海温和MJO对2023年西南春旱的协同影响

2023年春季,我国西南地区发生了严重的气象干旱,对当地社会经济造成严重影响。为深入认识这次干旱事件的成因、并为未来西南地区春旱的预测提供科学依据,本文利用站点观测数据、美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)再分析数据、美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)的海表温度等,采用T-N波作用通量和合成分析等方法,从海温和热带大气季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)的角度深入探讨此次春旱成因。结果表明:(1)2023年我国西南春旱是高温干旱复合事件,3月干旱发生在中部,4月干旱加剧并向西扩展,5月干旱持续。(2)3月北太平洋的马蹄形海温异常导致西风急流偏南偏西,抑制了西南地区的降水。(3)4月印度洋暖海温通过Kelvin波导致孟加拉湾附近的反气旋式环流异常,西北太平洋暖海温通过Rossby波导致南海至菲律宾的气旋式环流异常,造成西南地区南部出现偏北风,导致水汽辐散,加剧干旱。(4)5月MJO长时间维持在西太平洋,通过Gill响应引发南海至菲律宾对流层低层的气旋异常,减少偏南水汽的输送,从而使得西南干旱持续。

近60年中国区域干湿转换早期预警信号

近年来,中国各地干湿转换越来越频繁。干湿转换事关区域性洪涝、干旱等灾害事件的形成。如何有效识别干湿转换过程,寻找其早期预警信号是目前非线性动力学研究的热点科学问题,但目前对此类转换过程的识别及其早期预警信号尚缺乏有效且深入的研究。幸运的是,临界慢化理论在研究复杂非线性动力系统的早期预警信号方面展示了重要潜力。鉴于此,本文基于临界慢化原理,对我国13个干旱分区的代表站的K干旱指数资料进行处理,研究其干湿转换的早期预警信号。首先通过滑动t检验确定K干旱指数序列干湿转换的时间,进而借助于表征临界慢化现象的方差和自相关系数,研究了K干旱指数干湿转换的早期预警信号。结果表明,不同干旱分区代表站的K干旱指数序列均出现了不同程度的干湿转换;各代表站在其干湿转换发生前10年内均出现了方差和自相关系数增大的临界慢化现象,表征了临界慢化现象可能是干湿转换发生前的一个早期预警信号;论证了临界慢化理论作为突变早期预警信号的可靠性,为该方法的广泛应用提供了理论和实验基础。

2023年上半年我国干旱的特征及其成因分析

2023年1—6月我国西南、华北东部、华东北部、华中南部、华南及东北中部等地均发生不同程度的气象干旱,严重影响农业生产、制约当地经济发展。为提高应对旱灾能力,及时开展防灾减灾工作,应对旱情进行实时总结,本文利用K干旱指数、MCI指数、T-N通量和CABLE陆面模式,以及气象观测数据、再分析数据、土壤水分资料等,综合分析区域性干旱事件的时空分布特征及成因。结果显示:(1)2023年上半年,中国西南和内蒙古东部地区发生严重区域性干旱,西南地区经历了从持续型到骤发型的干旱转变,而内蒙古地区则持续干旱。(2)同期500 hPa高度场在中高纬度呈“两槽两脊”型,西太平洋副热带高压异常西伸北抬,欧亚中纬度Rossby波异常偏弱,导致中高纬地区的平直西风和冷空气影响减弱,造成西南地区和内蒙古东部地区降水偏少,进而引发区域性干旱。(3)2023年上半年,冬季La Niña事件转为春季El Niño事件,导致西南地区对流活动偏弱,诱发持续高温干旱天气;内蒙古地区的海温敏感区分布导致其上游高压脊稳定,造成内蒙古东部地区干旱少雨。

中国区域干旱的持续性特征研究

利用1961-2012年中国区域586个气象站的降水、气温、日照时数、相对湿度、风速等资料计算了逐月K干旱指数,在此基础上,对全国16个区的干旱持续性特征进行了研究.结果表明:华北、河套、西北地区东部、西南地区北部、黄淮及新疆南部地区干旱的持续性较强,常发生3个月以上的长期干旱过程,并且容易在旱情解除后的短期内(1个月)再次出现干旱;而南方、东北和新疆北部地区干旱的持续性较弱,以1个月的短期干旱为主,且干旱过程之间的时间间隔相对较长,大多为3个月以上;华北、河套、西北地区东部、西南地区北部和南部、以及华南地区的干旱过程在冬、秋季开始的频次最高,且大部分在春季结束,而冬、春两季的干旱明显比夏、秋两季偏多.100°E以西(新疆北部除外)的广大地区干旱过程的开始时间主要集中在秋季,结束时间集中在春、冬两季;同时,冬季和秋季干旱多发,其次是春季,夏季出现的干旱频次最少.

