近46年来中国东部季风区夏季气温变化特征分析

利用中国东部季风区375个测站夏季平均气温资料,分析季风区夏季气温的变化特征。结果表明:(1)近46 a东部季风区夏季气温年平均呈缓慢上升趋势,但淮河流域出现下降趋势;(2)夏季气温稳定性随纬度增加而减小;(3)季风区夏季气温年均增温率0.104℃/10 a,全区平均状况看,1970年代中期后开始表现明显上升趋势;(4)季风区夏季气温变化首先表现为全区一致的变化型,然后为南北反相变化型;(5)根据REOF分析将季风区夏季气温异常分6个气候空间类型,东北、华北、江南及华南均呈现上升增温趋势,西南地区增温缓慢,淮河流域则呈现与全球变暖不一致的降温趋势。

气候变化对中国东部季风区水资源脆弱性的影响评价

将耦合暴露度、灾害风险、敏感性与抗压性的脆弱性评估模型应用于中国东部季风区水资源脆弱性评价,从水资源供需平衡角度分析了气候变化对东部季风区水资源脆弱性的影响。结果表明,2000年气候条件下,我国东部季风区接近90%的区域水资源处于中度脆弱及以上状态。其中水资源中度和高度脆弱区域约占全区的75%,极端脆弱区域接近15%。中国北方海河、黄河、淮河和辽河流域的水资源脆弱性最高。未来气候变化影响将加剧水资源脆弱性的风险,不同RCP排放情景下2030年代我国东部季风区水资源中度脆弱及以上区域面积有明显的扩大,极端脆弱区域将达到20%-25%。由于未来需水的进一步增加,中国北方水资源脆弱性的格局并未发生根本变化,而南方东南诸河等区域将面临可能发生的水危机。

1470年以来中国东部季风区降水变化规律及趋势预估

超长系列的降水资料是分析气候变化和预估未来区域水安全形势的重要支撑,但目前观测资料只有几十年时间尺度,利用相关历史文献资料进行系列重建是延长现有观测资料的主要手段。基于《中国近五百年旱涝分布图集》和1959年以来实测降水资料,重建1470—2019年中国东部季风区的长序列降水数据,分析近550 a以来区域降水变化规律,剖析气候自然变异规律和人为气候变化对历史降水的影响,并通过CMIP6中等分辨率气候系统模式下的4种情景降水数据预估未来降水变化趋势。研究表明:①东部季风区降水年际分布不均,有明显的丰枯变化,1470—1691年整体处于枯水期,1692—1924年处于丰水期,1925年至今处于枯水期,存在准181 a周期;②1991年后人为气候变化的影响已经显现,海河、黄河下游和长江流域部分降水倾向率发生显著变化,东部季风区总体降水增加趋势加快;③在未来气候变化情景下多年平均降水量较基准期(1961—1990年)显著增加,季节性变化加大,区域旱涝风险加剧。由于未来气候情景的不确定性,未来降水趋势预测的可信度尚未可知,需要进一步增强风险分析。

中国东部季风区夏季四类雨型的水汽输送特征及差异

利用1951~2015年NCEP/NCAR再分析逐日资料和中国160站月降水观测资料,及中国东部季风区夏季四类雨型(北方型、中间型、长江型和华南型)的划分结果,分析了东亚水汽输送与中国东部季风区夏季降水的关系,比较了四类雨型的水汽输送、收支特征及其差异,结果表明:(1)夏季影响中国东部季风区的水汽通道主要有以下6条:印度洋通道,表征印度季风区偏南的西风水汽输送;高原南侧通道,表征印度季风区偏北的西风水汽输送;太平洋通道,表征由西太平洋副热带高压(副高)带来的西太平洋的水汽;西风带通道,表征西风带的水汽输送;孟加拉湾通道,表征来自孟加拉湾向北的水汽输送;南海通道,表征来自印度洋和孟加拉湾在中南半岛转向及来自南海的水汽;与中国东部不同地区降水异常相联系的水汽通道存在明显的差异,且同一条水汽通道在夏季不同阶段与降水的关系也不尽相同。(2)四类雨型的水汽输送和收支特征有明显的差异,华北盛夏降水主要受亚洲季风水汽输送的影响,其次是西风带水汽输送,北方型年二者往往偏强,尤其是季风水汽输送增加一倍以上,贡献也明显增加,20世纪70年代中期之后,季风水汽输送显著减弱,西风带水汽输送的重要性相对增大;淮河流域夏季降水异常主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,其次是高原南侧通道水汽输送,二者偏强并在淮河流域辐合时,淮河流域降水偏多形成中间型年;长江中下游地区夏季降水主要受太平洋通道水汽输送异常的主导,长江型年,副高西北侧的西南水汽输送异常加强,并与北方冷空气异常在长江中下游地区辐合,区域为正的水汽净收支;华南地区夏季降水则受印度洋通道、太平洋通道及南海通道的共同影响,当三条通道异常偏强,水汽与北方冷空气在华南地区辐合,形成华南型年。本研究所得结论加深了我们对四类雨型形成机理的认识,并为汛期主雨带的预测提供了参考。

