近百年来全球主要干旱区的干旱化特征分析

利用 1 8 6 0 - 1 995年全球格点 (2 .5°经度ⅹ 2 .5°纬度 )Palmer干旱指数 (PDSI)资料 ,以及通过修正的PDSI程序计算的 1 95 1 - 2 0 0 2年中国干旱、半干旱区的PDSI ,分析了全球七大干旱区区域平均年PDSI近百年来的变化趋势及干旱变率对全球变暖的可能响应 ,结果表明 :除澳大利亚、北非干旱区外 ,南美洲、南非、北美洲、中亚和中国西北等全球主要干旱区近百年来呈明显变干趋势 ,且全球气候变暖时段干旱年发生概率明显偏高。在中国 ,近5 2a来半干旱区呈变干趋势 ,而干旱区干旱化有所缓和甚至相反。这一研究表明在全球变暖条件下 ,干旱、半干旱区域水资源缺乏应该引起我们的高度重视     

近50a西北干旱区气候变化对农业的影响

本文选取了西北干旱区21个代表站点1951-2000年逐日气温和逐日降水量资料。用趋势法和百分位阈值法分析年平均气温、年降水量、极端年最低温度、年最高温度和极端降水量变化特征及其各分区极端气候变化趋势。研究结果表明:(1)近50a西北干旱区气温呈上升趋势(0.22℃/10a),1986年后气温明显升高,柴达木盆地和北疆升温较大。近50a西北干旱区年降水量变化和趋势分布,降水变化有增加的趋势(3.2mm/10a),其中北疆降水增加最多。(2)西北干旱区近40a年极端最低温度的天数有减少趋势,平均最低温度天数的减少率为7-8天/40a。而极端年最高温度的天数略有增加趋势,平均增加率为0.5天/40a左右。年最高温度略有减少趋势,平均变率为-0.5℃/40a,年最低温度也有增加趋势,平均变率为1.0℃/40a。西北干旱区近40a极端降水的天数增加了2天/40a。(3)气候变暖对西北干旱区农业既有有利影响,又有不利影响,降水量增加,极端气候事件减少对农业有有利影响。     

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40a西北干旱区极端气候变化趋势研究

本文选取了西北干旱区21个代表站点1961-2000年逐日气温和逐日降水量资料。用百分位阈值法分析极端年最低温度、年最高温度和极端降水量变化特征及其各分区极端气候变化趋势。研究结果表明:(1)西北干旱区近40a年最低温度的天数有减少的趋势,而年最高温度的天数略有增加趋势。(2)西北干旱区年最低温度有增加趋势,年最高温度略有减少趋势。从分区看,北疆和南疆的年最低温度有升高趋势,年最高温度有下降趋势;河西走廊、柴达木盆地年最低温度和最高温度有升高趋势。(3)近40a西北干旱区极端降水的天数增加了2天。     

1960-2012年全球胡杨分布区干旱指数时空变化特征

胡杨作为干旱区的主要建群种,对维持生态环境稳定有重要意义。然而在全球变化背景下,胡杨分布区的干旱状况变化尚不明确。本研究采用Mann-Kenda11检验等方法,分析了近50年全球胡杨分布区帕尔默干旱指数(PDSI)的时空变化特征。结果表明:(1)1960-2012年,全球胡杨分布区平均PDSI呈显著(P<0.01)上升趋势,速率为0.259/10a。其中,秋季平均PDSI增加速率最大,为0.26/10a,而冬季呈下降趋势(-0.18/10a)。(2)PDSI指数存在明显的空间差异。在40°E~50°E,2.5°S~37.5°N区域,PDSI呈下降趋势,表明该区气候在往干旱方向发展。其中,伊朗南部等地区(或国家)PDSI减小速率最低,为0.38/10a,而肯尼亚东部减少速率最大,为0.696/10a。(3)而在35°E~37.5°E,35°N~37.5°N和65°E~105°E,22.5°N~47.5°N范围内,PDSI呈上升趋势,说明气候变得相对湿润。其中新疆部分PDSI增长速率最快,为0.444/10a(P<0.01)。其次为摩洛哥,叙利亚,伊拉克,土耳其等国家,平均PDSI增长速率为0.325/10a,但趋势并不显著。而河西走廊、内蒙古等地区和巴基斯坦、哈萨克斯坦等国家PDSI增长速率较低,分别为0.193/10a和0.166/10a。     

