基于CI指数的甘肃省黄土高原地区气象干旱的变化趋势分析

基于甘肃省黄土高原区33个气象站1962-2010年气象资料,利用综合气象干旱指数(CI)对其近50a的干旱频率和平均持续时间的空间分布、干旱强度趋势变化和极端干旱事件频次进行了分析,此基础上应用基于分型理论的R/S方法对干旱强度未来变化趋势进行了预测.结果表明:甘肃省黄土高原区干旱发生频率和多年平均持续天数在兰州-靖远一带和庆阳北部属于高值区,而岷县、渭源一带属于低值区;106°E以西"临洮-通渭-天水"一带和庆阳东南部是干旱变幅最大的地方.20世纪90年代以来,干旱强度增大的较快,四季均呈现出干旱强度变大的趋势,其中春、秋季干旱强度加剧的趋势明显,夏季近10a都处于非常严重的干旱状态,但未通过0.01的显著性检验;20世纪60年代至今,极端干旱事件发生频次快速增多.四季干旱强度Hurst指数H均大于0.5,同时分维数D均小于1.5,因此,未来一段时间干旱强度仍然保持与过去相一致的变化趋势.研究结果可为相关部门制定相应抗旱对策提供科学依据.

基于综合气象干旱指数的石羊河流域近50年气象干旱特征分析

借助数理统计理论和GIS空间分析技术,利用综合气象干旱指数(composite index,CI),根据石羊河流域5个气象站1961—2010年实测气象资料,对石羊河流域近50a的干旱在时空上的变化特征进行分析。首先计算了各站历年逐日的CI指数,统计近50 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了石羊河流域干旱发生的频率、覆盖范围和强度和不同等级干旱发生的多年平均日数。分析结果表明:(1)石羊河流域四季干旱发生频率均呈现北高南低的空间分布规律;在四季中,夏季干旱发生频率最高,冬季频率最低;极小值都在乌鞘岭,极大值略有不同:春、夏、冬季干旱发生频率极大值在民勤,秋季极大值在武威。(2)石羊河流域有大范围干旱发生的年份夏季和秋季较多分别有22 a、11a,冬季最少只有4 a。(3)石羊河流域不同等级干旱日数总体上呈现夏季多冬季少、北部多南部少的规律,和降水量的空间分布有较好的负相关性。(4)干旱发生成因除了主要受东亚季风和西南季风的影响外,还应考虑到径流的影响。研究结果与实际情况相符,可为相关部门根据本地区干旱特征制定相应抗旱对策提供理论依据。

黄土高原地区生长季参考作物蒸散量对主要气象要素的敏感性分析

为预测气候因子变化引起的区域参考作物蒸散量(ET0)的变化,以黄土高原地区为研究区,运用FAO Penman-Montieth方程计算了68个站点1961-2010年生长季参考作物蒸散量,并计算其对平均气温、太阳辐射、风速和实际水汽压的敏感系数,最后分析了敏感系数的时空变化特征。结果表明,黄土高原地区生长季ET0对实际水汽压最敏感,其次是太阳辐射和平均气温,对风速的敏感性最低;平均气温的敏感系数和实际水汽压敏感系数绝对值呈单峰型分布,二者分别在7月、9月达到最大值,太阳辐射敏感系数表现为持续上升趋势,风速敏感系数波动幅度最小,其值在4月最大;生长季气候因子敏感系数的空间差异性显著,平均气温敏感系数西部明显大于东部,太阳辐射敏感系数在高海拔地区形成高值区,风速敏感系数在西风带Ⅳ区形成高值区,实际水汽压敏感系数在黄土高原湿润地带最大。

基于综合气象干旱指数(CI)的干旱时空动态格局分析——以甘肃省黄土高原区为例

借助ArcGIS 9.3和SPSS数据软件平台,根据甘肃省黄土高原区33个气象站1962-2010实测气象资料,利用综合气象干旱指数(CI)对甘肃省黄土高原区近50年的干旱特征进行了时空分析。首先计算了各站历年逐日的CI指数,统计近50年各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了甘肃省黄土高原区历年各地区干旱发生的覆盖范围、频率和不同等级干旱发生的多年平均天数,揭示了甘肃省黄土高原区干旱发生的时空差异和动态格局。分析结果表明,(1)甘肃省黄土高原区有大范围干旱发生的年份,夏季和秋季较多分别有13、8 a,冬季最少,只有3 a。(2)从空间尺度来看,甘肃省黄土高原区中兰州-榆中-靖远一带和庆阳北部属于高值区,而岷县、渭源一带属于低值区;106°E以西"临洮-通渭-天水"一带和庆阳东南部是干旱变幅最大的地方。(3)从季节尺度来看,夏季干旱频率和持续日数最多,春季、秋季次之,冬季最少。

