1961-2009年宁夏大到暴雪气候特征和变化规律

选取宁夏20个气象观测站的天气现象和降水量观测资料,运用合成、Le Page检测、Mexihat小波变换和最大熵谱法,分析了宁夏大到暴雪发生次数的气候特征和年际、年代际的变化规律及其突变和周期.结果表明:宁夏大到暴雪多发生在春季和秋季,南多北少地域特征明显,15mm以下大到暴雪出现频次高,年际、年代际的变化特征明显,连续偏少年持续时间长,多发期具有明显突变特征,具有多时间尺度显著周期.

宁夏降雪日数的气候特征和环流结构

选取常规气象观测资料和大气环流特征量,运用统计分析、最大熵谱法和相关分析方法,分析了1961—2010年50 a期间宁夏降雪日数的气候特征和影响的大气环流。结果表明:宁夏各等级降雪日数,在季节上均呈现双峰型分布,峰值点出现在春季和秋季,冬季时,降雪等级越高,出现的概率越低;地理分布型基本一致,自北向南明显增加,高发中心与地形特征关系密切;以非持续性1 d的出现频率较高,随降雪量级的增大,持续时间缩短;降雪总日数减少,小雪、大雪和暴雪的降雪贡献减少,中雪的降雪贡献增加;具有短中长不同时间尺度的周期变化。影响宁夏降雪日数的大气环流系统主要是北半球极涡、西藏高原指数、大西洋欧洲环流型和欧亚(亚洲)环流型。与宁夏降雪日数显著相关的大气环流特征量是随季节变化的,相应的大气环流特征也不同,但影响机制相同,均为宁夏降雪天气提供了冷空气条件和水汽条件。

宁夏冬季采暖期对气候变暖的响应

利用1961~2014年（10月至次年4月）宁夏20个气象站气候资料,分析宁夏冬季采暖期的时空变化特征,以及采暖期内气候资源的变化特征及其对采暖强度的影响。结果表明：（1）宁夏由南到北采暖初日推迟,终日提前,采暖强度减弱;（2）与实际供暖初、终日期相比,北部引黄灌区采暖初日偏晚,终日偏早,采暖长度短于供暖长度;中部干旱带两者基本接近;南部山区采暖初日偏早,终日偏晚,采暖长度长于供暖长度;（3）随着气候变暖,近53 a宁夏采暖初日推后,终日提前,终日提前趋势较初日推后趋势更明显,采暖期长度缩短,北部引黄灌区缩短最多;整体上,采暖强度显著减弱,但2002年以后中北部地区气温降低,导致日平均采暖强度及采暖强度有增加趋势;（4）夜间升温对采暖强度减小的贡献大于白天升温的贡献;（5）近53 a日照时数和降水量变化对中南部地区采暖强度的影响大于北部引黄灌区;（6）气候变暖对减少冬季采暖能耗的贡献为12.8%~16.5%,但中北部地区2002年以后对减少采暖能耗的贡献有所降低。

2008年1月宁夏持续连阴雪低温极端天气气候背景及影响因子

用1961～2008年宁夏主要台站1月气温、降水量资料,NCEP/NCAR全球逐月2.5°×2.5°的高度场、风场资料和NCEP1973～2007年欧亚积雪等资料,分析了2008年1月宁夏持续连阴雪低温极端天气的主要成因。大气环流异常是导致2008年1月宁夏持续阴雪低温天气的主要原因;前期海温与欧亚积雪异常可能联合作用影响大气环流异常导致此次天气事件发生。欧亚积雪异常影响次年1月宁夏降水异常的可能机制是:积雪异常在积雪异常区激发波动,在30°～60°N通过波列的形式导致大气环流异常,从而影响宁夏1月降水异常。

