1976-2007年乌鲁木齐可降水量及其降水转化率

采用乌鲁木齐1976-2007年探空逐日观测资料和各月降水资料,分析乌鲁木齐可降水量的变化特征及其与实测降水的相关关系,同时对该地区的降水转化率进行分析。发现乌鲁木齐的可降水量年内分配不均,7月平均可降水量最大,1月最低;夏季可降水量最大,冬季最低。年平均可降水量为11.46 mm,可降水量上升趋势不明显。同时发现探空资料计算的乌鲁木齐水汽含量和实测降水量存在明显的正相关关系。通过对降水转化率的计算分析,发现4月的降水转化率最高,为11.89%,8月的降水转化率最低,为4.28%,月平均降水转率为7.46%。春季降水转化率较高,夏季较低,秋季和冬季相当,夏、冬季降水转化率呈显著增加趋势。降水转化率的月和年际变化较大,说明开发潜力大。     

全球变暖背景下天山地区近地面水汽变化研究

利用天山地区44个站1961-2009年水汽压数据,采用线性趋势估计、距平分析、Mann-Kendall趋势统计突变检验和功率谱等方法,分析天山地区近地面水汽变化及其与区域气候变化的关系。结果表明：天山地区近49 a来水汽总体呈增多趋势,年和四季水汽变化具有年际和年代际差异,最大增多趋势均出现在20世纪90年代中后期至21世纪初,最小值出现在70年代中后期和80年代中期,最大值出现在21世纪初。突变和周期分析得出,水汽年变化与西北地区气候变化趋势具有明显一致性。年降水变化与水汽相关最高,温度和青藏高原指数次之,其他因子相关一般。     

疏勒河干流降水变化特征

选取疏勒河干流3个水文站1956—2016年逐月、逐年降水数据作为基础资料,采用线性倾向、累积距平、滑动平均、Mann-Kendall突变检验等方法,分析疏勒河干流降水量年变化、年内变化、年代际变化、季节变化和突变特征。结果表明:疏勒河干流年降水量呈现不同程度增加趋势,年降水量倾向率排序表现为:昌马堡站5. 47 mm·(10a)~(-1)双塔堡水库站1. 454 mm·(10a)~(-1)潘家庄站0. 866 mm·(10a)~(-1);降水量年内分配极不均匀,主要集中于5—8月,占年降水量的65%以上;降水量年代际呈现20世纪60年代和90年代降水量均低于多年平均值,20世纪70年代和21世纪10年代降水量均高于多年平均值;降水量季节变化不同站点呈现不同变化特征,昌马堡站、潘家庄站和双塔堡水库站分别是夏季、秋季和秋季降水对降水量贡献最大,同时不同季节不同年代平均降水量距平呈现不同变化特征;降水量突变年在不同季节呈现不同突变特征和不同突变时间,昌马堡站、潘家庄站和双塔堡水库站年平均降水量突变点分别为1964年和2001年、1988年和1987年。     

基于湿润指数的新疆甘家湖地表干湿状况变化趋势

利用1953—2013年甘家湖梭梭林自然保护区内精河和乌苏气象站的逐月气象资料,采用伊凡诺夫公式计算出了逐月潜在蒸散量和湿润指数,分析了地表干湿状况的年际变化、季节变化及其主要影响因素。结果表明:1冬半年、夏半年和全年的多年平均潜在蒸散量分别为298、1 107 mm和1 407 mm,潜在蒸散量在冬半年随时间呈下降趋势,在夏半年和全年潜在蒸散量呈明显上升趋势。2春、夏季湿润指数的年际变化呈减小趋势,秋、冬季和全年湿润指数的年际变化呈增加趋势。根据湿润指数相对应的气候区划标准,春季甘家湖自然保护区为半干旱地区,夏季和秋季为极干旱区-干旱区,冬季为干旱区的亚湿润区-湿润区。3湿润指数与降水量、水汽压和相对湿度呈正相关,与风速、气温和日照时数呈负相关;相对湿度变化对湿润指数变化影响最大,其次是日照时数、气温、水汽压和降水量,影响最小的是风速。     