2022年夏季长江流域重大干旱特征及其成因研究

干旱是影响范围最广的自然灾害之一。2022年夏季发生在长江流域的异常高温干旱事件不仅强度大,而且持续时间长,是一次罕见的重大干旱事件,对我国的社会经济造成了十分严重的影响。鉴于这次事件的极端性,本文在客观分析此次事件演变特征的基础上,揭示大气环流和外强迫异常对此次高温干旱的可能影响。研究发现,气象干旱指数及土壤湿度监测结果一致表明本次旱情从6月开始出现,7月迅速发展,进入8月后范围进一步扩展、强度进一步加剧。与此同时,流域内整体气温偏高,部分地区高温日数超过40 d。此外,夏季整个流域的蒸散量距平是1960年以来的历史第二高值(仅次于2013年高温伏旱),进一步加剧了长江流域的水分亏缺程度。从环流特征来看,夏季西太平洋副热带高压异常偏强西伸、极涡面积偏小及强度偏弱、南亚高压偏强东移,共同导致长江流域的水汽输送条件偏弱、下沉气流盛行,使得整体条件不利于降水发生。而前期拉尼娜事件的持续、印度洋偶极子负位相的出现以及春季青藏高原西北部积雪负异常的持续,可能是导致今年夏季环流异常的主要外强迫因子。

气象干旱指数在中国的适应性研究进展

在全球变暖背景下,中国极端干旱事件频繁发生,其强度和范围都不断增大,这不但给国民经济特别是农业生产等带来巨大损失,还会造成水资源短缺、荒漠化加剧、沙尘暴频发等诸多深远的不利影响。为进一步提高干旱监测、预测、评估和决策服务等方面的技术水平,以气象干旱为对象,对常用的气象干旱指标在中国的时空适应性进行了系统总结。首先,从指数的计算原理及考虑要素的角度回顾了国内常用干旱指数及其特点,这些指标主要分为两类:一类是只考虑单一因子的干旱指标,另一类是考虑多要素的干旱指标。其次,系统归纳了这些干旱指数在我国不同区域、不同季节的适应性,阐述了对现有干旱指数的进一步修正、改进及其应用效果,并对影响干旱指数适应性的主要因素进行探讨。最后,提出目前干旱研究领域存在争议的问题,探讨今后在气象干旱监测指标及其适应性研究中应重点解决的关键科学问题及发展趋势。

2009/2010年中国西南区域性大旱的特征分析

针对目前各种干旱指数对干旱事件整体识别能力的局限性，采用一种新的客观识别方法“区域性极端事件客观识别方法（ OITREE）”对2009~2010年中国西南地区的秋冬春连旱进行了特征识别。结果表明：（1）此次干旱事件的发生时段为2009年8月25日至2010年4月18日，历时237 d，为近50 a（1961~2010年）综合强度排名第五位的干旱事件，是一次极端干旱事件；（2）此次极端干旱过程最大影响面积为576.82万km2，影响范围涉及到云南全省、四川南部、贵州大部（主要是西部）以及重庆、广西西部，其中，云南、贵州和广西3省交界区干旱最严重，其次为云南的中部和中西部，且云南省不论受旱面积还是受旱强度都是最大的；（3）此次干旱过程有4个明显变化阶段：干旱增强、减弱、再增强、最后解除。第一阶段为2009年8月25日至10月下旬，干旱开始发展并持续增强，影响范围最大可达约370万km2，包括西南、华南、华东、华北及东北南部的小部分地区，持续达2个月，受影响的核心区域除了西南地区以外，还有华北和华南的部分区域；第二阶段为2009年11月初至12月中旬，干旱强度急剧下降，影响范围最小只有约50万km2，主要在西南地区，持续时间只有1个月；第三阶段，2009年12月中旬至2010年3月下旬，旱情再一次增强，干旱面积再次扩大，影响范围最大可达约200万km2，包括西南及西北地区东部，持续时间为3个月，是4个阶段中发展时间最长的，主要受影响的核心区域为西南地区；第四阶段，2010年3月下旬至4月中旬，干旱逐渐缓解，直到过程结束，旱情解除。OITREE方法能从不同层次和方面完整地描述干旱事件的时空变化特点，其判别结果与实际情况基本一致，是一种有效监测干旱的新方法。

