南水北调西线工程水源区和受水区降水变化及丰枯遭遇特征分析

基于规划中的南水北调西线工程区域内274个国家气象站1961—2022年逐日降水资料,分析了西线工程水源区和受水区年和四季降水量的时空分布特征,以及两区降水的丰枯遭遇特征。结果表明:近62年来,南水北调西线工程水源区年降水量总体呈增多趋势,而受水区年降水量没有明显变化趋势;夏、冬季水源区和受水区降水量均增多,春、秋季水源区降水量增多而受水区降水量减少;年和春、夏、秋季水源区枯水频率均低于受水区枯水频率,并且水源区枯水频率呈减少趋势,而丰水频率呈增加趋势;水源区和受水区年和四季降水丰枯异步频率普遍在60%以上,远大于丰枯同步频率,有利调水的5种丰枯遭遇在年和春、夏、秋季发生频率均超过50%。总体而言,南水北调西线工程水源区和受水区的降水具有较强的丰枯补偿性,且1971年以来有利调水发生频次呈增加趋势,理论上存在保证供水的可能性。但水源区出现连续枯水年的频次较多。因此,在南水北调西线工程规划设计和运行调度时需充分考虑水源区和受水区降水的变化。

“23·7”京津冀暴雨极端性特征及对我国城市防汛的启示

2023年7月29日至8月1日,京津冀地区出现极端强降雨过程,多地出现严重城市内涝、洪水和地质灾害,并造成重大人员伤亡。这次极端强降雨过程累计雨量大、持续时间长、影响范围广。京津冀地区4 d平均降雨量175 mm,超过平均年降水量的1/3。在全球气候变化与快速城镇化的背景下,极端暴雨对我国城市经济社会平稳运行的冲击和影响在增大。现有城市设防标准不适应气候变化下新的防汛形势,气象灾害监测预报预警能力及部门协同联动机制等仍存在短板不足,城市公众防灾避灾意识仍有欠缺。为此建议,持续加强极端降水事件对城市影响研究,提高监测、预报、预警服务能力,加强城市治理力度,增强城市防御气象灾害的“韧性”,同时应积极推动气象灾害科普宣传,不断提高极端灾害公众防御意识。

2022年我国主要天气气候特征

利用中国气象局国家气候中心和国家气象信息中心的历史和实时气象观测数据,对2022年我国气候特点进行了综合分析。结果显示:2022年我国气候状况总体偏差,暖干气候特征明显,旱涝灾害明显。全国平均气温为历史次高,降水量为2012年以来最少。区域性和阶段性干旱明显,南方夏秋连旱影响重;夏季中东部出现1961年以来最强高温过程,南方“秋老虎”天气明显;华南、东北雨涝灾害重,珠江流域和松辽流域出现汛情;登陆台风异常偏少,2212号台风“梅花”4次登陆;寒潮过程明显偏多,影响范围广。

珠江流域实际蒸散发的时空变化及影响要素分析

采用基于互补相关理论的平流-干旱模型,根据60个气象站1961—2010年气象资料,计算并分析了珠江流域实际蒸散发(ETa)的时空变化特征,通过对实际蒸散发的辐射能量项、空气动力学项与主要气象要素的相关分析,对珠江流域实际蒸散发的时空变化进行了归因研究。结果表明:(1)珠江流域多年平均实际蒸散发量为665.6 mm/a。1961—2010年,珠江流域实际蒸散发量呈明显的下降趋势,下降幅度为-24.3 mm/(10a)。夏秋季节实际蒸散发的下降对年际尺度实际蒸散发的下降具有明显的贡献。(2)珠江流域东南沿海地区年实际蒸散发量较高(大于690 mm),该区年实际蒸散发量呈现显著的下降趋势。流域中部有一条呈东北-西南走向的条带状实际蒸散发低值区,年均实际蒸散发量在630 mm以下,但该区域的时间变化趋势不明显。(3)气温日较差和日照时数的下降以及大气压的增加使得辐射能量项的下降,是造成实际蒸散发下降的主要原因;平均气温、最高、最低气温的上升使空气动力学项呈现增加趋势,从而在一定程度上贡献于实际蒸散发的下降。春秋冬三季平均风速的下降引起空气动力学项的下降趋势或减缓其增加趋势,反过来在一定程度上减缓了实际蒸散发的下降趋势。

