1997-2002年华北持续性干旱气候诊断分析

利用1957-2002年华北地区104个气象站实测的月降水量、月平均气温等气候资料,以及美国NCEP/NCAR的850 hPa矢量风和500 hPa位势高度等再分析资料,分析了1997-2002年逐月降水距平变化特征、干旱持续性特征、干旱强度分布特征;基于干旱区域性特征,提出了一个描述区域性干旱的指数(spatial drought index,SDI);此外,从东亚大气环流系统中的冬季东亚大槽、贝加尔湖反气旋环流场、西太平洋副热带高压以及东亚夏季风等系统的变化等方面,探讨了对这一持续性干旱的影响.研究表明:华北地区1997-2002年的干旱具有全区强度大的特征,区域平均干旱指数达到了65%以上.而东亚地区冬季东亚大槽持续偏弱,夏季贝加尔湖地区高压又持续偏高,东亚夏季风持续偏弱,西太平洋副热带高压持续偏东等的综合作用,是引起华北地区这一阶段持续性干旱的主要原因.     

中国西北地区夏季降水的气候特征

利用西北地区119个气象站1961-2000年夏季降水资料,分析其空间分布特征和时间变化规律.选择典型多雨与少雨年,对美国NCEP/NCAR高空流、地气系统射出的长波辐射(OLR)场、赤道北太平洋海温(SST)与西北夏季降水的关系进行对比分析.结果表明:西北地区夏季降水具有明显的空间差异,最少的是新疆的吐鲁番气象站,为6.7 mm,最多的是陕西的佛坪气象站,为446.9 mm.多雨年北半球500 hPa极涡明显浅,西太平洋副热带高压强,700 hPa矢量风距平场中国西北地区为辐合区,700 hPa比湿距平中心位于中国西北地区,OLR主要负距平中心在西北地区,SST负距平主要在赤道太平洋东部.少雨年500 hPa极涡深,西太平洋副热带高压很弱,700 hPa矢量风距平场中国西北地区为辐散区,700 hPa比湿距正中心位于孟加拉湾西部,OLR主要正距平中心在西北地区;SST正距平主要在赤道太平洋东部.     

川渝地区夏季干旱气候特征及成因分析

利用1979—2011年英国东英吉利大学气候研究中心（CRU）整理的地面月降水资料和日本气象厅（JMA）加工的全球高空等压面月平均气象场再分析资料,采用标准化降水指数（SPI）,确定了川渝地区典型干旱年,讨论了川渝地区夏季典型干旱的气候特征及其大气环流特征。结果表明：川渝地区夏季典型干旱年具有气温高、降水少的气候特征;东亚中纬度盛行纬向气流,西风锋区偏北,冷空气多偏北东移,川渝地区及其我国北方大部分地区受大陆带状高压控制。500 hPa带状高压与100 hPa南亚高压中心位置基本一致,且500 hPa高压中心与温度场的暖中心相对应,是持续性川渝夏季干旱具有近似正压结构的典型环流特征;同时川渝地区夏季干旱年对流层低层从云贵高原到四川盆地的西南气流明显偏弱,风场距平合成表明,云贵高原到川渝地区为东北距平风,距平风场上华南地区为明显的气旋式环流;川渝地区夏季典型干旱年整层西南气流水汽输送与常年比较明显偏小。     

华北地区夏季旱涝的大气环流特征诊断

利用1960-2009年华北地区17个站点的月平均降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料中的月平均位势高度场、风场等资料,研究近50 a中国华北地区夏季旱涝对应的大气环流的异常。华北地区夏季旱、涝年份对应的大气环流存在显著差异。其中,夏季华北旱年的环流特征表现为：中层乌拉尔山附近为低槽区,贝加尔湖地区则为高压脊区,朝鲜半岛附近为槽区,华北地区处于高压控制下且西太平洋副热带高压偏南;低层蒙古反气旋很强,中国东部地区出现了明显的偏北风距平,阻挡了南方暖湿水汽向华北的输送。在涝年,中层乌拉尔山附近以及朝鲜半岛附近为高压脊,贝加尔湖地区则为很深的槽区,华北地区位于贝加尔湖至蒙古的低压槽前,西太平洋副高偏北;低层蒙古附近多低压槽活动,在我国东部地区出现了南风距平,有利于南方暖湿水汽向华北输送。华北旱、涝年前期春季的大气环流形势与同期夏季很相似。      