中国东部季风区夏季降水的时空分布特征

采用EOF法对中国东部季风区夏季(6月-8月)降水场进行分解,得到三种主要的降水空间分布型,即"总体一致型"、"南北涝(旱)中间旱(涝)型"以及"南涝(旱)北旱(涝)型"。利用Mann-Kendall检验和功率谱对时间系数做进一步处理,分析各空间分布型的时间演变特征,结果表明:第一、第二时间系数均未检测出突变的发生,第三时间系数存在一次突变,时间开始于20世纪70年代初期,由之前的"南旱北涝型"转变为"南涝北旱型";第一时间系数存在50年左右的显著周期,第二时间系数存在2年左右的显著周期,第三时间系数存在50年左右的主周期和2～3年左右的次周期。对季风指数和时间系数进行相关分析,发现第二时间系数与东亚、南海季风指数存在正相关关系,揭示了季风强弱对夏季主要降水场的指示作用。

ASD统计降尺度方法在中国东部季风区典型流域的适用性分析

ASD(Automated Statistical Downscaling)是一种基于回归分析的统计降尺度方法。应用ASD方法,选取东部季风区3个典型流域地面观测资料、ERA-40再分析资料,建立预报量与大气环流因子之间的统计关系,对日降水量和日平均、最高、最低气温进行模拟,并评价模型对不同流域不同变量的模拟效果,分析其适用性。结果表明,ASD模型能较好模拟出各地面变量的时间序列演变规律及空间分布特征,对气温变量的模拟效果优于降水变量。模型对水文气象特征各异的三个流域模拟效果均较好,同时有所差异,这与各流域不同的地理、气象因素有关。以上结果说明,ASD模型在东部季风区适用性较好,可应用于构建未来气候变化情景及为水文模拟提供输入资料等相关方面。

东部季风区不同地貌类型试验流域洪水研究

基于位于中国东部季风区的安徽省城西(丘陵区)和黄山(山区)试验流域实测资料,分析了不同地貌类型条件下的场次洪水特性,同时利用基于地形的水文模型Topmodel对两个试验流域进行次洪模拟,探讨该模型在长江下游东部季风区的适用性。结果表明:在年尺度和场次尺度上黄山试验流域的径流系数均高于城西试验流域;对于同一天气过程,城西试验流域洪水的涨水历时大于黄山试验流域,而洪水历时受面积、坡度、土地利用和河网分布等多重因素影响具有不确定性;利用Topmodel进行次洪模拟的纳什效率系数(NSE)均值达0.77,各模拟时段的平均相对误差控制在14%以内,模型在山区的适用性高于丘陵区。

气候变化和人类活动对中国东部季风区水循环影响的检测和归因

水文循环过程受气候变化与人类活动的共同作用,区分气候内部自然变率与人类活动作用于水循环贡献对于增加气候变化的理解非常重要。本研究利用近期发展的考虑地下水取用水与灌溉影响的全球陆气耦合模式进行数值模拟,基于最优指纹法分析探讨中国东部季风区黄河、淮河、海河、珠江、长江、松花江流域水循环变化（地表温度、降水、径流、蒸散发）及归因。结果表明：大部分流域的地表温度年际变化在1965~2005年间检测到包括温室气体气溶胶人为排放、臭氧与土地利用变化产生的外强迫效应,显示在长期对于地表温度起主要作用的可能为上述强迫;1965~2005年降水年际变化仅在淮河及长江下游检测到上述强迫效应,且在长江下游效应占主导。在1965~1984年间,地表温度的年际变化在海河流域检测到由于地下水取水灌溉产生的外强迫效应,并且该效应占主导。在1982~2005年径流年际变化中,在淮河、长江下游及黄河下游处检测到了由于温室气体排放、气溶胶人为排放、臭氧变化及土地利用变化等产生的外强迫效应但无法有效分离,显示该信号在这些地区可能不为主导效应;1982~2005年间的蒸散发年际变化在珠江、长江下游同样检测到了上述强迫效应,并且该效应在长江下游占主导效应。