干旱区旱生芦苇根系分布及土壤水分动态

根据2003-2006年实测的旱生芦苇地的土壤水分资料和芦苇根系资料，对旱生芦苇的土壤水分时空变化特征及产生变化的原因进行了分析。结果表明，1）旱生芦苇根系深度达250cm以上，毛细根分布最多区域在0～30cm土层，30～210cm土层芦苇毛细根重密度呈现波动起伏，210cm深度以下逐渐减小。2）2003—2006年芦苇地土壤水分年际间变化较为复杂，不同的生长阶段年际变化特征不同。3）每年的芦苇生长期（4—10月）内，土壤水分呈现“降-升-稳定-降-稳定”的变化规律。4）芦苇地土壤水分垂直变化特点是，0-200cm土壤水分变化较为活跃，200cm深度以下土壤水分变化较为稳定。

珠江流域实际蒸散发与潜在蒸散发的关系研究

采用水量平衡模型和Penman公式分别计算了珠江流域七个子流域1961—2000年实际蒸散发(I_(ETa))和潜在蒸散发(I_(ETp)),并对供水条件变化下I_(ETa)与I_(ETp)的关系进行了定量化分析,对各子流域I_(ETa)和I_(ETp)关系的理论从属性进行判定,主要结论如下:1)珠江流域年实际蒸散发量远低于潜在蒸散发量,多数子流域I_(ETa)值不到I_(ETp)值的1/2。7个流域面积加权平均I_(ETa)为681.4 mm/a,I_(ETp)为1 560.8 mm/a。从蒸散发的变异性来看,则实际蒸散发I_(ETa)的变异性明显要高于潜在蒸散发I_(ETp)。2)东江、西江、北江、柳江和盘江等5个流域实际蒸散发I_(ETa)都与降水量呈现正相关关系,韩江、郁江两个流域I_(ETa)随降水变化的变化趋势不明显。各子流域的潜在蒸散发I_(ETp)与降水量呈现显著负相关关系。7个子流域平均情况下,随着降水量的增加,I_(ETa)呈现明显的增加趋势,而I_(ETp)呈现明显的下降趋势。3)通过对降水量P与实际蒸散发I_(ETa)及潜在蒸散发I_(ETp)的联合回归方程P-IET回归系数的T检验,判定韩江、柳江和盘江等三个子流域以及七流域面积加权平均I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足理论意义上的严格互补相关;东江、西江、北江等三个流域I_(ETa)与P和I_(ETp)与P的关系满足"非对称"互补相关。4)基于极端干旱和极端湿润的边界条件,推导出非对称条件下的实际蒸散发互补相关理论模型。

《气候变化2014:影响、适应和脆弱性》的主要结论和新认知

IPCC第五次评估报告第二工作组报告《气候变化2014:影响、适应和脆弱性》认为,气候变化已经对全球自然和人类系统包括11种领域和9个区域(各大洲、两极地区和岛屿)都产生广泛和深远的影响。人类系统对气候变化风险,尤其是对极端气候,有着明显脆弱性和暴露度。未来气候变化将对自然和人类社会造成8种关键风险。气候变化增温幅度的提高将加剧自然和人类系统广泛的、严重的和不可逆影响的风险。通过迭代过程、协同效应为核心的灾害风险管理,自然和人类系统将减少暴露度和脆弱性,增强自然系统和人类社会恢复能力。可持续发展的社会需要适应与减缓相结合,经济、社会、技术,以及政治决策和行动向气候恢复能力路径转型。

IPCC AR5中社会经济新情景(SSPs)研究的最新进展

2006年,IPCC成立专门的气候变化影响评估情景工作组,在影响、适应和脆弱性3个研究领域进行评估方法的整合,发展了新的情景框架,特别是为了更好地反映社会经济发展与气候情景的关联,IPCC在典型浓度路径（RCPs）的基础上于2010年发布了新的社会经济情景——共享社会经济路径（Shared Socio—economic Pathways，SSPs）^[2-3]。

