1960-2014年祁连山南坡及其附近地区气温时空变化特征

基于祁连山南坡及其附近19个气象站点的1960-2014年气温数据,利用线性趋势法、相关分析法、多项式趋势法、5年滑动平均、R/S分析方法、ArcGIS方法对其气温的时间变化与空间分布作了详细分析。结果表明:多年平均气温变化趋势为波动上升趋势,增长率为0.35℃/10 a,最低气温与最高气温的增长率分别为0.478,0.275℃/10 a,季节气温同样为上升趋势,其中冬季气温增幅最大,说明最低气温与冬季气温对气温上升贡献最大;从年代际变化来看,2000-2014年气温的升高趋势比1990-1999年有所下降,并不能说明全球变暖停滞,可能受到自然外强迫造成的;气温的Hurst指数为0.5 < H < 1,表明今后气温的变化趋势与过去变化趋势具有相同的特征;大部分气象站点多年平均气温与季节气温的变化均为增长趋势,通过显著性检验站点的比率较高,而年代际气温的空间变化差异较大。     

1960—2017年黄土高原昼夜降水变化特征

为了探究黄土高原气候暖干化背景下的昼夜降水变化规律,利用黄土高原55个气象观测站1960—2017年逐日降水数据,使用线性拟合和空间分析法研究了年际及雨季(5—10月)降水量、降水日数、降水强度及夜雨率等降水指标的变化特征。结果表明:(1)黄土高原历年和雨季的昼夜降水量、降水日数均呈下降趋势,降水强度则呈上升趋势。历年降水量和降水日数下降幅度高于雨季,降水强度上升幅度低于雨季。(2)黄土高原地区雨季昼夜降水指标的空间格局差异明显。雨季降水量和降水强度自东南向西北递减,昼降水日数呈西南和东北偏多、西北偏少,夜降水日数呈西南偏多、西北偏少的空间特征。(3)黄土高原历年及雨季的平均夜降水率分别为50.44%,50.34%。晋豫交界及六盘山以西区域夜雨率高于50%; 陕西西部及中北部、内蒙包头至呼和浩特、祁连山以东等区域夜雨率呈上升趋势,山西中部及东北部、宁夏银川至内蒙鄂托克旗等区域下降趋势明显。综上,黄土高原地区未有明显的夜雨现象。     

1960-2015年秦岭地区极端降水的时空变化特征

极端降水是气候变化的重要研究内容之一。在全球气候变化背景下,探究秦岭地区的极端降水变化,对于明确区域极端气候差异及探究其机理具有重要的意义。基于秦岭地区1960-2015年29个气象站点降水数据以及秦岭25 m×25 m分辨率的DEM数据集,选取6个极端降水指数,运用最小二乘回归法、Man-Kendall突变检验法、5年滑动趋势法和克里金插值法研究了56年来秦岭地区极端降水的时空变化特征。结果表明:（1）秦岭地区极端降水分布存在明显空间差异性,西北部是年均连续无雨日数高值区,中西部为连续降水日数高值区;强降水日数、强降水量、5日最大降水量和降水强度等指数呈"南高北低"的分布格局,位于秦岭最南端的紫阳县是各个极端降水指数极大值区。（2）56年来,秦岭地区极端降水的持续性整体呈减少趋势;强度呈增加趋势。秦岭山地降水时间短、强度大,尤其是在秦岭南部地区,应加强防备,以免引起洪水灾害造成的重大破坏。     

