新疆气候干湿变化特征及其影响因素

基于新疆56个气象站1961—2019年逐日地面观测数据,分析了过去59 a间新疆干湿变化特征及其成因,主要结论如下:(1)新疆正经历显著的由干向湿的转变。在1961—2019年期间,区域平均干燥度指数(Aridity In⁃dex,AI)以0.01·(10a)^(-1)的速率上升(P<0.01),并于1987年前后发生突变。全区呈显著上升趋势的站点占比为57.1%。(2)1961—2019年间新疆年降水量以8.6 mm·(10a)^(-1)的速率显著增加,突变时间与AI突变时间一致。年参考作物蒸散量(reference evapotranspiration,ET0)在1961—2019年可检测到显著的下降趋势,变化速率为-15.7 mm·(10a)^(-1)。但值得注意的是,年ET0在1990年前后发生转变,1990年以前持续下降,1990年后转为波动上升。(3)ET0的变化主要受风速与相对湿度两种气候因子的控制。在1961—2019年间,全区风速基本呈下降趋势,有接近一半站点的相对湿度也呈下降趋势,二者的共同作用导致新疆50%站点的ET0显著下降。而ET0在1990年前后的转变也是由于相对湿度和风速变化趋势在1990年前后的转变引起的。1990年左右,相对湿度由上升趋势转为下降趋势,风速则由下降趋势转为上升趋势。共同导致了ET0在两个时期变化趋势的差别。该结论加深了对新疆干湿变化及其成因的认识,并对新疆水资源的合理开发利用具有一定参考价值。

黄土剖面中赤铁矿和针铁矿的定量分析与气候干湿变化研究

为了了解黄土剖面中赤铁矿和针铁矿的分布特征,文章采用对铁氧化物矿物灵敏的漫反射光谱法(DRS),开展了赤铁矿和针铁矿的鉴定和测定研究,提出了定量分析赤铁矿和针铁矿含量的DRS新方法。选择天然典型黄土和古土壤样品,首先采用柠檬酸盐-重碳酸盐-连二亚硫酸盐(CBD)方法去除其中成壤成因的铁氧化物矿物,以其为基体配制含不同赤铁矿和针铁矿的系列标样,然后进行DRS测试和多元逐步回归分析,分别建立测定赤铁矿和针铁矿含量的校准方程并加以检验。利用DRS方法,分析了多个黄土剖面的赤铁矿和针铁矿含量,发现黄土-古土壤剖面的赤铁矿/针铁矿比值可作为东亚季风干/湿变化的敏感指标。该比值较高时反映了干燥土壤环境,而较低时指示了潮湿土壤环境。对灵台和洛川剖面中赤铁矿/针铁矿比值的分析,初步揭示了2.6Ma年以来黄土高原东亚季风阶段性变强的特征。

中国北方地区40年来湿润指数和气候干湿带界线的变化

本文研究了中国北方地区 196 1～ 2 0 0 0年 4 0年间气候干湿带界线分布和 10年际变化。 4 0年来中国北方地区 ,在东经 10 0°以东地区 ,半干旱区和半湿润区的分界线不断波动向东推进 ,2 0世纪 90年代比 6 0年代向东和向南扩展 ,半干旱区面积扩大 ,半湿润区面积缩小 ,气候趋向干旱化 ;东经 10 0°以西地区 ,极端干旱区面积在缩小 ,湿润指数有增大趋势。如果把温度和湿润指数相结合 ,东经 10 0°以东的黄淮海区和黄土高原区为持续的干暖型 ;东经 10 0°以西的西北地区 ,则由干暖型向湿暖型转变 :河西走廊和东疆盆地转型的时间发生在 2 0世纪 70年代初 ,北疆山地绿洲荒漠地区转型的时间发生 2 0世纪 80年代中期前后。气候干湿带界线的变化取决于降水和潜在蒸发的变化速率。 4 0年来 ,在东经 10 0°以东地区 ,降水和潜在蒸发都呈下降趋势 ,但降水减少速率大于潜在蒸发下降速率 ;在东经 10 0°以西地区变湿的原因 ,研究认为除了降水有所增加外 ,潜在蒸发也在下降 ,而且潜在蒸发下降速率的绝对值大于降水增加速率。