内蒙古春季干旱年和多雨年的大气环流特征对比研究

选取1960~2011年内蒙古104个测站春季(3~5月)降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析内蒙古春季降水特征和典型干旱和多雨年同期和前期大气环流特征。结果表明:内蒙古春季降水呈从东到西,从南到北减少的分布;春季以干旱少雨为主,每个年代都有两年或三年的连续干旱发生;90年代后降水的异常偏多和偏少的频率显著增加;干旱少雨年同期500hPa中高纬度欧亚距平场呈"-+-"的分布,表现出中亚高压脊强盛,东亚槽深厚的特征。多雨年与干旱少雨年相反,欧洲大陆为正距平中心,内蒙古中西部及其上游的蒙西山地和西西伯利亚平原为负距平,中国大陆东部沿海、日本岛为正距平中心,表明内蒙古上游地区高压偏弱,下游东亚大槽位置偏东,中高纬度以纬向环流为主。850hPa径向距平风场显示,在干旱少雨年,西亚和南亚地区均为西北气流。多雨年孟加拉湾一直到俄罗斯东部均为南风距平。干旱(多雨)年前期乌拉尔山高压脊强盛(偏弱),东亚大槽位置偏西(偏东),贝加尔湖为高压槽(脊)。     

祁连山总云量变化及其与气候变暖的关系

利用祁连山区及其周边地区34个测站,1961-2000年历年1～12月平均总云量资料,采用线性回归分析、合成分析、相关分析和功率谱分析等方法,分析了40年来祁连山区总云量与气温变化的关系及其成因.结果表明:云量偏少(多)与气温偏高(低)存在一定的对应关系.春、夏季云量对气候变暖的响应显著,秋、冬季不显著;祁连山云量受西太平洋副热带高压、中纬度纬向环流和太阳活动影响.气候变暖引起西太平洋副热带高压面积增大,向北扩展,中纬度纬向环流增强,促使副热带高空锋区北移,冷暖空气在祁连山区交绥次数减少,造成祁连山区云量减少.     

陕西春季干旱的环流特征分析

选用陕西51个气象站1962~2008年3~5月降水量数据和NCEP/NCAR再分析资料,根据综合干旱指数确定了陕西春季干旱等级和持续时间,利用合成分析的方法分别对陕西春季干旱和春末夏初季干旱年的大气环流进行研究,并与多雨无旱年的大气环流特征作对比分析。结果表明,陕西春季干旱持续时间长,呈北强南弱的不均匀分布模态。陕北长城沿线风沙区、关中平原和秦巴山区东部是春季易发生干旱的关键区。陕西春季干旱年500 hPa环流形势表现为欧亚中高纬度距平场纬向分布呈现"-+-",中亚高压脊偏强,东亚大槽明显偏深,表现出冷暖空气交汇区偏南的冬季风环流特征;相反春季多雨年中纬度盛行纬向气流,东亚大槽偏浅且位置偏东,咸海、里海附近多低压系统活动,南支西风带中孟加拉湾长波槽偏深。春末夏初季影响陕西干旱的环流表现为"-+-+"的距平分布,中亚高压脊偏强,中纬度盛行纬向气流,冷空气多偏北路径向东南移动,西太平洋副高偏弱,位置偏东偏南;相反春末夏初季多雨年乌拉尔山高脊偏强,贝加尔湖多长波槽活动,同时西太平洋副高偏强,对流层低层青藏高原东侧南风较常年同期偏强。最后相关分析表明陕西春季干旱指数与前期冬季乌拉尔山附近高度场有显著负相关,前期冬季乌拉尔山高脊偏强(弱),陕西春季易发生干旱(多雨)。     

