青藏高原及其周边干旱区气候变化特征与GLDAS适用性分析

青藏高原及其周边干旱区的水循环过程对全球变化的响应十分敏感。基于观测资料驱动的全球陆面数据同化系统(GLADS)能为区域尺度水循环变化研究提供更全面的数据。利用GLADS数据,首先对青藏高原及其周边干旱区进行气候区划分,分析了各气候区内气温和降水的时空分布和变化特征;然后检验了GLDAS数据在青藏高原地区的适用性;最后探讨了模拟期间地表水循环关键要素的时空变化特征及区域水资源分配格局。结果表明,各气候区在2000-2007年比1979-1994年平均气温上升了0.65～0.97℃,增幅明显提高。不同区域降水量变化各异,干旱区和半干旱区2000-2007年比1979-1994年平均年降水量分别升高了14mm和25mm。1979-1994年间GLDAS气温、降水数据在青藏高原及其周边地区适用性较高;极端干旱区气温数据与中国地面气温格点数据之间的均方根误差仅为0.41℃;在各气候区GLDAS数据与APHRODITE平均降水差值均小于0.18mm·d-1,但2000-2007年数据质量有待提高。研究时段内研究区域水循环处于动态平衡状态。2000年以来青藏高原及其周边干旱区径流量、蒸发量呈增长趋势的区域明显扩大,且幅度大幅上升,但变化量级存在不确定性。新疆大部分地区水循环变化特征表现为暖干向暖湿转变。青藏高原及其周边干旱区自2000年以来水循环有所加强,降水仍主要用于蒸发,多年平均径流系数大多小于0.2。

春末夏初土壤状态对后期区域降水模拟的影响

欧洲中期天气预报中心40 a的再分析资料(ERA40)对中国范围土壤湿度的表现好于美国国家环境预测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,尤其是在春末夏初阶段,对因融雪和土壤融冻产生的土壤湿度变化有着更好的表现.针对这一特点,分别用这两套再分析资料土壤温、湿度分布作为初始场驱动大气模式MM5,以1998年为例研究春末夏初不同的土壤状况对后期环流以及区域降水的影响.结果表明:土壤温、湿度分布对高空要素场的模拟有一定影响,运用ERA40土壤状况可以在一定程度上减小200 hPa高空急流的模拟误差,减小500 hPa位势高度场模拟误差,减小高原东侧向北的低空急流模拟误差,改进850 hPa温度场分布.运用ERA40土壤状况模拟的降水在长江中下游地区、西北干旱区以及青藏高原主体东侧的模拟不论从空间分布特征还是模拟误差方面均好于运用NCEP/NCAR土壤状况的模拟结果,运用ERA40土壤状况的模拟对季风雨带的演变时间和位置模拟都更接近于观测.

低频天气图方法在4-9月辽宁干旱月预报中的应用

利用2008-2013年500h Pa NCEP/NCAR逐日再分析风场和位势高度场资料及辽宁省54站逐日降水资料,采用低频天气图方法,对辽宁干旱有影响的9个低频预报关键区,分析各个关键区低频系统的特征及其与干旱过程的分析,找出它们之间有联系,建立干旱过程低频预报概念模型,并对2013年干旱过程进行了回报,预报效果较好。

