2023年麦收期河南省连阴雨的气候特征和可能成因

2023年麦收期河南省出现了罕见的连阴雨天气,降水和阴雨日数异常偏多,分别为自1961年以来的历史第五位和第二位。分析连阴雨的可能气候成因,主要结论如下:(1)造成连阴雨的环流形势为欧亚中高纬度西高东低,乌拉尔山高压脊持续发展并出现阶段性阻塞,东北冷涡活跃,冷空气能持续南下,西太平洋副热带高压(以下简称副高)偏北、偏强且异常偏西,来自副高西北侧边缘的暖湿气流和冷空气在河南省交汇。(2)副高偏强、偏北、偏西是由偏强、偏北、偏大、偏东的南亚高压和偏强、偏北的东亚副热带西风急流(以下简称西风急流)的引导所致,而东南亚对流层中高层的暖中心偏大、偏北和偏东且呈东西向带状分布,使南亚高压形成了上述的特征。暖中心和东北冷涡的共同作用,使东亚中高层的气温梯度增大,进而加强了西风急流。(3)2023年前期的La Ni1a事件有利于麦收期副高偏北,但不利于副高偏强和明显偏西。麦收期由于台风扰动由泰国湾至菲律宾群岛以东的热带西太平洋对流活跃释放的凝结潜热较多,以及麦收期前期的春季和麦收期伊朗高原至青藏高原的地面感热和潜热较强,使暖中心形成了上述的特征,进而决定了南亚高压和副高的特征。(4)2023年麦收期北大西洋海温偏高,以及北大西洋三极子为负位相,导致了乌拉尔山高压脊持续发展并出现阶段性阻塞,麦收期前期的春季和麦收期伏尔加河至贝加尔湖西北侧地面感热和潜热偏强,而下游贝加尔湖东南侧至鄂霍次克海地面感热和潜热偏弱一定程度上导致上述两区域分别出现了大范围的位势高度正距平和负距平。

推进河南省气候可行性论证的对策建议

开展气候可行性论证工作能够避免或者减轻规划和建设项目实施后受气象灾害、气候变化影响的风险,以及项目对局地气候产生的影响。本文梳理了河南省气候可行性论证工作的发展现状,分析了面临的问题,提出了促进河南省气候可行性论证工作高质量发展的对策建议。

河南省主要河川径流变化归因

为相对全面客观地分析气候变化和人类活动对河南省主要河川径流变化的影响,基于河南省内卫河、伊洛河、洪汝河和唐河流域1961—2022年径流和降水资料,以及国家气候中心根据Penman-Monteith公式计算的年潜在蒸散发资料,比较4个蒸发对比站年潜在蒸散发和蒸发皿年蒸发值,运用Mann-Kendall突变检验法和累积双曲线法分析4个研究流域控制水文站年径流序列的变化趋势和突变年份,以及4个流域年降水和潜在蒸散发的变化趋势。采用基于Budyko假设的弹性系数法对径流变化开展归因分析。结果表明:4个蒸发对比站年潜在蒸散发与蒸发皿年蒸发变化趋势基本一致,4个水文站年径流深及4个流域年降水和年潜在蒸散发均呈下降趋势。4个水文站年径流深分别在1977年、1985年、2008年和2010年发生了突变。气候变化对径流减少的贡献率在卫河和伊洛河流域为7%以下,在洪汝河和唐河流域约为12%~18%,降水减少不显著和潜在蒸散发呈下降趋势是贡献率小的原因,可见人类活动是影响4个流域径流变化的主要驱动因素。

1971-2022年河南省水汽压与能见度的时空分布及其关联

为探究河南省水汽压和能见度的时空分布特征和相关性,利用1971-2022年河南省118个国家级气象站的日最高水汽压和日最小能见度数据,分析了河南省年平均最高水汽压和最小能见度的时空变化特征及二者的相关性。结果表明:(1)年平均最高水汽压呈显著上升趋势,其气候倾向率达0.25 hPa/10a;最高水汽压在1998年发生由低到高的突变;豫中南、豫东及豫北水汽压上升最为显著;最高水汽压变化幅度大值区主要位于豫中南大部、豫西南部分县市。(2)年平均最小能见度呈显著下降趋势,其气候倾向率为-0.56 km/10a;最小能见度在2014年出现下降突变;豫西、豫西南、豫北部分县市及商丘、信阳局部能见度下降显著,变化幅度较大。(3)河南省大部分地区年平均最高水汽压与最小能见度存在显著的负相关(区域平均相关系数约为-0.41),水汽压升高(降低)易引起能见度降低(升高)。

气候韧性视角下城市热环境与空间规划策略研究——以郑州市为例

城市增量扩张引起城市热环境发生显著变化,成为影响人居环境品质、降低城市气候韧性的重要问题.本文以郑州市为例,用城市热岛表征城市热环境,采用定性与定量相结合的方法,基于气象和规划数据分析城市热环境的时空变化,运用GIS分析识别郑州主城区2022年夏季典型日的热岛空间分布及影响因素.为改善城市热环境,利用国土空间规划的调控手段,从优化城市生态空间格局、引导生产空间布局、改善生活空间提质三个维度提出规划策略,以期在国土空间规划体系中进行落实,促进超大特大城市发展方式的转变,为建设韧性城市提供规划路径.