沼泽沉积剖面特征元素比值及其环境意义——盐碱化指标及气候干湿变化

沼泽发育过程中堆积的各类沉积物真实地记录下区域环境演变与沼泽发育过程的信息。以向海沼泽湿地为研究对象,由137Cs2、10Pb法定年实现沉积层深度坐标向年代坐标的转换,对典型沉积剖面特征元素比值进行了综合剖析。结果表明:Sr/Ba、Rb/K、(CaO+K2O+Na2O)/Al2O3等比值具有盐碱化和气候干湿变化的指示意义。该区域的盐碱化并非只发生在近几十年,而是由来已久,只是近年来人类活动促进了盐碱化进程。霍林河流域近240年来气候存在冷干—暖湿—冷干的多次波动,1880年之前气候以冷干为主,并有小幅度波动;1880年后气候开始转暖,但仍以冷暖波动振荡为主。

黑龙江连环湖近现代沉积速率及粒度反映的气候干湿变化

通过对连环湖沉积物柱芯YCHB样品的放射性核素137 Cs和210 Pb测验结果进行研究,表明该柱芯137 Cs自1954年初次沉降以来存在1963年、1975年和1986年3个比较突出的蓄积峰,获得连环湖沉积物记录的137 Cs相应时标年份到采样年份(2010年)的平均沉积速率分别是0.170g/cm2.a-1、0.072g/cm2.a-1、0.054g/cm2.a-1及0.051g/cm2.a-1。借助210PbCRS计年模式,发现连环湖过去176年间的沉积速率是波动的,先升高后降低是其总体趋势,这种波动的沉积环境可能与人类在连环湖地区相应历史时期的活动有着密不可分的关系。探讨了两种计年结果差异产生的可能原因。比较分析了当地年均降雨量与沉积物柱芯YCHB对应时段颗粒的中值粒径之间的关系,发现该地区的降雨量和连环湖沉积物粒度的中值粒径(d(50))在受到人类活动影响较少的情况下表现出较好的相关性,即同步波动性良好。在针对湖泊沉积高分辨率、短时间尺度(年际、10a)的研究中,沉积物粒度的中值粒径是指示湖区降雨量变化的有效指标。

近300年来岱海流域气候干湿变化与人类活动的湖泊响应

根据岱海 6 0cm柱状岩芯的磁化率、孢粉、粒度等环境指标的分析结果 ,对历史时期岱海气候干湿变化和人类活动的湖泊记录进行探讨 .岱海湖泊沉积记录近 30 0年来的气候干湿变化可划分七个阶段 ,与历史记载有较好的一致性 ;频率磁化率高值段对应气候偏湿阶段 ,低值对应气候偏干阶段 .人类活动特别是人口增加和土地开垦 ,加剧流域水土流失 ,导致湖泊沉积物中细颗粒组分增加 ,频率磁化率升高 ;孢粉Ulmus的变化受流域人口增加的影响 。

四川省气候干湿变化的特征及其影响因子

为四川农业区划及生产应用提供科学依据,选择1980-2016年四川省32个气象站点逐日气象数据资料,采用Penman-Monteith模型计算各站点参考作物蒸散量和地表湿润指数(SWI),并运用气候倾向率、敏感性系数、气象因子敏感系数贡献率与Arcgis空间插值等方法分析SWI,研究四川省气候的干湿变化特征及其影响因子。结果表明:四川气候总体呈干旱化趋势,东部与南部干旱趋势较大,其余地区均呈湿润趋势;SWI相对1980s、1990s、2000s和2010s 4个年代际呈先逐渐变湿润再逐渐变干旱的过程,其季节差异较大,冬春季呈季节性干旱;敏感性最高的气象因子是日照时数,其次是相对湿度;对SWI贡献率最大的气象因子是相对湿度,其次是日照时数。