三套再分析降水资料在东北地区的适用性评价

利用1980—2010年东北地区84个气象站月降水资料,基于相关分析、偏差比较、气候倾向率等方法,从不同时间尺度(年、季、月)对CFSR,MERRA和NCEP再分析降水资料在东北地区的适用性进行了比较,结果表明:三套再分析资料能够反映出东北地区年均降水东南多、西北少的分布特征,其中CFSR和MERRA对东北地区年均降水分布的刻画能力要好于NCEP。在年尺度上,CFSR和MERRA与观测资料的变化幅度更接近,其中,MERRA年均降水量与观测资料的差值最小,为42.4mm。三套再分析资料与观测资料在不同季节的相关性表现出一定的差异。首先,CFSR与观测资料在春、夏、秋3季的相关性要好于冬季;而MERRA与观测资料的相关性则是春、秋两季最优,冬、夏两季次之;NCEP在冬季与观测资料的相关性最好。其次,CFSR和MERRA在春、夏、秋3季与观测资料的相关性要好于NCEP;而在冬季,MERRA和NCEP与观测资料的相关性优于CFSR。在月尺度上,MERRA资料与观测降水的相关性优于CFSR和NCEP,MERRA与观测降水的平均绝对偏差在三套再分析资料中最小,为17.5 mm,CFSR和NCEP的这一差值分别为20.7mm和22.6mm。

1961-2013年东北地区夏季极端降水事件变化特征

利用东北地区84个气象站1961-2013年逐日降水资料,通过线性回归、气候倾向率、Mann-Kendall非参数检验、相关分析和经验模态分解(EMD)等方法,分析了东北地区夏季6个极端降水指数(连续干旱日数(CDD)、连续湿润日数(CWD)、强降水量(R95)、极端降水量(R99)、最大1 d降水量(RX1day)和最大5 d降水量(RX5day))的变化规律。结果表明:近53 a夏季CDD在东北大部都呈增加趋势,气候倾向率达到0.45 d·(10 a)^(-1),而CWD在东北南部地区表现出一定的减少趋势。进一步研究发现,CDD对东北地区夏季旱年异常敏感,而R95、R99和RX5day与东北地区旱涝年都有很好的对应关系。除CDD和CWD外,其它4种极端降水指数与夏季总降水的变化存在很好的一致性,即各极端降水指数的增加(减少)能够反映出降水量的增加(减少)。在近53 a的时间尺度上,除R95和R99外,各极端降水指数都存在显著的准3 a振荡周期。此外,RX1day和RX5day的17 a周期也较为明显,CDD、R95、R99、RX5day还存在30~32 a的长周期变化。

基于GPCC数据的1901-2010年东北地区降水时空变化

基于1901—2010年GPCC[全球降水气候中心(Global Precipitation Climatology Centre)研制的逐月降水格点数据]月降水格点数据与东北地区79个气象站1961—2010年逐月降水资料,利用相关分析、EOF分解、气候倾向率、M-K统计检验和集合经验模态分解(EEMD)等方法,比较了GPCC降水数据与观测数据的差异,探讨了GPCC数据描述的东北地区近百余年不同时间尺度(年、季)降水变化特征。结果表明:1961—2010年GPCC与东北地区站点数据有着非常显著的相关关系,年GPCC降水与站点数据的距平相关系数为0.96,其与同期东北地区79个气象站的平均偏差仅为5.3%,表明GPCC数据对东北地区降水具有非常好的描述性。GPCC描述的1901—2010年东北地区降水是微弱增加的。从主模态来看,GPCC数据描述的东北地区近百年降水在20世纪初到20年代末处于偏少阶段;30年代到60年代东北地区降水显著增加,处于偏多阶段;70年代后降水又有所减少,但在80年代后期和90年代后期出现个别降水偏多年。从季节变化来看,1901—2010年东北地区秋季降水呈现一定的减少趋势,而其他季节降水有所增加。此外,东北地区降水存在年际(3.5,7.3a)、年代际(12.3,26.7a)和百年时间尺度(112.3a)的特征周期变化。