用GPS遥感资料分析大气水汽特征及与降水的关系

在呼和浩特及二连浩特布设三套双频GPS做水汽观测实验,首先对观测数据进行了质量检验,证明三个观测站数据有效可靠。其次利用2008年1-10月的观测数据对两站的水汽状况进行了分析,结果表明:两站均表现为夏季平均水汽含量最大,达到25mm左右,秋季次之,春季第三,冬季含量最少,仅5mm左右甚至更低。第三,与探空计算的水汽值进行了对比,GPS反演的水汽高于探空计算值,在呼和浩特站大约高2mm,在二连浩特站高4.996mm。第四,分析发现水汽同本站月降水变化趋势一致,且在降水发生前后有很好的对应关系。     

喀什河流域降水同位素特征及水汽来源分析

利用喀什河流域山区2017-07—2018-06大气降水同位素数据,以及流域山区温度、降水气象资料,分析了降水中δ18O、δD和氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ18O与气温、降水量的关系,通过利用HYSPLI模型追踪分析流域山区大气降水的水汽来源。结果表明:(1)流域内降水中δ18O季节变化明显,夏季δ18O同位素富集,冬季δ18O同位素贫化。(2)不同降水类型中δ18O、δD的关系差异明显,夏季δD蒸发分馏大于δ18O、降雨大气降水线斜率及截距较小;冬季δD蒸发分馏明显减弱,降雪大气降水线斜率及截距较大。(3)流域内大气降水同位素存在明显的温度效应,但是降水量效应不显著。(4)流域内大气降水水汽主要来源于大西洋,受水汽远距离输送,途中加入较多二次蒸发水汽的影响,氘盈余值(d-excess)整体上偏大,但是2月氘盈余偏低,与受北极气团源地温度低、空气湿度大、水汽输送路径短影响有关。(5)该流域夏季降水主要来源于西风环流和局地再循环水汽,冬季则受西风环流和北极气团共同影响,大西洋水汽形成的降水占研究区总降水量的68.6%,局地再循环水汽占17.1%,北冰洋水汽形成的降水占研究区总降水量的14.3%。     

西北干旱区大气水分循环要素变化研究进展

西北干旱区是对全球气候变化响应最敏感的地区之一。全球变暖加剧水循环,引起大气水分循环要素发生明显变化。借助最新资料对过去50 a西北干旱区大气水分循环要素变化特征和相关科学问题进行了梳理总结,其主要结论:(1)西北干旱区水汽和降水量有一致性变化趋势,在20世纪80年代中后期突变型增多,21世纪初有微弱的减小态势。受季风强度减弱的影响,西北东部地区水汽和降水量减小明显。(2)降水量增加站点占到95.9%,形成了天山、祁连山等增湿中心,具有明显的增湿海拔依赖性特征。(3)实际蒸散发量呈微弱的减小趋势,天山山区明显减少,而祁连山地区明显增加。(4)干旱区西部夏季降水以西风带水汽输送为主,但大尺度大降水过程发生时,低纬水汽输送尤为重要。全球气候变暖在影响着大气水分循环要素明显变化的同时,也加剧了干旱区水循环过程和水资源的不确定性。     

塔克拉玛干沙漠腹地与周边地区降水及风沙环境对比分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站和周边北缘、南缘、东缘3个气象观测站2000-2014年的气象观测资料,分析沙漠腹地降水和风沙环境特征并与同期周边地区作对比分析。结果表明:沙漠腹地逐年平均降水量为26.0mm,整体年平均降水量比周边偏少了37.3%,夏季降水最多,为全年的69.3%,冬季最少,仅为全年的3.4%,各季节平均降水量均小于周边平均值,月降水比周边偏少51.9%;通过变差系数说明沙漠腹地夏季降水量和水汽压比周边地区更稳定;沙漠腹地主要以NNE、NE、ENE和E四个方向风为主,风向更集中;沙漠腹地平均风速为2.10m/s,比周边各站都偏大,和周边各站的风速分布呈现了较好的一致性;沙漠腹地大风日数和年沙尘暴日数较稳定,轮台地区大风日数年际波动最大,且末年沙尘暴发生日数变化最显著。     