河西走廊东部高温天气成因分析及预报研究

利用河西走廊东部武威市5个气象站1971-2005年逐日极端最高气温≥35℃资料,使用数值预报产品,应用诊断预报和统计预报方法,分析了高温天气气候特征、形成原因及预报着眼点。结果表明:河西走廊东部高温天气主要发生在中部平原和北部荒漠地带;西太平洋副热带高压动力抬升、青藏高压热力加强是造成极端高温事件发生的直接原因。并系统分析了高温天气发生的主要环流形势,总结出武威市高温诊断预报指标和高温定量预报方程,开发出高温预报业务系统,投入业务使用,预报效果良好。     

珠江流域旱涝变化及其与大气环流关系研究

基于珠江流域57个气象站1960-2014年逐日降水量资料,选用标准降水指数(SPI)为旱涝指标,讨论旱涝时空变化特征,研究与极端旱涝相关的大气环流成因。结果表明:(1)珠江流域旱涝严重程度主要受降水量影响,SPI能有效反映流域的旱涝特征;(2)自1980s起,流域有干旱趋势,西北部干旱化趋势显著;(3)流域春旱减缓,秋旱加重,夏季洪涝频发;(4)极端的旱涝变化与大气环流关系密切,西太平洋副热带高压与东亚大槽是两个主要影响珠江流域旱涝变化的环流系统。     

新疆降水与环流场演变研究

通过分析南、北疆地区近50a来的降水演变特征,将南、北疆地区降水多寡典型年份对应的500hPa高度场和海平面气压场的距平进行合成,讨论了多雨和少雨期大气环流的气候背景特征。结果表明,近20多年南、北疆降水较20世纪60-70年代均有显著增加。南、北疆夏季降水与大气环流之间亦存在一定的联系,尤其是乌拉尔山高压脊的增强明显有利于南、北疆降水。     

陕西省54a来农业干旱灾害特征研究

干旱灾害是影响陕西省农业经济可持续发展的主要限制因素。本文利用陕西省54a来的农业旱灾灾情资料对旱灾特征进行了详细分析和预测,得出陕西省旱灾有发生频率加快、灾情加重趋势,干旱灾害具有较强的持续性。干旱受灾面积有3~4a的变化周期,农业旱灾成灾率和受灾率呈正相关,线性回归方程为y=0.32+0.73x。灾害有明显的区域差异性,陕北灾情最严重,关中次之,陕南最轻。灾害主要集中在渭南市、榆林市、商洛市、咸阳市、汉中市、延安市、铜川市、宝鸡市、洛川县、定边县。     

1971—2016年河南省夏玉米生长季极端干旱时空特征

选用地表湿润指数,利用1971—2016年气象数据对河南省夏季极端干旱发生的时空特征进行了分析。结果表明：近46 a来,河南省夏季极端干旱发生频数在年均0.08～2.15月之间,总体上呈现微弱的下降趋势。6月和9月极端干旱发生次数高于7月和8月。1970s发生频数最多,2000s最少,2010s呈现回升的趋势。6月和9月极端干旱发生站次百分比明显高于7月和8月,且6、7月和9月的发生站次百分比在2010s也呈现回升趋势。各年代平均发生频数均以豫南地区最高,近46 a来极端干旱总次数呈现由南向北逐渐递减的分布特征,但6月份发生总次数高值区则主要分布在豫中和豫西地区。全省范围内极端干旱发生存在明显的4~8 a周期变化,2010s极端干旱发生频数和站次百分比均呈回升趋势,应引起夏玉米生产上的关注和重视。     

Spatial-temporal characteristics of drought detected from meteorological data with high resolution in Shaanxi Province,China