1961-2013年东北地区夏季降水变化趋势分析

选取东北地区84个气象站1961—2013年逐日降水资料,利用Mann-Kendall统计检验方法、线性回归、气候倾向率和变异系数方法分析了近50年东北地区夏季降水日数、降水量和降水强度的时空变化特征,讨论了夏季不同等级降水日数和降水强度变化趋势和变异场特征。结果表明:近53年,东北地区夏季降水日数呈显著的下降趋势,其变化总体呈现出60年代>70年代≈80年代>90年代>21世纪前13年(2001—2013年)的特征,而降水量和降水强度的升降变化并不显著。东北地区夏季小雨雨日总体呈下降趋势,其中,东北地区东南部降幅最大,平均为-2.5^-1d/10a;中雨雨日倾向率也以下降为主;大雨、暴雨雨日倾向率的下降区域位于黑龙江中部、吉林西北部和辽东半岛,而在辽宁中部、黑龙江西部和内蒙东北部为大雨和暴雨雨日上升区。东北地区夏季小雨雨强倾向率在东北地区东南部以上升为主,升幅为0~0.1mm/10a,而西北部主要以下降为主,降幅为-0.1~0mm/10a;东北地区夏季大雨和暴雨日数波动较大,尤以暴雨日数的波动最为显著,相比于大雨和暴雨,小雨、中雨雨日和雨强的变化都要更稳定。

辽宁省农业干旱频发区首场透雨气候特征

利用1961-2013年辽宁省农业干旱易发区春播期首场透雨出现的日期及首场透雨量资料,采用线性回归、M-K检验法,分析了近53年该区春播期首场透雨出现的日期及首场透雨量的时空分布及气候学变化特征。结果表明,辽宁省农业干旱频发区透雨发生日期较晚,透雨量较少。透雨发生日期和透雨量空间分布均呈东南至北部方向逐渐递减的特征,沿海各站春播期首场透雨量普遍高于内陆地区。区域平均透雨发生日期和透雨量均有年际变化特征,但趋势不明显。各站春播期首场透雨发生日期多呈随时间逐渐提前、透雨量多呈增多趋势,但变化趋势均未通过显著性检验。研究时段内无透雨过程出现的个例占总数的8.4%,内陆及西部各站较沿海及其他地区更易出现春播期无透雨现象。

基于气象条件的辽宁省玉米种植结构调整分析

为政府部门制定农业生产决策提供气象服务支持,利用1992—2018年辽宁省玉米产量及生育期气象观测资料,采用统计分析法分析辽宁省及各市玉米产量和生育期气候条件特征,评估玉米生育期内气象灾害发生风险。结果表明:辽宁省玉米的多年平均产量及播种面积均占当地粮食总产及播种总面积的60%以上;各市玉米单产变化波动较大。辽宁省的气象灾害主要有冷害和干旱,1996—2010年辽宁省发生中度低温冷害3次,未发生严重和轻度低温冷害;辽宁省干旱灾害风险较大,以辽西地区最为突出,干旱易发地区主要集中在辽西、辽北及辽南部分地区。根据玉米供给侧改革需求,结合气象条件背景,建议将辽宁省主要玉米产区按玉米种植优势区(沈阳、铁岭、辽阳、鞍山)、辽西抗旱作物种植区(朝阳、阜新、锦州、葫芦岛)、辽南大豆薯类种植区(营口和大连)及水果种植区(朝阳、葫芦岛建昌、辽东半岛特色种植区)进行种植结构调整。

东北冷涡的定义、识别与定量化研究综述

本文系统的回顾了切断低压中典型多发系统,东北冷涡的定义、识别方法及气候特征的相关研究进展。东北冷涡识别方法包括主观识别、客观识别及主客观识别结合等。主观识别工作量大且可重复性低,客观识别是东北冷涡未来研究的重点。现阶段东北冷涡研究主要侧重于气候学研究,其定量化研究以物理形态及相关指数两个方面为主。东北冷涡概念化及定量化定义的完善,公开客观的数据集及相关行业标准的建立,内部机理研究及业务转换等方面有待加强。

辽宁省水稻气候适宜度变化特征及其对区域气候变暖的响应

利用辽宁省5个农业气象观测站水稻平均物候资料及32个水稻主产区气象站1961~2019年的逐日气象资料,对水稻全生育期气温和日照及各主要水稻生育阶段的温度和日照气候适宜度的气候特征进行了分析。结果表明:水稻各发育期温度适宜度呈显著上升趋势;日照适宜度呈显著下降趋势,水稻全生育期平均气温每升高1℃,适宜度指数增加0.05;气候突变点后暖期水稻温度(日照)适宜度增加(减小)。