1981-2020年河南省近地面风速时空分布特征

利用1981-2020年河南省日平均10 m风速观测资料,对河南省风速的时空分布特征进行了分析评估。结果表明,河南省风速的气候态具有明显的季节循环特征,在冬、春季节地表风速较大,夏、秋季节风速较小,并且呈现出东强西弱的空间分布特征。在年循环中2月到3月风速增幅最大,其余月份间的风速演变较为平缓。在风速变化趋势方面,空间分布主要表现为西升东降的特征,豫西从过去风速最弱的地区一跃成为近10年风速最大的地区,这也与其他地区风速整体变弱有关。风速EOF的第二模态表明,河南省风速同时也具有一定的年代际变化特征。此外,风速2-9年的年际变率弱于年代际的,即风速的短期变化具有平稳性;但在气候变化的大背景下,出现了系统性的变化趋势,且具有明显的区域性差异。

河南烟区主要气候因子与烤烟烟叶化学成分的关系

为明确影响河南烟区烤烟烟叶化学成分的主要气候因子,利用1981—2013年河南烟区64个气象站气象资料以及烤烟中部烟叶主要化学成分数据,采用数理统计分析方法,分析了河南烟区主要气候特征和中部叶化学成分状况以及二者之间的关系。结果表明,河南烟区烤烟大田期气温适宜、光照充足、雨热同步,9个地市烤烟化学成分含量多在优质烟叶的适宜范围内。烤烟中部叶主要化学成分指标受气候要素的综合影响,不同指标间具有差异;影响的主导气候因子表明,在一定范围内,伸根期高温日数增加对总糖含量和糖碱比增加有利,大田期高温日数增多对两糖比增大不利,旺长期高温日数增多对钾含量增加不利,旺长期日平均气温≥20℃以上日数增多烟碱含量下降,旺长期相对湿度增大总氮含量下降、钾氯比增大,伸根期最高气温上升对氮碱比增加有利,成熟期最低气温上升不利于还原糖含量增加,大田期降雨日数增加氯含量下降。主要气候因子对河南烟区烤烟中部烟叶化学成分的影响以温热因素的影响程度最大、水湿因素次之、光照因素最小。

河南省参考作物蒸散量变化特征及其气候影响分析

基于河南省111个气象站1971-2010年逐日平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、风速和日照时数等气候要素资料,应用Penman-Monteith模型计算各站点逐日参考作物蒸散量(ET0),结合数理统计方法,分析近40a来河南省年ET0的时空变化特征,并对其主要影响因子进行探讨。结果表明,Penman-Monteith模型对河南省ET0的模拟能力较强,模拟值与同期小型蒸发皿蒸发量的相关系数r=0.84(P<0.01)。近40a,河南省年ET0平均值为796.1mm(±102.2mm,n=4169),在空间分布上,总体表现出北高南低的特征,并以24.7mm.10a-1(P<0.01)的线性倾向率减少,呈明显减少的站点主要分布在34°N以北地区。偏相关分析表明,全省各地(市)年ET0与各气象要素关系密切,除济源外,年ET0均表现出与风速呈负相关且相关系数最大。逐步回归分析显示,年ET0与平均气温、日照时数、风速和相对湿度的关系密切;风速、日照时数和平均气温对年ET0的贡献为正效应,而相对湿度为负效应。近40a,风速减小是导致河南省年ET0呈显著减小的主要原因;但从综合影响看,这是各气象因素综合作用的效果,且各因子的贡献存在区域差异。