1960-2017年江淮地区降水的时空变化特征

[目的]探究江淮地区降水量的时空变化特征,并在此基础上研究了大气环流因子对降水量的影响,为江淮地区水资源管理和灾害防治提供科学基础。[方法]基于1960—2017年江淮地区15个气象站点的逐日降水及大气环流数据,采用Mann-Kendall趋势检验、累计距平曲线、小波分析、交叉小波变换及小波相干方法,揭示了江淮地区时空变化特征及影响该地区降水量的因素。[结果]江淮地区降水量存在多尺度的周期性震荡,其中冬季降水量表现为显著增加趋势(p<0.05),经历最少次偏多—偏少过程,且存在55.6 a的主周期;年、夏季降水量呈不显著增加趋势,经历最多次偏多—偏少过程,但其在该地区南部多呈显著性变化;春、秋季降水量呈不显著下降趋势,全地区不存在显著性变化站点。该地区降水量与大气环流指数在年际尺度上均存在一定的共振周期,东亚夏季风(EASM)对其影响最显著;南方涛动指数(SOI)对其影响最不显著。[结论]江淮地区降水在年际及季节性尺度上时空变化特征具有明显差异,且在年际尺度上受大气环流一定的显著影响,研究结果能为该地区科学制定水资源规划、预防气候型风险、达到生态平衡提供理论支撑。     

中国西南部区域雨季极端降水指数时空变化特征

基于1971-2013年中国西南部区域7省市477个气象站点的逐日降水观测资料,选取11个极端降水指数,运用线性倾向法、Mann-Kendall突变检验法和滑动t检验法分析了西南部地区雨季极端降水指数的时空分布及变化特征,并探究极端降水指数多年平均以及变化趋势与海拔高度的关系。结果表明：（1）近43a来,西南部地区雨季PRCPTOT、CWD、R1mm、R10mm以及SDII分别以12.6mm·10a?1、0.23d·10a-1、1.57d·10a-1、0.49d·10a-1和0.31mm·d-1·10a-1的速率下降（P＜0.05）,CDD上升速率为0.37d·10a-1（P＜0.05）,而Rx1day、Rx5day、R95、R99以及R20mm的变化不显著。（2）雨季CDD、R1mm、Rx1day的突变集中发生在20世纪80年代,而PRCPTOT、R10mm、Rx5day和SDII的突变主要发生在2003年前后;PRCPTOT、CDD、R1mm、R10mm、Rx1day和SDII在突变年份以前表现出一定的稳定性,而在突变年份以后则会发生显著的上升或下降趋势。（3）从变化趋势空间分布的角度看并非所有地区均表现出干旱化趋势,云南、贵州及广西三省交界处雨季干旱化程度较严重,广西东南部地区雨季发生暴雨洪涝灾害的风险较大,而横断山脉地区雨季更加湿润。（4）从贡献率变化的角度,西南部地区雨季降水占比的变化趋势具有很强的区域特征,四川北部和西藏地区雨季指数对全年贡献率逐年下降,而广西东南部地区雨季指数对全年贡献率逐渐上升。（5）综合11个指数与海拔高度的关系来看,一方面,西南高海拔地区R1mm较高,降水以中小雨为主,并且PRCPTOT、R1mm、R10mm以及R20mm的多年平均值均表现出不同程度的上升趋势。因此,43a来西南高海拔地区变得更加湿润。另一方面,低海拔地区R1mm较低,而R95、R99、Rx1day、Rx5day以及SDII均较高,并且在低海拔地区CWD和CDD均呈现上升趋势,因此,雨季低海拔地区面临洪涝及干旱的风险相对较大。     

甘肃省极端降水指数时空变化特征

为了明确甘肃省极端降水事件的时空发生规律和变化特征,根据气候变化监测与指数专家组(ETCCDI)推荐的11个极端降水指数,分析了极端降水指数的时间变化特征,基于GIS技术采用空间地统计方法,研究了极端降水指数空间分布特征。结果表明：在时间分布上,持续干期呈显著减弱,变化速率为-2.129(p<0.05),持续湿期微弱下降,变化速率为-0.005(p<0.05),其余10个极端降水指数呈增强趋势(p<0.05),尤其年降水总量增加显著,变化速率为2.56(p<0.05)。总体来看,极端指数变化存在明显周期性,大致可分为2～3个周期;突变多发生在20世纪60年代中后期。在空间分布上,全省极端降水指数的空间变化特征较为明显,包括年降水量在内的10个极端指数由河西走廊向东递增,持续干期与之相反。综上,甘肃省极端降水指数变化具有明显的时间和空间差异。     

