1961-2010年北方半干旱区极端降水时空变化

采用49个气象站点1961--2010年逐日降水量资料,运用Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和R/S等方法,分析了近50 a来北方半干旱区极端降水事件的时空变化特征.结果表明:近50 a北方半干旱区极端降水指数最大5日降水量(RX5day)、强降水量(R95p)、降水强度(SDII)、连续湿日数(CWD)、连续干旱日数(CDD)、大雨日数(R20)和年总降水量(PRCPTOT)都表现出减少趋势.其中,RX5day和R95p减少趋势通过了0.1以上的显著性水平检验.Hurst指数分析表明,研究区各极端降水指数未来都呈现出减少趋势,其中CWD表现得尤为明显.近50 a来北方半干旱区CDD在1985年和1995年发生突变,而其他极端降水指数在1999-2000年出现了减少的突变.研究区各极端降水指数多年平均值的空间分布格局较为一致,除CDD外其他极端降水指数基本呈现出从西北向东南逐渐减少的趋势.各极端降水指数变化趋势在空间上表现出一定的区域差异性,研究区极端降水指数在东部地区以减少趋势为主,而中部局部地区表现出增加趋势.近50 a来北方半干旱区各极端降水指数(除CDD外)与年总降水量呈极显著正相关关系,极端降水指数对年降水量具有很好的指示作用.     

近51年河西走廊西部极端强降水事件变化研究

利用河西走廊西部8个气象站1960～2010年的逐日有效降水(日降水量≥0.1mm)资料,研究了河西走廊西部近51a极端降水事件变化的时空分布特征及变化趋势。结果表明:在河西走廊西部只要出现中～大雨或以上降水就算极端强降水;在空间分布上,河西走廊西部极端强降水阈值自西南向东北逐渐减小,极端降水总量分布与该区域年降水量的空间分布相似,极端降水指数倾向率空间分布很不均匀;在时间分布上近51年来河西走廊西部年极端降水总量和年极端降水强度均呈显著增加的趋势,极端降水频数增加趋势不明显,极端降水指数在3～5a和10～13a周期上反映明显,在60年代极端降水指数均发生了突变。     

近60a来汉江上游极端降水变化研究——以安康地区为例

基于安康地区近60 a的逐日降水和历年最大洪峰流量资料,采用Mann-Kendall检验、百分位阈值、滑动平均、相关性分析以及趋势分析方法,并结合世界气象组织(WMO)提供的降水指数,对安康地区1953—2011年极端降水的时序特征、突变特点以及降水与洪涝灾害的相关性进行了分析。结果表明:近60 a来,安康地区年最大日降水量、极端降水日数、极端降水量以及极端降水强度都呈波动上升趋势。其中,年最大日降水量在1974年发生了增多突变,1983年达到显著增多水平;极端降水日数在2002年发生了增多突变,2011年达到显著增多水平;极端降水量和极端降水强度在1997年之后一直呈上升趋势,但没有发生突变现象。1997年后,尤其是进入21世纪以来,安康地区极端降水日数、极端降水量、极端降水强度明显上升,在总降水量减少的情况下,降水时间分布更加不均匀,降水集中度增加,极端降水事件增多。因此,必需高度重视汉江上游安康地区潜在的洪涝灾害,增强应对和抵御灾害的能力,确保人民生命财产安全和南水北调工程的顺利实施。     

新疆极端降水事件的时空变化及趋势预测

基于新疆1960—2011年的日降水量,选取符合条件的50个气象站点数据,采用世界气象组织(WMO)气候委员会(CCI)推荐使用的"气候变化检测和指标"体系,从中选取了8个极端降水指数,运用线性趋势法、反距离加权插值法(IDW)、Morlet小波分析法和季节性叠加趋势模型,研究各极端降水指数在时空上的变化特征以及周期和未来变化趋势。结果表明:受气候增暖的影响,新疆降水量增加,极端降水量也呈增加趋势,持续干燥指数下降。因新疆特殊的"三山夹两盆"的地形结构,小区域气候变化显著,极端降水量在不同区域分布呈明显差异,总体上除持续干燥指数外,其余指数在北疆大部分站点的变化率较南疆大,天山山区因受海拔高度的影响,降水量大,变差系数也较大。各指数的主周期都集中在22~29 a,可见,极端降水事件的变化周期长。各指数未来26 a的变化趋势与原趋势一致,新疆发生极端降水事件的可能性仍在增加,应加强对极端事件的预防能力,以减少极端气候变化带来的危害。     