中国暴雨洪涝灾害的暴露度与脆弱性时空变化特征

利用1984—2012年中国暴雨洪涝灾害灾情和社会经济数据,从灾害暴露范围、人口暴露度、经济暴露度和农作物暴露度4个方面分析了灾害暴露度的特征,从人口脆弱性和经济脆弱性两方面分析了灾害脆弱性特征。研究表明:1984—2012年,中国暴雨洪涝灾害年平均暴露范围、人口暴露度、经济暴露度和农作物暴露度分别为9.37万km^2、126人/km^2、149万元/km^2和1.53亿hm^2,暴露度总体呈显著增加趋势,高暴露区域主要分布在沿海省(市);人口脆弱性显著增大,但经济脆弱性有逐渐减小的趋势,灾害脆弱性高值区主要分布在长江中游沿岸的湖南、安徽、重庆、江西、湖北等省(市),上海、北京、天津为灾害脆弱性最低的区域。

中国中东部冬季霾日的形成与东亚冬季风和大气湿度的关系

利用1961—2013年中国地面台站长期观测资料和同期NCEP/NCAR再分析资料,以华北、江淮和华南为研究区,分析了中国中东部冬季霾日的形成与东亚冬季风以及大气湿度的关系。结果表明:(1)冬季霾日与东亚冬季风强度成显著的负相关。首先,东亚冬季风强度的减弱使得地面风速减小,进而导致冬季霾日增多。其中,华北7—8 m/s最大风速日数和江淮6—8 m/s最大风速日数的减少,及华南≤2 m/s最大风速日数的增多对各区冬季霾日的增多作用较大。其次,东亚冬季风减弱引起冬季气温的持续升高,易导致冬季霾日的增多,这在华北地区较之在江淮和华南更为明显。(2)由于气候变暖,冬季气温升高,使得近地面相对湿度减小。在江淮和华南地区,冬季霾日的增多与近地面相对湿度的减小显著相关,而在华北地区这种相关较弱。(3)冬季气温升高也有利于大气层结稳定度的增强,3个区域冬季霾日的增多均与大气层结稳定度的增强显著相关,特别是与对流层中低层(850—500 hPa)大气饱和度的降低显著相关。(4)冬季霾日数变化与区域水汽输送关系密切。其中,华北地区的冬季霾日数与水汽总收入成显著正相关,江淮地区与纬向水汽收入成显著正相关,与经向水汽收入成显著负相关,华南地区与经向水汽收入成显著负相关。

全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国实际蒸散发时空变化特征

蒸散发是水文循环的关键过程,研究升温背景下的蒸散发对水资源综合管理有着重要意义。基于17个全球气候模式1961-2100年逐月蒸散发输出,分析了全球升温1.5℃和2.0℃情景下,中国实际蒸散发时空变化特征。结果表明:(1)全球升温1.5℃,年实际蒸散发呈现由东南沿海向西北内陆递减态势。与基准期1986-2005年相比,中国年实际蒸散发约增加4.4%,其中,西北诸河流域增长率最大,达7.7%。季节尺度上,冬季实际蒸散发增长速率最快,约5.2%。(2)全球升温2.0℃,中国实际蒸散发比1986-2005年上升7.8%,南方流域增长速率比北方流域小,珠江流域仅增长3.9%,实际蒸散发增长最为迅猛的辽河流域和西北诸河流域中部增长率达10%。春冬两季中国蒸散发增加最明显,达8.3%。(3)与全球升温1.5℃情景相比,全球平均气温额外增加0.5℃可能导致中国实际蒸散发增加3.4%。其中,西南诸河西北部、西北诸河西南部及辽河流域增加明显,而西北诸河东北部和西北部等地微弱减少。春季蒸散发增长速率最大,秋季最小。随着全球变暖,中国实际蒸散发呈现上升趋势,可能加剧区域干旱事件,对农业生产带来不利影响。