青藏高原东北部区域持续性低温事件的特征及影响因子分析

利用1960—2020年青藏高原东北部66个观测站日最低气温资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,根据百分位法确定了32个区域持续性低温事件,并对该事件发生的概率分布及影响其发生的主要环流系统进行了分析,同时探讨了冬季气候指数的极端性与低温事件发生的关联性。结果表明:(1)区域持续性低温事件主要集中在东部农业区。(2)不同类型低温事件环流差异主要表现在高层500 hPa高度场正异常中心和负异常中心的纬度位置以及700 hPa北风分量向南延伸的强度。(3)冬季极涡、印缅槽、高原高度场、高原加热场、AO的极端性与区域性极端低温事件的发生相对应,低温事件的发生概率均超过60%,利用它们可以提升高原区域持续性低温事件的诊断和预测能力。

2016年8月青海省气候异常特征及成因分析

针对青海省2016年8月气候异常的研究主要集中于气候异常的评估、对其发生成因分析较少的问题,选取典型时段,结合气候统计方法,分析不同层次高度场配置和水汽来源,深入探讨气候异常成因。研究结果表明:500hPa高度场上乌拉尔山一贝湖地区高度场异常偏高,大陆高压和南亚高压中心均移至青海上空,造成青海省气温异常偏高;高空横槽转竖,利于冷空气南下,而青海环湖地区一黄河上游被较为显著的南风气流控制,孟加拉湾、日本海的暖湿气流向青海省输送较显著,使青海省中东部水汽较充沛,形成大范围的降水。

黑河上游土地利用动态变化及影响因素的定量分析

由于特殊的自然地理属性和人类活动方式,西北干旱区黑河上游的土地利用方式有别于中下游地区,土地利用格局演变过程对全流域水资源和生态环境的影响巨大.以黑河上游为研究对象,以1987年,1999年和2010年的遥感影像为基础数据,运用转移矩阵法和主成分分析等方法定量分析了林地、草地、耕地3种主要土地利用类型的动态变化过程,揭示了其变化的动力机制.结果表明:1)黑河上游土地利用变化阶段明显,林地、草地和耕地3种土地利用类型在1987-1999年和1999-2010年两个阶段转化显著,林地持续减少,草地先减少后增加,耕地持续增加;2)单一土地类型分布格局差异大,林地呈东多西少,北多南少的分布格局;草地呈东多西少,南多北少格局;耕地集中分布于河谷和城镇居民点周围及山前地带;3)人为因素是影响黑河上游土地利用动态变化的关键因素.

基于生态足迹的甘肃省耕地资源可持续利用与情景预测

基于生态足迹理论,测算了1997-2009年甘肃省在保持社会经济可持续发展下的最佳耕地资源容量,运用ARIMA模型对甘肃省2010-2015年的生态足迹和生态承载力进行预测,按照《甘肃省国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中的社会经济指标对耕地资源可持续发展容量进行情景预测。结果表明:1997-2009年,甘肃省耕地资源可持续发展容量总体上呈现上升趋势,其中1997-2002年耕地资源可持续发展容量基本低于实际耕地面积,2003-2009年,耕地资源可持续发展容量均高于实际耕地面积,出现耕地利用负荷现象;ARIMA模型预测结果显示,2010-2015年,甘肃省人均耕地生态足迹呈现上升趋势,年平均增长率为4.75%,人均耕地生态承载力呈现减少趋势,但总体上变化不大,人均耕地生态赤字从2011年成为负值,并且逐渐增加;情景预测结果显示2010-2015年,甘肃省耕地资源可持续发展容量与实际耕地面积差距愈来愈大,预计到2015年,为实际耕地面积的2.42倍,耕地利用负荷现象严重,人地关系紧张。