中国北方气候干湿变化及干旱演变特征

利用中国北方15个省(区、市)320个气象站1960—2014年逐月降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)、标准差和相关分析等方法,基于不同时间尺度,对近55年来中国北方及不同干湿区气候干湿时空变化特征进行分析,并从干旱站次比、干旱强度等方面分析了年际干旱的时空变化特征。结果表明:(1)1960—2014年中国北方地区整体呈变干趋势,年际干旱站次比和干旱强度在同步波动中均呈下降趋势。(2)1960—2014年北方地区春季和冬季呈湿润化趋势,冬季湿润化趋势最明显,夏季和秋季呈干旱化趋势,夏季干旱化趋势最显著,夏季降水对年干湿状况的变化起决定性作用。(3)湿润区和半湿润区有干旱化趋势,而干旱区和半干旱区均呈湿润化趋势发展;湿润区和半湿润区年际干旱站次比、干旱强度呈上升趋势,而干旱区和半干旱区则相反。(4)中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区以及处于季风区和非季风区分界线两侧的半湿润区和半干旱区气候干湿变化均呈显著同步波动变化趋势,而中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区与中国北方西部非季风区的干旱区气候干湿变化呈显著反向波动变化趋势,夏季具有同样的规律,而冬季和春季四大干湿区干湿变化具有较好的同步一致性。

基于SPI的大兴安岭林区气候干湿时空变化

明确气候变化背景下大兴安岭林区气候干湿状况的变化特征,可为更好地预测森林火灾、保护森林资源提供科学依据。利用黑龙江省大兴安岭林区6个气象站1974—2016年的逐日降水量资料,采用标准化降水指数(SPI),分析了该区域1974—2016年气候干湿状况的变化规律。结果表明:1974—2016年,黑龙江省大兴安岭林区气候总体呈湿润化趋势,但阶段性变化明显,特别是进入21世纪以来,气候干湿波动剧烈;年尺度上,仅呼玛的气候呈不明显的干旱化,其他各站的气候状况均表现为湿润化趋势;季节尺度上,呼玛夏季、塔河秋季的气候表现为不同程度的干旱化趋势,其他各站点各季节的气候均表现为不同程度的湿润趋势;且相关分析结果表明,夏季降水对年气候干湿状况的变化起到决定性的作用,为大兴安岭林区气候湿润化的主要贡献者。

青藏高原大通河流域气候干湿状况时空分布研究

利用气候倾向率法、反距离加权插值、Mann-Kendall法、小波分析等对大通河干燥指数演变特性进行了分析,以期为流域农业发展布局、生态环境保护以及梯级水电站调度运行提供科学依据。结果表明:大通河流域地表有不显著变湿趋势,干燥指数减小率0.05/10a,但这种湿化表现为反持续性;流域气候空间上为南干北湿,东干西湿,干湿状况在流域上呈现出比较明显的带状交替格局;流域四季与全年一样表现出变湿趋势,其中以春季和冬季湿化较为明显,干燥指数减小率分别0.049/10a、3.79/10a,但只有冬季通过显著性检验,且冬季湿化趋势具有反持续性;季干燥指数空间分布不均,表明流域季节气候干湿变化存在着明显的地域差异性;干湿周期分析显示,流域存在7、17及29a的周期,春季存在4、13和28a的周期,夏季存在8、17及30a的周期,秋季周期对应5、17及26a;冬季气候对应5、9及29a的周期。

贵州气候干湿状况及影响因素分析

基于贵州85个气象观测站19612015年逐日气象资料,采用相对湿润度指数、线性趋势、M-K突变检验和空间分析等方法研究了近55年贵州地区气候干湿变化特征及其影响因素。结果表明:贵州相对湿润度指数多年平均值为77.8%,属于湿润区;近55年相对湿润度指数呈不显著的递减趋势,递减趋势为1.8%/10a,并在1979年发生突变;季节变化差异显著,春季和秋季气候呈显著由湿变干的趋势,冬季有明显的湿润区和半干旱区。影响贵州气候干湿的主要因子是降水量、相对湿度、日照时数和太阳辐射。

太湖流域公元960年以来的气候干湿变化研究

利用史料和文献建立了太湖流域公元 96 0～ 1992年的逐年干湿等级序列 ,对此序列进行了周期分析和突变分析。分析表明 ,本区近千年来的历史干湿气候变化是一种复合振动 ,其主周期是准 10 0年 ,另外还有多个周期 ,这些周期与天体活动密切相关。统计还发现 12 47～ 12 6 3年附近由干变湿和 16 18～ 16 35年附近由湿变干的两次非局地性气候突变事件。其中 ,14、15世纪是太湖流域近千年来最湿润的时期 ,它可能是东亚地区大范围气候变湿波动的体现。