The spatial pattern of meteorological factors cannot be accurately simulated by using observations from meteorological stations (OMS) that are distributed sparsely in complex terrain. It is expected that the spatial-temporal characteristics of drought in regions with complex terrain can be better represented by meteorological data with the high spatial-temporal resolution and accuracy. In this study, Standard Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) calculated with meteorological factors extracted from ITPCAS (China Meteorological Forcing Dataset produced by the Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences) was applied to identify the spatial-temporal characteristics of drought in Shaanxi Province of China, during the period of 1979-2016. Drought areas detected by SPEI calculated with data from ITPCAS (SPEI-ITPCAS) on the seasonal scale were validated by historical drought records from the Chinese Meteorological Disaster Canon-Shaanxi, and compared with drought areas detected by SPEI calculated with data from OMS (SPEI-OMS). Drought intensity, trend and temporal ranges for mutations of SPEI-ITPCAS were analyzed by using the cumulative drought intensity (CDI) index and the Mann-Kendall test. The results indicated that drought areas detected from SPEI-ITPCAS were closer to the historical drought records than those detected from SPEI-OMS. Severe and exceptional drought events with SPEI-ITPCAS lower than -1.0 occurred most frequently in summer, followed by spring. There was a general drying trend in spring and summer in Shaanxi Province and a significant wetting trend in autumn and winter in northern Shaanxi Province. On seasonal and annual scales, the regional and temporal ranges for mutations of SPEI-ITPCAS were different and most mutations occurred before the year 1990 in most regions of Shaanxi Province. The results reflect the response of different regions of Shaanxi Province to climate change, which will help to manage regional water resources.     

Drought changes and the mechanism analysis for the North American Prairie

The worst droughts in the central part of the North American Prairie in the past several hundred years have been reconstructed from tree-ring chronologies,suggesting that some drought years have exceeded the severity shown by the gauge record.A general circulation model of the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL) has simulated climate changes for the area during the past 250 years driven by climatic forces,providing scenarios of extreme climate that can further diagnose the mechanisms.This study refined the drought signals from the tree ring data and GFDL modeling at inter-annual and decadal time scales and analyzed the potential mechanisms driving the droughts.Results showed that drought years with summer precipitation lower than the 10 th percentiles occurred during 1777-1789,1847-1861 and 1886-1879 AD in the area.Both tree rings and model revealed that the frequency of droughts has been relatively consistent in a similar timing and frequency with climate change.Monte Carlo analysis have detected that the tree ring chronologies have recorded drought years with probabilities of 9.3%-12.8%,and the model has simulated the droughts with probabilities 5.7%-17.8%.Under CO 2 and aerosol forcing,the GFDL modeled the drought recurrences of 13 years and 25 years,which are very synchronous changes with tree rings and consistent with gauge records.The 20-a and 10-a time scale reoccurrences of droughts are very consistent with solar radiation cycles,and similar to the length of cycles in oceanic records,suggesting that terrestrial precipitation modeling is properly driven from sun-land-sea dynamics.Detected severity,variability and return periods of droughts from the present study make potential improvements in drought predictions and constructing scenarios for climate impacts and adaptation strategies.     

FY-3C/MERSI数据应用于陕西省干旱时空动态监测研究

基于FY-3C/MERSI 1 km遥感数据,分别利用植被供水指数模型(VSWI)、归一化干旱指数模型(NDDI)、多波段干旱指数模型(MBDI),对陕西省2014年夏季的干旱过程进行动态监测,结合研究区同时段10 cm土壤相对湿度资料,对3种干旱遥感监测模型的准确性和稳定性进行评价。结果表明:3种遥感监测模型对陕西省2014年夏季干旱过程监测的准确性均有较好表现,其中VSWI的动态监测稳定性更好;MBDI与VSWI对干旱中期干旱程度的反演结果准确性相当,但对于干旱前期与后期,VSWI结果的准确性更好。基于VSWI监测结果,将陕西省分为陕北、关中和陕南地区进行讨论,结果表明FY-3C/MERSI具备对陕西省这次干旱过程进行时空动态监测的能力。     