1961-2017年贵州降水时空变化特征

为研究贵州地区降水的时空演变规律,根据贵州省84个气象站1961-2017年的降水量资料,利用EOF和REOF方法、Mann-Kendall检验、Cramer法、YAMAMOTO法和滑动t检验及Morlet小波分析法,对贵州地区57年来降水的空间分布、时间系数变化特征和时间序列的趋势性、突变性及周期性进行了分析。结果表明:EOF方法可以很好地解释降水场的时空分布特征,前2个特征向量累计贡献率达50.08%,揭示了两种典型的分布场,即全局型和东西反向型。分析特征向量所对应的时间系数,贵州省的降水场主要表现为全省多雨、全省少雨、东多西少、东少西多4种类型,REOF可将贵州降水场分为东西部两个区域,通过Mann-Kendall检验发现均存在降水减少的突变,并通过Cramer法、YAMAMOTO法和滑动t检验对结果进行验证,发现Ⅱ区比Ⅰ区降水突变明显。Morlet小波分析表明,贵州地区降水存在着显著的28 a周期变化。     

2008-2020年成都地区盛夏降水时空分布特征

为获得成都盛夏降水的时空分布特征,通过2008—2020年中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料,分析了成都地区盛夏7月、8月降水的时空分布特征。结果表明:(1)成都地区盛夏平均降水量总体呈西高东低的分布趋势。(2)成都盛夏以夜间降水为主,雨带明显向东传递,降水峰值主要出现在3:00—4:00,并且中东部在午后还存在一个次峰值。(3)小时强降水的降水量和降水频次的贡献率在空间上分布基本一致,最大值区均位于大邑和邛崃的交界处,低值区出现在西部高海拔地区和简阳地区。(4)2013年、2018年、2020年小时强降水的次数明显偏多,这是由于副高异常偏西偏北导致。(5)成都西部地区小时强降水的频次明显多于其他地区,但极值却偏小,成都地区极端强降水事件更容易出现在3:00左右。综上,通过对成都盛夏降水的研究,为该地区降水监测、城市防洪和防灾减灾等提供决策依据。     

近50年来四川盆地降水日数的时空变化特征

利用1960—2010年四川盆地16个气象站逐日降水资料,采用距平统计法、线性趋势法、Mann—Kendall检验法及Kriging插值法对该区近50a降水日数及不同等级降水日数的时空分布特征进行了定量分析。结果表明:(1)四川盆地降水发生日数总体呈减少趋势,且从20世纪90年代开始出现以来延续至今;不同等级降水日数均呈减少趋势,其中小雨日数减少最明显,对降水日数减少的贡献最多。(2)四川盆地降水日数的减少是一种突变现象,突变年份为1994年。(3)四川盆地年均降水日数总体表现为西部、南部较多,东部、北部较少。(4)四川盆地西部、北部降水日数减少趋势较快,这种减少趋势可能是对全球变暖的区域响应;不同等级降水日数的趋势随地域的变化存在很大差异,其中东北部暴雨日数的小幅增加趋势使得地质灾害发生的可能性增加。     

1960—2019年河南省降水结构时空变化特征

为了研究河南省降水结构变化特征,基于1960—2019年河南省17个气象站点逐日降水数据,运用数理统计、GIS及Mann-Kendall等方法对河南省不同降水历时和降水等级时空变化特征及其变化趋势进行了分析。结果表明:(1)河南省降水发生率随降水历时的增加呈减少趋势,短历时(1～2 d)降水发生率达74.03%,居主导地位。≥5 d降水贡献率最大(26.73%),其次为2 d(26.20%),3 d(18.68%),4 d(14.43%)和1 d(13.96%); 降水发生率随降水等级增加而降低,各等级降水贡献率为23.36%～28.20%,分布较为均衡;(2)降水结构空间差异显著,短历时降水发生率和贡献率呈由南往北逐渐增加趋势,3 d以上历时降水由南向北减少; 小雨发生率和贡献率由东南向西北递增,暴雨发生率和贡献率由东南向西北递减;(3)Mann-Kendall趋势分析表明,各历时降水发生率和贡献率变化趋势基本一致,表现为中短历时(1～3 d)降水上升,长历时降水下降; 各等级降水变化趋势方面,小雨发生率、贡献率呈下降趋势,大雨、暴雨发生率和贡献率呈上升趋势。近60 a来河南省降水结构有向极端强降水转移的态势。     

