基于标准化降水指数的内蒙古地区干旱时空变化特征

利用内蒙古及周边地区70个气象站1951~2014年降水数据,采用标准化降水指数等方法,对内蒙古近64年气候干旱时空变化进行分析。结果表明:研究区近64年来除西部年际、春、秋、冬季,中部春、秋季及东部春、冬季气候趋于湿润外,其他均趋于干旱。中、东部年际、植(作)物生长期SPI在2001年和1990年左右发生突变,东部突变后趋于干旱并在2006年左右又发生明显转折后趋于湿润。西部在1960s干旱严重,中、东部在1990s至2000s干旱严重。西部年际SPI由西北向东南、东部由南向北干旱趋势速率呈阶梯状下降,中部干旱趋势速率较西、东部快;植(作)物生长期SPI空间变化与年际一致,但西、中部干旱趋势明显的区域有所扩大。

1951～2014年中国北方地区气温突变与变暖停滞的时空变异性

基于1951~2014年中国北方及周边地区357个气象站点平均最低气温、平均气温和平均最高气温年(月)数据,采用M^K检验等方法,分析了中国北方地区3类气温突变和变暖停滞特征的时空变异性.结果表明:研究区3类气温整体突变年(1978~1999年、1981~2002年、1981~2005年)、分布广泛的普遍突变年(1988年、1989年、1997年)及范围(3a)均依次变晚.整体上,突变年随纬度降低变晚,东北突变早于西北和华北地区.变暖停滞集中于1998和2007年及其前后,3类气温亦依次变晚(1994~2007年、1995~2009年、1998~2010年),由黄河流域中段向其他方向越来越晚.突变至变暖停滞周期整体随纬度降低缩短(3~30a),突变越早周期越长.西北地区突变与变暖停滞前后各时段均值温差最大(2.4℃),温差在1℃左右站点分布最广泛.各时段升(降)温速率整体依次在0.01℃/10a、0.05℃/10a、-0.03℃/10a左右站点分布最广泛,突变后升温最快(0.02~0.16℃/10a),且西北地区对升温贡献最大,变暖停滞后东北地区对降温贡献最大,2时段按平均最低气温、平均最高气温、平均气温顺序升(降)温速率递减.3类气温波动程度减弱,整体随纬度降低.高纬度、高海拔和山地地区突变和变暖停滞较周边地区偏早或偏晚,特征值较大.整个北方地区3类气温突变、变暖停滞、突变与变暖停滞时间及各时段特征值各自具有自身一致性的普遍规律.

内蒙古气温变暖停滞对其影响因子变化的响应

采用中心聚类、M-K检验等方法,以内蒙古地区为例,利用全球Pacific Decadal Oscillation(PDO)、Multivariate ENSO Index(MEI)等大空间尺度数据以及内蒙古及其周边70个气象站1951～2016年平均最低气温、平均气温、平均最高气温、风速、大气压等站点数据,定性、定量揭示变暖停滞的变化特征及其对影响因子变化的响应.结果表明:研究区各分区3类气温在1981～1993年间发生升温突变,此后1998～2008年间陆续发生变暖停滞.不同类型气温在不同分区与各影响因子的相关性优劣有所不同,如平均最低气温与AMO、PDO、MEI、太阳总辐射、风速、大气压的相关性最好,平均气温次之,平均最高气温最差;西部区气温与AMO、PDO、MEI、太阳总辐射相关性较好,中部区气温则与AMO、风速相关性较好等.整体上,1990s～2000s,随各分区AMO上升驱缓、PDO处于正位相阶段但呈下降趋势或处于负位相时、MEI值与太阳总辐射下降、风速、大气压、相对湿度的持续下降/上升及之后的趋势转变,各分区气温发生变暖停滞,如当AMO开始整体进入上升趋缓阶段,风速持续减小8～13a,倾向率达到-0.26～-0.11m/(s·10a)时,平均气温发生变暖停滞.平均最低气温对3类影响因子变化的响应最敏感,平均气温次之.气温变暖停滞是多种影响因子共同作用的结果.本研究丰富了该方面研究成果,对气候变化研究及防灾减灾等有一定借鉴意义.

