸雨频率和阿拉善左旗的碱雨频率上升较明显。(3)降水pH低值多出现在夏季汛期6—9月,高值在春季4—5月和冬季1—2月,这与地表植被覆盖度、降水量、风速风向、沙尘和寒潮等因素密切相关;另外,由于采暖期燃煤释放SO₂和NO_x等酸性气体,在呼和浩特、通辽等大气污染物浓度较高的地区,冬春季也存在降水pH值偏低的情况。     

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.