中国天山山区近40a来的年气候变化

依据中国天山山区8站1959-2000年的气温降水资料,建立天山山区年平均气温、年降水量序列,利用距平分析、滑动平均、最大熵谱、经验正交、线性回归等方法,分析天山山区近40 a来气候变化的基本特征,结果表明:①天山山区年平均气温存在4暖3冷的冷暖变化阶段,最冷年与最暖年分别是1984年和1998年,其变化具有3 a和6 a的显著周期;天山山区年降水量具有3多3少的干湿变化阶段,降水最多年与最少年分别是1998年和1997年,年降水量变化具有2,4,9 a的显著周期.②天山山区年平均气温最主要的空间分布特征是大西沟、巴音布鲁克年平均气温与其余6站呈反向变化,其次是除新源外,其余7站年平均气温呈同向变化;天山山区年降水量的最主要空间分布特征是8站降水的同向变化,其次为昭苏、新源、大西沟、巴音布鲁克、巴伦台年降水与小渠子、天池呈反向变化.③20世纪60-80年代,天山山区年平均气温与30 a平均值相同, 90年代升温达到0.6 ℃;从60-90年代天山山区年降水表现为持续增多;90年代是4个年代中气温最高、降水最多的年代.④近42 a来,天山山区年平均气温存在着明显的线性升温趋势.     

近60年河西走廊绿洲农作区近地面水汽变化特征分析

根据河西走廊地面气象观测时间最长的敦煌、瓜州、玉门、酒泉、高台、张掖、山丹、武威、民勤9个站的水汽压观测资料,运用线性回归、小波和Mann-Kendall方法对绿洲农作区近地面水汽变化特征进行趋势、周期及突变分析。结果表明：近60 a河西走廊绿洲农作区近地面水汽均呈波动上升趋势,线性递增率为0．123 hPa·10a-1。夏、秋两季上升幅度最大,线性递增率分别为0．192 hPa·10a-1和0．198 hPa·10a-1,春季递增率仅为0．056 hPa·10a-1属最小;年水汽变化存在3 a主周期和30 a较长主周期,还有10 a较弱周期。春、夏季水汽变化有5 a主周期和20～30 a左右的较长周期尺度;秋季水汽变化有5 a主周期,还存在30～40 a长周期;冬季水汽变化存在5 a周期,随着时序延长,周期也在延长,2000年以后有15 a周期。年水汽含量在1985年出现突变;春季水汽含量在1980年出现突变;夏季水汽含量在1986年出现突变;秋季水汽含量1994年出现突变;冬季水汽含量在1983年出现突变。水汽含量对气候变暖响应明显,年、季水汽压与平均气温之间相关显著,年平均、春、夏、秋、冬季相关系数分别为0．592、0．192、0．551、0．532、0285。说明河西走廊年、夏、秋、冬季近地面水汽变化与河西走廊平均气温有显著正相关。     

利用GRACE重力卫星监测新疆天山山区水储量时空变化

利用经过高斯平滑滤波处理的2003年1月至2010年12月逐月的GRACE卫星时变重力场数据,反演得到新疆天山山区水储量变化,其空间分辨率为1°×1°,结合同时间段该区域31个国家气象台站逐月降水资料,采用趋势分析方法,研究天山山区近8 a来的水储量时空变化特征。结果表明：天山山区水储量变化具有明显的空间差异性,总体表现为东、西部多,中部少的空间分布格局。在时间上,水储量变化与降水具有明显的季节性变化规律,两者变化过程基本一致。天山山区平均水储量变化趋势的年内分布总体上1-12月呈递增变化;1-3月为负增长,最大负增长为21.7 mm•a^-1,出现在2月;4-12月呈正增长,最大月份出现在11月,增长趋势达到29.9 mm•a-¹。水储量变化增加的主要原因是天山山区近几年夏季降水有所增加造成的。2003-2010年天山山区水储量变化总体上呈逐年下降趋势,平均每月下降速度为4.8 mm,8 a间水储量变化减少约13×10⁸ m³,其主要原因是由于气候转暖、冰川消融加速、山前绿洲灌溉及生活用水量增加,导致山区水储量变化减少。     