近50 a中国降水变化的准周期性特征及未来的变化趋势

通过分区分析了1961-2006年近50 a中国降水周期分量的年际变化特征,并对未来20 a（2006-2026年）降水的可能变化趋势做了预测。结果表明：就年际变化而言,大部分气候区的降水年际变化存在着显著的周期变化,并以高频（准3～4 a）变化为主,且具有相对的稳定性。过去的50 a,各气候区的降水呈现出下降趋势。周期叠加外推的结果表明,未来20 a,除西部干旱（半干旱）区的降水会出现少许的增多外,其余各气候区的降水量会出现弱的减少趋势。     

近40 a西藏怒江流域极端降水事件的时空变化

利用西藏怒江流域1971-2010年9个台站逐日降水量资料,采用第99个百分位值确定了不同台站的极端降水阈值,对流域极端降水事件的时空特征进行分析。结果表明：西藏怒江流域极端降水阈值为20.6～33.8 mm,分布与年降水量的走向基本一致。近30 a那曲地区大部、八宿和察隅最大日降水量为增加趋势,尤其是察隅,增加了5.2 mm•(10a)^-1;极端降水频数丁青、八宿和察隅趋于增多,其他各站倾向于减少(-0.06～-0.41 d•(10a)^-1;年极端降水量察隅以29.4 mm•(10a)^-1的速度明显增加,左贡变化不大,其他站点呈减少趋势,为-1.0～-27.2 mm•(10a)^-1;年极端降水强度那曲、索县、左贡和察隅为增强趋势,为0.6～6.2 mm•d^-1•(10a)^-1,比如、洛隆和八宿无变化,安多和丁青呈减小趋势。极端降水频数、极端降水量、日最大降水量、极端降水强度在20世纪90年代前均存在4～5 a的显著周期,在2000年以后均存在2～4 a的显著周期。     

近50 a甘肃省夏季日极端降水频数与强度变化特征

基于甘肃省近50 a夏季日降水量数据,借助ArcGIS 9.2和Matlab 7.0数据软件平台,运用复值Morlet小波分析及Mann kendall检验法,分析甘肃省夏季日极端降水频数和强度的周期及空间分布特征。结果表明：① 极端降水频数主要存在19 a和8 a周期,极端降水强度主要存在11 a和19 a周期;② 夏季极端降水量与夏季降水量的空间分布在东南部地区有明显的差异;③ 极端降水频数呈减少趋势,而极端降水强度呈增加趋势。     

祁连山区降水气候特征分析

利用祁连山区的逐时、逐日降水资料和山丹军马场大黄沟的云杉树轮宽度资料,研究祁连山区的降水时空变化和分布特征。研究发现：海拔高度对该地区降水有较大影响,并且降水主要发生在午后和夜间;近40 a来,该地区极端降水频次出现了增加趋势,增加幅度达1.25 d/10 a。利用一元二次回归模型重建这一区域200 a以来的降水历史序列。分析表明：整体上19世纪降水比20世纪更加丰富,20世纪初降水出现了突变特征,并逐渐趋于干旱,在20世纪20、30年代曾有严重的旱灾发生,这与该时期在我国北方大范围的干旱事件相一致。     

泾河流域近60年降水演变规律

对泾河流域11个气象站(1960～2000年)的降水量资料,通过标准化、滤波等方法处理简化了研究对象。采用数理统计方法对降水时间序列进行分析,得到泾河流域降水演变的规律,春季有5a、8a的显著周期,夏秋有准7a的周期振荡,冬季有4a、6a的短周期,还有17a左右的长周期。同时,用流域内平凉站近60a(1942～2000年)的序列进行对比分析,发现演变规律基本一致。利用上述规律对2001～2003年流域内降水进行试验性拟合预测,结果与实况基本符合,并显示21世纪前10a泾河流域秋雨量有可能改变上世纪末持续偏少的态势,呈偏多趋势。     