河南省气候变化与北极涛动的多时间尺度相关

将交叉谱与小波变换方法相结合,采用交叉小波分析方法,分析了冬、夏季北极涛动指数距平（ΔIAO）、河南省降水距平（ΔR）和气温距平（ΔT）序列的时频结构及其联合统计特征,讨论了近55年来河南省气候变化与北极涛动之间的多时间尺度相关。结果表明：冬、夏季ΔIAO、ΔR和ΔT都存在准2年、4年、6～8年和11～22年左右的周期信号。冬季ΔR与ΔIAO之间的显著相关表现在准2年和14～22年尺度共振周期上,年代际尺度正相关振荡的凝聚性最强且为全时域分布;冬季ΔT与ΔIAO的显著正相关表现在2～4年和6～10年尺度共振周期上,时域中相关振荡存在局部化特征;年代际尺度上ΔR与ΔIAO的相关显著性高于ΔT与ΔIAO的相关而年际尺度上ΔT与ΔIAO的相关比ΔR与ΔIAO的相关更显著,表明冬季AO对河南省降水和气温变化的影响机制不同。夏季ΔR与ΔIAO之间的显著相关表现在准2年、4～6年、6～8年和16年左右尺度共振周期上,以6～8年尺度正相关振荡凝聚性最强;夏季ΔT与ΔIAO的相关显著性较低,仅在年际尺度周期上局部时域中有所表现;夏季AO主要通过影响东亚季风强度对河南省降水和气温变化产生间接影响。

河南夏季干旱气候特征分析

利用1961-2010年河南省103站降水量数据,并结合综合气象干旱指数(CI),分析河南省夏季干旱的时空分布特征,及副高、厄尔尼诺和拉尼娜与河南夏季干旱的关系。研究表明:1)初夏和盛夏降水量都有上升趋势,上升率分别为6.065 mm/10a和7.505 mm/10a,初夏旱和初夏重旱出现的概率分别为44%和22%,伏旱和伏旱重旱出现的概率分别为20%和0。2)1961-2010年,河南6个分区初夏降水量都呈增加趋势,初夏干旱日数6个区域都呈减少趋势;盛夏降水量除豫北呈减少趋势外,其他5个区域都呈增加趋势,干旱日数6个区域都呈减少趋势。3)河南初夏旱年和伏旱年高纬度冷空气活动少且不易到达河南,副高偏弱。4)7月副高异常偏西时,河南盛夏一般降水偏多;从降水距平百分率上来看,拉尼娜次年初夏干旱的几率较大。

2008年初河南低温雨雪冰冻天气的气候特征及环流特点

利用全省116个气象站的逐日气温、降水量和天气现象等资料,对2008年1月中下旬河南低温雨雪冰冻天气的空间分布、持续时间、历史强度和灾害影响等进行了综合分析,结果表明:2008年1月中下旬,河南全省平均气温和平均最高气温均为1951年以来同期最低值,降水量为1951年以来同期最多值,冬季最长连续低温日数为1978年以来的最多值,最长连续降雪日数和最长连续冰冻日数均为1958年以来的并列最多值,特别是豫南的信阳连降3次暴雪,平均最大积雪深度为1956年以来的最大值。这次灾害影响范围广、持续时间长,给河南省交通运输、电力、农业生产和群众生活造成了不利影响。

河南省气候变化与北极涛动的时频相关

利用交叉谱与小波变换分析方法,分析了北极涛动指数(AOI)距平和河南省月平均降水距平、月平均气温距平序列的时频变化特征及河南省气候变化与北极涛动之间的多时间尺度相关,结果表明,河南省降水和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期的互相关系数明显大于年际尺度周期的互相关系数,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱的分布具有明显的阶段性特征,说明北极涛动的年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响。

气候变化背景下河南省冬小麦品种更新特征

利用河南省30个农业气象站1981-2010年共196个冬小麦品种的观测数据和同期气象数据,采用相关分析和回归分析方法,研究了气候变化背景下冬小麦生育期长度、积温需求和产量构成要素等品种更新特征.结果表明：30年来,河南省冬小麦生长季平均气温升高明显,营养生长期增温速率高于生殖生长期,降水量变化趋势不明显.不同区域品种更新的主要特征是出苗—抽穗天数减少（2.8～5.9 d/10a）、抽穗—成熟天数增加（1.3～2.5d/10a）;完成各生育阶段所需积温（＞0℃积温）总体呈增加趋势,其中抽穗—成熟期尤为明显（26～50℃·d/10a）.有效穗和穗粒数与营养生长期长度或同期积温无显著相关,千粒重随生殖生长期延长而显著增加.豫南地区生育期天数比（抽穗至成熟天数/出苗至成熟天数）和同期积温比（抽穗至成熟积温/出苗至成熟积温）随时间增加,积温比对产量变化的解释性高于天数比;豫中和豫北地区生育期天数比随时间增加,但积温比无明显的时间变化趋势,单产提高与生育期天数比增加有关.气候变化背景下河南省冬小麦品种更新特征是营养生长期缩短、生殖生长期延长、千粒重增加,从而提高了产量.