中国北方地区年降水与气温关系及其时空变异性

降水与气温之间的不同关系类型对植被、水资源、生态环境等有着不同的影响,全面揭示大范围多气候类型区关系类型及其时空变异性和影响成为重要研究内容。文章以范围较广、涵盖气候类型较多的中国北方地区为研究区,利用研究区及其周边的357个高密度气象站点1951—2016年年降水量、气温数据,采用中心聚类等方法,定性、定量揭示了中国北方地区降水与气温间关系类型及其时空变异性。结果表明,总体上,降水与平均最高气温(-0.568—0.082)的相关性强于平均最低气温(-0.018—0.413)和平均气温(-0.39—0.261),二者关系主要有趋势同向型和趋势反向型两大类以及暖干冷湿交替型、暖湿冷干交替型、暖干型、暖湿型、冷干型和冷湿型六小类;趋势同向型关系以暖湿型为主,自1980s开始在研究区较大范围内出现,持续时间集中在21—40 a之间;趋势反向型关系以暖干冷湿交替型为主,出现时间多为1950s初期,持续时间为13—66 a不等。降水与平均最低气温在1950s—1970s以暖干型关系为主,与平均气温、平均最高气温则大多呈暖干冷湿交替型关系;在1980s—1990s,降水与三类气温的关系陆续向暖湿转型,其中降水与平均气温关系发生转化的时间早于平均最低气温和平均最高气温,北部比南部早;进入21世纪以后,降水与三类气温在研究区北部多呈暖干冷湿交替型关系,南部则以暖湿型关系为主。该研究丰富了降水与气温间关系的研究成果,为区域生态环境改善、水资源问题应对等提供了参考。

内蒙古气温突变及其影响因子间的响应关系

气温突变与其影响因子间的响应关系可为气候变化的机制研究提供参考。采用中心聚类、M-K检验等方法,以内蒙古及其周边地区70个气象站点1951—2016年平均气温、最低气温、最高气温及全球尺度下大空间年序列数据等为基础,定性及定量揭示气温突变时空变异性及其影响因子间的响应关系。结果表明:全区中3类气温在1981—1993年发生升温突变,不同分区下的3类气温与各影响因子间的响应关系有所不同,如最低气温与PDO,SR、风速相关性最好,平均气温与PDO,MEI,SR、风速相关性次之,最高气温与PDO,MEI,SR、风速相关性最差。空间上,西部区3类气温与AGG(含CO2),SR,MEI相关性最好,中部区3类气温与相对湿度相关性次之,东部区3类气温与SR相关性最差。20世纪80年代至90年代,随全区AGG(含CO2),AMO,MEI值,大气压,正位相PDO持续上升,SR,风速和相对湿度快速下降,全区气温陆续发生突变,如当AGG持续上升2~9 a且倾向率达到0.234~0.285 W/(m2·10 a),太阳总辐射快速下降[-19.54 MJ/(m2·10 a)],风速持续减小3~28 a且倾向率达到-0.53~-0.24 m/(s·10 a)时,平均气温发生突变,气温突变是多种影响因子共同作用的结果。研究丰富了该方面研究成果,对气候变化研究及防灾减灾等有一定借鉴意义。

1951—2014年中国北方地区季节气温突变与变暖停滞年份的时空变异性

利用中国北方357个气象站1951—2014年的季(月)平均最低气温,平均气温和平均最高气温数据,应用Mann-Kendall检验等方法,分析了中国北方地区三类气温季节突变与变暖停滞年份时空变异性。结果表明:平均最低气温、平均气温和平均最高气温各季节整体随纬度降低突变和变暖停滞年份变晚,突变至变暖停滞周期缩短。东北春、冬季突变和变暖停滞整体最早(20世纪70年代至80年代、1993—2002年),华北次之,西北最晚(20世纪80年代至21世纪前10 a、1996—2010年);夏、秋季突变华北最早(20世纪70年代和90年代),东北次之,西北最晚(20世纪90年代至21世纪前10 a),变暖停滞年份地区差异较小。平均最高气温未突变和平均最低气温未停滞站点较多,均主要分布在山地、高纬度地区和华北平原南部,其周边区域突变及停滞年份相对偏晚。同类气温突变和变暖停滞年份整体上分别按冬(1981—1990年)、春、秋、夏季(1994—2008年)和冬(1995—2008年)、秋、夏、春季(1998—2010年)顺序依次变晚,冬→春→秋→夏季突变至变暖停滞周期依次缩短。春、夏和冬季均为平均最低气温整体突变最早(1972—1999、1987—1999、1971—2000年),平均气温次之,平均最高气温最晚(1975—2008、1994—2008、1972—2006年),秋季与之不同。春、夏季整体按平均最低气温(1994—2008、1997—2008年)、平均气温、平均最高气温(均为1997—2010年)停滞依次变晚,秋、冬季与之相反。各季节突变至变暖停滞周期整体按平均最低气温(9～18 a)、平均气温和平均最高气温(5～12 a)依次缩短。夏季三类气温均在华北南部(低纬度)突变最早,与研究区整体规律相悖,该地区大部分站点未停滞,亦与突变早停滞也早的整体规律不同。