近63 a安康地区降水与太阳黑子活动的相关性分析

依据安康气象局安康站1953—2015年逐日降水量和太阳黑子逐年相对数,利用Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法,对安康地区近63 a降水变化特征及其与太阳黑子相对数关系进行了分析。结果显示:近63 a安康地区年降水量以及夏季降水整体呈增加趋势,增加量分别为0.99 mm·a~(-1)、1.65 mm·a~(-1),春季、秋季和冬季降水整体呈下降趋势,减少量分别为0.26 mm·a~(-1)、0.35 mm·a~(-1)、0.06 mm·a~(-1),降水集中分布在夏季和秋季。年降水距平极值与太阳黑子相对数峰谷值主要存在0~3 a滞后;近63 a安康地区年降水有显著3 a和28 a的变化周期,与太阳黑子相对数的9 a变化周期存在一定差异。     

气候暖干化对环县土壤贮水量的影响

通过对干旱半干旱区环县近38年(1971～2008)来的气温、降水分析发现,环县气候暖干化明显,年平均气温增高,增幅为0.0385℃/a,增温幅度远高于全国近40年增温幅度(0.004/a);气温年代变化以80年代到90年代上升幅度最大;季节变化以春季、冬季增温最为显著,夏季、秋季增温缓慢.年降水量呈略减趋势,逐月降水量变化不一致,6月、9月降水量呈显著增加,7月、11月呈显著减少,其它各月正常或略减变化;年代变化,70到80年代呈现增加,80到90年代减少,90到2000年来呈现增加;从80年代以来,春季降水呈显著减少,表明春旱明显,夏季、秋季和冬季的降水随年代不同有增有减,变化趋势不一.近26年(1983～2008)来,0～100 cm土壤贮水量呈升高趋势变化,年增幅为0.5586 mm/a.其中,春季和秋季呈递增变化,增幅分别为0.941 mm/a、0.5164 mm/a;夏季呈现减少趋势;不论是在干旱年、多雨年、或是不同年代情况下,一年中土壤贮水量的低值区总是出现在作物旺盛生长时期的6月份,而高值区总是出现在秋季,而不是出现在降雨量最多的夏季;气候暖干化对耕作层30 cm以上土壤贮水量影响明显,年景不同,土壤贮水量差异较大.     

近60年来玛纳斯河流域气候时空变化趋势分析

本研究以中亚典型冰川融化区玛纳斯河流域为例,研究玛纳斯河流域近60 a气候变化趋势,分析玛纳斯河流域上中下游气温及降水空间变化格局,运用墨西哥帽小波函数法对玛纳斯河流域气温及降水的周期规律进行分析。结果表明,近60 a来,玛纳斯河流域经历了一个增温趋湿的过程,气温、降水量的增加幅度分别为0.44℃/10a、11.6 mm/10a;在空间分布上,玛纳斯河流域气温增温幅度由上游到下游逐渐升高。年降水则呈现由上游到下游逐渐降低的相反趋势;玛纳斯河流域年平均气温有着明显的9 a周期震荡,并且年平均气温在未来一段时间将表现为增加趋势;全年降水存在明显的6 a周期震荡,同时年降水在未来的一段时间表现为丰水期。研究结果对研究干旱区区域尺度气候变化规律有一定借鉴意义。     

亚洲中部干旱区干湿时空变化特征

过去一百年,全球增温已成不争的事实,而降水则表现出明显的区域特征。采用全球干旱指数(palmer drought severity index,PDSI),对亚洲中部干旱区1950—2014年干湿变化事件进行分析。结果表明:该区域呈现出变湿趋势,尤其在20世纪80年代后,这种趋势更加明显。对PDSI指数进行经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)得到PDSI具有多周期的非线性特征,其中3~7 a的变化周期为主要周期,这与降水的变化周期一致。中亚五国为变干趋势,而中国西北地区为变湿趋势,并且这种差异在1979年后更加明显,表明"干旱越干旱,湿润越湿润"在亚洲中部干旱区不成立。上述主要结论对全球干旱区干湿变化研究具有指导意义。     