气候变化对河南烟区烤烟化学品质的影响

利用河南烟区2003—2012年64个气象站气象资料以及烤烟中部叶主要化学成分数据,采用数理统计分析方法,明确烟区气候要素变化特征以及影响烤烟烟叶化学品质指标的主要气候因子,在此基础上,探讨RCP4.5(Representative Concentration Pathways,简称RCP)和RCP8.5两种未来气候情景下河南烟区烤烟化学品质可能的变化。结果表明,2003—2012年河南烟区大田期温热要素和光照因素增加但不显著,水湿要素呈显著减少。3个生育阶段,成熟期的气温日较差和最高气温显著增加;旺长期和成熟期的降水日数和相对湿度呈显著下降;光照因素表现为伸根期和旺长期减少、成熟期增加,但均不显著。河南烟区烤烟化学品质指标与气候要素间的关系密切,不同指标间影响因素具有差异;旺长期太阳总辐射是影响化学成分协调性评分的主要气候因素,呈显著负相关。在未来气候变化下,由于旺长期太阳总辐射高于气候基准期(1981—2010年)平均值并在未来呈显著增加趋势,将导致烤烟化学成分协调性评分下降,两种情景下以RCP8.5情景下降更明显。

河南省气候业务数据库系统的设计与实现

基于关系型数据库管理系统,构建了河南省气候业务数据库系统,用于存储全省各气象台站建站以来的逐日数据、月统计数据、年统计数据等。利用可视化开发环境,采用面向对象编程语言,开发了气候业务数据库应用系统,具备数据库记录实时追加、信息化文件采集、数据库记录修改、数据库记录查询统计、数据质量检测等功能。系统投入使用后,提高了气候业务的实时服务能力,保证了气象资料的安全性和一致性,提升了气候业务信息化水平。

河南夏季高温气候特征及500hPa环流型

对河南省40个代表站1961～2005年45年夏季大于等于35℃高温日数进行经验正交函数(EOF)展开分析。方差累积贡献率和空间分布特征显示,前3个典型场基本能反映河南夏季高温日数分布的主要特征,前3个模态的累积方差贡献率达85%,据此得出河南夏季大于等于35℃高温日数的时空分布类型:全省一致型、西北—东南差异型和西南—东北差异型。第1模态对应的时间系数序列的变化幅度最大,第2模态对应的时间系数序列的变化幅度比前一个时间序列要小,第1模态的时间系数演变显示,河南夏季高温日数平均呈减少的趋势,且存在2～4年、8～14年的周期变化,目前河南夏季高温日数正处于偏多的时段。应用逐日20:00500hPa ECMWF北半球格点资料,对1991～2005年15年河南典型的大面积持续高温下的环流形势进行普查、分类,分别求各种类型下的环流平均场,从而得到河南省高温的两种环流型,即贝加尔湖高压型和副热带高压型。

河南电线积冰气候特征及对架空线路的影响

根据河南１７个基本（准）站建站～１９９７年近４７年的电线积冰资料和探空资料，分析了电线积冰的种类、季节交化、区域差异、及最长持续时间、最大直径、最大厚度、最大重量等发生和表现特征，探讨了电线积冰发生的天气条件和环流因素，提出了防御电线积冰灾害的措施。

近50年河南省连阴雨灾害气候特点

利用郑州、安阳等 5 0站 195 1～ 1998年降水资料 ,对全省连阴雨的时空分布及主要环流特征进行了分析。结果表明 :连阴雨次数豫南最多 ,中部次之 ,北部最少 ,且山区多于同纬度平原地区 ;连阴雨季节分布特点是夏季最多 ,秋季次之 ,春季最少。在典型连阴雨过程中 ,中高纬经向环流较强 ,东亚大槽位置偏东且较深 ,有利于冷空气扩散南下 ;西太平洋副热带高压强而稳定 ,脊线位置偏东且来回摆动 ,副高西侧较强暖湿气流与冷空气交汇于黄淮流域 ,中纬度短波槽东移诱发降水 。

河南气候变化对水资源的影响及对策

分析了近 5 0年来河南气候变化的基本特点及气候变化对地表、地下水资源和农业旱涝灾害发生频次、强度的影响 ,并根据多种模式预测结果 ,对未来 30年气候情景下河南水资源的供需状况进行了展望和评估。

河南暖冬气候特征及其影响评估

利用全省３２个台站建站～１９９７年４０多年来的冬季气温资料，通过拟合其概率分布函数，用概率分位数确定了暖冬的统计标准。在此基础上，分析了河南暖冬的发生和演变特征，并对暖冬的影响进行了评估。