西北中部夏季降水主要空间型及环流特征

利用西北地区中部55个站点1961—2015年夏季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及统计诊断方法,分析了西北地区中部夏季降水异常模态及同期大气环流特征和水汽输送条件。结果表明:西北中部夏季降水存在三类主要空间模态:全区一致型、东西反相型及类似"三明治"型。进一步分析表明,造成降水不同空间模态的环流和水汽条件不同:全区一致降水正异常时,副热带西风急流中心偏东,乌拉尔山阻塞高压偏强,水汽主要来源于孟加拉湾、南海和热带太平洋北上的水汽输送,同时在西北中部大范围地区有明显的水汽辐合;东多西少型降水正异常对应"丝绸之路"遥相关型环流,中亚增强的反气旋性环流提供了较强的冷空气,西北太平洋地区反气旋性环流南侧的偏东风输送水汽,在甘肃东部地区形成较明显的水汽辐合;类似"三明治"型降水正异常对应欧亚中高纬环流为北高南低型分布,贝加尔湖南侧低槽加强提供了西风异常,而水汽主要源自孟加拉湾向高原东侧的输送,在青海南部形成明显的水汽辐合,以致青南牧区降水偏多。综合分析表明,三种主要模态的冷空气条件和水汽来源具有明显差异。

气候和人类活动对黄河源区径流量变化的贡献率研究

根据1961-2015年黄河源区有关台站的观测数据,利用差积分法、累积距平法对黄河源区径流量和气候变化趋势进行了分析,并基于累计量斜率变化率分析方法评估气候和人类活动对黄河源区径流量减少的贡献率。结果表明:黄河源区年径流量、年降水量、年平均最大冻土深度呈减少趋势,源区蒸散量呈增大趋势;与基准时期1961-1989年相比,在不考虑气温影响的情况下,气候和人类活动对黄河源区径流量变化的贡献率在1990-2008年分别为33. 12%和66. 88%,在2009-2015年分别为73. 61%和26. 39%;两个时段相比,气候对径流量减少的贡献率上升,而人类活动的贡献率下降,这与气候变暖及2005年黄河源区启动的三江源自然保护区生态保护和建设工程有关。

黑河流域1960-2009年平均风速时空变化特征

利用黑河流域气象站点19602009年的逐月、逐年的风速观测资料，运用Mann-Kendall检验法和反距离加权插值法（IDW）及相关分析法对黑河流域平均风速时空变化特征进行了分析。结果表明，近50a来黑河流域年平均风速呈减小趋势，其变化趋势指标口值为-0．01；春、夏、秋、冬季平均风速均表现为下降趋势，口值分别为-0．012，-0．011，-0．007和-0．008。年代际变化在60-70年代为正距平，80年代以后为负距平。年内变化表现为偏双峰型，第1峰值远大于第2峰值，分别出现在4月和11月。空间变化上，上游山区年平均风速呈上升趋势，平均每年增加0．01m／s；中游和下游均表现为下降趋势，降幅在0．005-0．029m／s，同时在不同季节空间差异明显。年平均风速突变发生在1985年左右，春、夏、秋、冬季突变分别出现在1986，1984，1983和1985年。年、春季风速下降与平均气温、平均最低／最高气温以及潜在蒸散有关，夏、秋季平均最高气温的影响变小，而冬季仅有潜在蒸散通过了0．01的显著性检验，说明风速下降是造成黑河流域冬季潜在蒸散量减小的主要因素。

青海高原春季气温异常成因及低温过程诊断分析

文章利用1961—2012年青海省气温观测数据、NCEP月平均再分析资料集、国家气候中心74项环流特征量,以及美国国家海洋局和大气管理局的52项气候指数,分析探讨青海高原春季气温异常特征及其影响因子。结果表明:青海高原春季气温呈显著上升趋势,并具有明显的年代际变化特征;北半球冬季欧亚(EU)遥相关型对次年春季青海高原气温异常具有很好的指示意义,当符合EU型分布时,青海春季气温易于偏低;春季乌拉尔山高压脊、东亚大槽、北半球副热带高压和极涡、高原高度场对春季气温具有一定的影响;同时,春季气温对北印度洋的索马里—阿拉伯海—孟加拉湾地区、西北太平洋及赤道中太平洋海温异常具有很好的响应,当上述关键海区海温偏冷(暖)时,易引起冷(暖)春。青海春季的持续低温过程是导致春季气温偏低的直接原因,造成低温过程频发的主要影响系统为贝加尔湖以南地区的低压明显发展时,青海高原处于槽后脊前西北气流中,高原高度场偏低,受频繁性冷空气影响易出现持续性低温过程,而相反该地区高压异常强盛时,青海高原多盛行下沉气流,以晴好天气为主,不利于低温过程的出现。