基于不同土壤类型的东部季风区骤旱时空演变特征

基于1979-2012年土壤湿度、地表平均温度、土壤蒸散量、土壤类型格点数据构建骤旱(flash drought,FD)指数,分析中国东部季风气候区骤旱的时空演变特征,揭示不同土壤类型对骤旱响应规律的空间异质性.研究结果表明:1)东部季风区骤旱次数与时间总体呈"南少北多"格局,气温变化是影响骤旱发生的主导性因素;东北部与中部发生的骤旱时间和频率最高.2)年际骤旱次数呈不显著上升趋势,区域内骤旱年平均发生总次数为40~50次,总时间为520~670 d,最大发生次数为56次,发生频率>0.04.从平均时间上看,淋溶土、初育土、人为土和铁铝土对骤旱的响应最为强烈.3)不同土壤类型骤旱年际变化分为2类,第1类分布在北部地区,在夏季达到高峰,春秋季几乎不发生;第2类分布在南部地区,在夏季达到高峰,且伴随着春秋季小高峰.

中国东部季风区植被气候生产潜力的时空特征

以中国东部季风区为研究区域、植被气候生产潜力为研究对象,以英国东英格利亚大学气候研究所公布的气候变化数据库(CRU TS v.4.06)中0.5°×0.5°月尺度时空分辨率的降水和气温数据集的气象数据(时间尺度为1981—2021年)、中山大学陆-气相互作用研究组2013年开发的中国陆地表面土壤数据库的土壤数据为数据源,采用迈阿密模型(Miami)、桑斯威特纪念模型(Thomthwaite Memorial)分析1981—2021年中国东部季风区植被气候生产潜力的时空特征,采用冗余分析(RDA)法分析植被气候生产潜力与土壤理化性质相关性。结果表明:过去40a,中国东部季风区气温生产潜力、降水生产潜力、蒸散生产潜力的时间演变,均分为2个阶段,气温生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2001年、第Ⅱ阶段为2002—2021年,降水生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2014年、第Ⅱ阶段为2014—2021年,蒸散生产潜力的第Ⅰ阶段为1981—2013年、第Ⅱ阶段为2013—2021年,2个阶段均呈现出生产潜力增加趋势,其中第Ⅱ阶段生产潜力增加幅度显著高于第Ⅰ阶段。气温生产潜力、降水生产潜力和蒸散生产潜力均存在1个22 a的显著周期转变,敏感性分析显示气温和降水均对蒸散生产潜力有显著正相关影响。在空间上,气温生产潜力、降水生产潜力、蒸散生产潜力,都呈现出从华南地区往东北地区递减的趋势,且第Ⅱ阶段植被气候生产潜力的增速显著高于第Ⅰ阶段,第Ⅱ阶段增速显著的区域多出现在高值区。冗余分析结果显示,东部季风区土壤表层理化性质对降水生产潜力、蒸散生产潜力有显著抑制作用,对气温生产潜力有显著的促进作用。

太平洋年代际涛动对中国东部季风区夏季降水的影响

利用1951-2013年全国160个基准气象观测台站夏季(6-8月)月降水资料和太平洋年代际涛动(PDO)指数等资料,分析中国东部季风区夏季降水的时空分布及其与太平洋年代际涛动(PDO)的关系。结果表明,中国东部季风区夏季降水的空间分布模态是南、北部与中部的降水呈明显的相反趋势,且太平洋年代际涛动(PDO)与中国东部季风区夏季降水的时空分布关系密切。太平洋年代际涛动(PDO)处于暖位相时,东部季风区北部(华北、西北地区)、南部(华南、东南地区)降水量异常偏少,而中部(华东、长江中下游地区)降水量异常偏多;太平洋年代际涛动(PDO)处于冷位相时,则与上述情况相反。