1960-2013年云南地面温度时空变化特征

利用云南省1960-2013年逐日0 cm地面温度观测资料,运用Mann-Kendall趋势和突变检验法、小波分析法等分析了云南地面温度的空间分布、变化趋势及突变特征、周期变化及可能的影响因素。结果表明:年平均地温、年平均最低地温整体上呈现"南高北低"的分布特点,年平均最高地温呈现出"西北、东北低,中部、南部高;深切河谷高,高原面较低,高耸山地更低"的分布特点;同时,也表现出明显的区域性差异;年平均地温、年平均最高（低）地温高值中心主要分布在元江河谷（元江站）,金沙江河谷（元谋站）,滇南澜沧江及其支流河谷（景洪站、勐腊站）;平均地温、平均最高（低）地温季节分布特点与年际分布大致相似。平均地温、平均最高（低）地温年际、季节及不同气候带均呈增温趋势;年平均地温、年平均最高（低）地温均以冬季增温幅度最大;年平均地温、年平均最低地温以高原气候带增温幅度最大,年平均最高地温以北热带增温幅度最大。年平均地温、年平均最高（低）地温及不同气候带地温均发生显著突变;其中,年平均地温、年平均最高（低）地温显著突变点分别为2000年、2004年、1997年;年平均地温、年平均最高（低）和不同气候带地温均以长周期变化为主周期;其中,年平均地温、年平均最高（低）地温主周期分别为28 a,26 a,26 a。年平均地温、年平均最高（低）地温与纬度和海拔呈极其显著的负相关;1960-2013年亚洲区极涡面积（强度）,西太平洋副高西伸脊点指数显著减弱,西太平洋副高面积（强度、脊线）、印缅槽、西藏高原、印度副高面积指数呈显著增加可能是引起云南地温变化的原因之一。     

祁连山西水林区灌木林降雨截留特征

基于2014年5—9月的野外试验数据,采用野外观测与统计分析相结合方法,研究了祁连山排露沟流域5种典型灌丛:吉拉柳(Salix gilashanica)、箭叶锦鸡儿(Caragana jubata)、金露梅(Potentilla fruticosa)、鲜黄小檗(Berberis diaphana)和甘青锦鸡儿(Caragana tangutica)灌丛降雨截留特征,分析了降雨量对灌丛穿透雨量和截留量的影响。结果表明:研究期间共观测到降雨40次,年降雨总量为292.4mm,其中2~10mm的降雨事件出现次数最多;5种灌丛穿透雨量、截留量分别为吉拉柳灌丛183.5,108.9 mm;甘青锦鸡儿灌丛174.3,73.5 mm;箭叶锦鸡儿灌丛168.8,123.6mm;金露梅灌丛166.1,106.4mm;鲜黄小檗灌丛165.7,82.1mm;5种灌丛穿透雨量和截留量与降雨量均呈显著线性正相关(p0.001);而穿透率和截留率与降雨量均以对数函数拟合较好(p0.001)。     