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32a左右振荡最强,为第1准周期,还有12a和17a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。

1960-2011年西南地区干旱时空格局分析

基于西南地区130个气象站1960—2011年气象资料,计算了各站不同时间尺度的标准化降水指数(SPI),并采用Mann—Kendall趋势分析法和反距离加权插值等方法,分析了该区近52a以来干旱发生的时空变化特征。结果表明:(1)各区域干旱存在明显的年际变化波动且线性变化趋势较为显著,近12a来干旱次数明显增多。大部分区域干旱指数在春夏秋季均呈减少趋势,秋季最为明显,冬季反之。(2)空间分布方面,横断山地、广西丘陵、四川盆地东部和贵州高原南部春旱频率较高。夏旱主要发生在横断山地北部,若尔盖高原,四川盆地的西部和南部,云南高原中部和广西丘陵。云南高原南部,横断山地西南部,贵州高原和广西丘陵的秋旱频率较高。冬季干旱频率高值区主要集中在若尔盖高原、四川盆地西南部一带。

基于风险度的青海省暴雨洪涝灾害风险评估

基于自然灾害风险原理,结合青海省气象数据、地理信息数据、社会经济数据,并利用主成分分析法、GIS自然断点法对青海省暴雨洪涝灾害致灾因子危险度、承载体易损度评估模型以及暴雨洪涝灾害风险度进行评估,结果表明:青海省不同强度降水日数均呈增多趋势,新世纪以来中雨日数及强降水日数增加趋势尤为明显;暴雨洪涝灾害致灾因子危险度呈由东南向西北降低的趋势,承载体易损度为东北部地区最高,南部以及西部地区最低;暴雨洪涝风险较高的地区主要集中在东部地区,互助、湟中、大通、西宁为高风险区,东部大部地区、环青海湖地区为较高风险区,西部地区为低风险区。该评估结果可以在气象灾害风险管理业务中进行应用,可以加强对暴雨洪涝灾害风险的影响程度及影响区域的判定,为地方防灾减灾救灾工作提供科学依据。

石羊河流域近53a参考作物蒸散量的敏感性分析

利用国家气象信息中心提供的地面气候资料日值数据集,基于FAO Penman—Monteith公式计算了石羊河流域4个测站1959—2011年的逐日参考作物蒸散量(ET0)。利用敏感系数法计算了其对平均最高气温、平均最低气温、风速、平均相对湿度和日照时数的敏感系数,并分析了敏感系数的时空变化特征。结果表明,石羊河流域ET0对相对湿度最敏感,其次为风速和气温,而对日照时数的敏感性最低。由于气象要素分布不均,敏感系数的空间差异显著,相对湿度的敏感系数在上游祁连山区形成高值区,同时,气温在该区的敏感系数也相对较大,而风速的敏感系数在下游民勤盆地较大,日照时数的敏感系数在全区无明显差异。各气象因子的敏感系数均存在一定程度的波动,风速的敏感系数冬高夏低,气温和日照时数的敏感系数均为夏季最高,相对湿度敏感系数的绝对值持续上升在秋季达到最大。53a来,相对湿度敏感系数波动变化,近20a来其绝对值上升趋势显著,而风速、日照时数和气温的敏感系数无明显变化趋势。