2011年全球重大天气气候事件及其成因

2011年,全球气温偏高,为有观测记录以来的第十个暖年,是近60年来出现拉尼娜事件的年份中全球气温最高的一年。2011年,全球热带气旋活动较常年偏少。4月,一次拉尼娜事件结束,9月又一次拉尼娜事件生成。年初,低温、寒流席卷亚洲大部,暴风雪频繁袭击北美地区。西欧和中国东部出现严重春旱。夏季,非洲东部经历了20世纪80年代以来最严重的干旱,而东南亚、巴基斯坦和中南美洲洪涝灾害严重。全球极端偏暖事件主要出现在欧洲西部和西北部、南亚南部、东亚中西部、北美东南部等地;极端偏冷事件主要出现在东亚、澳大利亚、非洲南部和美国东北部和西部等地。而南美中东部、东南亚及中国东南部、日本、澳大利亚北部、非洲西部等地出现了极端强降水事件。研究发现,2010/2011年拉尼娜事件和台风活动是导致东南亚洪涝出现的重要原因,而巴基斯坦洪涝主要与印度洋正位相偶极型海温分布有关。

气候变化背景下中国陆地水循环时空演变

水循环是气候系统各子系统相互作用过程中一个最活跃的枢纽,受气候变化影响显著。本文采用观测和多套再分析数据,系统分析了1979年以来中国及各大流域大气水汽含量、降水、蒸散发和地表径流等水循环要素年际变化。研究发现,1979-2018年,中国陆地整层大气水汽含量和水汽收支呈显著上升趋势;水汽收支除在松花江和西南诸河略有下降,其余流域均呈上升趋势;降水除西北诸河流域呈现显著上升趋势外,其余流域变化不显著;蒸散发整体呈微弱增加,但南方大部流域呈现显著的减小趋势;除西北诸河径流显著上升趋势外,北方大部分流域地表径流呈现减少趋势,而南方流域的径流变化趋势复杂多样。相对1979-2000年,21世纪以来中国年平均气温上升约0.63℃,年降水量、大气水汽含量分别增加0.5%和1.2%,水汽总输入和输出量均减小,降水再循环率增加10.9%。进入21世纪,中国陆地水资源一级分区内循环均较前20 a活跃,降水再循环率除松花江和辽河流域外,均有所增加。其中,海河、黄河、淮河和西北诸河流域的水汽和蒸发形成的降水都有所增加;辽河流域蒸发形成的降水有所增加,但输入水汽减少导致流域降水减少最多;松花江、长江、珠江和西南诸河流域蒸发形成的降水增加,输入水汽减少导致降水略有减少;东南诸河蒸发形成的降水略有增加,但整体变化不大。

膜下滴灌条件下不同矿化度水对土壤水盐动态及棉花产量的影响

塔里木盆地分布着相当大面积矿化度在3~5 g/L之间的浅层地下咸水,有很大的开发利用潜力。通过微区测坑试验,采用膜下滴灌技术,用不同矿化度的咸水灌溉棉花,探求其对土壤水盐动态和棉花产量的影响。研究表明：（1）土壤盐分和水分二者的动态变化是紧密相关的,其中,土壤盐分动态变化主要受大气和灌溉水的影响,土壤水分的动态变化主要受棉花生长阶段和灌溉水的影响;（2）咸水膜下滴灌与淡水膜下滴灌同样具有淋洗和压盐效果;（3）通过棉花产量分析发现：与采用淡水灌溉相比,咸水灌溉对产量,单株铃数和单铃重具有一定的影响,对衣分没有影响;（4）当灌溉水矿化度大于3.24 g/L时,不利于塔里木盆地进行农业生产。

基于BP神经网络技术的西北太平洋热带气旋年频数预测

利用NCEP月平均的500 hPa高度场和海表温度场分析资料、中国气象局台风年鉴(1949—1988年)和热带气旋年鉴(1989—2008年)资料,采用BP(神经网络模式)对发生在西北太平洋上的热带气旋年频数进行预测。对隐层节点数进行普查,采用试错法,并综合考虑模式精度及迭代次数,得到了相对较优的神经网络预测模式。利用选用的模式来预测热带气旋年频数,给出了具体的预测值及具有范围的预测值,8年独立样本检验结果表明有6/8的预测值处于或接近相应的预测范围内。

阿拉尔绿洲灌区棉田土壤水分扩散率的测定

土壤水分扩散率是研究土壤水盐运动的重要参数之一。在室内用非稳定流水平土柱法对塔里木河流域阿拉尔绿洲灌区棉田土壤水分扩散率进行了测定。建立了Boltzmann变换参数、土壤水分扩散率与土壤含水率之间的定量关系。结果表明:土壤水分扩散率与土壤含水率呈单调递增关系。当土壤含水率趋近饱和含水率时,土壤水分扩散率趋近于无穷大。因此,用指数函数或幂函数不能很好地刻画土壤水分扩散系数与土壤的体积含水量之间的定量关系。本文建立的土壤水分扩散率与土壤含水率之间的函数关系较好地反映了土壤水分扩散系数与土壤的体积含水量之间的客观规律。