宁夏西海固地区气候变化响应及旱涝灾害趋势

基于1961-2010年宁夏西海固地区10个气象站点50年的气象资料,利用趋势线法、Z指数法、M-K突变检验法等方法,分析了本区近50年来气候变化对全球变暖的响应及其旱涝灾害的趋势。结果表明:1)近50a本区气候经历了冷湿-暖湿-暖干的转变。气温呈波动上升趋势(0.259℃/10a),高于西部平均变暖率(0.2℃/10a);2)近50a来本区降水呈波动下降趋势,下降速率为16.58mm/10a,平均降水量为418mm。降水季节变化特征表现为春、夏、秋三季降水呈下降趋势,秋季降水减少最为明显,冬季降水略有增加。3)旱涝灾害发生频次与气温变化具有一定的同步性。在全球气候变暖的大背景下,由于本区洪灾相对较少,未来旱灾发生频率有可能进一步增加,因此降低气候变化的负面影响,对实现本区可持续发展具有重要意义。     

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.     

近52 a长白山苔原带生长季气候变化特征

利用长白山苔原带天池站1959-2010年6-9月气象数据,进行生长季气候变化分析。采用距平值、小波分析、Mann Kendall检验相结合的方法,进行温度、降水周期性变化与突变点的检验;采用线性倾向估计法,分析未来气候变化的趋势;并通过气候变化指数,反映其气候变化情况。结果显示：52 a来,长白山苔原带生长季经历了暖湿-冷干-暖湿-冷干-冷湿-冷干-暖干几个主要阶段,温度变化周期为5～10 a,降水变化周期为5 a和20 a.。温度变化的突变年份发生在1998年,降水变化较之温度变化复杂,其存在多个突变年份;各气象要素的变化趋势大都表现为显著的升高,其中温度的变化最为明显,风速、日照时数的变化甚微;霜冻日数与冰点日数均显著减少,极端温度大多出现在21世纪;伴随着>0.1 mm降雨日数的显著减小,长白山苔原带降水强度不断增加;与植物生长相关的生长季≥0 ℃积温、≥3 ℃积温和≥5 ℃积温在52 a间呈显著增加趋势,积温的增加将会对生长季的延长及植物生长起到显著的促进作用。     

1961-2017年青藏高原东北部雨季降水量变化及其贡献度分析

利用53个气象观测站1961—2017年5—9月逐日降水资料,分析了青藏高原东北部雨季降水量的变化特征,以及不同等级降水变化在降水量增量中的相对贡献。结果表明:1961—2017年青藏高原东北部干旱区雨季降水量呈增加趋势,半干旱区和半湿润区降水量的极端性增强。大部分地区的降水强度普遍增加。进一步分析可知,青藏高原东北部雨季降水量变化主要由降水强度的变化引起,同时中雨等级降水增加贡献大于其他等级降水。半湿润区和半干旱区东部降水极端化趋势明显增强。该结果有助于进一步理解和认识青藏高原东北部生态环境变化的气候效应。     

近56 a新疆北部地区气候变化特征

根据新疆北部40个站点1961-2016年逐日气温、降水数据,采用数理统计、倾向率法、Mann-Kendall突变检验和小波分析等方法,研究北疆地区近56 a气候变化特征、变化趋势以及变化的空间差异。结果表明:在研究时段内,气候总体呈气温升高、降水量增加的暖湿化趋势,年平均气温以0.34℃·(10a)^-1速率上升,年降水量递增速率12.05 mm·(10a)^-1;Mann-Kendall突变检验显示,气温在1991年发生突变后升高,降水量1987年出现突变后逐渐增多;年平均气温变化表现出6 a、14 a和28 a周期性规律,降水量变化有4 a、12 a和22 a的规律;在空间上,气温增速东西大于南北,降水量增量山区多于平原和盆地,西部多于东部。     