两种判断月干旱过程的方法在黄河流域的对比研究

利用黄河流域160个气象站1961-2010年逐日综合气象干旱指数(CI)指数,对比分析两种用逐日CI指数判断月干旱过程的方法.结果表明:对重大干旱事件个例来说,两种方法都能大体描述事件的月干旱过程,但干旱的强度和范围有所不同.从干旱发生的范围来看,两种结果的差别较小,方法I的识别结果范围更大、更连续,特别是对青海旱情的判断常常比实际范围大;而方法II的识别结果范围稍小,大体上能反应干旱的整体范围,但有时也偶尔会遗漏小部分旱区;从干旱发生的强度来看,方法I对干旱事实的描述偏轻,而方法II以重-特旱为主,与实际情况更相符.从对黄河流域近50a月干旱频率的分析结果来看,两种方法一致表明黄河流域分界线以西的地区常年不容易发生干旱,而对于分界线以东地区,两种方法的统计结果有较大差异.方法I的结果表明,分界线以东地区干旱的月发生频率较大,其中,轻旱的月发生频率最大,其次为中旱,而重旱和特旱的发生频率很小;方法II的结果表明,分界线以东地区干旱的月发生频率在60%～80%左右,其中重旱的月发生频率最大,其次为中旱,轻旱和特旱的发生频率很小.总体来说,方法II对黄河流域月干旱情况的评估结果与干旱实际情况更一致.

玉米淀粉制取草酸的工艺研究

研究了以玉米淀粉为原料 ,通过硝酸氧化制备草酸的工艺过程 ,探讨了反应时间、硝酸及催化剂的用量对草酸收率的影响 。

双烷基酰胺咪唑啉季胺盐型纸张柔软剂的应用研究

对双烷基酰胺咪唑啉季胺盐在实验室和工厂分别进行的应用研究表明 ,双烷基酰胺咪唑啉季胺盐纸张柔软剂对不同浆种的纸张均能明显地提高其柔软性能 ,同时能使成纸的起皱较好 ,脱缸容易 ,并且有效地克服纸页的掉粉掉毛现象 ,使纸页的孔洞减少 ,纹理整齐 .

美国国家干旱减灾中心及其干旱监测情况简介

1概况 2014年5月14日至6月13日，中国气象局兰州干旱气象研究所李忆平和沙莎应邀到美国国家干旱减灾中心（NDMC：National Drought Mitiga—tion Center）访问学习。此次访问主要了解了NDMC的背景及目前工作重点、美国国家每周干旱监测产品的制作过程、遥感干旱监测指标及方法、美国干旱监测网站（USDM）、干旱风险图集（DRA）、干旱影响报告（DIR）、数据资源获取等，同时还参加了一次遥感方面的网络视频会议和NDMC的员工会议。

中国南方干旱灾害风险特征及其防控对策

应用中国南方区域14省区市252个国家基本气象站1961—2015年逐日地面气象观测资料及干旱灾害资料,研究中国南方干旱灾害影响的时空变化特征,分析中国南方干旱灾害风险变化特征,提出干旱灾害风险防控策略与防御对策。结果表明:近55年中国南方区域降水量呈现波动变化,降水量线性拟合趋势特征不明显。但进入21世纪后南方区域平均降水量明显偏少,且平均降水量年际振荡幅度增大。近55年研究区气温呈显著上升趋势,南方平均地表气温升高速率高于全球地表升温速率;研究区气温从1976年开始持续上升,气温升高的突变年在1997年。重旱风险高发区主要集中于西南,随着气候变暖,干旱灾害频率、强度和受旱面积均增加,干旱灾害风险增大。气温突变后次高干旱灾害风险区明显扩大。未来10年(2016—2025年)中国南方地区的干旱发生频率可能升高。因此,要加强干旱灾害风险管理,生态环境脆弱区域实施生态环境修复,农业主产区域以保障粮食安全为主,解决水资源时空分布不均和资源供需加剧矛盾,提高干旱灾害风险防控水平。