辽宁省夏季典型旱涝年降水低频特征分析

利用1962—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料和辽宁省53个气象站逐日降水资料,分析辽宁省夏季典型旱涝年降水低频的特征。结果表明:1962—2013年辽宁省夏季旱年降水的30—60 d振荡显著,涝年低频振荡不显著,以小于10 d的高频振荡为主。旱涝年低频涡度和散度的传播方向明显不同。辽宁省夏季干旱的发生与低频涡度和散度自低纬度北传及中高纬度南传并同位相汇合于辽宁地区有关,高低层低频涡度和散度在动力上表现出协调一致性。小于10 d高频振荡的累积效应使辽宁地区夏季易发生洪涝,30—60 d振荡叠加高频过程,易使辽宁地区夏季发生干旱。

1961—2016年东北地区冬季寒潮事件变化特征及其对区域气候变暖的响应

利用东北地区1961—2016年164个气象台站逐日平均气温和最低气温数据,根据国家标准《寒潮等级》(GB/T21987—2017)的单站冷空气等级,计算近56年来各单站不同等级冷空气过程的频次、强度、持续日数,应用趋势系数、Mann-Kendall检验、小波分析、相似系数等统计方法,研究了东北地区三种类型寒潮(超强寒潮、强寒潮、寒潮)的气候变化特征。结果表明:三种类型寒潮日数空间分布存在明显的地区差异,高海拔地区相对偏多,低海拔和平原地区相对偏少。年尺度上,1961—2016年三种类型寒潮日数和站次呈减少趋势,减少速率呈现为超强寒潮>强寒潮>寒潮;年代尺度上,三者均在20世纪60年代到70年代末期相对偏多,1980年开始进入一个相对偏少的时段,21世纪00年代中期以后有小幅度增加;寒潮日数和站次均存在明显的3~5a短周期性变化。1961—2016年东北地区冬季气温在空间变化上全区呈一致的增加趋势,66%的站点增温显著,检测到冬季气温的突变点为1981年。东北地区气候变暖后,三种类型寒潮日数和站次均有明显的减少。

东北地区水稻障碍型低温冷害变化对区域气候增暖的响应

利用东北地区153个气象站1961—2010年逐日气温资料,采用统计学方法分析了水稻障碍型低温冷害的气候变化特征及其对区域气候变暖的响应情况。结果表明,东北大部地区水稻障碍型低温冷害事件呈减少趋势,但区域性较为明显;障碍型低温冷害对关键发育期气温变化响应较为敏感,二者呈显著的负相关关系,表现为气温每升高1℃,东北地区冷害减少35个站次。东北地区关键发育期气温均呈上升趋势,但吉林西部地区障碍型冷害却随之增加,分析了关键发育期气温变率和气候变率,将其解释为局地障碍型冷害增加主要受气候变率增大的影响,逐日气温变率对其影响不大。

第2代季节气候预测模式系统对东北夏季降水预测能力分析

简要分析了第2代季节气候预测模式系统在东北夏季累计降水量的预测能力,结果表明:模式数据与观测值空间分布较一致,数值较观测值偏小,波动程度低。辽宁地区夏季累计降水量距平百分率模式与观测结果相关性较高,东北中部地区较差。季节气候预测模式系统具有一定的预测能力,但准确率有待进一步加强。