宁夏夏季日数相关要素的变化特征及其对气候变暖的响应

采用1961—2010年宁夏逐日最高气温资料,分区域分析了夏季日数相关要素的变化特征及其对气候变暖的响应.结果表明,各区域夏季日数均有上升趋势,于1997—1998年发生突变,夏季日数上升速率为2.6~3.9 d/10 a,其中引黄灌区最大;日最高气温〉25℃的起始和终止日期分别有提前和推迟趋势,起始日期提前增加了春季发生霜冻的风险性,引黄灌区和南部山区分别有以起始日期显著提前和终止日期明显推迟为特征的延长趋势;中北部地区夏季日数的极端性趋势显著.各要素对气候变暖有不同程度的响应,响应趋势及显著性与各要素变化趋势基本一致;年平均气温每增加1℃,夏季日数增加9.5~11.1 d,南部山区增加最多;日最高气温〉25℃的终止日期对气候变暖最为敏感,其他要素突变时间均滞后于年平均气温的突变时间.

基于地温的宁夏初霜冻日期气候演变及环流异常成因

利用1961年以来宁夏20个气象站地面温度、美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)逐月位势高度场资料、研究宁夏初霜冻日期最新的气候演变特征及其环流异常的影响,为宁夏开展霜冻灾害预测工作提供理论支撑。结果表明:(1)宁夏初霜冻日期呈现“南早北晚”空间分布特征,黄土丘陵区最早,中部干旱带次之,最晚出现在引黄灌区,这与日平均最低气温“南低北高”分布型相一致。(2)全球明显变暖前后宁夏初霜冻日期呈现出显著差异,相较于气候平均值(1981—2010年),变暖前(1961—1980年)初霜日期普遍偏早,平均出现在9月下旬,各地平均偏早7 d;变暖后(1981—2019年)则明显偏晚,平均出现在10月上旬,各地平均偏晚2 d,2000年以后更是平均偏晚5 d。(3)宁夏初霜冻日期自1961年以来明显推迟,趋势为3.0 d·(10a)^(-1),其中引黄灌区最为显著,可达到3.2 d·(10a)^(-1),中部干旱带与黄土丘陵区次之,分别为2.6 d·(10a)^(-1)、2.7 d·(10a)^(-1);但在气候变暖背景下仍会发生初霜冻异常偏早的情况,引黄灌区、中部干旱带和黄土丘陵区新世纪以来偏早的概率分别为15%、25%和30%。(4)宁夏初霜冻偏早年与偏晚年的高、中、低层大气环流存在显著的年代际和年际差异,其空间分布明显相反,当初霜冻日期偏早(偏晚)时,东亚大槽较常年偏强(偏弱)、西太平洋副热带高压偏弱(偏强),有利于(不利于)冷空气活跃南下。

宁夏近60 a寒潮变化特征及其环流异常

利用1961—2020年宁夏逐日最低气温观测资料及同期位势高度、海平面气压场和风场逐月再分析资料,分析近60 a宁夏24 h、48 h、72 h不同历时寒潮、强寒潮、超强寒潮的时空演变特征,并进一步揭示寒潮变化的大气环流异常特征。结果表明:(1)宁夏近60 a不同强度、不同历时寒潮一致表现为“东多西少、北多南少”的分布特征,这与冷空气路径及宁夏地形有关。(2)全区寒潮、强寒潮、超强寒潮频次分别占全年总寒潮频次的71.7%、22.6%和5.7%,寒潮以24 h和48 h为主,而强寒潮及超强寒潮不同历时的频次比例相当;各类寒潮存在1—4月递减、10—12月递增的逐月变化特征。(3)宁夏近60 a寒潮、强寒潮、超强寒潮分别以4.5站次·(10a)^(-1)、2.8站次·(10a)^(-1)及0.18站次·(10a)^(-1)的速率减少,其中24 h及48 h短历时频次减少,但72 h长历时增多;且1960s最多,之后波动减少,1990s达到最少,2000s以来波动增多,20世纪80年代后期寒潮及强寒潮发生突变。(4)宁夏寒潮突变前后的大气环流呈现出完全相反的分布特征,之前环流形势利于极地冷空气活跃南下,之后则相反;但1961—2020年及突变前后宁夏寒潮的关键影响系统较为一致,当乌山阻高异常偏强、东亚大槽偏强、欧洲西岸高度场异常偏低、贝加尔湖西侧以气旋性环流为主、极地冷高压活跃时,有利于中高纬冷空气活跃南下,宁夏寒潮则偏多,反之则偏少。