近500年陕西旱涝序列重建与趋势分析

本研究旨在运用历史文献资料和降水资料恢复重建陕西省各气象站1470—2008年旱涝等级,分析其变化的基本特征及其演变趋势,为将来的旱涝预测提供依据。选取榆林、延安、西安、汉中、安康5个有代表性的站点,分析这5个站1470—2008年长达539年的旱涝等级序列发现:榆林和延安有由旱向正常发展的趋势;宝鸡和西安旱涝交替阶段性变化显著,存在偏旱向偏涝转变的趋势;而陕南的汉中和安康539年来主要以偏涝为主。17世纪40年代前后陕北、关中和陕南先后出现了旱涝突变点,其中,陕北1640年前后有由偏旱转为正常的突变;1643年前后宝鸡和西安发生偏旱转为偏涝的突变;而汉中和安康在1648年前后发生了正常向偏涝的突变。对陕西5个站点539年的旱涝级别的时间序列进行EOF分解,前三模态方差贡献达91%,反映了陕西全省旱涝时空分布的主要特征;第一模态方差贡献为60.3%,这539年陕西全省旱涝一致型占主导地位;第二模态方差贡献为19.8%,即南北旱涝相反型;第三模态方差贡献较小,为10.9%。     

太阳活动与ENSO事件对汉江谷地旱涝灾害影响分析

为探究汉江谷地旱涝灾害发生机理,根据18个代表站点1960-2010年气象资料,运用Z指数法界定出旱涝灾害等级和年份后,分析太阳黑子活动和ENSO事件对汉江谷地旱涝灾害的关系。结果表明:1)研究时段内汉江谷地呈暖干化趋势,气温以0.136℃/10a的速度上升,降水以15.7mm/10a的速度减少,旱涝灾害的发生呈增加趋势。2)20世纪70-80年代旱涝灾害指数与太阳黑子数呈负相关,80年代后二者呈正相关,太阳黑子的减少趋势与研究区域干旱化趋势相同。3)厄尔尼诺强度增大时研究区域的涝灾增多,拉尼娜发生强度增大时旱灾增多。     

三种不同干旱动态监测指数在陕西省的适用性研究

运用陕西省96个站1981—2012年近32年的逐日气温、降水、风速、相对湿度等资料,分别计算出各站逐日(向前滚动30天)的三种干旱动态监测指数：降水距平百分率(P_a)、相对湿润干旱指数(MI)、标准化降水指数(SPI),并将陕西省按地域由北至南分为陕北、关中、陕南,按季节分为春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12—2月),分别统计出不同干旱动态监测指数对应的干旱发生的频率并与历史记载中实际干旱情况进行比对,对三种干旱动态监测指数在陕西省的适用性进行分析。结果表明：夏季MI指数得到的干旱频率最高,P_a指数最低,冬季MI指数得到的干旱频率最低,P_a指数最高; 在春、冬季节P_a指数的适用性较好,在夏、秋季节MI指数的适用性较好; 陕西省夏季容易发生局地强降水,而在秋、冬季容易出现长时间的无降水,导致SPI指数在夏、秋、冬季节的适用性不太好。     

四川盆地夏旱多因素综合评估方法探讨

通过对四川盆地夏旱定量评估方法的探索,分析影响干旱程度的主要气象因子,根据它们之间的关系,建立了多因子综合影响的单站和区域干旱定量评估模式,开发了干旱评估业务系统.利用新评估模武建立了单站和区域夏旱程度评估序列,通过新旧评估结果的对比分析,发现新干旱指数与以前评估指数存在较大差异.由于新方法综合考虑了旱期多气候因子对评估影响的结果,新评估结果更符合客观实际,在业务中应用收到良好的效果.