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。     

黄土高原风蚀和风水蚀复合区的风蚀气候侵蚀力变化

利用黄土高原风蚀和风水蚀复合区30个气象站1961-2010年的观测资料,根据联合国粮农组织给出的风蚀气候因子指数（C值）的计算公式和线性趋势法、Pettitt变点检测、Morlet小波分析等方法,研究风速的空间分布、时空变化、突变特征和周期特性及其对C值的影响。结果表明：① 该区多年平均风速为2.2 m•s^-1,内蒙古和宁夏境内的部分地区风速较大,陕北、晋西北、陇东和青海部分地区较小。近50 a来风速整体呈显著减小趋势,1970s风速最大,2000s最小。② 年尺度83%的站点风速发生了突变,区域整体突变发生于1982年,四季风速突变时间与年尺度基本一致。③ 近50 a风速存在3次交替变化,1961-1977年和1995-2010年偏大,而1977-1995年偏小,季节尺度上也发现了类似的现象,未来一段时间内该地区风速仍然偏小。④ 该区多年平均C值的空间分布格局和时空变化趋势与风速较为一致,整体也呈现出显著减小趋势。⑤ C值与相对湿度和降水量呈负相关关系,与潜在蒸发量、干旱指数和风速呈正相关关系。风力增强（风速增加）和干旱加剧对于风蚀起到促进作用;温度上升及其造成的蒸发量增大也有助于风蚀的形成。     

基于降水量距平百分率的内蒙古地区干旱特征

利用1971—2015年内蒙古地区52个气象站逐月降水量观测数据，采用降水量距平百分率(Pa)，从干旱频率和干旱变化趋势率分析了研究区近45 a来干旱时空分布特征。结果表明：从时间变化来看，年降水量呈微弱的下降趋势，并于1998年和2012年发生突变；春季、秋季和冬季降水量变化呈上升趋势，夏季降水量变化呈下降趋势；年尺度干旱主要发生在1999—2011年；季节尺度干旱发生频率为冬旱>春旱>秋旱>夏旱。从空间变化来看，多年平均降水量由东向西呈逐级递减趋势，降水分布地域特征明显，大兴安岭以东地区和巴彦淖尔市西部地区降水变化趋势率较高，呼伦贝尔市西北部、通辽市中南部、赤峰市中部、阿拉善盟西部地区降水变化趋势率较低；发生不同等级干旱的几率为轻旱>特旱>中旱>重旱，各级干旱易发生地区集中在呼伦贝尔市西部、赤峰市中北部、通辽市北部、锡林郭勒盟中西部以及阿拉善盟西部地区。Pa变化趋势率表现为，呼伦贝尔市中东部、巴彦淖尔市西部和阿拉善盟东部呈上升趋势，即干旱程度减轻；兴安盟南部至鄂尔多斯市、阿拉善盟中西部呈下降趋势，即干旱程度加重。     

1960-2014年内蒙古极端天气事件趋势分析

运用1960-2014年内蒙古46个站点的日气象资料,利用Rclimax软件分析WMO发布的12种极端气温指数及其时空变化规律.结果表明:1960-2014年,内蒙古极端气温指数变化与全球变暖相同步,冰日、霜日、冷日和冷夜指数趋于减少,而夏日、热夜、暖日、暖夜和生长季长度指数区域增大.极端最高(最低)指数呈增加的趋势,而气温日较差趋势则趋于减小.空间分布上,内蒙古西部极端天气指数变化明显,显示出地表裸露的地区对气候的变化敏感.相比于1960-1985年,1986-2014年气温上升更加的强烈,在此期间,冷指数(ID0、FD0、TN10和TX10)显著下降而暖指数(SU25、TR20、TN90和TX90)显著上升.1985年前各站点极端气温指数变化趋势复杂,而1986年后大部分站点冷(暖)指数表现为下降(上升)趋势.极端指数的变化与纬度和海拔相关性较弱,但各指数与经度却存在广泛的关联.北极涛动(AO)对内蒙古的气候有着一定的影响,各站点的极端指数与AO有显著相关,冷指数表现尤其明显.     

50 a来内蒙古荒漠草原气候干燥度的空间分布及其演变特征

根据内蒙古荒漠草原11个气象观测站1961-2010年的日平均气温、降水量资料,采用改进的谢氏干燥度计算公式,并利用ArcGIS软件分析内蒙古荒漠草原50 a来气候干燥度的时空变化规律。结果表明：① 平均干燥度呈条带状自东南向西北逐渐递增,表明干燥程度由东南向西北逐渐加强;② 除中部偏西（海流图地区）干燥度减少、气候趋于湿润化外,其他地区干燥度指数呈增加趋势,说明内蒙古荒漠草原地区气候干旱化趋势明显;③ 20世纪70年代属于相对湿润期,21世纪初干旱程度明显加大。其结果导致干旱区面积随年代增加,至21世纪初干旱区面积增加了近3倍,从另一个侧面说明研究区域气候干旱化趋势显著;④ 干燥度4.0等值线向东南方向移动,逐渐侵入典型草原。以20世纪60年代为基点, 90年代前变幅相对较小,21世纪初的偏移范围最大。此外,该线在研究区域东部变化强烈,空间位移幅度大,西部相对变化较弱,空间位移相对较小。     