气候变暖背景下青南牧区牧业生产关键期变化特征及预估研究

采用青南牧区9个地面气象站1961―2013年逐日气温资料,通过线性回归、双线性插值、Mann-Kendall检验、小波分析等统计方法,分析了牧草生长季、青草期、牲畜抓膘期和掉膘期等牧业生产关键期的时空变化特征,预估了未来在典型浓度路径（Representative Concentration Pathways,RCPs）情景下2015―2035年牧业生产关键期变化趋势。结果表明,1）1961―2013年,青南牧区牧草生长季、青草期以及牲畜抓膘期开始日提早、结束日推迟,持续日数显著延长,延长速率分别为2.5、4.8、4.6 d·10 a^-1,而牲畜掉膘期呈现出相反的变化趋势,平均缩短4.0 d·10 a^-1。2）近53年,青南牧区牧草生长季、青草期、牲畜抓膘期及牲畜掉膘期4个指标均发生了气候突变,突变时间在1997/1998年;其中牧草青草期存在8~12、16~18年的周期,牲畜抓膘期及掉膘期4~6、8~12、16~18年的振荡明显。3）在RCPs情景下,未来20年青南牧区牧草生长季、青草期、牲畜抓膘期平均分别延长11.5~21.5 d,牲畜掉膘期缩短15.7~18.1 d,将十分有利于青南牧区的牧业生产。

青海省冬季气温变化成因及其预测方法探讨

利用青海省1961-2012年冬季气温观测资料、美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)月平均高度场再分析资料、国家气候中心和美国国家海洋局和大气管理局提供的126项环流指数,探讨青海冬季气温变化特征及成因.结果表明:1961-2012年青海冬季气温呈显著上升趋势并具明显的年代际变化特征,于1986年出现由冷向暖的明显转折;西伯利亚高压、东亚冬季风是影响青海冬季气温的主要系统.当冬季北半球500 h Pa高度场出现欧亚(EU)遥相关型时,青海冬季易于偏冷,同时发现大西洋欧洲区极涡强度和赤道太平洋海域海温与东亚冬季风的强弱有密切关系.采用主成分回归集成方法初步建立青海冬季气温预测模型,经历史回报检验其距平符号一致率为87%,具备一定预报技巧和能力.

基于灾害风险因子的青海省干旱灾害风险区划

利用1961—2018年青海省气象资料、地理信息数据和社会经济数据,对青海省干旱灾害风险区划进行研究。结果表明:(1)致灾因子危险性较高的地区主要在青海省东部和南部,较低地区主要在青海省西部。(2)孕灾环境脆弱性整体自西北向东南逐渐降低,西北地区脆弱性风险较高,东南部较低。(3)承灾体暴露风险较高的地区主要在青海省东部,其他地区风险较低。(4)防灾减灾能力较高的地区主要在青海省西北部,而青海省南部和东部防灾减灾能力较低。(5)干旱灾害综合风险总体自东向西递减,高风险区主要在青海省东部地区,低风险区主要在青海省西部地区。(6)青海省干旱灾害高风险区主要由于致灾因子危险性及承灾体暴露性都较高,低风险区主要是致灾因子危险性、承灾体暴露性较低,且防灾减灾能力强。

高寒草原不同量级降水对干旱解除的影响

基于2017年3月1日至10月31日逐日每10 min降水量和土壤体积含水率试验数据,分析不同降水量级不同处理对土壤体积含水率的影响,结果表明:(1)小雨仅能提高0～10 cm土壤墒情,且在遮挡率超过30%时,效果明显减弱,同时地表植被覆盖能在一定程度上提高降水利用率。(2)在土壤底墒较差条件下,中雨能改善对照区、遮挡率20%和30%处理下0～10 cm土壤体积含水率;在土壤底墒较好条件下,中雨能有效补充对照区、遮挡率20%、30%和40%处理下0～30 cm土壤水分。(3)大雨条件下,在对照区、遮挡率20%、30%、40%和60%处理下,0～20 cm土壤体积含水率均有明显增加,在20～30 cm土壤层对照区、遮挡率20%、30%、40%处理下增加亦比较明显,大雨能完全解除0～30 cm土壤干旱。(4)短时强降水对土壤水分的补偿十分有限。暴雨对提高0～20 cm土壤体积含水率非常明显,但对提高20～30 cm土壤水分含量不及大雨效果明显。(5)在对照区,0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层有效降水量阈值分别为2. 5、7. 0和10. 0 mm。(6)特旱、重旱、中旱和轻旱条件下,0～10 cm土层干旱解除所需的最小降水量分别为21. 5、11. 7、5. 0、1. 4 mm,10～20 cm土层所需的最小降水量分别为32. 9、18. 6、8. 6、2. 7 mm。