近40年来辽宁地区气候干湿界线年代际波动及其成因

应用1961—2004年辽宁省内52个气象站的温度、降水、湿度、风和日照等气候资料，采用改进的Penman模型计算了辽宁地区近40年的潜在蒸发量，讨论了其时空代表性及分布特征；以干燥度指数为干湿气候区的划分标准，通过对该地区近40年干湿气候界线波动状况的对比，在10年际尺度上详细分析了其干湿气候界线波动及变化规律．结果表明，20世纪60年代以来，辽宁省干湿气候界线波动显著，呈现出整体移动的特征，但半湿润与湿润、半干旱与半湿润两条界线并未表现出同进、同退的年际变化特征．20世纪90年代辽宁省干湿气候存在一次突变，半湿润与湿润界限明显东移，半干旱与半湿润界线明显西移，半干旱和湿润区面积都显著缩小，半湿润区面积显著扩大．辽宁西部的气候干湿状况主要由西太平洋副热带高压和东南季风控制，辽宁东部的气候干湿状况除受西太平洋副热带高压和东南季风的影响外，还应考虑到地形降水的作用。

云南省气候干湿状况时空变化特征研究

为研究云南省气候干湿变化特征,将云南省分为五个分区,并采用云南省31个气象站点1970~2014年的逐日气象水文资料,计算了云南省区域潜在蒸散量,并结合M-K法和小波分析法研究了云南省各区干燥指数的时空变化特征。结果表明,近45年云南省各区气候呈变干趋势,其突变年份主要集中在1972年左右和2009年以后,除春季呈变湿趋势外,其他季节均呈变干趋势,其中秋季最为明显;云南省湿润和半湿润区主要集中在滇西南、滇东南和滇西北,半干旱区主要集中在滇东北和滇中,各季节基本上均表现出中间干四周湿的分布特征,气候最干燥区均集中在滇中和滇西南靠近干热河谷的地区;云南省气候变干趋势由西北向东南越来越明显,春季中西部呈变湿趋势,东部呈变干趋势,夏季变干趋势由中部向东部和西部越来越明显,秋季变干趋势由西向东越来越明显,冬季与秋季相反;云南省干湿变化普遍呈现约为2、28年的干湿周期。研究结果为云南省区域水资源配置提供支持。

内蒙古半湿润与半干旱过渡区气候干湿变化差异研究——以赤峰市与呼伦贝尔市对比为例

利用1978-2018年赤峰市与呼伦贝尔市共12个气象站点的气象观测数据,运用线性回归、滑动平均等方法分析两市降水及气温的变化特征,并结合M-K检验法以及Morlet小波分析法,对比分析两市气候干湿变化所带来的影响。结果表明:在气温方面,1978-2018年赤峰市与呼伦贝尔市年平均气温均呈波动上升趋势,上升增率分别为0.11、0.25℃/10a,两市年均气温均在1982年发生突变,年均气温变化主周期分别为14和10 a;在降水方面上,赤峰市年降水量增率为2.43 mm/10a,呼伦贝尔市为-9.76 mm/10a;夏季降水倾向率最为明显,两市分别为6.71、-11.09 mm/10a,两市年降水量均发生了多次突变,年降水量变化主周期分别为12和8 a;1978-2018年赤峰市气候向暖湿化发展,呼伦贝尔市气候则趋向暖干化,这对于处于农牧分界地带的两市农业生产有较大的影响,适时制定科学合理的农牧业规划十分必要。

1954～2015年昆明太华山站气候干湿变化分析

为科学认识滇中地区气候干湿的时间变化趋势和特点,使用线性倾向率、多项式、相关分析和功率谱分析方法,探究资料连续性、代表性和准确性良好的昆明太华山气象站平均相对湿度的时间变化。结果表明,平均相对湿度可作为度量和指示较长时段(季节和年)气候干湿变化的重要指标;滇中地区气候干湿年际波动大,1954~2015年太华山站历年气候湿润度未呈现显著的线性变化规律,不存在线性变湿或变干的倾向性,除冬季以外的各季节(含雨季和干季)和年的平均相对湿度,其62年的变化趋势都可用高阶次多项式曲线模拟,并呈现"干-湿-干-湿"的阶段性波动和周期性变化特征。