中国东部季风区山地落叶阔叶林上线分布特征及其地理解释

落叶阔叶林是中国东部季风区的典型植被。本文利用复合高程信息的地表覆盖精细分类产品数据,提取山地落叶阔叶林上线。构建山地落叶阔叶林上线分布高度云模型及其影响因子云模型,探讨山地落叶阔叶林上线及其影响因子的分布特征;构建多尺度多元线性回归模型以及影响因子权系数云模型,比较分析影响因子对落叶阔叶林上线作用的尺度变化和空间分异,尝试探讨各山地落叶阔叶林上线对气候因子作用的敏感性差异。结果如下:①中国东部季风区山地落叶阔叶林上线高度自北向南先升高后降低,分布高度的期望、熵和超熵分别为965.77~1993.52 m、132.80~514.09 m和27.58~205.34 m。②山地落叶阔叶林上线的影响因子存在显著的尺度变化和空间分异:区域尺度上,非气候林线和气候林线的主导因子均为山体基面高度,贡献率分别为71.36%和44.06%,气候林线受温度影响高于降水,而非气候林线受降水影响高于温度;山系尺度上,山地落叶阔叶林上线主要受1月均温和年降水量影响,且大部分山地1月均温的作用高于年降水量;局地尺度上,除大别山外,山顶效应对各山地落叶阔叶林上线作用权重的期望最大,年降水量作用权重的期望均高于1月均温。③大别山和太行山落叶阔叶林上线对年降水量最敏感,吕梁山落叶阔叶林上线对1月均温最敏感。探讨山地落叶阔叶林上线的分布特征及其影响因素的空间分异,可以推动垂直带对气候变化响应差异的研究,并为区域生态安全监测体系的部署和管理提供理论支持。

基于日光诱导叶绿素荧光的中国东部季风区森林光合对干湿变化的响应

日光诱导叶绿素荧光(SIF)已被广泛应用于估算森林总初级生产力(GPP)、监测干旱、估算蒸散发和追踪植被物候等。本研究使用基于全球OCO-2的SIF产品(GOSIF)和不同时间尺度(1、3、6和12个月)的标准化降水蒸散指数(SPEI),探究2001—2021年中国东部季风区森林光合对干湿变化的响应。结果表明:干旱强度和干旱频率在东部季风区的不同地理分区的森林中存在差异。华北和华东地区森林的干旱发生强度较高,西北南部地区较小;华北地区森林的干旱发生较频繁,东北和西南地区的干旱发生频率较低。森林GOSIF与SPEI呈显著正相关关系的区域占比为74.1%,且森林植被光合对1个月时间尺度的SPEI响应最明显。在不同地理分区中,东北地区的森林植被光合对SPEI的响应最敏感,华北地区最弱;西北南部地区的森林耐旱性最强,东北地区最弱。在不同森林类型中,落叶阔叶林对SPEI的响应最敏感,然后依次为混交林、常绿阔叶林、常绿针叶林和落叶针叶林;常绿针叶林抵抗干旱胁迫的能力最强,然后依次为落叶针叶林、常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林。生长季(5—9月),森林植被光合在6月对SPEI的响应敏感性最高,7月最低;森林植被光合主要受1和3个月尺度的干湿变化影响,而在生长季中期(6—8月)和后期(9月),6和12个月尺度的干湿变化对森林植被光合的影响有所增强。

中国东部季风区大气降水δ^(18)O的特征及水汽来源

季风环流是水汽输送的重要载体,它通过影响和制约大尺度水汽输送场的分布和水汽收支状况对季风区的降水产生影响.对我国受季风影响最为显著的东部地区大气降水中稳定氢氧同位素的研究将有助于对季风降水机制的理解.2005～2006年各月,在中国大气降水同位素观测网络(CHNIP)位于该地区的17个观测站点进行了月大气降水样品的采集.根据得到的274组稳定氢氧同位素组分所建立的局地大气降水线方程δD=7.46δ18O+0.90,反应了该地区独特的局地气候特点.δ18O值由沿海向内陆地区逐渐贫化,并且南部和东北地区δ18O值年内变化存在周期性.不同地区影响降水同位素的气候因子不同,由南向北,温度效应逐渐增强,降水量效应由全年存在变为只在主要降水期存在.控制δ18O的地理因子存在差异:南部和华北地区为高程,东北地区是纬度.此外,δ18O对季风的进退、雨带的移动以及台风/强热带风暴等强对流天气的运动路径有一定的示踪作用.