锦州地区玉米农田生态系统水汽通量变化特征及其调控机制

基于2014年辽宁省锦州地区雨养玉米农田生态系统涡度相关观测数据,分析了锦州地区玉米农田生态系统水汽通量的变化特征,并结合小气候观测数据探讨了水汽通量的调控机制。结果表明:2014年锦州地区玉米农田生态系统各月水汽通量均呈明显的单峰型变化规律,玉米农田生态系统生长季日平均水汽通量可达非生长季的10.31倍。锦州玉米农田生态系统7月水汽通量最大,日最大水汽通量可达0.1202 g·m-2·s-1。玉米农田年蒸散量为417.37 mm,非生长季蒸散总量为49.57 mm,略大于同期降水量;生长季前期5月和6月玉米农田蒸散量占降水量的比例分别为52.0%、71.0%;7月、8月和9月玉米农田的蒸散量大于降水量,其中7月玉米农田的蒸散量为降水量的3.00倍,而此期间正值玉米开花授粉阶段,水分胁迫严重影响玉米产量。玉米农田生长季的水汽通量与净辐射存在显著的正相关关系,同时水汽通量在一定程度上受气温和饱和水汽压差的调控影响。

辽宁南果梨气候品质评价技术方法及应用

基于南果梨发育期监测数据和区域气象站资料,根据南果梨生长发育对气象条件的需求,采用统计方法,确定了温、光、水等气象要素对南果梨品质影响评判指标。结果表明:南果梨气候品质评价模型由区域适宜性、不同物候期气象条件、气象灾害、生产管理条件共14个因子构成。影响南果梨品质的主要气象要素为各发育期气温、降水、日照,坐果期、果实膨大期、果实上糖期日较差;2018年辽宁鞍山海城王石镇天鹰果业生产的南果梨气候品质评分为89.6分,为"优"等级。

路面湿滑气象等级研究与建立

利用同一车型,在同一种标准柏油公路上进行不同车速和不同降水条件制动效果的测试,并建立了路面湿滑气象等级。结果表明:通过车辆实际制动效果测试,证明不同相态降水路面的湿滑性与对应路面的摩擦系数规律相符。针对各种降水条件下的路面,根据车辆在不同降水路面上的制动距离差别,划分了冰路面、冰雪路面(冰雪混合或雪)、雨雪混合路面和雨路面4类湿滑路面。依据划分的4类湿滑路面建立了路面湿滑的气象等级:定义冰路面为一级,特严重湿滑;定义冰雪混合、雪路面为二级,严重湿滑;定义雨雪路面为三级,很湿滑;定义雨路面为四级,较湿滑。

辽宁省春播期降水的时空特征及其对土壤水分的影响

利用辽宁省53个气象站1961-2015年日降水量资料和19个农业气象观测站1981-2015月0~20 cm土壤含水量资料,应用EOF(经验正交函数)、小波分析、相关分析等统计方法对春播期降水时空分布特征及其对土壤水分的影响进行了分析。研究结果显示:(1)辽宁省春播期降水场主要有三种模态,即全局型、东西差异型和东北和西南差异型,降水场是由三种模态决定的6种表现类型,其中全省一致多、少雨年份共占58.1%。(2)辽宁春播降水呈现增多趋势,4月和5月空间变化趋势变化略有不同,且区域性变化明显;近20年极端降水事件显著增多,并存在2~3年、4年、4~5年振荡周期。(3)浅层土壤湿度与降水量相关系数通过95%显著性检验,辽东地区土壤湿度对降水的敏感性大于辽西地区。

小梁山西瓜气候品质评价技术方法及应用

小梁山西瓜为辽宁省沈阳市新民市特产,全国农产品地理标志。基于新民小梁山西瓜发育期监测数据和国家气象站气象观测资料,根据小梁山西瓜不同生长发育对气象条件的需求,采用统计方法,确定对西瓜品质影响优劣评判指标。结果表明:(1)西瓜气候品质评价模型由不同发育期气象条件和气象灾害共15个因子构成。其中,影响小梁山西瓜品质的主要气象要素为气温、降水量、日照时数、土壤相对湿度和日较差。(2)2019年辽宁省沈阳市新民生产的小梁山西瓜气候品质评价得分为81.8分,为“优”等级。