我国干旱半干旱区气候变化特征及其对干湿波动的影响

气候干湿状况是表征区域气候特征的重要指标,是在全球气候变暖背景下,水循环与陆面蒸散发作用的综合结果。本文从湿润度指数入手,结合降水与潜在蒸散的时空变化,分析了我国干旱半干旱区气候特点与干湿变化特征及对土壤湿度的影响。分析发现:近50年来,我国干旱与半干旱区均呈变湿趋势。干旱区与半干旱区潜在蒸散与降水月差值在年内出现时间上存在不一致,且干旱区明显大于半干旱区;3~9月为干旱气候区潜在蒸散与降水差值大值期,3~6月半干旱区潜在蒸散明显大于降水,7月起差值明显减小。作用分析表明,在干旱区,降水对湿润度指数的影响更大,而对于半干旱区,降水与潜在蒸散作用相当。长期以来,我国整个干旱与半干旱区大部分土壤湿度在逐渐变干,尤其是农业耕作层的浅层土壤,几乎全区域一致呈现变干趋势,说明我国干旱半干旱区农牧业生产存在较大的潜在干旱风险。

基于TerraClimate数据集的1960—2019年中国干湿气候变化特征

考虑地理地形和下垫面等因素的影响,选用高空间分辨率TerraClimate数据集分析中国干湿气候变化特征具有重要意义。以该数据集1960—2019年的降水和蒸散月度数据为基础,基于降水量和湿润指数对中国各干湿区范围、干湿气候界线以气候变化趋势进行了分析。结果表明:前后30 a相比,基于两种指标划分的干旱区和湿润区面积负增长,半干旱区和半湿润区面积正增长;各区分界线主要在黑龙江、内蒙古中部和东北部、淮河以及黑龙江等地按年代波动;近60 a来,我国的降水量和湿润指数变化趋势不显著,均在西部和东南部趋于增大,气候变湿,在中部和东北部趋于减小,气候变干。与利用气象站点观测资料的研究结果进行对比评价,TerraClimate数据集能够很好反映中国区域的干湿状况及其变化特征,且降水数据的适用性更为突出。

IHACRES模型在不同干湿气候区小流域的应用研究

选取不同干湿气候分区的洞庭湖武水、伊洛河伊河、湟水北川河和黄河清水河4个山区小流域为研究对象,对IHACRES模型产汇流参数进行率定,评定径流模拟精度,分析导致径流模拟结果差异的原因;探讨不同率定资料长度条件下,模型在各气候区流域的模拟精度及参数收敛性。结果表明:IHACRES模型在气候湿润区流域模拟效果明显优于半干旱半湿润区流域模拟效果,湿润区流域NSE在0.9以上,半湿润区流域NSE在0.75左右,半干旱区流域NSE在0.55左右;同时半干旱半湿润区流域枯水期模拟径流与实测径流拟合程度较低,与气候水文特性和模型结构有关;湿润区流域率定资料需3年,NSE及参数基本稳定;半干旱半湿润区流域参数收敛性较差,率定资料在4~5年,NSE及参数基本稳定;该模型可以在气候湿润区流域进一步推广应用。

1961～2015年中国气候干湿状况的时空分异

气候干湿状况由降水量和潜在蒸散ET。共同决定,是表征区域环境特点的重要指标.本研究基于气象站实测数据,首先利用FA056Penman-Monteith模型计算ET_o,然后采用年干燥度指数K(年ET_o与降水量之比)研究了1961~2015年中国陆地气候干湿状况的时空分异规律,并讨论了干湿变化的主导气候因子,结果显示:秦岭-淮河一线年降水量和ET_o大致相等(K≈1.0),该线以南、横断山脉以东的大部分区域降水量高于ET_o(K<1.0),气候湿润;而西北内陆地区降水量远小于ET_o(K≥4.0),气候干燥.全国总体干湿状况围绕平均值上下波动,且线性变化趋势不显著,但其中存在一段跨度约10年的相对湿润时期(1987~1996年).全国总体干湿状况在3年、7~8年、11年和26~28年的时间尺度上表现出了较强的周期性.气候干湿变化趋势及周期性的区域差异明显,其中西北和青藏高原西部等地区湿润程度增加幅度较大,而云贵高原、四川盆地和黄土高原等地区干燥程度增加幅度较大,但区域干湿变化的线性趋势大多不显著.大部分地区气候干湿变化在8~14年的周期上表现出较强的节律性.降水量是大部分区域干湿变化的最重要影响因子,特别在中国北方地区气候干湿变化与降水量高度相关.