1981-2010年重庆地区季节性干旱时空变化特征分析

根据重庆市34个气象观测站点的实测气象数据,选择标准化降水指数(SPI)为干旱指标,计算了1981-2010年各气象站点逐年逐月SPI值,统计30年间各站点的干旱情况,在此基础上从年、季两个尺度分析了重庆市各地区的干旱频率、干旱强度和干旱范围(干旱站次比),研究其干旱的时空变化特征.研究结果表明:(1)重庆市年尺度干旱发生频率呈西高东低的分布特点,干旱发生强度整体主要为中等强度,渝东北干旱强度最高,中西部和渝东南强度较低,干旱发生范围在30年间呈逐渐增大趋势,年际干旱站次比差异性大,基本与历史上的重大干旱年份相吻合;(2)季尺度冬旱频率最高,夏旱次之,春旱最低;夏旱强度最高,秋旱稍低,春旱强度最低.春、夏、冬旱的强度和频率空间分布较为相似.干旱演化在春、冬季呈下降趋势,夏、秋季呈上升趋势,说明对夏、秋干旱的防灾御灾工作需要进一步加强;(3)结合年、季尺度,从总体上看,干旱主要频发于渝东北和中西部,其强度也较大,渝东南干旱发生的频率和强度都较低.     

1982-2014年祁连山植被生长季NDVI变化及其对气候的响应

祁连山是西北地区重要的生态功能区和河西绿洲的水源涵养地,全面了解植被的生长变化有助于制定合理的气候变化对策。利用1982-1999年的GIMMS NDVI数据和2000-2014年的MODIS NDVI数据,采用最大值合成法、均值法、斜率法、相关分析法等,对祁连山近35年生长季植被变化及其对气候变化的响应进行了深入研究。结果表明:1982-2014年,祁连山植被NDVI整体呈增加趋势,但变化趋势并不明显;近35年,祁连山植被NDVI呈增加趋势的面积比呈降低趋势的面积大,表明植被覆盖状况有所改善,植被NDVI增加的区域集中于中西部,而植被NDVI降低的区域集中于东部;气候的年际变化对祁连山植被NDVI有一定的影响,植被NDVI对气温和降水存在一定的滞后性响应。气温升高和降水增加有助于祁连山植被覆盖增加,生态环境得到改善。     

1961-2011年秦巴山区极端降水事件的时空特征分析

利用1961—2011年秦巴山区及其周边36个站点的逐日降水数据,应用百分位阈值定义法、线性倾向估计法和Morlet小波周期和小波方差分析,通过区域划分探讨秦巴山区极端降水事件的时空特征。分析表明:秦巴山区极端降水阈值在空间上自东南向西北递减;极端降水发生频数与年均降水日数分布情况相似,自东向西依次增大;年均降水量、年均极端降水量空间分布特征相似,中部值最高,而西部地区的极端降水比重最高,达到44%。极端降水的发生频数受降水日数多少的制约,受地形影响更加显著。极端降水事件发生频数在东部、中部和全区呈不显著上升趋势;西部地区为不显著下降趋势;在20世纪80年代中期有一个明显的峰值,90年代中后期上升幅度较大,而西部地区变化幅度最小。通过Morlet小波和小波方差分析得出,整个秦巴山地区的准周期相似,在32 a左右振荡最强,为第1准周期,还有12 a和17 a的第2准周期。此外,秦巴山地区极端降水事件的发生可能受西南季风影响较大。     

1964-2017年山西省潜在蒸发量时空变化及其影响因素分析

采用Penman-Monteith模型计算出山西省潜在蒸发量,运用小波分析、Mann-Kendall非参数检验和地统计等方法分析了山西省潜在蒸发量的时空分布特征,并且利用主成分分析法分析了其影响因素。结果表明:（1）山西省多年平均潜在蒸发量为1 148.6 mm,存在以27 a为主周期和9 a,45 a左右为次周期的周期变化;（2）山西省多年平均潜在蒸发量空间分布特征表现为由中部向南北两边递减,北部地区潜在蒸发量低于南部地区,地势低的地方潜在蒸发量较高;（3）山西省潜在蒸发量西北部和东南部呈现下降趋势,东北部及西南部呈增加趋势,东北部增加趋势尤为显著;（4）平均水气压和相对湿度是影响山西省潜在蒸发量的主导因素,潜在蒸发量与平均水气压、相对湿度和海拔高度呈负相关,与温度、风速、日照时数及纬度呈正相关。