基于标准化降水蒸散指数的中国东部季风区干旱特征分析

研究基于标准化降水蒸散指数,采用0.5°×0.5°中国地面气温和降水数据集,通过分析东部季风区季节和年尺度干旱覆盖率、频率以及单位面积干旱强度,揭示了中国东部季风区1961—2013年干旱特征时空分布变化。研究结果表明:近20 a东部季风区干旱特征变化明显,特别是1997年之后东部季风区干旱覆盖率和单位面积干旱强度显著增加;东北地区、华北平原、黄土高原和西南地区干旱频率增加,高频率覆盖范围扩大明显;气象干旱极端危险区扩大。全球变暖背景下东部季风区干旱呈现出极端化趋势。

西北西风区与东部季风区年气温变化特征对比分析

利用我国西北西风区138站、东部季风区375站1964—2006年43 a的年平均气温资料,对其时空变化特征及气温变化倾向率进行了对比分析。结果表明,西风区与季风区的时间变化规律基本一致,总体是在波动中呈一致的上升趋势,上升的趋势均是随着时间的推移而增加的,但西风区的年际变化更为剧烈,年际变化幅度大;除西风区1站和季风区4站具有负温度变率外,其余各站均为正温度变率,西风区≥0.4℃/10a变率区位于新疆西北部、新疆东部至青海西部的带状分布区及内蒙中部地区,而季风区≥0.4℃/10a位于受季风影响相对弱的北部地区,主要是西安-天津以西、以北的华北、东北地区。

浅析我国东部季风区水资源变化

"北风卷地百草折,胡天八月即飞雪。"近年来,这种景象在我国北方越发罕见了。气候变化对我国东部季风区水资源的影响日渐明显,更考验人类的责任心与智慧。"北风卷地百草折,胡天八月即飞雪"。在唐代著名边塞诗人岑参的笔下,我国北方地区入冬早、大雪飞扬的气候状况跃然纸上。不过,倘若岑参来到现在,他会惊讶地发现:临近12月的北方还是一片温暖的景象,2013年的北京则百余日未见雨水。气候变暖已经是不争的事实。2013年9月23日,政府间气候变化委员会(IPCC)第五次评估报告一经发布,立即吸引了全球各方关注的目光。

水资源脆弱性评估的RESC模型及其在东部季风区的应用

针对水资源脆弱性评价面临的问题,提出耦合暴露度、风险、敏感性与抗压性的脆弱性评估模型（RESC模型）,并以中国东部季风区为例进行了研究.结果显示,黄河、淮河、海河和辽河流域因水资源总量明显减少,水功能区达标河长比较低,暴露度高而呈现较高的脆弱性.耦合暴露度及风险后,水资源脆弱性分化程度更为明显.除淮河、海河、黄河等传统的脆弱性区域外,辽河流域面临极度脆弱性,珠江流域等因水质造成脆弱性增加;人口分布广、社会生产活动强、旱灾频发的地方脆弱性得到体现,如淮河流域、成-渝城市区、珠江下游区域等.脆弱性空间分布呈现一定的规律,以华北平原为脆弱性高值区,向北及向南减少.水资源脆弱性评估的RESC模型具有较强的物理机制,能科学评估水资源脆弱性状况.

我国东部季风区主要流域气候变化情景下日平均温度和日降水量随机模拟数据集

基于历史观测日值资料和耦合模式比较计划第五阶段的15个全球气候模式对历史排放情景和三种未来典型浓度路径的模拟月值结果,综合应用广义加性模型、广义线性模型、贝叶斯模型平均等多种统计方法,分别建立了流域尺度日平均温度和日降水量的多模式统计降尺度模型。在此基础上,针对我国东部季风区海河、淮河、辽河、太湖、渭河和珠江六个流域,运用随机模拟方法,得到各流域在历史(1970-2000年)和未来(2020-2050年)排放情景下,空间分辨率为0.5°×0.5°的日平均温度和日降水量的样本集合。数据集充分反映了局地气候态的分布,特别是极端温度、极端降水等位于气候态分布尾端的小概率事件对气候变化的响应,可用于水文、生态和环境等领域的工程设计、灾害风险评估等。本数据集的数据文件可由GrADS软件直接读取。原始文件数56个,数据量25.4 GB(压缩为20个文件,11.3 GB)。