1961-2013年新疆雪雨比变化

基于中国国家气象信息中心发布的1961-2013年全国0.5°×0.5°逐日降水量和逐日平均气温数据集以及气象站点日降水量和气温实测资料,评估了该套格点降水资料在新疆地区的可信度,并利用格点降水资料研究了新疆地区降雪量、降雨量以及雪雨比的时空变化和突变信息.结果表明:内插到气象站点的格点降水数据和气象站点实测降水数据之间的偏差普遍较小,偏差在0.2 ～1.0 mm的站点个数占总站点数的72.55％,在绝大多数区域二者之间的相关系数均在0.80以上;1961-2013年,新疆降雪量呈微弱的增加趋势,增加幅度为0.11 mm·a-1,但没有通过0.05的显著性水平检验.降雨量以0.63 mm·a-1的速率呈明显的增加趋势(P ＜0.000 1),突变出现在1992年左右.雪雨比呈下降趋势,幅度为0.01 a-1 (P ＜0.05),突变出现在1991年左右;降雪量、降雨量及雪雨比表现出一定的空间分布差异,降雪量和降雨量在全区普遍呈增加趋势,而雪雨比在天山山地以北呈增加趋势,在天山山地以及天山山地以南主要呈减少趋势.在新疆冰川分布区域,降雪量倾向率在新疆北部呈增加趋势,而在新疆东南部呈减少趋势;降雨量倾向率呈增加趋势,且新疆东南部降雨量倾向率大于北部;雪雨比倾向率呈现出与降雪量倾向率相似的变化趋势.     

宁夏近44年水汽时空分布及环流差异特征分析

利用NCEP/NCAR(1961-2004年)月平均再分析资料,对宁夏水汽含量(通量)的年际、年代际演变特征及不同区域和不同季节的分布特征进行分析;同时,结合同期宁夏24个气象站降水实况资料,通过对夏季水汽输送偏多年和偏少年环流差异特征的合成对比诊断分析,结果表明:1961年以来,宁夏水汽含量呈明显减小趋势,2001年后有所增加,中部干旱带水汽含量最小,固原市水汽含量最大;从60年代到70年代中期,不同区域纬向水汽通量总体为增加趋势,之后,均在波动中减少;引黄灌区和固原市60年代到70年代经向水汽通量有所增加,之后显著减小,中部干旱带近40多年经向水汽通量为逐渐减少趋势。同时,水汽输送偏多年,宁夏处于东高西低的环流背景下,河套地区受纬向西风控制,南风偏强,且从太平洋到孟加拉湾上有较大的水汽由南向北输送;水汽输送偏少年,河套地区处于平直气流里,东风气流较强,水汽输送较偏多年显著偏弱。     

祁连山积雨云的时空分布及其环流特征

利用祁连山区29个测站1961-2001年1～12月云状资料,分析过去41年来祁连山区积雨云的时空分布特征及与大环流变化的关系。结果表明:①受地形动力抬升作用的影响,祁连山主区积雨云出现频次高于周边地区;②柴达木盆地积雨云有显著增多趋势,其他区域积雨云有减少趋势;③祁连山积雨云的年变化大致分为4个阶段:1961-1967年为明显上升阶段,1968-1970年为急剧下降阶段,1971-1988年为缓慢上升阶段,1989-2001年为明显下降阶段;④春季积雨云频率与降水的关系密切,积雨云发生次数越多,则降水量越多;⑤祁连山积雨云偏多年与偏少年差值最大的月份是7月和5月,偏多年和偏少年在亚洲500 hPa高度场上有较大的差异;⑥与积雨云频率显著相关的环流特征量主要有:副高北界、脊线、纬向环流和极涡强度、青藏高原高度场指数;⑦用前期环流特征量为因子,建立了祁连山主区积雨云频率的预测模型。     

秦岭地区气温变化统计降尺度研究

运用统计降尺度模型（SDSM）及秦岭地区7个站点1961-2011年的日平均气温、日最低气温和日最高气温资料,采用逐步线性回归方法（SMLR）选取NCEP大气环流预报因子中的最优因子,建立了预报量与预报因子之间的定量统计关系,对秦岭地区未来气温变化进行适用性分析,并对未来3个不同时期（2011-2040年、2041-2070年、2071-2099年）气温变化趋势进行预测。结果表明：SDSM模型对秦岭地区气温模拟效果良好,秦岭地区未来气温增幅明显,不同时间尺度增幅呈现明显时间差异,3个预报量在月尺度、季尺度呈现相似的时间变化特征：月尺度呈现8月增温最大,12月增温最小;季尺度呈现冬<春<秋<夏的趋势。2011-2040年气温的空间分布呈现秦岭北坡增幅大于秦岭南坡。     