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。     

基于CMIP5的中国区域气溶胶变化及其对降水的影响

基于第5次国际耦合模式比较计划(CMIP5)提供的气溶胶光学厚度(AOD)数据和气溶胶单因子历史试验降水数据,采用线性趋势分析、相关分析、经验正交分解(EOF)方法,从时间和空间维度上分析了自工业革命以来中国AOD的变化及其对降水的影响。1860-2000年,中国区域的AOD整体呈显著增加的趋势(P<0.001),AOD的增加趋势以胡焕庸线为界呈现出"东高西低"的空间分布格局,并在1945年以后AOD的增加趋势〔0.3807·(100a)^-1〕显著大于1945年以前的趋势〔0.0290·(100a)^-1〕。在气溶胶单因子驱动试验中,中国有89.1%区域的降水呈显著减少的趋势(P<0.001),其中东南部、四川盆地以及青藏高原东南部是降水减少最明显的区域,西北地区降水减少趋势较弱,并在1962年以后降水的减少趋势〔118.04mm·(100a)^-1〕显著大于1962年以前的趋势〔26.67mm·(100a)^-1〕。气溶胶主要通过抑制弱降水显著降低了降水事件发生的频率与降水强度,降低速率分别为3.160d·(100a)^-1、0.1624mm·d^-1·(100a)^-1。研究工业革命以来气溶胶对降水的气候效应,为更好的应对区域气候变化问题提供科学依据。     

1957—2015年叶尔羌河流域气候变化特征及其径流响应

根据流域内气象、水文站点的长期观测数据,利用线性趋势、相关系数、累积距平、Mann-kendall(M-K)突变检验等方法分析不同区域的干、湿季气候变化特征,并假定不同的气候情景组合,分析径流对气候变化的响应程度。结果表明:(1)1957-2015年4个单元气温和降水量呈增加趋势;除上游外,相对湿度、平均风速和大风日数呈减小趋势,流域径流量呈增加趋势。(2)气温在1996年发生突变;降水量未出现明显突变点;相对湿度在2005年左右发生突变;除下游外,平均风速在1983年发生突变;径流量于1993年发生突变,突变后径流量增加了9.08×10^8m^3。(3)相关性分析显示,流域径流量与湿季平均气温、平均最低(最高)气温呈极显著正相关,与湿季平均风速、大风日数和相对湿度呈负相关,除上游径流与干季降水量呈正相关外,其他区域与降水量呈负相关。(4)敏感性分析表明,当降水量不变,气温升高1℃,径流量增加9.06%;当气温不变,降水量增加10%,径流量减小1.67%,这主要与径流组成有关。流域77.4%的径流量来自雪冰融水补给,当降水量增加时,气温降低,减少了冰川积雪的融化,因而流域径流与气温呈正相关,与降水量呈负相关,且对气温变化更敏感。     

Effects of irrigation on precipitation in the arid regions of Xinjiang,China

Soil moisture is an important parameter for the interaction between soil and atmosphere.It is the second important factor that influences climate change,next to sea surface temperature(SST).Most previous studies focused on the monsoon regions in East China,and only a few laid emphases on arid environments.In Xinjiang, which is located in Northwest China,the climate is typically arid and semi-arid.During the past 20 years,the precipitation in Xinjiang has shown a significant increasing trend,and it is closely related to oasis irrigation.This paper aims at discussing whether abnormal soil moisture in spring can be the signal to forecast summer precipitation.The effects of abnormal soil moisture due to farm irrigation in spring in arid environments on regional climate are investigated by using a regional climate model(RegCM3).The results indicate that positive soil moisture anomaly in irrigated cropland surface in May led to an increase in precipitation in spring as well as across the whole summer. The impact could last for about four months.The effects of soil moisture on the surface air temperature showed a time-lagging trend.The summer air temperature declined by a maximum amplitude of 0.8oC.The increased soil moisture could enhance evaporation and ascending motion in the low troposphere,which brought in more precipitation.The soil moisture affected regional weather and climate mainly by altering the surface sensible and latent heat fluxes.     

基于CRU资料的中亚地区气候特征

基于中亚地区1971-2000年的CRU资料,利用一元线性回归法,分析中亚地区30 a的气候变化特征。结果表明：土库曼斯坦和乌兹别克斯坦的沙漠地区是中亚最为干旱的地区,也是气温最高的地区。塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦冬季和春季降水多,夏季和秋季降水少,气温变化幅度相对较小。哈萨克斯坦的降水呈现西多东少,且主要集中在夏季,气温变化幅度较大,且西暖东冷。中亚地区气温年较差较小。新疆与中亚五国的气候有明显差异,新疆降水主要集中在夏季的天山山区,气温增暖明显,最高和最低气温与中亚西部的变化趋势相反。