气候变暖对贺兰山东麓酿酒葡萄热量资源及冷冻害的影响

利用宁夏贺兰山东麓各地1981年以来气象资料,分析了气候变暖对酿酒葡萄生育关键期主要热量资源和冷冻害的影响。结果表明:1981年以来,随着气候变暖,贺兰山东麓酿酒葡萄发育期4—9月各地各月平均气温显著上升,1997年前后发生突变,突变后部分年份较常年同期偏高1℃以上,其中放条萌芽期4月平均气温上升显著,但月内波动幅度增大,酿酒葡萄遭受霜冻或强降温危害的风险增加;7—8月浆果生长和成熟期低温事件发生的可能性仍然较大;气候变暖使活动积温显著增加,中晚熟品种积温保证率达100%,4—9月3300℃(成熟度高,葡萄酒质量好的临界积温)的积温保证率明显提高;无霜期延长,晚熟品种的保证率提高,部分年份活动积温和无霜期满足极晚熟品需求;大部分地区冬季低温冻害相关要素变化趋势都不显著,其中出现持续低于-17℃(冬季受冻临界气温)日数减少,极端最低气温升高,但仍然低于-17℃,惠农、贺兰、平罗、银川20 cm深度-4℃以下日数减少;春季适宜放条期后出现霜冻的年份和日数增多,霜冻过程的最低气温明显降低,出现伴随霜冻的中等及以上强度冷空气频率和次数增加,强度增强。气候变暖对宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄生产有利有弊,不同品种酿酒葡萄对气候的适用性不同,因此在酿酒葡萄生育各关键期,仍需加强极端天气气候事件和气象灾害的监测和防范工作,减轻或避免气候条件变化对酿酒葡萄产业发展的不利影响。

宁夏近50a降水集中度和集中期特征分析

利用宁夏气象台站1961-2010年逐侯降水量序列资料,研究了表征降水量时间分配特征的降水集中度(PCD)和集中期(PCP)的空间分布与年际变化特征。结果表明:宁夏降水PCP与PCD空间分布特征明显,中北部PCP比南部山区偏早1候,PCD自北向南逐渐减小,北部1年中最大降水出现的时间变率较大,且出现极端降水的可能性比中南部大;1961-2010年全区PCD与PCP呈微弱的下降趋势,但近20 a PCD明显增大,PCP显著推迟;PCD与PCP显著正相关,PCP出现得越晚,PCD集中度越高;各地的PCD与年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量都有非常好的正相关性,正相关中心区位于北部的惠农、陶乐、中卫,中部的盐池、麻黄山和南部山区的大部,上述地区降水越集中,年降水量、汛期降水量以及年日最大降水量越大,导致洪涝灾害发生的可能性将越大;宁夏汛期降水多雨年各地降水更集中,且大降水中北部大部易出现得早,南部出现得晚;中高纬的北极涛动和低纬的南海季风对宁夏降水集中度有着显著的影响,北极涛动偏弱的年份,南海季风爆发偏早的年份,宁夏各地年降水比较集中。