大气红外探测器（AIRS）资料揭示的中亚地区上对流层水汽时空变化特征

水资源纠纷已成为当前威胁中亚地区国家安全与稳定的主要因素，而上对流层水汽作为全球水循环的重要组成部分，其空间分布和变化过程对中亚地区水资源分配具有重要科学价值。利用最新的AIRS水汽质量混合比数据，分析了中亚地区2003-2011年上对流层水汽的时空变化及其异常特征，揭示了其与青藏高原、热带季风区等受亚洲夏季风影响区域的显著差异。研究表明：就整个亚洲中低纬地区而言，中亚地区全年上对流层水汽偏少，且年内变化相对稳定，逐月波动不大。与夏季青藏高原南部及热带季风区北部的水汽大值区相比，在黑海-里海以东至我国新疆西部之间的中亚地区上对流层为显著的水汽含量低值区。近9 a中亚地区上对流层水汽整体呈微弱的增加趋势，且具有较强的波动性：水汽最小、最大值分别出现在2009年、2010年，这一显著振荡对近9 a水汽的线性变化趋势影响较大。就季节变化而言，春、夏季分别呈微弱的下降、上升趋势，秋季上升趋势显著，冬季在2~3 a波动变化特征明显。     

新疆伊犁地区夏季平均最高气温的重建和分析

根据采自伊犁地区天山的树木年轮样本,建立了该地区的树轮年表。通过单相关普查发现,自回归树轮年表序列与夏季(6~8月)的平均最高气温呈明显的负相关关系。并且具有明确的树木生理学意义。利用新源上限(XNAUt 1)、巩留下限(GUt 1)和特克斯上限(TUt 1)3个自回归树轮年表序列,可较好地重建伊犁天山东部在该时段的月平均最高气温。经交叉检验可知,所得重建方程是稳定可靠的,重建的温度序列是可信的。通过分析发现:伊犁天山东部300年来夏季月平均最高气温大致经历了8个偏暖阶段和8个偏冷阶段;具有2.9,3.4,4,49.5,58,59,68年的变化准周期;存在5次气温突变:1729-1733年、1867-1871年、1929-1934年前后气温由高向低突变;1841-1846年、1903-1906年前后气温由低向高突变。     

2008-2009年冬季我国北方特大干旱成因分析

2008-2009年冬季,我国北方冬麦区发生了特大干旱灾害。利用NCEP/NCAR的再分析资料,分析了干旱发生过程中气温的异常、垂直积分的水汽含量特征和水汽输送的变化,最后从大气环流角度分析了干旱发生的内在原因。结果表明:2008-2009年冬季,我国中部和华北部分地区气温偏高,华北以北地区气温偏低,冷空气活动频繁;从印度洋到我国西南、中部、华北地区的水汽含量比多年平均偏少,我国大部分地区气流比较平直,西南方向的偏西风水汽输送较弱。在干旱发生过程中,乌拉尔山、巴尔喀什湖为高压脊,贝加尔湖到中纬度地区为槽区,亚洲大陆的东部又为高压脊;亚洲中部和东亚以经向型环流为主,贝加尔湖到西伯利亚地区为明显的负距平,有利于冷空气南下影响我国北方地区。同时,我国大部分地区下沉气流较多年平均偏强,从青藏高原南侧到西南、华南地区的下沉气流减弱了西南方向的偏西气流水汽输送,从而导致降水减少。     

亚洲中部干旱区绿洲水热匹配与生物、农业技术适应性分析

亚洲中部干旱区“中亚天山北坡—新疆天山北坡—甘肃祁连山北坡”山前平原，在古丝绸之路和现代丝绸之路经济带时期均为社会、经济、文化最繁荣的重要地区。而一个地区某生物的生长发育除与降水、气温有关外，还与当地的水热匹配特征密切相关。中亚天山北坡区段水热不同步—新疆天山北坡区段水热较同步—甘肃祁连山北坡河西走廊区段水热同步的生态环境，深刻地影响着当地的天然动植物种类及其生长发育，使某些生物在研究区内各区段间形成了发生中心区、扩散区及无发生区的规律性分布；不同区段多项绿洲农业技术的差异性也反映出其对当地水热匹配特征的适应性。