几种干旱指标对西南和华南区域月尺度干旱监测的适用性评价

利用西南和华南区域129个气象站逐日和逐月气象数据,计算并对比分析了7种干旱监测指标在该区域的适用性,结果表明:MCI指数和K干旱指数在研究区各季干旱监测中表现均较好,其中,夏、秋季K指数优于MCI指数,冬、春季MCI指数优于K指数;DI指数对冬、春季旱情监测较好;PDSI指数和G EVI指数在夏、秋季监测能力较强;SPI指数夏季监测效果较好;SPIW60指数在各季的监测能力都较弱。K指数对干旱演变过程的刻画能力最强,其次是DI指数;MCI指数在干旱缓解阶段存在监测偏重的情况;SPI、SPIW60以及GEVI指数对干旱的累积效应考虑不够,存在监测偏轻、缓解或解除过快情况;PDSI指数对干旱波动发展过程反映能力较差。综合来看,MCI指数和K指数优于其他指数,K指数更适用于研究区的月尺度干旱监测。

植被状态指数VCI与几种气象干旱指数的对比——以河南省为例

使用1982-2006年GIMMS AVHRR NDVI数据集与同期的CI、K、Pa、SPI、Z、PDSI等干旱指数做了对比分析,讨论了河南省植被状态指数VCI对气象干旱的滞后效应及干旱监测能力.结果表明:VCI指数与气象干旱指数的相关性受不同下垫面的影响较大,农地的VCI与气象干旱指数相关性要明显高于林地,农地VCI与气象干旱指数呈现正相关关系.在河南省不同的作物生长阶段,VCI对气象干旱有着不同的滞后效应,其中,3-5月份冬小麦生长期VCI对气象条件的反应滞后1～3个月,7、9月份夏玉米生长期VCI对气象条件的反应滞后1月.总体上看,结合前期的气象数据,VCI对河南省气象干旱有一定的指示作用和监测能力.

“4.29”中国西北强沙尘暴数值模拟及螺旋度分析

利用实况观测资料对2009年4月28~30日中国西北出现的区域性强沙尘暴过程进行了天气分析,并用GRAPES_SDM沙尘模式对此次过程进行了数值模拟,然后利用螺旋度理论研究了沙尘暴的动力场结构。结果表明,500 hPa高空槽及高空锋区、地面冷锋及热低压等是形成此次强沙尘暴的主要天气系统。此次沙尘暴过程中在新疆北部和高原上存在两个有利于强对流天气发生的｜▽θ｜大值带,分别与冷锋和热低压影响区域相对应,是沙尘天气主要的发生区域。GRAPES_SDM模式较准确地模拟出强沙尘暴过程的动力结构,是西北地区沙尘暴预报业务及科研中可依靠的沙尘暴预报模式。强沙尘暴过程中总螺旋度负值中心与500 hPa低压槽密切相关。负值中心轴线位于高空槽附近略偏前的位置,对高空槽的发展变化有较好的指示意义。沙尘天气出现在总螺旋度零线附近的等值线密集处。水平螺旋度作为总螺旋度的重要组成部分,对强对流具有预示性,并为垂直螺旋度的形成或增长提供了有利条件。hpx负值中心的位置和走向与500 hPa低压槽也具有一致性。沙尘天气主要发生在低压槽前、高压脊后hpx负值与hpy正值相重叠的区域。hpz及ω的垂直结构随时间的变化特征可以反映出沙尘天气强弱的演变过程。沙尘暴区上空有一对正、负螺旋度中心相配合,中低层旋转上升运动出现并发展、高层下沉运动逐渐达到最强的时段,往往对应着沙尘暴出现的时段。

1961-2009年西北地区基于SPI指数的干旱时空变化特征

利用西北五省区137个测站的1961-2009年逐月降水量资料计算标准化降水指数(SPI),统计了逐月、春末夏初、初夏、夏季及秋季的干旱、重旱、特旱的频率及面积率,分析其时空变化特征.结果表明:新疆北部、青海的中部及甘肃河西是西北地区干旱频率较高的区域,干旱频率在15个月以上,新疆南部除个别月份干旱发生频率较高外,总体干旱发生频率较低;干旱发生区域随月份有由南到北、由西向东变化的趋势;除新疆、青海、及甘肃个别区域重旱频率超过5月外,其他区域基本上都在5月以下;新疆南部重旱频率仍然较低;夏季发生范围高于其他季节;新疆北部、甘肃河西是特旱的高发区.不同等级的月及季节干旱面积率其逐年变化具有相似的特征,西北干旱面积率的变化总体上可以分为3个阶段:1961-1980年干旱面积率比较高,平均在35%左右;1981-1990年为转折期,干旱面积率下降到15%左右;而1991-2009年为稳定期,干旱面积率变化不大.全球气候变暖导致西北地区降水量、冰川融水量、河川径流量增加和湖泊水位上升、面积扩大,是1987年以来干旱面积率下降的原因.