宁夏0℃积温时空演变特征分析

利用宁夏全区25个气象台站日平均气温资料,统计分析≥0℃积温的时空演变及其开始、结束日期的变化特征;采用复Morlet小波分析方法和Mann-Kendall突变检测方法,揭示了宁夏不同区域≥0℃积温的周期及突变特征;并对其演变成因进行了初步探讨。结果表明:近50 a宁夏各区域≥0℃的积温均呈增大趋势,积温的持续时间明显延长;全区及引黄灌区0℃积温在1997年出现由少到多的突变,在周期上存在3～4 a和9 a左右的长周期;≥0℃积温期间引黄灌区极端最低气温<0℃的出现日数明显减少,由此而引起的冻害也相应减少。造成宁夏≥0℃积温增加、持续时间延长的主要原因是气候变暖前后大气环流出现了明显调整。变暖前,500 hPa高度场上中高纬度地区,特别是巴尔喀什湖附近易于形成低槽,有利于极地冷空气南下影响宁夏区域,造成气温偏低,≥0℃的积温偏小;气候变暖之后,500 hPa环流场发生了显著变化,中高纬度地区经向环流减弱,纬向环流增强,不利于槽区的形成和发展,极地南下冷空气活动次数减小,下游大范围区域内的气温升高,对应的0℃积温增加。

CI综合气象干旱指数在宁夏的本地化修正及应用

利用宁夏20个气象观测站近50 a逐日平均气温和降水资料,采用累积频率法对CI综合气象干旱指数进行了本地化修正。通过对比分析,修正后的指数对干旱的演变反映更为合理,对干旱事件的监测效果更好,适宜在宁夏应用。其应用分析表明:麻黄山、海原、固原、西吉4地春季、夏季和秋季各季节的干旱日数均增加,强度均增强;秋季所有地区干旱日数增多,强度增强,且大部分地区秋季干旱日数增加幅度最大;固原及以北地区的干旱增加趋势明显高于南部阴湿地区,且干旱中心向西转移,21世纪以来同心和兴仁变为干旱中心。干旱事件中大部分干旱等级的日数与干旱日数和强度具有相同的变化趋势;春季大部分地区重旱和特旱日数的增加对其干旱日数的增加贡献率最大;夏季,盐池、麻黄山、固原和泾源特旱日数的变化对干旱日数变化贡献率最大;秋季,大部分地区中旱日数的变化对干旱日数变化的贡献率最大。21世纪以来,春夏季大部分地区干旱事件频率达到年代最高或次高值,且中部干旱带频率高于南部山区,大部分地区特旱日数达到年代最大值;秋季干旱事件频率减小,所有地区各干旱等级日数明显少于1980年代和1990年代。

21世纪以来宁夏冬季气温异常及500hPa环流特征

利用1961年以来宁夏冬季逐日气温资料及NCEP再分析资料和环流特征量资料,重点分析了21世纪以来宁夏冬季气温异常特征及同期500 hPa环流变化特征。结果表明:冬季平均气温和最低气温极小值明显上升,夜间气温异常偏低日数显著减少,白天气温异常偏高日数显著增加,大部分地区夜间气温异常偏低日数减少趋势大于白天气温异常偏高日数的增加趋势。21世纪以来,易发生极端冷暖事件,异常偏高年份多于异常偏低年份。2007/2008冬季以后为1997年以来冬季平均气温偏低频率最高时段;冬季阶段性平均气温异常有4个特征:(1)气温异常主要出现在1月和2月;(2)异常偏低的幅度明显大于异常偏高的幅度;(3)相邻2旬间气温变化幅度增大;(4)最冷时段发生变化。从年代际变化看,冬季平均气温、最低气温极小值、白天气温异常偏高日数为最高或次高值,夜间异常偏低日数多为最低或次低值。500 hPa高度上宁夏上空是影响冬季气温异常的关键区,其年代际及冷暖年强度变化是造成气温异常的最直接原因。宁夏冬季气温对亚洲西风环流指数和西太平洋副热带高压强度指数的响应更加敏感。

宁夏7月严重干旱事件的成因分析

利用近50 a宁夏20个主要气象站降水序列、大气环流特征量、NCEP再分析的高度场、风场、海温等资料,研究了宁夏7月干旱事件的时空分布规律及相对冷、暖背景下严重干旱事件的大气环流异常的特点、干旱事件与海温异常的联系。结果表明:近50 a来,宁夏干旱事件发生的概率北部多于南部;2000年以来,发生干旱的几率增加。冷干年,虽具备降水的动力条件,但南支气流明显偏弱,水汽条件缺乏;此外,200 hPa强盛的青藏高压,造成河套地区天气晴好;暖干年,500 hPa高度场上蒙古国及我国河套一带暖性高压脊的存在,及700 hPa、200 hPa风场上青藏高原东北侧的反气旋环流、河套地区偏东风和偏北风,造成宁夏冷空气活动偏弱,水汽条件缺乏。厄尔尼诺事件及热带印度洋海水的偏暖,影响大气环流异常,造成水汽输送偏南,冷空气强度偏弱,且位置偏北,进而造成河套一带形成干旱的可能性较大。