SRESA1B情景下德令哈盆地2016-2075年气候变化预估

利用ECHAM5/MPI-OM模式SRES A1B气候情景下预估2016-2075年间60 a的气温及降水资料,通过分析其总体趋势、年代际变化及突变特征,研究德令哈盆地未来气候的变化趋势。预估结果显示：2016-2075年,德令哈盆地气温将可能呈上升趋势,四季及年平均气温的变化总体上基本保持一致,上升幅度在3~4℃之间,其中夏季和全年的增温速率相对较大;降水量在未来60 a将基本保持平稳,有微弱的下降趋势,年际间变化以夏季最为显著,降水不均将易导致极端气候事件的发生;无论气温还是降水,预估未来都将有突变发生,气温将在2035年前后发生一次突变,降水量则分别在2030 s末和2040 s初各发生一次突变。

塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量估算模型

以水面蒸发量为基础,利用多年的白杨农田防护林试验资料,建立了塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量的两种估算模型,并利用白杨林实际蒸散量的测量值,分别对两种模型进行了验证。结果表明,从总体上来说,模型(Ⅰ)计算精度较高,但两种模型的相对误差都不是很大,都可以作为计算塔里木河流域白杨农田防护林蒸散量的方法而使用,但要根据具体情况加以应用。

IPCC AR4多模式对海河流域气候模拟能力的评估及预估

根据海河流域1961—2010年气象观测资料,检验IPCCAR4中全球气候模式和多模式集合的模拟能力,并预估未来2011—2050年气候变化的可能趋势,结果表明:全球气候模式以及多模式集合对海河流域都具有一定的模拟能力,其中MIUB_ECHO_G模式和多模式集合具有相对较好的模拟能力.海河流域气温和降水未来情景预估表明:气温整体呈现增加趋势,尤其是A1B情景下各模式的年升温率均高于全国水平;未来降水也呈现增加趋势,在A1B和B1情景下,各模式都为夏季降水增加显著.A2情景下,春季时各模式降水均增加显著,A1B情景下,MIUB_ECHO_G模式模拟在2013年出现突变,降水量出现显著增长,A2情景下,MIUB_ECHO_G模式和多模式集合模拟的降水量则是在2031年和2001年出现突变,出现显著增长.

1961—2010年松花江流域实际蒸散发时空变化及影响要素分析

采用1961—2010年松花江流域60个气象站逐日资料,基于平流-干旱模型(AA模型)计算并分析了流域实际蒸散发时空变化特征,采用相关分析方法研究了影响实际蒸散发变化的主要气象要素。结果表明,1961—2010年,松花江流域年均实际蒸散发为420.8 mn,总体呈现增加趋势,增加速率为4.9 mm/10a,呈"减-增-减-增"年代际波动变化。季节上,春、冬两季实际蒸散发增加趋势较明显,夏、秋两季则呈现与年实际蒸散发类似的年代际波动。春、夏、秋三季和年实际蒸散发的空间分布特征基本一致,高值主要出现在流域南部,低值区主要分布在流域西部。冬季绝大部分区域的实际蒸散发呈现微弱上升趋势。1961-2010年,松花江流域年和四季的平均气温、最高气温和最低气温都呈上升趋势,其中平均气温和最低气温上升显著,日照时数和风速大都呈现显著下降趋势。相关分析结果表明,松花江流域实际蒸散发的时空变化是各气象要素共同影响的结果,而且各气象要素在不同时期对实际蒸散发的影响是有差异的。总体上看,松花江流域实际蒸散发的增加主要是由平均气温,特别是最低气温的增加引起,特别在春、冬季体现得较为明显。夏、秋季节,影响实际蒸散发的要素包括气温日较差、实际水汽压、平均风速及降水量等气象要素,但夏、秋季节这些要素的多年变化趋势不明显,导致夏、秋实际蒸散发的总体变化趋势并不明显。