齿轮耦合的转子-轴承系统非线性动力特性的研究

在考虑齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙、脱齿、挤齿及齿背接触 等因素的情况下，建立了齿轮耦合的转子—滑动轴承系统的多自由度动力学模型。用数值方 法研究了该系统的质量不平衡响应，结果发现，由于齿轮时变啮合刚度的影响，随着转速的 增加，系统动力学响应首先由周期运动向准周期运动变化，当转速超过某一值时，系统的响应将由准周期运动发展为混沌运动；由于混沌运动，转子将沿齿轮中心线方向产生很大的变 形，脱齿、齿背接触及挤齿现象也将发生，可能导致系统产生破坏。

多种干旱指数在中国北方的适用性及其差异原因初探

利用中国北方(东北、华北、内蒙古、黄淮以及西北地区中东部)12个省(区)267个站点逐日气象数据和典型站点土壤相对湿度资料,对目前应用最为广泛的5种干旱指数在该区域的适用性进行了评估,并对各指数监测结果差异原因进行了初步探讨。结果表明,在我国北方干旱监测中,MCI和K指数的监测效果要优于SPI、Pa和SPEI指数。MCI指数对研究区春旱的监测尤具有优越性,K指数对偏东、偏南区域的夏、秋、冬季旱情的监测能力略优于MCI指数,Pa和SPI指数对夏、秋季的旱情监测准确率较高,而SPEI指数对夏旱有较强的监测能力。Pa指数、SPI指数以及SPEI指数监测准确率低主要是因为这些指数监测偏轻或漏测的频率较高,而K指数对东北区域的春旱漏测频率也较高,漏测频率高达29%。各类干旱指数的监测能力与各自考虑的干旱影响因子及其时间尺度密切相关,抓住主要因子和主要影响时间尺度是准确监测旱情的关键。

2009/2010年我国西南秋冬春连旱特征及其大气环流异常分析

利用中国逐日站点降水资料、逐日季风监测指数及逐日副热带高压指数、74项环流指数及NCEP/NCAR再分析资料,分析了2009年秋季至2010年春季的秋冬春西南特大干旱过程中各指数及大气环流异常特征.结果表明:自2009年10月底东亚冬季风建立以来,至2010年春季,东亚冬季风强度持续偏强,加之西太平洋副热带高压较常年偏西偏南,西南地区长期受副高控制,气温持续偏高,加之冷空气虽然总体偏强,但主要控制我国北方地区,造成冷暖空气在西南地区少有交汇,致使降水偏少,干旱发生发展.印缅槽强度较常年偏弱,来自印度洋、孟加拉湾以及南海的水汽条件不足,向西南地区输送的来自南海和孟加拉湾两条水汽通道的水汽通量均较常年偏弱很多,加之西南地区、特别是云南地区自2009年秋季以来,长期处于下沉运动的正距平区,造成这段时间西南地区干旱少雨,旱情持续.2009年9月El Nin珘o事件全面爆发,南海-西太平洋地区形成异常反气旋流场,该反气旋流场较常年偏西偏南,造成副高位置偏西偏南,从而使得云贵高原及其周边的印度季风区的降雨量明显偏少;高原地区及南海、菲律宾附近及热带辐合带地区OLR异常对西太平洋副热带高压的变化有一定影响,进而影响西南地区降水,其内在机制还有待深入研究.

近50年华北区域性气象干旱事件的特征分析

本文利用区域性极端事件客观识别法(OITREE),进行了1961—2010年华北地区区域性气象干旱事件的识别,确定了该方法中相应的参数组并识别得到100次事件,并对排名前15位的事件与文献记载情况逐一进行对比检验。结果表明OITREE方法对华北地区区域性气象干旱具有良好的识别能力。100次华北地区区域性气象干旱事件分为10次极端事件、20次重度事件、40次中等事件和30次轻度事件,其中1998年9月至1999年5月秋冬春连旱是华北地区强度最强的干旱事件。事件的持续时间一般在17~120 d、最大影响面积集中在(70~105)×10~4km^2之间,干旱事件具有较明显的季节特征,3—7和10—11月是事件的两个高发时段;华北南部为干旱多发区,其中河北、河南和山东三省交界为强度中心区域。重度(含)及以上的干旱事件可分为全境型、东部型、南部型、西部型、中部型和零散型6种分布类型,其中全境型出现机率最高。近50年华北地区区域性干旱事件频次、累积综合强度总体呈上升趋势,其主要原因可能是降水量减少所致,同时气温显著升高也起到了明显的推动作用。