宁夏盐池通用机场预选场址气象条件可行性分析

利用气象站近10年逐时和逐日气象观测资料,对盐池通用机场预选场址的风速、风向频率、温度、降水,以及低能见度、低云、沙尘、雷暴、积雪、大风、冰雹等影响机场场址选择的天气气候条件进行了分析.结果表明,盐池通用机场预选场址区域具有年平均风速低,风向季节变化规律明显,年静风频率高的气候特点.全年各月平均风速在2.1~3.0 m/s,风向以WSW,W,WNW和SSE为主,累计频率超过30%.0.0~5.0 m/s风速等级风和静风的累计频率达90.6%.整个机场预选场址区域低能见度日数少,能见度好;出现小于800 m,800 m^2 km,2~4 km的能见度天气的年平均日数分别为2.7,2.9,2.0 d;大风、雷暴、冰雹、闪电、沙尘暴等天气年平均日数分别为13.2,17.2,0.3,10.8,13.4 d.总体而言,整个预选场址具备建设通用机场的优良的天气气候条件,非常有利于该通用机场工程的设计及将来的安全运行.

不同分布型El Nio事件次年宁夏春季降水的差异

利用1961~2014年春季宁夏20个气象站的降水及NCEP再分析等资料,重点分析了不同分布型El Nino事件次年宁夏春季降水的差异。结果表明：由于El Nino事件在1990年代以后主要转为中部型,宁夏春季降水对El Nino的响应也发生了变化,由之前在El Nino发生次年春季降水偏多,转为次年春季降水偏少。东部型和混合型El Nino事件次年春季,500 h Pa高度距平场上欧亚中高纬地区环流分布及700 h Pa水汽输送条件,均有利于宁夏出现降水;而中部型El Nino事件次年春季,青藏高原南侧以偏西风为主,青藏高原东南侧相对湿度较低,不利于宁夏春季出现降水。

基于前期海温异常的宁夏5～9月候降水量客观预测方法及检验评估

利用宁夏1981-2014年降水资料,通过相关分析,发现与宁夏降水关系较好的主要是赤道太平洋、印度洋、北大西洋及西太平洋海温,其关键的影响时段为5月各候、6月第3候、8月1-3候、9月4-6候。利用多元回归方法,建立基于前期海温异常的候降水量客观预测模型。总体看来,模型对宁夏引黄灌区和南部山区拟合效果好于中部干旱带,对5月、8月、9月拟合效果最好。模型对各区域候降水量≥10 mm的准强降水过程预测,总体评分高于＂异常相似释用预测方法＂;南部山区预测效果最好,引黄灌区预测能力较弱;从各月看,6月和9月的预测准确率相对较高,5月预测准确率最低。模型对引黄灌区候降水量≥5 mm的过程预测,6月效果最好。利用模型预测的2014年5-9月各站准强降水过程,ZS评分高于实时发布的业务产品。