石家庄地区极端寒热和强降水的观测事实

利用石家庄地区17个观测站1972-2009年的气温和降水资料,选取8个极端气温指数和5个极端降水指数,分析气温和降水极端事件的变化规律。结果表明：近38 ａ,炎热日数呈增加趋势,寒冷日数、霜冻日数和结冰日数呈减少趋势,其中寒冷日数和霜冻日数呈显著减少趋势。中东部县市热指数的增加趋势和冷指数的减少趋势最明显。极端最高气温和极端最低气温呈弱的升高趋势;最高气温极小值和最低气温极大值则呈显著升高趋势。4个气温极值指数趋势变化的空间分布差异较大。大雨日数和暴雨日数均呈弱的增加趋势,各站的大雨日数和暴雨日数增加或减少的趋势不明显。1日和3日最大降水量均呈弱的上升趋势,但绝大部分站上升或下降的变化趋势不明显。强降水强度呈弱的增强趋势,暴雨强度的线性趋势为0.83 mm/（d·10 a）。大部分站大雨以上强度的增强或减弱趋势与暴雨强度一致。     

关中地区清代干旱灾害研究

通过对清代关中地区历史资料的搜集、整理和数学分析,对该时期关中地区的干旱灾害等级及其成因进行了研究.结果表明:关中地区从1644-1912年的267年中,共发生干旱灾害103次,平均每2.6年发生1次;轻度旱灾37次,占旱灾总数的35.9%;中度旱灾发生44次,占旱灾总次数的42.7%;大旱灾发生17次,占旱灾总数的16.5%;特大旱灾发生5次,占干旱灾害总数的4.8%;从清代早期到晚期干旱灾害呈现出增加的趋势,并具有显著波动变化特征.清代干旱灾害变化可分为2个主要阶段,在1644-1770年的126年为旱灾较低发生期,在1770-1909年的141年为旱灾较高发生期.年降水量的明显减少和降水分配不均是该区发生干旱灾害的主要原因.     

Drought and flood characteristics in the farming- pastoral ecotone of northern China based on the Standardized Precipitation Index

The farming-pastoral ecotone of northern China (FPENC) provides an important ecological barrier which restrains the invasion of desert into Northwest China. Studying drought and flood characteristics in the FPENC can provide scientific support and practical basis for the protection of the FPENC. Based on monthly precipitation data from 115 meteorological stations, we determined the changes in climate and the temporal and spatial variations of drought and flood occurrence in the FPENC during 1960-2020 using the Standardized Precipitation Index (SPI), Morlet wavelet transform, and inverse distance weighted interpolation method. Annual precipitation in the FPENC showed a slightly increasing trend from 1960 to 2020, with an increasing rate of about 1.15 mm/a. The interannual SPI exhibited obvious fluctuations, showing an overall non-significant upward trend (increasing rate of 0.02/a). Therefore, the study area showed a wetting trend in recent years. Drought and flood disasters mainly occurred on an interannual change cycle of 2-6 and 9-17 a, respectively. In the future, a tendency towards drought can be expected in the FPENC. The temporal and spatial distribution of drought and flood differed in the northwestern, northern, and northeastern segments of the FPENC, and most of the drought and flood disasters occurred in local areas. Severe and extreme drought disasters were concentrated in the northwestern and northeastern segments, and severe and extreme flood disasters were mainly in the northeastern segment. Drought was most frequent in the northwestern segment, the central part of the northeastern segment, and the northern part of the northern segment. Flood was most frequent in the western part of the northwestern segment, the eastern part of the northeastern segment, and the eastern and western parts of the northern segment. The accurate evaluation of the degrees of drought and flood disasters in the FPENC will provide scientific basis for the regional climate study and critical information on which to base decisions regarding environmental protection and socio-economic development in this region.     

小波分析法在内蒙古寒旱区降水量特征研究中的应用

区域降水量不但是影响土壤风蚀的一个重要因素,同时还对植被及农牧业发展起着决定性的作用。以内蒙古寒旱区降水量为研究对象,在收集多年气象站观测数据的基础上,引入MHF小波函数,对其时间序列进行小波分析。揭示了区域降水量变化的多时间尺度的复杂结构,分析了其在不同时间尺度下的周期性和突变诊断点。研究表明:内蒙古寒旱区降水具有明显的季节性和阶段性特征,以1年和9年的周期振动最强;在整个时间域上,降水量呈减小趋势。     

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.