宁夏夏季降水集中程度与旱涝关系的研究

利用宁夏主要气象台站1961～2010年逐侯降水量序列资料,研究了表征降水量时间分配特征的降水集中度(PCD)、集中期(PCP)与表征旱涝程度的Z指数之间的关系,结果表明:宁夏夏季各地降水PCP基本出现在7月4～5候,PCD空间分布特征明显,自北向南逐渐减小,北部一年中最大降水出现的时间变率大,且出现极端降水的可能性比中南部要大;近50 a全区夏季PCD与PCP整体呈微弱的下降趋势,但2000年代增大,PCP变幅加大;夏季PCP和PCD显著正相关,PCP出现得越晚,PCD集中度越高;宁夏夏季干旱Z指数在1960年代到1980年代中期变幅较大,易出现大旱大涝,1980年代中期以后变幅明显减小,尤其是1980年代中后期以及1997年以后的绝大部分年份为正常;夏季降水PCD对干旱有显著的影响,降水PCD高,雨涝发生的概率越大,降水集中度低,干旱发生的概率大;主汛期7～8月副高的位置对宁夏旱涝有一定影响,偏旱年份副高易偏南,偏涝年份易偏北。

宁夏近50年极端强降水事件的时空变化分析

[目的]研究近50年宁夏极端强降水事件的时空变化特征。[方法]根据宁夏20个站点1961～2010年的逐日降水资料,采用百分位的方法定义宁夏极端降水事件的阈值,选取极端降水事件的降水量、频率、强度等多个指标,并利用线性回归和M-K非参数统计检验法分析了宁夏极端降水事件的时空分布及变化趋势特征。[结果]采用百分位法确定的宁夏近50年平均极端降水阈值大致呈现从南到北逐渐减小的分布状况,阈值较大的区域主要位于宁夏海原以南的固原地区,较小的区域位于宁夏的同心、盐池以北的大部地区,与宁夏气候平均年降水量的分布极为相似;近50年宁夏大部分地区的极端降水频率、极端降水量以减少趋势为主,而极端降水强度呈增大趋势。对麻黄山、六盘山2个典型站的极端降水事件分析发现,麻黄山极端降水频率与极端降水量呈减少趋势,极端降水强度为增大趋势,六盘山极端降水频率、极端降水量与极端降水强度均呈减少趋势;麻黄山年极端降水频率在1994年之前呈减少趋势,1994年以后呈增加趋势,突变发生在2003年;年极端降水强度1984年以来为增加趋势,突变时间为1984年,六盘山从1978年至今为减小趋势。[结论]该研究为宁夏气候突变分析提供理论依据。

西北通用机场选址气候论证关键评估指标研究

在探讨各类气象要素与通用机场选址联系的基础上,对西北地区通用机场选址气候论证中关键气象评估指标及其重要程度进行了分析研究,并利用2000-2009年平罗气象站和2011-2012年沙湖机场临时气象站观测资料,采用统计诊断分析方法对石嘴山沙湖通用机场场址的气象条件进行了分析评估。研究结果表明：风速、风向,能见度,天空云量、云状、云高等是西北通用机场选址需要重点考虑的气象要素。根据气象要素在通用机场选址中所起的功用和重要程度,西北通用机场选址气象评估指标大致可以划分为6大类。其中,Ⅰ-Ⅲ类指标是场址能否建设通用机场的决定性关键气象指标;Ⅳ、Ⅴ类指标是评估机场场址未来运行效率、工程设计、投资成本的重要参考指标;Ⅵ类指标主要用于特殊场址评估。石嘴山沙湖机场场址区域全年盛行风向明显,风速以低风速为主,大风天气少,能见度状况优良,雷暴、冰雹和沙尘暴等恶劣天气少,天空低云少,且低云中层积云、积雨云和碎积云所占比例低,月降水少,最大温差变幅小,具备作为通用机场场址的良好气象条件。

宁夏灌木碳储量及其价值估算初探

利用1990—2010年宁夏森林资源清查资料,结合文献中的参数,初步估算宁夏灌木碳储量,并在此基础上,利用市场价值法估算灌木碳储量价值.结果表明,随着宁夏灌木面积的增加,宁夏灌木碳储量从1990年的76.25万t增加到2010年的272.69万t,年均增长9.8万t.1990,2000,2010年宁夏灌木吸收的CO2价值分别为0.53,1.21,1.89亿元,释放的O2价值分别为12.2,27.87,43.63亿元.如果在增加灌木资源面积的同时,加强集约经营,提高灌木单位面积生物量,灌木碳汇潜力会更加明显.